2.1　概述

攪拌是常見的化工單元操作之一，在化工、醫藥、食品、采礦、造紙、建材、廢水處理等領域有著廣泛的應用。通過攪拌操作可實現物料的混合、分散、懸浮、乳化，或強化熱質傳遞。因化工生產過程中所涉及的物料多為流體，而且實際的攪拌混合設備多為機械攪拌，故本章主要介紹流體機械攪拌裝置的設計。

2.1.1　機械攪拌設備的基本結構

圖2-1為典型機械攪拌設備的結構簡圖。該設備一般由攪拌裝置、軸封和攪拌釜三大部分構成。攪拌裝置又包括傳動機構、攪拌軸和攪拌器。攪拌器是機械攪拌設備的核心部件，物料攪拌混合的好壞主要取決于攪拌器的結構、尺寸、操作條件及其工作環境。

對于密閉攪拌設備，軸封是必不可少的重要組成部分，在實際生產中也是最易損壞的部件。與泵軸的密封相似，軸封也常采用填料密封和機械密封兩種密封形式。當軸封要求較高時，一般采用機械密封，如易燃、易爆物料的攪拌及高溫、高壓、高真空、高轉速的場合。

攪拌釜也常稱為攪拌罐或攪拌槽，它由罐體和罐體內的附件構成。工業上常用的攪拌釜多為立式圓筒形容器，攪拌釜底部與側壁的結合處常常以圓角過渡。為了滿足不同的工藝要求或攪拌釜本身結構的要求，罐體上常裝有各種不同用途的附件，其中與攪拌混合效果有關的附件有擋板和導流筒（詳見2.2.4節）。

2.1.2　攪拌器的類型與選擇

2.1.2.1　攪拌器的類型

為達到均勻混合或強化熱質傳遞的目的，攪拌器應具備兩個基本功能，即在釜內形成一個循環流動（稱為總體流動），同時產生強剪切或劇烈湍動。為滿足此基本功能，出現了各種形式的攪拌器。典型的機械攪拌器型式有旋槳式（即推進式）、槳式、渦輪式、錨式、框式、螺帶式、螺桿式等，其結構簡圖及主要參數見表2-1。

根據不同的分類方式還可將攪拌器分成如下類型，見表2-2。

2.1.2.2　攪拌器選型

在選擇攪拌器時，應考慮的因素很多，最基本的因素是介質的黏度、攪拌過程的目的和攪拌器能造成的流動狀態。

（1）根據攪拌介質黏度的大小來選型

一般隨黏度的增高，各種攪拌器的使用順序為推進式、渦輪式、槳式、錨式、螺帶式和螺桿式等。

（2）根據攪拌過程的目的來選型

對于低黏度均相流體的攪拌混合，消耗功率小，循環容易，推進式攪拌器最為合用。而渦輪式攪拌器因其功率消耗大而不宜選取。對于大容量槽體的混合，槳式攪拌器因其循環能力不足而不宜選取。

對分散或乳化過程，要求循環能力大且應具有較高的剪切能力，渦輪式攪拌器（特別是平直葉渦輪式）具有這一特征，可以選用。推進式和槳式攪拌器由于剪切力小而只能在液體分散量較小的情況下采用。槳式攪拌器很少用于分散過程。對于分散攪拌操作，攪拌槽內都安裝有擋板來加強剪切效果。

固體溶解過程要求攪拌器應具有較強的剪切能力和循環能力，所以渦輪式攪拌器最為適用。

氣體吸收過程以圓盤渦輪式攪拌器最為合適，它的剪切能力強，而且圓盤的下方可以存住一些氣體，使氣體的分散更為平穩。

對于帶攪拌的結晶過程，一般是小直徑的快速攪拌器，如渦輪式攪拌器，適用于微粒結晶過程；而大直徑的慢速攪拌器，如槳式攪拌器，可用于大晶粒的結晶過程。

固體顆粒懸浮操作以渦輪式攪拌器的使用范圍最大，其中以開啟渦輪式攪拌器最好。槳式攪拌器的轉速低，僅適用于固體顆粒小、固液密度差小、固相濃度較高、固體顆粒沉降速度較低的場合。推進式攪拌器的使用范圍較窄，固液密度差大或固液體積比在50％以上時不適用。

根據攪拌器的適用條件來選擇攪拌器，可參考表2-3。

2.1.3　攪拌器安裝形式與流型

攪拌槽內的流動狀況非常復雜，對這種流動的研究分為兩個方面，即實驗測量與數值模擬。采用激光、熱線（熱膜）等先進測速技術，可測出攪拌槽內任一點的時均速度與脈動速度。而以描述湍流的雷諾方程為基礎，加上不同的方程封閉假定與過程的簡化假定，求解雷諾方程，可從理論上計算攪拌槽內各點的速度。對槽內各點的時均速度與脈動速度數據加以處理，可獲得攪拌槽內的流型、速度分布、剪切速率分布、能耗速率分布等重要的流體力學特征量。

攪拌器的安裝位置與槽內流體的流型見表2-4。