化工静态混合器发展及改进

化工 静态混合器发展及改进

刘海军

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摘要：本文分析一种新型静态混合器，这类设备应用在塑料加工熔融流体混合领域内，属于全新技术，解决了当前混合装置效率较低的问题。本文列举的新型静态混合器包含了混合器芯子与筒体，混合其芯子安装在筒体内部，便于拆卸与清理，其构造简单，成本降低。就静态混合器发展及改进研究，本文聚焦DN500及以上大型SK型静态混合器制作。

关键词：静态混合器；发展；改进

自20世纪70年代至今，在化工、环保与食品领域内静态混合器得到了广泛应用，多应用在化工单元操作内^[1]。当前，虽说国内机械传动混合器属于各类搅拌装置的主流产品，但静态混合器由于节能、高效与小型、持续，免维修等方式，逐步取代动态，在各个行业内得到了广泛应用。静态混合器（本文集中研究SK型）属于氧化铝高效深锥沉降槽进料系统内的配套设施设备，其性能需与设计使用要求契合，以此确保沉降槽沉降工序满足工艺要求^[2]。静态混合器在氧化铝物料输送内，属于易损物件，设计要求其使用寿命需在1年以上。

1 静态混合器

静态混合器（static mixer）属于20世纪70年代早期开始发展，属于一种先进混合器。于1970年美国引入了肯尼公司研究开发的静态混合器。20世纪80 年代后期，这类混合器开始在国内生产，并投入到乳化燃料生产方面，获得了较好的应用。

自1970年开始，静态混合器逐步应用在化学、纺织、轻工行业内，取得了较好的效果。作为一种专利产品，静态混合器不管是在国内还是国外均需要对结构保密，制作一次成型的密封结构。与此同时，固化剂、环氧树脂粘度较大，据资料统计，环保树脂粘度是固化剂的20-80倍^[3]。管路内，两流体流动速度较低，很难均匀混合。

静态混合器作为一种先进单元设备，对比文氏管、孔板柱、其他设备等，其效率较高、能耗较低、体积更高、可节省投资，能够实现持续生产。静态混合器内，流体遵循运动规律为“分割-移位-重叠”，在静态混合器内移位发挥着主要作用。移位包含两大类：同一截面流速分布会导致相对位移出现，多通道相对位移。不同类型静态混合器，其移位方式也不相同。

总而言之，在化工、石油、环保、医药、日化、电缆、化纤、矿冶等行业内，静态混合器的应用可实现低能耗、见效快、效果好的优势，可带来可观的利益，提升经济效益。

2市场上SK型静态混合器的制作现状

于2013年我公司承接了国内最大氧化铝φ24m高效深锥沉降槽设备项目，要求静态混合器管径为DN500。静态混合器的制作核心为螺旋单元片。我公司在研究静态混合器核心部件混合单元大量理论研究、广泛市场调研基础上，发现氧化铝厂高效深锥沉降槽进料系统中SK型DN500混合器未见理论研究，国内生产厂家选择的成型模具，钢制螺旋叶片压制混合器直径在Φ400mm以下。Φ400mm以上的要么是成型模具生产，要么直接将生产转换为平直叶片，会对混合效果与使用寿命产生影响。选择手工钣金敲制制作，成型储存无法与设计要求契合，且外观不美观，机械存在着敲击凹坑，也会对设备使用寿命造成影响^[4]。基于此，我司决定自行研发与设计，自行制作DN500及以上大型静态混合器。

3针对DN500及以上大型SK型静态混合器的制作方法

螺旋单元片是静态混合器内的核心构件，本文讨论单元片制作。

3.1 螺旋单元片结构

SK型静态混合器又被称之为单螺旋形静态混合器，其单元螺旋板扭转90°、180°或270°，入管壳安装时，响铃螺旋板为左旋或者是右旋。SK型静态混合器可适用于要求不高，混合过程与混合有关的单元操作，能够强化设备传热。通过分析各类型号的静态混合器，发现SK型静态混合器堵塞率较低，适用于较脏物料处理，比如：氧化铝赤泥料浆。结合我公司氧化铝高效沉降槽上实际使用静态混合器的情况，依照用户现场反馈与现场要求，将该该静态混合器螺旋单元片设定四组，为主进行90°交叉安装。

图1 SK型静态混合器通用结构图

3.2设计制作压制胎具

首先，使用二维、三维计算机软件技术，比如：AutoCAD、SolidWorks技术，绘制螺旋叶片并建模，结合单元片模型，设计压制胎具。压制之后，钢板会产生弹性变形，考虑重点在于，确定胎具压制成型螺旋叶片，经过弹性变形之后，可达到设计储存要求。结合我公司多年制作桨式搅拌叶片的经验，结合钢材理论回弹量掌握，迅速确定较为合理的回弹系数，设为k值。若螺旋叶片螺距为P，压制胎具设计期间，设定螺距为k·P。为确保操作便捷，选择分段压制方案，胎具制作为螺旋叶片的1/10。确定好胎具对应的螺旋叶片结构与螺旋叶片储存后，借助AutoCAD、SolidWorks设计软件，选择基准参照面，科学设定胎具的高度，在基准面上，持续分布多个立筋板。经过拉伸，设定为胎具高度界面。螺旋叶片可将连续立筋板划分为上部分与下部分，通过测量单个筋板四个尖点高度尺寸板宽方向数据取均值，属于单个筋板下料尺寸。

胎具制作期间，依照要求设计每个立筋尺寸的下料，注意顺序，上下筋板固定组合，基板上确定了焊接位置后，立筋按照顺序，以此靠近焊接部位，划分为上模胎具与下模胎具。螺旋叶片直径为DN500，叶片厚度为6mm，若立筋间存在间距，则极易缠身更明显压痕，为实现其平滑过度，需要选择无间隙连续筋板组成。

3.3压制螺旋单元片

将制作好的上胎具、下胎具安装在压力机、工作台上，启动压力机，胎具落下之后找正，确保上胎具与下胎具基准线对其。将1-3片螺旋混合单元钢板作为试验样品，将螺旋混合单元钢板吊入下胎内，并就位，压制压力机，适当加压。压制阶段，要注意限位控制，注意观察压力机的工作状况。压制完毕之后，使用专用测量工具，测量弧度样板、弦角数值，仔细检查，逐步记录。

经判定与图纸技术要求不符合的部位，相应部位上胎具、下胎具立筋板适当修正，检修与调整油压机，适当改进压制方式，确保压力与使用要求契合，促使设备保持稳定^[5]。同时，保证螺旋混合单元在压制内，可实现均匀受压。直到压制出的螺旋混合单元所有角度与图纸技术要求契合，批量压制螺旋混合单元。需要注意的是，螺旋混合单元表面不可有压痕、锤痕或者是划痕等，胎具压制螺旋叶片。

结语：

经试验，选择专用工具检测螺旋混合单元片角度尺寸，结果表明均与图纸要求契合，能够实现一次压制成型，可实现批量化生产。在静态混合器工程项目上，选择螺旋单元片组装制作，验证发现物料混合效果可满足设计、生产需求，单元片为螺旋交错，表面平滑且产生的摩擦阻力较少，能够将使用寿命延长。结合本文上述分析，总结DN500SK型静态混合器制作经验，发现其可使用同类型或者是更大类型的静态混合器制作内，能够实现传统静态混合的改进。

参考文献：

[1]王艺璨. 基于数值模拟的NO臭氧氧化反应及气气混合器特性研究[D].华北电力大学(北京),2020.

[2]张春梅,刘建.HEV型静态混合器翼片结构优化研究[J].沈阳化工大学学报,2019,33(04):333-338.

[3]盘爱享,张华兰,施英乔,田庆文,冉淼,房桂干.用于调酸的静态混合器改进与流态模拟[J].黑龙江造纸,2019,47(01):11-18.

[4]梁锐锋.乳化炸药静态混合器的的安全性分析[J].化学工程与装备,2019(02):254-255.

[5]周锐. 基于FLUENT对管式静态混合器的优化设计[D].华中科技大学,2018.