谷王

摘 要：从传统SK型静态混合器基本功能和结构出发，通过数值模拟和实验模型验证，提出了开缝式SK型静态混合器，并比较了在相同实验条件下两种静态混合器的指标：混合度和压力损失，得出传统SK型静态混合器与开缝式SK型静态混合器的性能差异。

关键词：开缝式SK型静态混合器；静态混合器；混合度；压力损失

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

0 引言

静态混合器发明以来，在很多行业得到了广泛的运用，尤其是在化工、医药、农业、纺织、食品等行业。静态混合器是一种较为先进的混合单元设备，它的内部结构是由一系列特定螺旋单元构成，该单元在内部是固定不动的，这与机械搅拌混合器有很大的不同，机械搅拌器是靠电机带动，从而实现各种流体的混合，但其长时间在恶劣环境下工作，会造成机械搅拌混合器的稳定性、可靠性不高。静态混合器与其它混合设备相比较，具有可靠性高、效率高、结构简单、能耗低、体积小、性价比高等优点。

1 静态混合器的工作原理

静态混合器之所以能起到混合的作用，是其结构单元改变了混合流体的速度梯度和流态。当混合流体运动状态为层流时，其通过管道流经混合单元，之后撞击混合单元，使混合流体产生流体分割-流体位置移动-流体再汇合。当混合流体运动状态为湍流时，除了产生上面三种情况以外，在混合单元截面方向上还会产生大量剧烈的涡旋，这些涡旋对混合流体的剪切力很强，能促进混合流体的快速分割和混合[1]。

2 静态混合器结构设计

2.1 传统SK型静态混合器结构

在结构方面它是由一个或多个以上混合单元组成，每个混合单元包括一个左旋和一个右旋螺旋片，单个左旋、右旋螺旋片是通过绕轴左旋、右旋180°制作而来，在一个混合单元内左旋螺旋片和右旋螺旋片交叉90°连接，不同混合单元之间也是交叉90°连接，但是不同混合单元连接时的螺旋片必须旋向相反。这样当混合流体进入混合器入口时，就会被螺旋叶片分成两股，每一股沿着混合单元的第一个螺旋片径向流动，经过180°后进入混合单元的第二个螺旋片，同样又被分成两股沿着径向流动，再经过180°之后才完整流出第一个混合单元，这样依次流过后续混合单元就是传统SK型静态混合器的混合过程[2， 3]。图1是传统SK型静态混合器混合单元。

2.2 开缝式SK静态混合器结构

开缝式SK型静态混合器在结构上与传统SK型静态混合器有相似之处，前者是在后者基础上创新发明而来，传统SK型静态混合器单个螺旋片之间没有间隙，混合流体在其中被分割成两股，两股之间是在各自不相通的流道内流动，并没有交换混合，只是等流到下一个螺旋片时才会汇合混合；而开缝式SK型静态混合器单个螺旋片之间有缝隙，使得被分割的两股不仅在轴向相互交换混合，同时在径向上也相互交换混合。图2是开缝式SK型静态混合器混合单元。

3 两种混合器的混合度、压力损失比较

由图（3）可知在整个混合过程中，第一：开缝式SK型静态混合器在不同截面上的混合度要高与传统SK型静态混合器。第二：相比之下开缝式SK型静态混合器在不同截面上的混合度从入口到出口趋势是逐渐变大的。实验结果说明了开缝式SK型静态混合器的混合效果优于传统SK型静态混合器。

图（4）所示是两种静态混合器的压力损失在不同截面的分布图，由图我们可以清晰得出。第一：开缝式SK型静态混合器的压力损失略小于传统SK型静态混合器。第二：开缝式SK型静态混合器没有传统SK型静态混合器在不同混合单元间的明显的波动现象。实验结果说明了开缝式SK型静态混合器压力损失性能方面好于传统SK型静态混合器。

参考文献：

[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.