1　攪拌器功率和攪拌作業(yè)功率

攪拌時，以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的攪拌器將對液體做功，并使之發(fā)生流動，這時為使攪拌器連續(xù)運轉(zhuǎn)所需要的功率稱為攪拌器功率，其大小與攪拌器的幾何參數(shù)、運行參數(shù)、攪拌釜的結(jié)構(gòu)尺寸及物料的物性參數(shù)等密切相關(guān)。此攪拌器功率不包括機械傳動和軸封所消耗的動力。實際設(shè)計時，須兼顧系統(tǒng)傳動效率。

生產(chǎn)時，不同的攪拌過程、不同的物性及物料量在完成其過程時所需的動力不同，這個動力的大小是被攪拌介質(zhì)的物理、化學(xué)性能以及各種攪拌過程所要求的最終結(jié)果的函數(shù)。習(xí)慣上把攪拌器使攪拌釜中的液體以最佳方式完成攪拌過程所需要的功率稱為攪拌作業(yè)功率。

理想狀況是，攪拌器功率剛好等于攪拌作業(yè)功率，使攪拌過程以最佳方式完成。攪拌器功率小于攪拌作業(yè)功率時，過程可能無法完成，也可能拖長操作時間；而過分大于時，只能是浪費動力。

2　攪拌器功率的影響因素及計算

計算攪拌器功率的目的，一是用于設(shè)計或校核攪拌器和攪拌軸的強度和剛度，二是用于選擇電動機和減速機等傳動裝置。影響攪拌器功率的因素很多，主要有幾何因素和物理因素兩大類，包括以下四個方面：

①攪拌器的幾何尺寸與轉(zhuǎn)速：攪拌器直徑、槳葉寬度、槳葉傾斜角、轉(zhuǎn)速、單個攪拌器葉片數(shù)、攪拌器距離容器底部的距離等。

②攪拌容器的結(jié)構(gòu)：容器內(nèi)徑、液面高度、擋板數(shù)、擋板寬度、導(dǎo)流筒的尺寸等。

③攪拌介質(zhì)的特性：液體的密度、黏度。

④重力加速度。

上述影響因素綜合起來可用下式關(guān)聯(lián)：

（11-6）式中：

B-槳葉寬度，m；

d-攪拌器直徑，m；

D-攪拌容器內(nèi)直徑，m；

Fr-弗魯?shù)聰?shù)，Fr=N2d/g ；

H-液面高度，m；

K-系數(shù)；

N-攪拌轉(zhuǎn)速，s-1；

NP-功率準數(shù)，無量綱；

P-攪拌功率，W；

r，q-指數(shù)；

Re-雷諾數(shù)，Re=d2Nρ/μ；

ρ-密度，kg/m3；

μ-黏度，Pa·s。

一般情況下，弗魯?shù)聹蕯?shù)Fr的影響較小，而容器內(nèi)徑D、擋板寬度b等幾何參數(shù)可歸結(jié)到系數(shù)K。由式（11-6）得攪拌器功率P為：

上式中ρ、N、d為已知數(shù)，故計算攪拌器功率的關(guān)鍵是求得功率準數(shù)NP。在特定的攪拌裝置上，可以測得功率準數(shù)NP與雷諾數(shù)Re的關(guān)系。將此關(guān)系繪于雙對數(shù)坐標圖上即得功率曲線。圖11-10為六種攪拌器的功率曲線。由圖可知，功率準數(shù)NP隨雷諾數(shù)Re變化。在低雷諾數(shù)（Re≤10）的層流區(qū)內(nèi)，流體不會打旋，重力影響可忽略，功率曲線為斜率-1的直線；當(dāng)10≤Re≤10000時為過渡流區(qū)，功率曲線為一下凹曲線；當(dāng)Re>10000時，流動進入充分湍流區(qū)，功率曲線呈一水平直線，即NP與Re無關(guān)，保持不變。用式（11-7）計算攪拌器功率時，功率準數(shù)NP可直接從圖11-10查得。

圖11-10六種攪拌器的功率曲線（全擋板條件）

  圖11-10所示的功率曲線只適用于圖示六種攪拌器的幾何比例關(guān)系。如果比例關(guān)系不同，則功率準數(shù)NP也不同。此曲線是在單一液體下測得的。對于非均相的液-液或液-固系統(tǒng)，用上述功率曲線計算時，需用混合物的平均密度[ρ]和修正黏度[μ]代替式（11-7）中的ρ、μ。

攪拌器的下型式選用

注：表中“○”為適合，空白為不適或不許。

計算氣-液兩相系統(tǒng)攪拌器功率時，攪拌器功率與通氣量的大小有關(guān)。通氣時，氣泡的存在降低了攪拌液體的有效密度，與不通氣相比，攪拌器功率要低得多。
【例11-1】一攪拌設(shè)備的筒體內(nèi)直徑為?1800mm，采用六直葉圓盤渦輪式攪拌器，攪拌器直徑?600mm，攪拌軸轉(zhuǎn)速160r/min。容器內(nèi)液體的密度為1300kg/m3，黏度為0.12Pa·s。試求：
①攪拌器功率；

②改用推進式攪拌器后的攪拌器功率。
解：

已知ρ=1300kg/m3，μ=0.12 Pa·s，d=600mm，N=160r/min=2.667s-1
①計算雷諾數(shù)Re：

由圖11-10功率曲線1查得，NP=6.3。
按式（11-7）計算攪拌器功率：

②改用推進式攪拌器，雷諾數(shù)不變　由圖11-10功率曲線3查得，NP=1.0。攪拌器功率為：

3 攪拌作業(yè)功率
是攪拌混合過程最佳時所需要的功率，而實際生產(chǎn)中最佳狀態(tài)有時很難獲取。因此，通常結(jié)合具體的攪拌過程和確定的攪拌器類型，借助日常生產(chǎn)或一些小型試驗來獲取功率數(shù)據(jù)，并以此作為攪拌作業(yè)功率的參考，進一步去確定能滿足這一功率要求的攪拌器尺寸與運行參數(shù)。
（1）單位體積平均攪拌功率的推薦值
單位體積物料的平均攪拌功率的大小，常用來反映攪拌的難易程度。對同一種攪拌過程，取單位體積物料的平均攪拌功率也是一個常用的比例放大準則。
對于Re>10?的湍流區(qū)操作的下述過程，液體單位體積的平均攪拌功率推薦值見表11-8。

表11-8不同攪拌種類液體單位體積的平均攪拌功率

注：1Hp = 735.499 W。
（2）攪拌作業(yè)功率的算圖
如圖11-11所示，算圖依據(jù)攪拌過程的種類以及物料量、物性參數(shù)來確定攪拌作業(yè)功率。將液體容積與液體黏度連線，交于參考線Ⅰ上某點，再將該點與液體相對密度連線，交于參考線Ⅱ上某點，之后將該點與某一操作連線，交于攪拌功率線上某點，即可由此確定該過程的攪拌作業(yè)功率。

圖11-11　攪拌作業(yè)功率算圖