流體黏度

黏度是流體的一種屬性，不同介質(zhì)的黏度是指流體對(duì)流動(dòng)的阻抗能力。液體以1cm/s的速度流動(dòng)時(shí)，在每1cm2平面上所需剪應(yīng)力的大小稱為動(dòng)力黏度，以Pa·s為單位，有時(shí)也用泊或厘泊表示(1P= 10-1Pa·s，1cP=10-2P)。流體在管路中流動(dòng)時(shí)，有層流、過渡流和湍流三種狀態(tài)，攪拌設(shè)備中的自動(dòng)攪拌鍋同樣也存在這三種流動(dòng)狀態(tài)，而決定這些狀態(tài)的主要參數(shù)之一就是流體的黏度。

自動(dòng)攪拌鍋

一般認(rèn)為黏度小于5Pa·s的為低黏度流體，例如水、蓖麻油、飴糖、果醬、蜂蜜、潤滑油重油和低黏乳液等;黏度為5~50Pa·s的為中黏度流體，例如油墨和牙膏等;黏度為50~500Pa ·?s的為高黏度流體，例如口香糖、增塑溶膠和固體燃料等;黏度大于 500Pa ·?s的為特高黏流體，例如橡膠混合物、塑料熔體和有機(jī)硅等。

對(duì)于低黏度介質(zhì)，用小直徑、高轉(zhuǎn)速的自動(dòng)攪拌鍋就能帶動(dòng)周圍的流體循環(huán)，而高黏度介質(zhì)則需要直接用攪拌器來推動(dòng)。適用于低黏度和中黏度流體的葉輪有槳式、開啟渦輪式、推進(jìn)式、長薄葉螺旋槳式、圓盤渦輪式、布魯馬金式、板框槳式、三葉后彎式和MIG式等;適用于高黏度和特高黏度流體的葉輪有螺帶式葉輪、螺桿式、錨式、框式和螺旋槳式等。有的流體黏度隨反應(yīng)進(jìn)行而變化，則就需要用能適合寬黏度領(lǐng)域的葉輪，如最大葉片式、泛能式葉輪和槳葉組合式等。

攪拌裝置的功能

攪拌裝置可以達(dá)到以下功能。 .

• ①易溶物料的混合。易溶物料大多為低中黏度，其混合可選用槳式、軸流型的推進(jìn)式或三葉變截面螺旋槳，槳式多應(yīng)用在儲(chǔ)罐中，推進(jìn)式多用于直徑小于2000mm的配液罐，直徑大于2000mm的配液罐常選用三葉變截面螺旋槳攪拌器。
• ②溶解。介質(zhì)的性質(zhì)決定最大溶解速度，當(dāng)溶解達(dá)到最大速度時(shí)，再提高攪拌轉(zhuǎn)速并不能提高溶解速度。對(duì)于易溶的物料攪拌以考慮離底懸浮為主，低濃度的小罐徑比配液罐多選用槳式攪拌器，低濃度的高罐徑比配液罐多選用推進(jìn)式攪拌器，高濃度的高罐徑比配液罐多選用三葉變截面螺旋槳或者四葉開啟渦輪式攪拌器;若溶解過程中需要細(xì)分固體顆粒，則可選用分散效果懸浮效果俱佳的四葉開啟渦輪式攪拌器。
• ③結(jié)晶。結(jié)晶攪拌時(shí)常伴隨著傳熱要求，低黏度、低濃度、小結(jié)晶顆粒的工況可選用軸流型攪拌器，如推進(jìn)式或三葉變截面螺旋槳式攪拌器;大結(jié)晶顆粒的工況需選用錨式攪拌器;高黏度且易粘壁的工況可選用帶上刮板的錨式攪拌器。
• ④懸浮。懸浮攪拌時(shí)多選用軸流型攪拌器，對(duì)于易懸浮且低濃度的工況，可選用槳式攪拌器;對(duì)于低濃度且不易懸浮的工況，可選用推進(jìn)式攪拌器;對(duì)于高濃度的懸浮工況，可選用三葉變截面螺 旋槳或者四葉開啟渦輪式攪拌器。

攪拌目的及應(yīng)用

攪拌器的發(fā)展始終與攪拌目的及攪拌應(yīng)用密不可分，在生物制藥行業(yè)領(lǐng)域，對(duì)攪拌器的要求越來越專業(yè)化。例如細(xì)菌發(fā)酵罐需要中高速多層攪拌器，攪拌能使空氣或者氧氣快速混勻到液體里，以滿足細(xì)菌高需氧量;動(dòng)物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)用的生物反應(yīng)器卻需要低速、低剪切力的攪拌器，盡可能不損傷細(xì)胞，還需要使貼附有貼壁細(xì)胞的微載體或者巨載體不會(huì)在更換培養(yǎng)基時(shí)流走，籃式攪拌器則可以滿足此要求。

機(jī)械攪拌動(dòng)密封

機(jī)械攪拌對(duì)于軸密封油有較高的要求。軸密封的作用是防止染菌和泄漏，攪拌軸的密封為動(dòng)密封，這是由于攪拌軸是轉(zhuǎn)動(dòng)的，而頂蓋是固定靜止的，兩個(gè)構(gòu)件之間具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)的密封要按照動(dòng)密封原理來進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)動(dòng)密封的基本要求是密封要可靠并且機(jī)構(gòu)要簡(jiǎn)單，使用壽命要長。發(fā)酵罐中使用最普遍的動(dòng)密封有填料函密封和機(jī)械密封兩種。

填料函密封的安裝原理為填料箱本體固定在發(fā)酵罐頂蓋的開口法蘭上，將轉(zhuǎn)軸通過填料函，然后放置有彈性的密封填料，然后放上填料壓蓋、擰緊壓緊螺栓。填料受壓后，產(chǎn)生彈性變形堵塞了填料和軸之間的間隙，轉(zhuǎn)軸周圍產(chǎn)生一定的徑向壓緊力，從而起到密封介質(zhì)壓力的作用。填料函密封具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、填料拆裝方便的特點(diǎn)，同時(shí)具有死角多、很難徹底滅菌、容易滲漏及染菌、軸的磨損較嚴(yán)重、增加由于摩擦所損耗的功率、產(chǎn)生大量的摩擦熱、壽命較短和需經(jīng)常更換填料等缺點(diǎn)，因其容易磨損和滲漏，故在發(fā)酵罐中已經(jīng)很少使用。

機(jī)械密封也稱端面密封，其工作原理為靠彈性元件(彈簧、波紋管)及密封介質(zhì)壓力在兩個(gè)精密的平面(動(dòng)環(huán)和靜環(huán))間產(chǎn)生壓緊力，相互貼緊，并作相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而達(dá)到密封。自動(dòng)攪拌鍋的機(jī)械密封的主要作用是將較易泄漏的軸面密封改變?yōu)檩^難滲漏的端面(徑向)密封。機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)由摩擦副(即動(dòng)環(huán)和靜環(huán))、彈簧加荷裝置和輔助密封圈(動(dòng)環(huán)密封圈和靜環(huán)密封圈)等元件組成。