流程工艺中的许多液体介质需要不断的混合，有些甚至需要24h搅拌混合。因此，混合过程的可靠性非常重要。与机械式混合搅拌设备相比，气动脉冲混合搅拌装置具有非常独特的优点，因为这种技术在储罐中应用无需任何运动的零部件。同时，这种脉冲气体搅拌装置的使用运行费用也往往非常低。

大约30年前，美国工程师Dick Parks先生需要完成一项艰巨任务，即在大罐中轻柔的搅拌鲑鱼卵。他非常清楚，机械式的搅拌方法会把鲑鱼卵搅烂。最终，他设计了独特的搅拌方法，从大罐的底部脉冲式的输入压缩空气，利用压缩空气生成的大量气泡来搅拌鲑鱼卵。当气泡从大罐子的底部上升时对液体中的鲑鱼卵起到了很好的搅拌和混合作用，同时不会损坏鲑鱼卵。

与机械式混合搅拌技术相比，脉冲气体混合搅拌技术最大优点是在混合搅拌设备内部省去了所有会造成破坏的运动部件。另外，混合搅拌的运动部件是导致混合搅拌设备停机，被迫排空的主要故障源之一。在脉冲空气混合搅拌设备中，唯一的零件就是压缩空气管道和一个配气盘，压缩空气管道中的空气经配气盘的配气孔排出，向上升腾。在混合搅拌容器外则有许多可以运动的零部件，例如：产生脉冲空气和控制脉冲阀的逻辑继电器等。同时，搅拌器还配有空气压缩机。

图1 瑞典哥德堡市的Skarvik码头的13个原油罐使用了脉冲气体混合搅拌装置。图中每一个罐顶的蓝色管道就是输送压缩空气的管道。在罐顶脉冲阀的控制下压缩空气被输入到罐底的配气盘中

用脉冲气体完成混合搅拌

Dick Parks先生发现，在液柱中的气泡向上运动的瞬间，气泡上方的液体向上排挤，并在气泡下方产生了一定的吸力。当气泡到达液体表面破裂时，被气泡吸引的液体继续向上运功，并向容器壁扩散，在到达容器壁后改变了运动方向，沿着容器壁向下运动。根据这一观察结果，Parks先生得出结论：气泡运动具有非常大的能量，前一批气泡运动产生的能量与下一批气泡的运动相互抵消，直到容器内的气泡运动可以忽略不计为止。

由配气盘产生的空气脉冲在容器底部产生了一个水平的压力波，把沉积到容器底部的固体物质重新又搅拌了起来。脉冲空气混合搅拌的过程实际从容器的底部就开始了。从向容器内灌装液体时就开始混合搅拌，直到容器全部排空为止。

在研发脉冲气动混合搅拌系统时，Parks先生在混合搅拌过程中就使用了压缩空气。但那时向液体中输入许多微小的气泡需要消耗很多的能量，例如曝气过程；同时增加了液体中的含氧量。脉冲式气体混合搅拌不会增加液体的含氧量，因为一个较大气泡的比表面积比许多微小曝气气泡的比表面积要小得多。

对于那些不希望用含氧的大气作为脉冲气体进行混合搅拌的企业来讲，可以利用其他类型的气体（例如氮气）作为脉冲气体进行混合搅拌。若在混合搅拌的同时还需要加热，则可以利用热气或者蒸汽作为脉冲气体进行混合搅拌。

图2 脉冲气体混合搅拌技术原理示意图：罐底的配气盘不是同时发出脉冲气体，而是按照一定的顺序或者配气盘分组控制发出脉冲气体

灵活控制混合搅拌过程

在流程工艺过程的控制器得到发展之后，脉冲气体混合搅拌技术也得到了发展。例如，利用控制技术轻松地调节脉冲气体中的每个气泡。通过对气体压力、脉冲持续时间和脉冲频率的监控，可以对混合搅拌的参数进行调整，以满足在相同的容器中对不同混合搅拌过程提出的不同要求，同时降低能源费用。而且每一个批次的混合搅拌参数和混合搅拌顺序都可以单独设定。用户可以非常简单地重复利用已经试验成功的混合搅拌参数或者调整参数重新混合搅拌。混合搅拌系统的脉冲控制可通过控制脉冲空气发生器进行控制，也可以通过流程设备控制系统中集成的脉冲空气控制程序进行控制。

脉冲空气发生器的触摸屏控制器可对一个容器进行单独的控制和调整，也可以对储罐库所有的容器进行集中控制。在进行集中控制时，各个混合搅拌容器的工作参数可以设置成不同的数值，以便单独控制容器的开启和关闭，满足混合搅拌过程的要求。触摸屏控制器可以按照模块化方式进行扩展，首先可以在某一个容器中使用这种脉冲气体混合搅拌装置，然后逐步扩展到第二个、第三个，直至整个系统内的所有需要搅拌的容器。在易燃易爆的生产环境中，可以使用纯气动控制的脉冲气体混合搅拌控制系统。

根据液体介质的材料不同，可以用不同的材料来制造配气盘和压缩气体管道。例如钢材、不锈钢、铝合金、玻璃纤维、PE、PP或者PVC材料等。在某些应用场合中甚至可以放弃使用配气盘，直接从容器的底部输入脉冲气体。为满足不同的脉冲气体混合搅拌要求，目前已研发出了手提式和移动式脉冲气体混合搅拌系统，例如5-55Drumstick是可以在150L容积容器中使用的脉冲气体混合搅拌系统。

应用实例

迄今为止最大的脉冲气体混合搅拌设备安装在瑞典哥德堡市的Skarvik码头，主要针对13个直径为12.8~39.5m，高度为14.7~16.5m为原油罐。每一个油罐中安装了13~42个56cm的配气盘。罐底中心出有一个配气盘，其余的按照几个同心圆排列在罐底。这些配气盘不是同时发出脉冲气体，而是按照一定的顺序分组控制着脉冲气体，以便达到最佳的混合搅拌效果，并实现能源的节约。

技术改造可以实现非常大的经济效益。美国得克萨斯州的一家润滑油生产厂的试验研究项目是在315m3的储罐中把添加剂和矿物油混合在一起，作为其他润滑油产品的原材料。试验开始时，这家润滑油生产厂使用了22kW的侧置搅拌机和73kW的循环泵，以便使储罐中的润滑油更好的混合搅拌。另外还使用了一个加热器对油进行加热，保证得到最好的混合材料。

而脉冲气体混合搅拌系统只用了一个11kW的空气压缩机就取代了机械的侧置搅拌机和循环泵，加热器的过滤需求减少了50%，节约的能源超过80%。