基本介紹
- 中文名：混樣器
- 外文名：Mixer
- 包括：動力裝置，混合裝置，附屬部件
- 動力裝置：三相異步電動機，聯軸器等
- 混合裝置：靜態混合器、攪拌葉輪
- 作用：物料的分割與匯聚
混樣器的整機結構,混樣器的工作原理,樣液特性與基本作業參數確定,樣液特性,基本作業參數,一次混合裝置參數的確定,元件扭轉角度與相鄰元件螺旋方向的確定,混合元件個數的確定,長徑比的確定,二次混合裝置參數的確定,水套及溢流壓力的確定,混合結果的試驗,
混樣器的整機結構
靜動聯合混樣機主要由動力裝置，混合裝置，附屬部件三部分組成，其中動力裝置由三相異步電動機，聯軸器，齒輪泵組成;混合裝置由一次混合裝置SK型靜態混合器、二次混合裝置射流式攪拌葉輪兩部分組成;附屬部件包括溢流閥、冷卻罩體，取樣閥，樣品容器、連線管路等部分。
混樣器的工作原理
靜動聯合混樣器是將靜態混樣器的混合作用與葉輪式攪拌器的混合作用相結合從而實現液體的充分分割與匯聚。作業時，電動機帶動齒輪泵從原油混合容器中吸油，在齒輪泵出油口處，通過三通管接頭原油分別流向溢流閥和SK型靜態混樣器，當系統壓力超過額定值時，溢流閥開啟，使原油直接流回容器，從而保證整個系統的安全性，同時，另一路油流經SK型靜態混合器，經一次混合後進入噴油旋轉攪拌器主腔體內，油液從葉片末端噴口不斷噴出，其方向與旋轉圓周相切，攪拌葉片在射流作用下轉動，從而實現油液的二次混合。混合後的原油，通過接在管路中的取樣閥，可隨時方便的對混合液體進行取樣，為解決管路中溫度過高問題，在多螺旋葉片混合器外側增設一冷卻罩體，冷卻液可以通過注水口不斷流進，通過出水口流出，以此消除混合升溫對原油混合液的影響。
樣液特性與基本作業參數確定
樣液特性
需混合樣液的基本特性:樣品量15L，密度820－860kg/m3，水分0.025%-0.15%，20攝氏度時運動粘度為5-10mm2/s，常壓蒸餾初餾點:40-48攝氏度。混合後的樣品應當滿足GB/T4756－1998對於樣品品質進行檢測，均化後水滴在1～50μm，要求所測定的密度水分與其平均值的差值在表1所給的範圍之內。
基本作業參數
混合時間直接影響樣品的混合效果，根據GB/T4756－1998要求循環流速至少應足以使內含物每分鐘循環一次，典型的循環時間為15min，樣品量15L，因此該混合裝置的平均流量Q=0.25L/s。可以確定混合動力源為Y801-4-B3的三項異步電動機，額定功率0.55KW，額定轉速1600r/min，CB=B10型齒輪泵額定流量10ml/r，額定壓力2.5MPa。
一次混合裝置參數的確定
元件扭轉角度與相鄰元件螺旋方向的確定
SK型靜態混樣器相鄰元件的螺旋方向對混合起著重要作用，相鄰元件採用相反螺旋方向的結構時，不僅可以分割流體、增加流體界面面積，而且能夠使流體在流動中產生周期性的流向變化，即實現無序混合，從而避免無混死區的存在。該SK型一次混合裝置混合元件扭轉角定為120°，相鄰元件採用反向螺旋。
混合元件個數的確定
物料每經過一個混合元件就被分割成兩層，當經過n個元件時其分割層數如式1所示:
S=2^n(1)
式中:S—總層數;n—物料通過的元件個數
套用Flowsimulation分析元件個數增加對混合器中流場軸向速度脈動的影響。從結果可以看出，隨混合元件個數的增加流場速度脈動明顯增加，當個數增至8個時基本保持穩定。考慮到一次混合後的流場速度脈動與殘餘壓力對該靜動聯合混樣器的二次混合有較大影響，確定SK型一次靜態混合裝置的元件數為10個。
長徑比的確定
套用Flowsimulation得出不同長徑比條件下對應的壓降情況。可以看出隨長徑比λ值的增大，SK型靜態混樣器壓力降顯著減少。混合元件的長徑比λ對總壓降值影響顯著，由於該混合器二次混合裝置的存在，應儘量減少一次混樣後的壓力損失，而長徑比過大將使元件軸向體積過大，綜合考慮混樣器的空間布置，此處定λ=2.5，根據壓降模型可得其總壓降值P為957Pa。
二次混合裝置參數的確定
容器結構形式的確定二次混合裝置葉片的驅動力來自末端液體的噴射作用，當產生同樣的推動力時，增加葉片長度可以有效提高驅動轉矩，設長徑比L/D=0.8。樣品體積Vg=15L，裝料係數η=0.8，從而確定容器直徑D=0.03m，L=0.024m。在容器內壁圓周方向均布四處30mm寬的擋板，套用FlowSimulation對容器內壁有擋板和無擋板兩種情況進行模擬，從速度矢量圖可以看出其擾動明顯高，在擋板處形成局部的渦旋，有研究表明促使樣液混合的主要原因在於流場內部渦旋的存在。因此增設擋板可有效改善混合效果。
水套及溢流壓力的確定
根據靜動聯合混樣器的工作原理，其主要熱量來源於SK型靜態混合器的剪下與摩擦作用，因此在其外側增加水套，作業時，進水口與水管相連，水套充滿水後從出水口流出，從而保證熱量及時被帶走。二次混合器的入口壓力為1.1MPa，λ=2.5時總壓降為957Pa，因此可確定最大壓力值為1.100957MPa，可設定最高壓力的1.2倍1.32MPa做為溢流閥溢流壓力。
混合結果的試驗
以水的質量分數作為對象，分別對靜動聯合混樣器及SK型靜態混樣器進行對比試驗，其中A表示聯合混樣器，B表示SK型靜態混樣器從試驗結果可以看出，經過15分鐘兩種混樣器均可達到預期混合目的，從混合度M的變化趨勢上看，聯合混樣器混合度增長速度明顯高於SK型靜態混樣器，並且在第13分鐘混合度M值開始保持穩定。試驗結果表明二次混合裝置能夠有效提高樣液混合效率。
