混合機械

混合機械可以將多種物料配合成均勻的混合物，如將水泥、砂、碎石和水混合成混凝土濕料等；還可以增加物料接觸表面積。以促進化學反應；還能夠加速物理變化，例如粒狀溶質加入溶劑，通過混合機械的作用可加速溶解混勻。

混合機械廣泛用於各類工業和日常生活中，其用途是：①將多種物料配合成均勻的混合物。例如將水泥、砂、碎石和水混合成混凝土濕料。②增加物料接觸表面積以促進化學反應。例如氣液相催化反應時，既要使固體粉狀催化劑或液體催化劑（密度不同於參加反應的液體）在液體中均勻懸浮，又要使氣體形成小氣泡在液體中均勻分散。③加速物理變化。例如粒狀溶質加入溶劑，通過混合機械的作用可加速溶解混勻。常用的混合機械分為氣體和低粘度液體混合器、中高粘度液體和膏狀物混合機械、熱塑性物料混合機粉狀與粒狀固體物料混合機械4大類。

混合時要求所有參與混合的物料均勻分佈。混合的程度分為理想混合，隨機混合和完全不相混3種狀態（圖1）。各種物料在混合機械中的混合程度，取決於待混物料的比例、物理狀態和特性，以及所用混合機械的類型和混合操作持續的時間等因素。液體的混合主要靠機械攪拌器、氣流和待混液體的射流等，使待混物料受到攪動以達到均勻混合。攪動引起部分液體流動，流動液體又推動其周圍的液體，結果在溶器內形成循環液流，由此產生的液體之間的擴散稱為主體對流擴散。當攪動引起的液體流動速度很高時，在高速液流與周圍低速液流之間的界面上出現剪切作用，從而產生大量的局部性漩渦。這些漩渦迅速向四周擴散，又把更多的液體卷進漩渦中來，在小範圍內形成的紊亂對流擴散稱為渦流擴散。機械攪拌器的運動部件在旋轉時也會對液體產生剪切作用。液體在流經器壁和安裝在容器內的各種固定構件時也要受到剪切作用。這些剪切作用都會引起許多局部渦流擴散。攪拌引起的主體對流擴散和渦流擴散，增加了不同液體間分子擴散的表面積、減少了擴散距離，從而縮短了分子擴散的時間若待混液體的粘度不高，可以在不長的攪拌時間內達到隨機混合的狀態；若粘度較高，則需較長的混合時間。

對於密度、成分不同、互不相溶的液體，攪拌產生的剪切作用和強烈的湍動將密度大的液體撕碎成小液滴，並使其均勻地分散到主液體中。攪拌產生的液體流動速度必須大於液滴的沉降速度。

少量不溶解的粉狀固體與液體的混合機理，與密度、成分不同，互不相溶的液體的混合機理相同，只是攪拌不能改變粉狀固體的粒度。若混合前固體顆粒不能使其沉降速度小於液體的流動速度，無論採用何種攪拌方式都形不成均勻的懸浮液。

不同膏狀物的混合主要是將待混物料反覆分割並使其受到壓、輾、擠等動作所產生的強剪切作用，隨後又經反覆合併、捏合，最後達到所要求的混合程度。這種混合很難達到理想混合，僅能達到隨機混合。粉狀固體與少量液體混合後為膏狀物，其混合機理與膏狀物料混合的機理相同。

不同的熱塑性物料以及熱塑性物料與少量粉狀固體的混合，需要依靠強剪切作用反覆地揉搓和捏合，才能達到隨機混合。

流動性好的顆粒狀固體物主要是靠容器本身的迴轉，或靠裝在容器內具有推動待混物料前進或後退的運動部件的作用，反覆地翻動、摻和而得以混合。這類物料也可用氣流產生對流或湍流以達到混合。固體顆粒的對流或湍流不易產生渦流，混合速度遠低於液體的混合，混合程度一般也只能達到隨機混合。

流動性很差的、互相發生粘附的顆粒或粉狀固體，則常需用帶有機械翻動和壓、輾等動作的混合機械。

這類混合機械的特點是結構簡單，且無轉動部件，維護檢修量小，能耗低。這類混合機械又分為氣流攪拌、管道混合、射流混合和強制循環混合等4種。

在存放待混物料的容器內裝有鼓泡器或混合管兩種形式（圖2）。鼓泡器式的混合器借氣泡在液體內上升的過程造成湍動。混合管式的混合器使氣液混合以減小密度，引起液體循環流動，從而使待混物料得以混合。氣流攪拌混合器僅適用於低粘度液體的混合。它的優點是可用於有腐蝕性或有毒物料的混合，缺點是攪拌強度低。

這種混合器由管道分別與噴嘴、渦流室、多孔板或異形板組成（圖3）。混合的方法有3種：①噴嘴式：將待混的兩種或兩種以上流體的量調整到預定配比后，以較高流速的流體將較低流速的流體帶入一根管道，待混流體匯流后經過一段距離達到混合；②渦流式：兩種流體流經一渦流室得到混合;③多孔板式、異形板式：兩種流體流經裝有促進混合的元件的管道得以混合。這種設備適用於氣體或較低粘度液體的混合，例如家用煤氣灶就是以煤氣將空氣帶入管道混合后而燃燒的。

這種混合器由容器、射流元件和循環泵等組成（圖4）。液體的高速射流穿過低速的液體時，一方面推動前方的液體運動，一方面在界面上產生高剪切力，從而形成大量旋渦，進一步將周圍液體捲入射流中，從而得到混合。

這種混合器由容器和循環泵等組成（圖5）。循環泵強制待混物料反覆循環流動，產生湍流以達到混合。為了強化混合，有的混合器在循環泵出口處裝有混合元件，例如噴淋頭或混合管等。

這類混合機械的特點是能產生強的剪切作用。

這種混合器由攪拌槳（也叫攪拌器）和容器組成（圖6）。攪拌槳的旋轉使待混液體產生高速流動，藉以引起對流和渦流擴散而進行混合。這種混合器應用範圍廣泛，只要根據待混物料的物性（粘度、密度和物相等）選擇合適的攪拌槳，經過恰當的攪拌時間，混合程度一般可達到隨機混合狀態，有時還可更好。在化工生產中常用這種設備進行氣液、液液反應的混合和油品類的酸洗、鹼洗、水洗等。

這種混合器由管子和內裝的促進混合的元件等組成（圖7）。混合元件常用的形式有螺旋片式和混合頭式。靜態混合器結構簡單緊湊，無傳動部件，物料停留時間短（一般僅數秒），混合效率高，能耗低，安裝維護和清洗方便。它主要用作高粘度液體的混合器和氣液反應器等。兼有混合作用的粉磨機械 這種機械大多用於染料、塗料、油墨和藥物生產方面，常用的有球磨機、砂磨機和膠體磨等（見粉磨機械）。

這種混合機由加料裝置斗、集料斗、輥子和刮刀等組成。輥子旋轉產生磨擦力，使待混高粘度或膏狀物在擠壓、研磨下混合。所用的輥子有單輥、雙輥、三輥和多輥4種，但常用的混合機為雙輥式和三輥式（圖8）。有的輥子做成空心的，以適應混合時通入加熱載體或冷卻劑的需要。這種混合機多用於塑料、油漆、顏料、油墨和橡膠等生產中。

這種捏合機由上口為長方形、端斷面呈W形的槽和內裝的兩把攪拌刀組成(圖9)。兩把轉速不同的攪拌刀所產生強剪切作用，使待混物料反覆被捏合以進行混合。攪拌刀形狀有多種，其中以Z形的使用最廣。槽體可旋轉90°以便卸料。這種捏合機常用於糕點、塑料和鉛筆芯等生產中混合原料。

這種混合機由上口為長方形、端斷面呈 U形的槽和攪拌用的螺帶等組成（圖10）。螺帶有單條、雙條和三條之分。螺帶的螺距和直徑均有不同規格。螺帶有的右旋，有的左旋，分別將待混物料推向不同的方向，造成紊亂運動，使待混物料充分混合。這種機械常用於糕點、牙膏和藥膏的原料混合，以及建築用水泥砂漿的混合。

這種機器由圓筒容器和內裝的螺桿等組成。螺桿的結構形式可根據加料、輸送、擠壓、捏合和混合的要求做成相應的獨立分離元件。使用時按工藝要求將所需要的分離元件套在軸上組合成目的螺桿，也叫組合螺桿。螺桿加工成固定型式居多。待混物料經過擠壓、捏合和混合分離元件的作用，混合均勻之後可擠壓成所需要的形狀（由模具和後續工序決定），例如將塑料加工成板、管等各種製品。

這類機器用於熱塑性物料（如橡膠和塑料）與添加劑混合。所使用的機械有密閉式煉膠（塑）機、雙輥式煉膠機等（見橡膠機械）。

這類機械大多為間歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的機械，如輪輾機等。

這種混合機由容器，以及內裝的立式螺桿和混合管等組成（圖11）。螺桿旋轉時將待混物料送入混合管。待混物料被向上推動時受到翻動而混合，然後由管上口排出，如此循環直至達到混合要求。這種機械適用於各種流動性好的粉狀、粒狀固體物料和粒度相差不大的物料。它的缺點是清掃不方便。

這種混合機由圓錐容器和內裝的螺桿等組成(圖12)。螺桿一方面自轉，一方面繞錐體的中心公轉，使待混物料翻動以達到混合。這種機械適用於流動性較好的粉狀、粒狀物料，但清掃很不方便。槳葉式混合機 這種混合機由卧式圓筒狀容器和內裝的旋轉軸（軸上裝有數對葉槳）等組成。旋轉槳葉翻動、攪拌待混物料使之混合。這種機械多用於玻璃、造紙和樹脂等生產中混合原料。

這種混合機由卧式圓筒狀容器及其內壁上所裝的導向板和縱向擋板等組成（圖13）。當圓筒迴轉時，物料被翻滾、摻和而混合。這種混合機可用於乾粉狀、粒狀物料如藥物的混合，也可用於濕料如混凝土原料的混合。

這種機器由多面體（正方形、矩形、雙錐形和正八角形等）容器及其內壁上所裝的導向板等組成（圖14）。當容器旋轉時，待混物料被翻滾、摻和以達到混合。這種混合器多用於乾粉狀、粒狀物如藥粉的混合。

這種機器由兩節圓筒對焊而成的容器及其內裝的強化混合元件組成（圖15）, 有單V型和多V型串聯等型式。容器旋轉時，待混物料在筒體頂角轉向上時分成兩股流動，隨後頂角又轉向下，物料又匯流入頂角，如此反覆分割、合併以達到混合。