1,、概念

靜態(tài)混合器是一種新型先進的化工單元設(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或攪拌機混合的混合形態(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)和韋伯數(shù),。例如：當流速、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，進而變化到粒子狀,?；旌掀鲉卧獢?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，可通過試驗和經(jīng)驗來確定,。通?；诶字Z數(shù)并經(jīng)試驗確定混合器的放大倍數(shù)。但當雷諾數(shù)Re＜100（嚴格地說在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的剪切力,。由于這種強大的剪切力的存在，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”的三要素對流體進行有規(guī)則的反復(fù)作用,，從而達到混合；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，有很強的剪切力作用于流體,，使流體的細微部分進一步被分割而混合,。

4、靜態(tài)混合器具有以下特點：

①混合性能好,，效率高,，易實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，降低勞動強度,，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)備費用低,；

⑤能耗低，操作費用小,。

混合反應(yīng)技術(shù)

原則上,，靜態(tài)混合器在不使用機械攪拌單元的情況下就能實現(xiàn)混合。運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)地對流體進行分切、擴散和重新分配?；旌纤枰膭幽軄碜员醚b置,。

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

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,，進而使有效利用這種特點的應(yīng)用機械和應(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性混合,?；旌先蝿?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行強制性混合接觸,。

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,。沒有必要過量的進行進料（已經(jīng)證明可節(jié)約高達45%的物料）,。

混合器能夠?qū)φ麄€工藝物流進行強制性混合。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,，因此能對裝置進行有效的控制,。

壓降和能量消耗很低。

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

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?；旌掀鞯牟馁|(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到這些目的,。液體強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,，藥劑實際節(jié)省量可高達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 起主要殺菌作用,。處理后的中水中殘留的有機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)能的水力機械—管道混合裝置,。

RSM的混合機構(gòu)是一具Rohud,，沒有運動部件，它被錨固在混合器內(nèi),，其工作時相對水流呈靜止狀態(tài),。在管道水流推動下Rohud自動形成錐形噴孔，其噴射擴散式紊流流態(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度的弊端，首次實現(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為例,；在處理過程中，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)低負荷運行態(tài)勢。在這種情況下,，固定式等態(tài)混合器的混合強度嚴重不足,，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荷運行工況,。由于混合器的阻力大,，不可避免地發(fā)生水頭損失（能耗）急劇增大和浪費能源等現(xiàn)象?！　?/p>

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，能夠?qū)ιa(chǎn)運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,。

眾所周知，上述固定式靜態(tài)混合器的缺陷是公認的,，由于沒有解決辦法或替代產(chǎn)品,，只能帶病運行。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,。眾所周知,，靜態(tài)混合器在制水量達到設(shè)計水量的條件下，具有很好的混合效果,，但是當制水量效低時（設(shè)計水量的80%以下）,，混合強度降低、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,。其實現(xiàn)簡單，操作方便,，從混合機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，確實能保證混合效果,。

 實現(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,實現(xiàn)水力快速混合過程的控制.