傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器與開縫式SK型靜態(tài)混合器的性能探討

谷王

摘 要：從傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器基本功能和結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ万?yàn)證，提出了開縫式SK型靜態(tài)混合器，并比較了在相同實(shí)驗(yàn)條件下兩種靜態(tài)混合器的指標(biāo)：混合度和壓力損失，得出傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器與開縫式SK型靜態(tài)混合器的性能差異。

關(guān)鍵詞：開縫式SK型靜態(tài)混合器；靜態(tài)混合器；混合度；壓力損失

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.184

0 引言

靜態(tài)混合器發(fā)明以來，在很多行業(yè)得到了廣泛的運(yùn)用，尤其是在化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、紡織、食品等行業(yè)。靜態(tài)混合器是一種較為先進(jìn)的混合單元設(shè)備，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由一系列特定螺旋單元構(gòu)成，該單元在內(nèi)部是固定不動(dòng)的，這與機(jī)械攪拌混合器有很大的不同，機(jī)械攪拌器是靠電機(jī)帶動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)各種流體的混合，但其長時(shí)間在惡劣環(huán)境下工作，會(huì)造成機(jī)械攪拌混合器的穩(wěn)定性、可靠性不高。靜態(tài)混合器與其它混合設(shè)備相比較，具有可靠性高、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、體積小、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

1 靜態(tài)混合器的工作原理

靜態(tài)混合器之所以能起到混合的作用，是其結(jié)構(gòu)單元改變了混合流體的速度梯度和流態(tài)。當(dāng)混合流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為層流時(shí)，其通過管道流經(jīng)混合單元，之后撞擊混合單元，使混合流體產(chǎn)生流體分割-流體位置移動(dòng)-流體再匯合。當(dāng)混合流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為湍流時(shí)，除了產(chǎn)生上面三種情況以外，在混合單元截面方向上還會(huì)產(chǎn)生大量劇烈的渦旋，這些渦旋對混合流體的剪切力很強(qiáng)，能促進(jìn)混合流體的快速分割和混合[1]。

2 靜態(tài)混合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器結(jié)構(gòu)

在結(jié)構(gòu)方面它是由一個(gè)或多個(gè)以上混合單元組成，每個(gè)混合單元包括一個(gè)左旋和一個(gè)右旋螺旋片，單個(gè)左旋、右旋螺旋片是通過繞軸左旋、右旋180°制作而來，在一個(gè)混合單元內(nèi)左旋螺旋片和右旋螺旋片交叉90°連接，不同混合單元之間也是交叉90°連接，但是不同混合單元連接時(shí)的螺旋片必須旋向相反。這樣當(dāng)混合流體進(jìn)入混合器入口時(shí)，就會(huì)被螺旋葉片分成兩股，每一股沿著混合單元的第一個(gè)螺旋片徑向流動(dòng)，經(jīng)過180°后進(jìn)入混合單元的第二個(gè)螺旋片，同樣又被分成兩股沿著徑向流動(dòng)，再經(jīng)過180°之后才完整流出第一個(gè)混合單元，這樣依次流過后續(xù)混合單元就是傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器的混合過程[2， 3]。圖1是傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器混合單元。

2.2 開縫式SK靜態(tài)混合器結(jié)構(gòu)

開縫式SK型靜態(tài)混合器在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器有相似之處，前者是在后者基礎(chǔ)上創(chuàng)新發(fā)明而來，傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器單個(gè)螺旋片之間沒有間隙，混合流體在其中被分割成兩股，兩股之間是在各自不相通的流道內(nèi)流動(dòng)，并沒有交換混合，只是等流到下一個(gè)螺旋片時(shí)才會(huì)匯合混合；而開縫式SK型靜態(tài)混合器單個(gè)螺旋片之間有縫隙，使得被分割的兩股不僅在軸向相互交換混合，同時(shí)在徑向上也相互交換混合。圖2是開縫式SK型靜態(tài)混合器混合單元。

3 兩種混合器的混合度、壓力損失比較

由圖（3）可知在整個(gè)混合過程中，第一：開縫式SK型靜態(tài)混合器在不同截面上的混合度要高與傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器。第二：相比之下開縫式SK型靜態(tài)混合器在不同截面上的混合度從入口到出口趨勢是逐漸變大的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了開縫式SK型靜態(tài)混合器的混合效果優(yōu)于傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器。

圖（4）所示是兩種靜態(tài)混合器的壓力損失在不同截面的分布圖，由圖我們可以清晰得出。第一：開縫式SK型靜態(tài)混合器的壓力損失略小于傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器。第二：開縫式SK型靜態(tài)混合器沒有傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器在不同混合單元間的明顯的波動(dòng)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了開縫式SK型靜態(tài)混合器壓力損失性能方面好于傳統(tǒng)SK型靜態(tài)混合器。

參考文獻(xiàn)：

[1]Joshi P， Nigam K D P， Nauman E B. The Kenics static mixer new data and proposed correlations[J]. Chemical Engineering Journal， 1995（59）：265-271.

[2]Morris W D. Static mixer[J]. Chemical Process and Design， 1974，1974（13）：338-342.

[3]Grace C D. Static mixing and heat transfer[J]. Chemical Processing and Engineering， 1971，7（52）：57-59.