工搪简报2009-6 - 内设机构资讯 - 中国搪瓷工业协会

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工搪简报2009-6

更新时间：2010-01-22 | 来源：搪瓷协会

搪玻璃设备设计技术-4

——工搪分会厉益骏——

Ⅱ 什么是全挡板条件下的搅拌操作

⑴ 挡板的作用

a. 会使反应物获得较大的搅拌强度，较大的剪切和容积循环速率。

b. 可以使液体作上下翻腾的运动。

c. 反应物需要某种流型，通过挡板设置来达到。

⑵ 全挡板条件下的化学反应：

一般化工反应过程，需要有较大的搅拌强度和对物料的剪切作用和容积循环速率。如果容器内无挡板（包括能起挡板作用的其他内件），液体就会团团打转，两种介质间的接触、传质、传热都会受到影响。

当搅拌容器设置了挡板，旋转的液体因挡板的阻挡作用，干扰了液流而产生挡板周围的小的液体旋涡流，这小的旋涡流会对罐内整体旋涡流产生干扰，增加了液体间的碰撞，同时，罐内整体旋涡流碰上挡板时，还产生向上、向下的流动液流，又增强了液体间的接触，这一切都提高了反应速率。一般地说，罐内设置了档板，搅拌功率要增加，但当挡板数量（面积）增加到一定多的程度时，再增加挡板数（面积），而轴的功率却保持不变了。此时的挡板条件称为“全挡板条件”。而全挡板条件下的化学反应被认为是最佳反应状态。

对一般钢制容器，试验结果，认为如在容器壁上（长度相当于直筒部分）安装四块1/10～1/12罐体直径宽度的挡板，就能达到搅拌的全挡板条件。自然，全挡板条件与搅拌物料的粘度有关，当液体粘度上升时，挡板宽度可缩小，总之，挡板设计与物料粘度、搅拌本身技术要求都有关联。

⑶ 搪玻璃容器的挡板设置

罐体内壁要搪瓷，使罐壁内部难以设置与钢制容器相似的挡板，且挡板要全封闭搪瓷，过去由于钢板材料问题而办不到。因此，只能用反应罐附件来代替起到一点挡板作用，那就是插入液体部分的搪玻璃温度计套管，用套管阻挡液体旋流起到一点挡板作用，其实，效果是很差的，远不能满足反应罐的全挡板条件。所以搪玻璃搅拌容器的搅拌效果一直不好，这和罐内难以真正配置挡板是有直接关系。特别是那些低粘度的流体搅拌效果很差。

⑷ 如何改进搪玻璃搅拌容器的挡板条件？

a. 改进搅拌容器的挡板条件是提高搪玻璃搅拌容器搅拌性能的重要条件，能使搪玻璃产品在化工医药行业的生产中发挥出更大的效能，特别是低粘度流体搅拌挡板条件好坏会使设备搅拌效率相差很大，对用户至关重要。过去由于基体钢板材料的问题而阻碍了在搪玻璃搅拌容器内壁设置固定挡板的可行性，而最近，鞍钢公司的搪玻璃专用钢板的试制并通过国家权威部门的鉴定许可，会使过去不可能的结构成为现实。因为经过多家搪玻璃企业试搪，此钢板可以用于两面搪瓷。

b. 固定挡板结构的设想：

固定挡板，4块（均布）

挡板厚度B等于罐体厚度或且不大于14mm

挡板长度：相当于罐体长度

挡板宽度：0.1DN～0.083DN（视液体粘度及反应要求而定）。

注意：挡板与罐体接触一面，要铇一条长槽，以利焊缝搪烧时析出气体的流通，并在罐体部钻2-φ8通孔，使焊缝气体有出口，不形成爆瓷。

挡板二端，见图A-A剖面。挡板宽度（H）和块数的设置是随液体粘度、搅拌桨型式、搅拌液流型的要求而不同，搪玻璃容器目前尚缺乏有关研究资料，但可参考钢制搅拌容器的有关资料确定。

c.钱建峰同志的文章“搪玻璃挡板温度计套的设计配套”一文摘录可供参考：“挡板的设计配备”文章部分内容如下：

“挡板的和数量，图I是描述关于功率特性与挡板宽度及挡板数的关系，取功率曲线达到水平状态时对应挡板宽，因此，挡板宽度W取容器直径D的1/10到1/12，挡板数越少或宽度越窄，旋转流动即成整体切向流动越强。但桨叶的输入功率将减小，桨叶输入功率的减少限制了提供给容器内物料的能量（因为较高的功率下流体将打转），相反，增加挡板数和挡板宽度对功率的增加影响很小。当物料粘度增加，对一般流体，对用作制造容器内径向和轴向二种桨叶，其挡板数量或挡板宽度都应减少，如图2，挡板宽度约为1/15～1/20DN。

一般钢制容器标准挡板选用数量为4块，大直径容器挡板数量可选用6～8块。其图1、图2仅供参考。”

Ⅲ 叶轮式搪玻璃搅拌器翘起15°的设计

翘起角15°是一个重要几何尺寸，对搪玻璃叶轮式搅拌器使其在叶片回转时，对物料有较强的排放能力，加强物料整体循环，搪玻璃搅拌器制造厂尤其要重视。

叶轮式搅拌器回转，桨叶将流体以15°角方向抛向罐壁，在反力作用下，引成了分流，大部分液体沿罐壁向上流动，到达作用范围的顶部，逐渐汇向轴间，再向下运动，形成一个主循环流，而小部分流体，沿罐壁方向向下流动，到达罐底再向上汇入轴间，形成一个小循环流。这就是叶轮式搅拌器所要制造的流型。

如果说，翘起角改变（过大或过小），流型会改变，即搅拌叶离罐底高度应作调整，否则反应效率受影响，即达不到设计、选用者的工艺目的。

Ⅳ 搪玻璃叶轮式搅拌器制成品存在问题

⑴ 叶片压扁不到位

压扁必须达到2∶1（指搪烧后成品叶片），出现这个问题原因，其一是钢管在搪烧时，压扁部分有弹性恢复现象，使其小量返圆，其二是初压时，就不到位，会影响搅拌的排放能力及液体的体积循环速率。

⑵ 叶片50°后掠角达到到

叶片后掠角选择50°是日本搅拌学专家经过数百次实物试验所得出的结果，认为在130转/分时，50°后掠角最节能，并适用于非牛顿型流体（非牛顿型流体即在搅拌反应过程中液体粘度会发生变化的流体），体积循环最佳。但50°后掠角却是一个空间概念，很难测量，为此，制订标准时，为了便于制造，化简为以叶片弯曲半径来达到50°后掠角目的。

但是，按标准制作的叶片，搪烧时，由于弹性材料在高温时，会产生弹性恢复现象，使其搪烧后实物弯曲半径增大，实际上是后掠解缩小了。即会影响搅拌效果。

因此，搪玻璃搅拌器制造厂应对搪瓷后实物叶片进行实测，当掌握叶片弯曲半径增大时，在模压铁坯时加入余量，进行过弯，一般能缩小弯曲半径的误差，成为有真正意义上的产品。

当然，希望采购者，购货时应该抽检搅拌器的翘起角和叶片弯曲半径，以促成制造厂制出真正用户需要的产品。

⑶ 翅起角

搪瓷后实物检测，搅拌器叶轮叶片的翅起角小于15°。其原因是叶片焊接在搅拌轴上，属悬壁梁结构（单头固定），不固定的一端因自重，搪烧时有所下垂。成品搪瓷后用标准模板检测时，便能发现。解决办法，是下垂多少，在铁坯组焊时，上盈多少，上盈部分作为搪烧下垂的余留量。

所有主机厂在购置配套厂的搅拌器时，都应严格测量叶轮搅拌器的50°后掠角（从检查尺弯曲半径比较，直观易操作），15°翅起角及压扁系数2∶1是选择叶轮搅拌器的首要。

Ⅴ 搅拌轴的强度和搅拌器作用范围

⑴ 搅拌轴的强度

为了让液体旋转，造成所需流型，搅拌轴在容器内承受液体阻力所产生的扭转及物料对叶片的作用产生的弯曲和径力拉力等等。因此，为确保生产安全，轴的强度必须计算，目前，轴的计算都有计算元件可依，难的是物料的特性的确定是计算准确的关键。

目前，国内搪玻璃标准化的搅拌型式有三种，锚与框属一种，桨式、叶轮式。纵观从（79）标到最新的搪玻璃搅拌器标准，其最基本结构没有多大变化。原则上还是以（79）标为准。

制订一项通用的搪玻璃搅拌器标准，确实有许多困难，为了计算轴的强度，必须预先确定许多基础参数，如功率、转速、物料粘度、重度、轴材料等等，而通用设备是面对千变万化的物料。

（79）标准制订时，首先是轴的强度计算，否则，标准无法制订，因此，当时只能将搅拌的物料状态假设许多简单的操作条件而进行轴的计算，而后再作技术性处理。

（79）标准搅拌器计算时，假设物料统一取为20℃水，其比重为1，粘度为1，在确定搅拌轴二支点的最佳距离后，公称转速：锚式、框式为63转/分，80转/分；叶轮式为125转/分；桨式为80转/分、125转/分，轴的绕度为1/1000，代入计算，求所需电机功率和一定壁厚空心轴径。

然后，为了考虑化工物料的多样性，将所需电机功率放大一倍，并圆整为电机额定功率，再计算空心轴径及所需壁厚，再校核叶片焊缝强度可靠性。

所以，搪玻璃搅拌器搅拌轴强度，只能适用于一定液体粘度范围、比重范围的物料，对于某些特别高粘度的物料，轴的强度与搅拌叶片焊缝的强度要重新进行计算，以确保产品的安全使用，不至发生搅拌叶片掉落及轴受扭转力过大而产生脱瓷。

另外，标准搅拌轴强度是按整根无对接焊缝的空心轴进行计算。目前，大多数长轴，因炉子高度制约，采用搪后对接，且是单面焊缝，对轴强度肯定有影响。重新计算时，应乘以焊缝系数，求得安全轴径，才是最负责任的，制造单位必须引起注意。对用户负责，生产安全第一。

⑵ 搅拌器作用范围

各种不同型式的搅拌器，在回转过程中，除能在容器内制造化学反应所需要的流形外，其容器内液体的运动只能在一定的作用范围内，作用范围的大小，与搅拌器结构、转速、液体粘度、比重有关，当搅拌器结构形状已选定，转速已选定的条件下，主要取决于搅拌器本身结构和物料液体的粘度、比重。

⑶ 标准额定功率下，各种搪玻璃搅拌器的参考作用范围为：

a. 锚式搅拌器，作用范围是搪玻璃搅拌容器罐体上接环处。

b. 框式搅拌器，同锚式搅拌器。

c. 桨式搅拌器，作用范围是搪玻璃搅拌器斜桨（45°），物料推出方向1～1.5B（B为斜桨回转直径）。注：桨式搅拌只能适用于粘度较小的物料。

d. 叶轮式搅拌器，作用范围随物料粘度不同而不同。当物料粘度为1，作用范围为3～4B（B为搪玻璃叶轮式搅拌器叶片回转直径）。

当物料粘度〈500时，作用范围为2～2.5B

当物料粘度〈1500时，作用范围为1～1.5B

当物料粘度〈50000时，作用范围为0.5B

⑷ 二层或多层搪玻璃搅拌

所有搅拌器的作用范围都与搅拌器本身结构和容器内物料粘度、比重有关，随着物料粘度增加，比重增大，搅拌器作用范围会减小，由此而引发需要装置二层搅拌或多层搅拌的问题。

因为当物料粘度增加，搅拌器作用范围减小时，在已有的容器（特别是高径比大于1.5容器）将产生搅拌器作用范围的流体在运动，而上层部分流体基本不动或小动，整体反应速率受影响，因此，装置二层或多层搅拌器叶，进行接力，达到整体液体运动。二档叶桨的安装间距，根据设计经验，建议以上述搅拌器作用范围的0.8倍来设定。

二层或多层搅拌其轴的强度不能套用标准轴径。根据受力情况改变，一定要重新进行计算，确保生产安全性。

Ⅵ 搅拌中的气蚀现象

对矮胖型容器，或者液体粘度特别小时，强烈的搅拌会使物料形成湍流，产生一个大旋涡，中间低而罐周高，在轴周围会形成一个深凹。深凹达到一定程度时，会吸入空气，这就是气蚀现象，气蚀现象会影响搅拌效果。

气蚀现象容易发生在罐内物料太浅（即搅拌器上方物料液柱少），因此，正确的物料位置的设定和搅拌叶片位置的设计尤为重要。对非标搅拌容器设计，要引起重视。

解决气蚀现象的措施，可以增加挡板数量，或者调整桨叶上方物料液柱深度。

（待续）。

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“搪瓷用热轧钢板和钢带”通过国家标准审定

由鞍钢股份有限公司、冶金工业信息标准研究院共同起草的“搪瓷用热轧钢板和钢带”国家标准审定会于2009年11月27日于北京圆山大酒店召开。

参加审定会的除国家标准化有关人员及各大钢铁厂的代表外，工搪行业参加的有工搪分会秘书处、北京华腾大搪设备公司、溧阳云龙化工设备公司、淄博工搪厂、天津工搪厂、淄博华星化工设备公司和中国搪瓷协会的代表共八位。会议经过热烈讨论，顺利通过标准审定。

审定的“搪瓷用热轧钢板和钢带”国家标准中，其牌号分类其用途如下表：

类别	类别代号	牌号	用途
日用	TC	TCDS	厨具、卫具、建筑面板、电烤箱、炉具等
日用	TC1	Q210TC1、Q245TC1、Q300TC1、Q330TC1、Q360TC1	热水器内胆等
化工设备用	TC2	Q245TC2B、Q245TC2C、Q245TC2D Q295TC2B、Q295TC2C、Q295TC2D Q345TC2B、Q345TC2C、Q345TC2D	化工容器、换热器、塔类设备等
环保设备用	TC3	Q245TC3、Q295TC3、Q345TC3	拼装型储罐、环保行业罐体、环保水处理工程、自来水工程等