1、概念

靜態(tài)混合器是一種新型先進(jìn)的化工單元設(shè)備，自70年代開始應(yīng)用后，迅速在國內(nèi)外各個領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。眾所周知，對于二股流體的混合，一般用攪拌的方法。這是一種動態(tài)的混合設(shè)備，設(shè)備中有運(yùn)動部件。而靜態(tài)混合器內(nèi)主要構(gòu)件靜態(tài)混合單元在混合過程中自身并不運(yùn)動，而是憑借流體本身的能量并借助靜態(tài)混合單元的作用使流體得到分散混合，設(shè)備內(nèi)無一運(yùn)動部件。

2、靜態(tài)混合器的混合形態(tài)

靜態(tài)混合器在基本工藝流程中的組合方法見下圖所示的兩種類型。在實(shí)際應(yīng)用中往往將多種基本流程組合在一起使用。兩種液體匯合部位的結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)液體的粘度、密度、混合比、互溶性等來確定。尤其當(dāng)兩種液體一接觸就反應(yīng)或凝膠而相變時，更要注意匯合部位的結(jié)構(gòu)、流速以及混合器的選擇。

層流的混合

經(jīng)靜態(tài)混合器混合后的流體的混合形態(tài)，與經(jīng)具有傳動部件的混合機(jī)或攪拌機(jī)混合的混合形態(tài)有明顯的差別。圖二表示采用靜態(tài)混合器混合兩種流體是產(chǎn)生的典型層流混合狀態(tài)。混合狀態(tài)由條帶狀變?yōu)檫B續(xù)的或不連續(xù)的線狀及粒子狀，而狀態(tài)的變化取決于流體混合時的雷諾數(shù)和韋伯?dāng)?shù)。例如：當(dāng)流速、粘度、混合器直徑一定時，如果流體間表面張力大，流體的混合形態(tài)則從條帶狀轉(zhuǎn)向線狀，進(jìn)而變化到粒子狀。混合器單元數(shù)、管徑和流速的選定混合器的單元數(shù)和直徑隨流體的性質(zhì)（粘度、互溶性、密度）、混合比、希望達(dá)到的混合狀態(tài)、接觸面上液體的結(jié)構(gòu)變化等而不同，可通過試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)來確定。通常基于雷諾數(shù)并經(jīng)試驗(yàn)確定混合器的放大倍數(shù)。但當(dāng)雷諾數(shù)Re＜100（嚴(yán)格地說在1以下）時，混合程度、混合狀態(tài)與雷諾數(shù)無關(guān)，只取決于混合器的單元數(shù)。因此，只要混合統(tǒng)一流體，不論其流速和混合器直徑多大，經(jīng)試驗(yàn)確定的單元數(shù)都適用。混合器管內(nèi)流速越大,混合效果越好。但流速太大,壓力損失增加,提高了加壓泵的揚(yáng)程,能耗多。因此選定流速有一個較優(yōu)的范圍。

湍流混合適合于湍流混合的靜態(tài)混合器采用的是扭曲葉片的形式。其理由是，隨著流速的增大，在流動的斷面方向會產(chǎn)生很多激烈的渦流和很強(qiáng)的剪切力。由于這種強(qiáng)大的剪切力的存在，故可有效地發(fā)生氣液、液液、固液等的分散及液液、固液的溶解。

除扭曲葉片的形式外，其它形式的靜態(tài)混合器也可以進(jìn)行湍流混合，但其供給流體的能量大多消耗于流體與壁面的摩擦，用于流體之間的摩擦很少。所以，從耗能的角度來看，這些結(jié)構(gòu)劣于扭曲葉片的形式的混合器。

3、流體的混合機(jī)理

對于層流和湍流等不同的場合，靜態(tài)混合器內(nèi)流體混合的機(jī)理差別很大。層流時是“分割---位置移動---重新匯合”的三要素對流體進(jìn)行有規(guī)則的反復(fù)作用，從而達(dá)到混合；湍流時，除以上三要素外，由于流體在流動的斷面方向產(chǎn)生劇烈的渦流，有很強(qiáng)的剪切力作用于流體，使流體的細(xì)微部分進(jìn)一步被分割而混合。

4、靜態(tài)混合器具有以下特點(diǎn)：

①混合性能好，效率高，易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率；

②操作彈性大，操作穩(wěn)定；

③放大效應(yīng)小，放大容易；靜態(tài)混合器型號、規(guī)格多，適用范圍廣；

④結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備體積小，占地面積小，不易損壞，設(shè)備費(fèi)用低；

⑤能耗低，操作費(fèi)用小。

混合反應(yīng)技術(shù)

原則上，靜態(tài)混合器在不使用機(jī)械攪拌單元的情況下就能實(shí)現(xiàn)混合。運(yùn)動部分僅限于被混合的各種物料組分。

產(chǎn)品混合所需要的能源直接來自流體本身，固定的混合單元能連續(xù)地對流體進(jìn)行分切、擴(kuò)散和重新分配。混合所需要的動能來自泵裝置。

實(shí)際上，靜態(tài)混合器具有體積小、維護(hù)方便、安裝簡單、可拆卸和可靠性高等特點(diǎn)。

所有傳質(zhì)行業(yè)的連續(xù)工藝都采用混合和反應(yīng)技術(shù)。

5、應(yīng)用領(lǐng)域

靜態(tài)混合器的發(fā)展始于70年代初，在化工、石油、化纖、油脂、食品和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域逐步得到應(yīng)用，而且在作為化工單元操作的交辦、萃取、氣體吸收、反應(yīng)、熱交換、溶解、分散、粉粒料的混合等方面迅速發(fā)展，進(jìn)而使有效利用這種特點(diǎn)的應(yīng)用機(jī)械和應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)不斷地取得可喜的成果。

6、水處理領(lǐng)域

在水處理領(lǐng)域，混合和接觸是最為重要的單元操作，它會對各個處理階段的效果產(chǎn)生根本性的影響，甚至?xí)绊懙秸麄€處理工藝的最終結(jié)果。對水質(zhì)要求的提高導(dǎo)致不斷地改進(jìn)凈化工藝。這是的在線靜態(tài)混合器在本領(lǐng)域的使用（用來進(jìn)行混合和接觸操作）得到明顯增加。

用于混合和接觸操作的靜態(tài)混合器安裝在工藝物流的管線中。相關(guān)的管道或管路可以是圓形、方形或長方形。不同設(shè)計和不同物料使用不同的混合器，從而更好的滿足各種工藝要求。

6.1功能

靜態(tài)混合器主要由有序的導(dǎo)向板組成，而導(dǎo)向板會對流過管道的物料產(chǎn)生規(guī)則性的徑向混合。流動途徑具有一定的幾何形狀，因此可排除任何隨機(jī)性混合。混合任務(wù)因此能在非常短的流距之內(nèi)完成。

與攪拌槽或空管系統(tǒng)不同的是，靜態(tài)混合器能確保對整個液體流進(jìn)行強(qiáng)制性混合接觸。

混合或傳質(zhì)所需要的能量來自主流體本身，這表現(xiàn)為相對于空管系統(tǒng)來說具有的較高壓降。壓降數(shù)值取決于混合器的設(shè)計及相關(guān)的操作條件，一般來說在0.02-3mwg的范圍之內(nèi)。與動態(tài)攪拌器相比，靜態(tài)混合器所需要的能量至少小一個數(shù)量級。此外，能量能夠通過整個混合器容積均勻的進(jìn)行消散。

6.2特性

混合器單元面到面的長度非常短（為管徑的1-5倍），因此，所需的安裝空間也很小。重新安裝到裝置中在一般情況下不會出現(xiàn)任何問題。作為一個慣例，混合器的直徑和連接管道的直徑相同。

即使在操作條件不斷變化的情況下，混合效果也能夠保持穩(wěn)定。諸如絮凝劑之類的添加劑能夠被快速而均勻的分散開。沒有必要過量的進(jìn)行進(jìn)料（已經(jīng)證明可節(jié)約高達(dá)45%的物料）。

混合器能夠?qū)φ麄€工藝物流進(jìn)行強(qiáng)制性混合。因此可大大的降低儲槽體積，甚至可以不使用儲槽。

由于流體在整個截面上的濃度都是連續(xù)而平衡的，測量因此具有很高的代表性。

能夠很快的啟動裝置。連續(xù)運(yùn)行為一種穩(wěn)定狀態(tài)。所得到的測量數(shù)據(jù)具有代表性，因此能對裝置進(jìn)行有效的控制。

壓降和能量消耗很低。

靜態(tài)混合器沒有運(yùn)動部件。因此不存在磨損，所需要的維護(hù)工作量也很小。

在安裝方式和材質(zhì)方面具有很高的靈活性。靜態(tài)混合器的截面可以是圓形、方形或長方形；也可以安裝在一個開放的管道中。混合器的材質(zhì)可采用不銹鋼、碳鋼、PP、PVDF或玻璃鋼。

絮凝作用

為了得到絮凝效果，要盡快均勻的將PAC、FeCl3、FeSO4或高分子電解質(zhì)分布到整個工藝物料流中。通過使用混合器就能夠很理想的達(dá)到這些目的。液體強(qiáng)制性混合器能夠確保整個物流在數(shù)秒之內(nèi)均勻地混合，藥劑實(shí)際節(jié)省量可高達(dá)45%。

絮凝劑的在線稀釋

為使絮凝劑具有活性，在將其加入到污水之前，必須使用體積為10-100倍的水來稀釋。由于初級溶液在一般情況下都為高粘度溶液，在水中不能夠自動的被稀釋，因此要確保混合的徹底性。高分子聚合物在水中分布越均勻，則其活性也越大。使用靜態(tài)混合器能夠確保有效混合。靜態(tài)混合器的使用能夠減少絮凝劑的使用量，因此能夠節(jié)省成本。

混合消毒劑

快速混合接觸消毒技術(shù)用于中水處理

 次氯酸鈉在水溶液中離解成HOCl 和OCl - 離子,即有效游離氯,其中HOCl 起主要?dú)⒕饔谩Ｌ幚砗蟮闹兴袣埩舻挠袡C(jī)物與有效氯生成的化合物無殺菌能力。為了充分發(fā)揮HOCl 的殺菌作用,要求在加次氯酸鈉后HOCl尚未與有機(jī)物反應(yīng)之前,在幾秒時間內(nèi)迅速完成殺菌作用。中水處理后投加次氯酸鈉消毒時,快速混合接觸極為重要。

靜態(tài)混合器作用

靜態(tài)混合器選用結(jié)構(gòu)簡單的螺旋形混合器,是在管道內(nèi)安裝一定數(shù)量的左旋右旋元件(見圖1) 。投加次氯酸鈉溶液后的水流經(jīng)靜態(tài)混合器時有3種混合作用:

(1)分割作用。每個元件將水流一分為二,如果混合器內(nèi)有6 個元件,水流被分割成26 即64 股。水流被分割后液層厚度很薄,使細(xì)菌暴露于HOCl 之中,加大了接觸面積,易被殺滅。

(2)轉(zhuǎn)換作用(徑向旋渦反轉(zhuǎn)作用)水流在各斷面內(nèi)沿管中心軸線產(chǎn)生交替反向的渦流,增強(qiáng)了混合接觸作用。

(3)反轉(zhuǎn)作用。在混合器內(nèi)水流經(jīng)右旋元件和左旋元件的旋轉(zhuǎn)方向相反交替,提高了混合接觸效率。

7、靜態(tài)混合器的工作范圍和安裝位置

靜態(tài)混合器具有很廣的工作范圍。用于液體混合時，靜態(tài)混合器的流體流動速率一般設(shè)計為0.5-1.5m/s。但是，即便在較低流動速率的情況下，混合器也能夠獲得很好的混合效果。對于大多數(shù)應(yīng)用情況，混和器可安裝在任何位置。如果被混合介質(zhì)的密度有很大差異且流速非常低時，則應(yīng)將混合器安裝在垂直位置（流動方向最好為從小至上）。

8、可調(diào)式靜態(tài)混合器

可調(diào)式靜態(tài)混合器RSM是應(yīng)用“改變罐體內(nèi)部空間體積的方法”RST專利技術(shù)，為水處理工業(yè)設(shè)計的一種新型高效和節(jié)能的水力機(jī)械—管道混合裝置。

RSM的混合機(jī)構(gòu)是一具Rohud，沒有運(yùn)動部件，它被錨固在混合器內(nèi)，其工作時相對水流呈靜止?fàn)顟B(tài)。在管道水流推動下Rohud自動形成錐形噴孔，其噴射擴(kuò)散式紊流流態(tài)仍然是典型的管道靜態(tài)水力混合模式。通過“壓差控制器”的自動調(diào)控系統(tǒng)或手工操作，能夠在生產(chǎn)運(yùn)行過程中靈便的調(diào)節(jié)該噴孔的尺寸，以改變噴射水流速度，維持混合過程所必需的能耗和速度梯度G值。RSM徹底改變了靜態(tài)（固定）混合器不能操控水力混合強(qiáng)度的弊端，首次實(shí)現(xiàn)了管道水力混合過程可控制。

目前國內(nèi)外廣泛使用的各種固定式管道靜態(tài)混合器都是不能調(diào)節(jié)的，只有在生產(chǎn)運(yùn)行條件與混合器的設(shè)計參數(shù)及工作條件相符時，才可能獲得予期的混合效果。以自來水廠的絮凝混合工序?yàn)槔辉谔幚磉^程中，水量、水溫水質(zhì)、化學(xué)藥劑種類和投量等常常發(fā)生變動影響絮凝效果。如生產(chǎn)運(yùn)行水量受制于用水量的增減。在水廠投產(chǎn)初期或冬季供水量少時，呈現(xiàn)低負(fù)荷運(yùn)行態(tài)勢。在這種情況下，固定式等態(tài)混合器的混合強(qiáng)度嚴(yán)重不足，導(dǎo)致混凝反應(yīng)沉淀效果低劣、藥耗增高等后果；老廠挖潛提高產(chǎn)水量或夏季供水高峰期間是超負(fù)荷運(yùn)行工況。由于混合器的阻力大，不可避免地發(fā)生水頭損失（能耗）急劇增大和浪費(fèi)能源等現(xiàn)象。　　

RSM的主要技術(shù)特征是可調(diào)節(jié)性，適應(yīng)流量變化的能力強(qiáng)，能夠?qū)ιa(chǎn)運(yùn)行條件的改變及時作出反應(yīng)和調(diào)整。如果某季節(jié)的水質(zhì)條件好不必進(jìn)行混合處理時，RSM的噴孔直徑可以調(diào)節(jié)到近乎管道內(nèi)徑的水平，無阻礙的讓水流通過，消除了不必要的能源耗費(fèi)。

眾所周知，上述固定式靜態(tài)混合器的缺陷是公認(rèn)的，由于沒有解決辦法或替代產(chǎn)品，只能帶病運(yùn)行。如果采用RSM取代之，將會改變現(xiàn)狀，提升自來水廠站的絮凝混合工藝的技術(shù)質(zhì)量，為節(jié)省藥劑、節(jié)約電力和提高凈化水質(zhì)以及降低生產(chǎn)成本創(chuàng)造了條件。

“可調(diào)式靜態(tài)混合器”，是對原有管道靜態(tài)混合器的改進(jìn)。眾所周知，靜態(tài)混合器在制水量達(dá)到設(shè)計水量的條件下，具有很好的混合效果，但是當(dāng)制水量效低時（設(shè)計水量的80%以下），混合強(qiáng)度降低、效果變差。我們開發(fā)的“可調(diào)式靜態(tài)混合器”，可以在低水量的情況下一直保證做到設(shè)計時的最佳混合效果，最低水量可以做到40%。其特別適用于制水量變化較大的水廠，強(qiáng)化混合效果，為后續(xù)的絮凝與沉淀（或澄清）過程提供良好的條件，從而還可以降低藥耗。其實(shí)現(xiàn)簡單，操作方便，從混合機(jī)理上分析是毫無疑問能夠?qū)崿F(xiàn)混合調(diào)節(jié)的，已經(jīng)過中試試驗(yàn)，確實(shí)能保證混合效果。

 實(shí)現(xiàn)水處理的快速混合過程中,混流式混合的水流不符合快速、均勻混合的要求,推流式管道混合的效果又受制于流量的影響.本文作者提出的一種可調(diào)式靜態(tài)混合器(RSM)可望突破管道流量的制約,實(shí)現(xiàn)水力快速混合過程的控制.