在食品、制药和化工工业中，许多生产过程都是在容器中进行的。而容器的体积不一，小的如某些制备药品的容积为0.02 m3，大的如水处理设备可达1000 m3。容器中液体的黏度变化范围也很大，其黏度可在0.01～500 Pa·s之间变动。

在这些容器中进行的生产过程常和其内的换热过程紧密相关。例如在化工工业的混合容器中，有的生产过程是放热过程，有的是吸热过程，此时要保持生产过程所需的最佳反应温度，就必须及时有效地冷却或加热工质。在食品工业中也必须保持换热良好，以便使容器中的食物作料均匀地具备生产过程所需要的温度。

在上述混合容器中的换热过程大多是单相流体的对流换热，而且主要是依靠流体的自然对流换热。其换热系数低，容器内温度分布很不均匀。因而，如何强化容器中的换热是工业生产中面临的一个重要问题。

应用机械搅拌法强化容器中的换热是最常用的一种强化方法。图2-21所示为典型的机械搅拌装置。其装载液体的容器一般为圆柱体，底部是平的或圆盘形的；容器中液体储存高度一般保持和容器直径相同。通常容器外有夹套，或在容器内设有蛇形管等换热元件，用以加热或冷却容器内的物料。搅拌器通常从容器顶部插入液层，对大型容器也可从底部插入。视情况搅拌器外也可安装导流筒，用以促进液体循环。对于高径比大的容器，为使整个容器都能得到良好的搅拌，可在容器内安装几组搅拌器。工业上已制成了各种搅拌混合设备以满足各类工业生产的需要。

图2-21　典型的机械搅拌装置

搅拌器的类型很多，主要有以下几种：

（1）旋桨式搅拌器。它由数片推进式螺旋桨叶构成（见图2-22（a）），工作转速较高，叶片外缘的圆周速度一般为5～15 m/s。旋桨式搅拌器主要形成轴向液流，适于搅拌黏度小于2 Pa·s的低黏度液体、乳浊液及固体微粒含量低于10％的悬浮液。(www.daowen.com)

（2）涡轮式搅拌器。它由安装在水平圆盘上的多片平直的或弯曲的叶片构成（见图2-22（b）），桨叶的外径、宽度与高度的比例一般为20∶5∶4，圆周速度一般为3～8 m/s。涡轮在旋转时主要形成径向流动，适用于气体及不互溶液体的分散和液液相反应过程。

（3）桨式搅拌器。有平桨式和斜桨式两种。平桨式搅拌器由两片平直桨叶构成（见图2-22（c）），圆周速度较低，一般为1.5～3 m/s。所产生的径向液流速度较小。斜桨式搅拌器的两叶相反折转45°或60°，故可产生轴向液流。桨式搅拌器结构简单，常用于低黏度的液体及气体微粒的溶解和悬浮。

（4）锚式搅拌器。顾名思义，锚式搅拌器的桨叶像锚（见图2-22（d）），桨叶外缘形状要与容器内壁一致，其间仅有很小的间隙，可以清除附在容器壁上的黏性反应产物或堆积于容器底部的固体物。桨叶外缘的圆周速度低，一般为0.5～1.5 m/s。可用于搅拌黏度高达200 Pa·s的高黏度牛顿型流体和拟塑性流体。

（5）螺带式搅拌器。它的螺带外径与螺距相等（见图2-22（e）），专门用于搅拌高黏度流体（200～500 Pa·s）和拟塑性流体，通常在层流状态下操作。

图2-22　各种类型的搅拌器

在采用机械搅拌法强化容器中的对流换热时，其机械搅拌所消耗的功率是必须考虑的因素。显然消耗的功率与雷诺数，搅拌器的类型、结构，搅拌器的直径与容器直径之比，被搅拌流体的物性等诸多因素有关。对特定的搅拌器，搅拌功率曲线通常由试验获得。机械搅拌时的传热计算，对特定的搅拌器也要依靠由试验获得的经验公式。在应用机械搅拌法强化容器中的对流换热时，搅拌器类型的选择以及搅拌时转速的确定是最重要的。例如容器中的工质为低黏度液体时，一般采用高速、小尺寸机械搅拌器，如旋桨式、涡轮式或桨式。此时，搅拌过程将在高雷诺数的湍流状态下进行。如容器中的工质为高黏度液体，小尺寸的搅拌器一般效果不佳，通常采用低速锚式或螺带式搅拌器，搅拌过程将在低雷诺数的层流状态下运行。