2.1　概述

搅拌是常见的化工单元操作之一，在化工、医药、食品、采矿、造纸、建材、废水处理等领域有着广泛的应用。通过搅拌操作可实现物料的混合、分散、悬浮、乳化，或强化热质传递。因化工生产过程中所涉及的物料多为流体，而且实际的搅拌混合设备多为机械搅拌，故本章主要介绍流体机械搅拌装置的设计。

2.1.1　机械搅拌设备的基本结构

图2-1为典型机械搅拌设备的结构简图。该设备一般由搅拌装置、轴封和搅拌釜三大部分构成。搅拌装置又包括传动机构、搅拌轴和搅拌器。搅拌器是机械搅拌设备的核心部件，物料搅拌混合的好坏主要取决于搅拌器的结构、尺寸、操作条件及其工作环境。

对于密闭搅拌设备，轴封是必不可少的重要组成部分，在实际生产中也是最易损坏的部件。与泵轴的密封相似，轴封也常采用填料密封和机械密封两种密封形式。当轴封要求较高时，一般采用机械密封，如易燃、易爆物料的搅拌及高温、高压、高真空、高转速的场合。

搅拌釜也常称为搅拌罐或搅拌槽，它由罐体和罐体内的附件构成。工业上常用的搅拌釜多为立式圆筒形容器，搅拌釜底部与侧壁的结合处常常以圆角过渡。为了满足不同的工艺要求或搅拌釜本身结构的要求，罐体上常装有各种不同用途的附件，其中与搅拌混合效果有关的附件有挡板和导流筒（详见2.2.4节）。

2.1.2　搅拌器的类型与选择

2.1.2.1　搅拌器的类型

为达到均匀混合或强化热质传递的目的，搅拌器应具备两个基本功能，即在釜内形成一个循环流动（称为总体流动），同时产生强剪切或剧烈湍动。为满足此基本功能，出现了各种形式的搅拌器。典型的机械搅拌器型式有旋桨式（即推进式）、桨式、涡轮式、锚式、框式、螺带式、螺杆式等，其结构简图及主要参数见表2-1。

根据不同的分类方式还可将搅拌器分成如下类型，见表2-2。

2.1.2.2　搅拌器选型

在选择搅拌器时，应考虑的因素很多，最基本的因素是介质的黏度、搅拌过程的目的和搅拌器能造成的流动状态。

（1）根据搅拌介质黏度的大小来选型

一般随黏度的增高，各种搅拌器的使用顺序为推进式、涡轮式、桨式、锚式、螺带式和螺杆式等。

（2）根据搅拌过程的目的来选型

对于低黏度均相流体的搅拌混合，消耗功率小，循环容易，推进式搅拌器最为合用。而涡轮式搅拌器因其功率消耗大而不宜选取。对于大容量槽体的混合，桨式搅拌器因其循环能力不足而不宜选取。

对分散或乳化过程，要求循环能力大且应具有较高的剪切能力，涡轮式搅拌器（特别是平直叶涡轮式）具有这一特征，可以选用。推进式和桨式搅拌器由于剪切力小而只能在液体分散量较小的情况下采用。桨式搅拌器很少用于分散过程。对于分散搅拌操作，搅拌槽内都安装有挡板来加强剪切效果。

固体溶解过程要求搅拌器应具有较强的剪切能力和循环能力，所以涡轮式搅拌器最为适用。

气体吸收过程以圆盘涡轮式搅拌器最为合适，它的剪切能力强，而且圆盘的下方可以存住一些气体，使气体的分散更为平稳。

对于带搅拌的结晶过程，一般是小直径的快速搅拌器，如涡轮式搅拌器，适用于微粒结晶过程；而大直径的慢速搅拌器，如桨式搅拌器，可用于大晶粒的结晶过程。

固体颗粒悬浮操作以涡轮式搅拌器的使用范围最大，其中以开启涡轮式搅拌器最好。桨式搅拌器的转速低，仅适用于固体颗粒小、固液密度差小、固相浓度较高、固体颗粒沉降速度较低的场合。推进式搅拌器的使用范围较窄，固液密度差大或固液体积比在50％以上时不适用。

根据搅拌器的适用条件来选择搅拌器，可参考表2-3。

2.1.3　搅拌器安装形式与流型

搅拌槽内的流动状况非常复杂，对这种流动的研究分为两个方面，即实验测量与数值模拟。采用激光、热线（热膜）等先进测速技术，可测出搅拌槽内任一点的时均速度与脉动速度。而以描述湍流的雷诺方程为基础，加上不同的方程封闭假定与过程的简化假定，求解雷诺方程，可从理论上计算搅拌槽内各点的速度。对槽内各点的时均速度与脉动速度数据加以处理，可获得搅拌槽内的流型、速度分布、剪切速率分布、能耗速率分布等重要的流体力学特征量。

搅拌器的安装位置与槽内流体的流型见表2-4。