化工设备设计基础搅拌反应釜PPT课件

循 扩 流 度 混合
悬吸
反
环散
混 传热
浮收
应
合 反应
○○○○ ○ ○ ○ ○○○○ ○
○○○○ ○
○○
○○ ○
○○
○
○○ ○
○○ ○
搅拌容 器容积
(m3)
转速范 围(r/min)
最高 粘度 (P)
1~100 10~300 500 1~200 10~300 20 1~1000 10~500 500
折叶开启涡轮式 ○ ○
桨式搅拌器的转速一般为20～100r/min ， 最高粘度为20Pa·s 。
缺点 不能用于以保持气体和以细微化为目的 的气—液分散操作中。
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2. 推进式搅拌器
推进式搅拌器（又称船用推进器） 常用于低粘流体中。
结构
标准推进式搅拌器有三瓣叶 片，其螺距与桨直径d相等。 它直径较小，d/D=1/4～1/3， 叶端速度一般为 7～10 m/s， 最高达15 m/s。
四、几种常用搅拌器简介 桨式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在
搅拌反应设备中应用最为广泛，据统计约占 搅拌器总数的75～80％。
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1. 桨式搅拌器
结构最简单 叶片用扁钢制成，焊 接或用螺栓固定在轮 毂上，叶片数是2、3 或4 片，叶片形式可 分为平直叶式和折叶 式两种。
图9-3 桨式搅拌器
搅拌作业功率
搅拌器使搅拌槽中的液体以最佳 方式完成搅拌过程所需要的功率。
最理想状态：搅拌器功率＝搅拌作业功率
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2、影响搅拌器功率的因素
搅拌器的几何参数与运转参数 搅拌槽的几何参数 搅拌介质的物性参数
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第四节 传动装置及搅拌轴
一、传动装置
一般包括电动机、减速装置、联轴节及搅拌轴
改进
容器内装挡板、搅拌轴偏心安装、 搅拌器倾斜，可防止漩涡形成。
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3．涡轮式搅拌器
涡轮式搅拌器（又称透 平式叶轮），是应用较 广的一种搅拌器，能有 效地完成几乎所有的搅 拌操作，并能处理粘度 范围很广的流体。
图9-5 涡轮式搅拌器
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应用
涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微团 分散得很细，适用于低粘度到中等粘度流体的混 合、液—液分散、液—固悬浮，以及促进良好的 传热、传质和化学反应。
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1、填料密封
特点： 结构简单，制造容易，适用于非腐蚀性和弱腐蚀性介质、 密封要求不高、并允许定期维护的搅拌设备。
填料密封的结构及工作原理 组成： 底环、本体、油环、填料、螺柱、压盖及油杯等。
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工作原理
在压盖压力作用下，装在搅拌轴与填料箱本体之间的填料，对搅拌轴 表面产生径向压紧力。 填料中含有润滑剂，在对搅拌轴产生径向压紧力的 同时，形成一层极薄的液膜，一方面使搅拌轴得到 润滑，另一方面阻止设备内流体的逸出或外部流体 的渗入，达到密封的目的。
三、选型
搅拌目的 搅拌器选型 物料粘度
搅拌容器容积的大小
选用时除满足工艺要求外，还应考虑功耗低、 操作费用省，以及制造、维护和检修方便等因素。
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表9-1 搅拌器型式适用条件表
搅拌器型式
涡轮式 桨式 推进式
流动状态
搅拌目的
对 湍 剪 低 高粘 分 溶 固 气 结 传 液
流 流 切 粘 度液 散 解 体 体 晶 热 相
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存在问题
填料中的润滑剂会在运转中不断消耗，通过设置在填料中间的油环向填料 内加油，保持润滑。 填料密封不可能绝对不漏。增加压紧力，填料紧压在转动轴上，会加速轴 与填料间的磨损，使密封更快失效。 在操作过程中应适当调整压盖的压紧力，并需定期更换填料。
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1—压盖 2—双头螺柱 3—螺母 4—垫圈 5—油杯 6—油环 7—填料 8—本体 9—底环
求，一般不
Hj
V-VF
4
D
2 i
低
m
于
液
面
高
按估算的夹套高度，校核传热面积，如果不符合要求，则需选 择其他形式的传热装置。 整体夹套与筒体的连接方式有可拆卸和不可拆卸两种。
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（三）夹套上的附件
1、进口接管
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主要应用
液—液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固— 液系中多用于防止固体沉降。
主要用于流体的循环，由于在同样排量下，折叶式 比平直叶式的功耗少，操作费用低，故轴流桨叶使 用较多。
也用于高粘流体搅拌，促进流体的上下交换，代替 价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。
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图9-10 填料密封的结构
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填料密封箱的特点
• 在填料箱的压盖上设置衬套，可提高装配精度，使轴有良好对中，填料压 紧时受力均匀，保证填料密封在良好条件下进行工作。
b. 成型环状填料 盘状填料装配时尺寸公差很难保证，填料压紧后不能 完全保证每圈都与轴均匀良好接触，受力状态不好， 易造成填料密封失效而泄漏。采用具有一定公差的成 型环状填料，密封效果可大为改善。填料一般在裁 剪、压制成填料环后使用。 成型环状填料的形状见图8—34。
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2、螺旋导流板 第16页/共73页
三、其他形式的夹套结构
各种夹套的适用范围： （一）半圆管夹套的结构
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（二）型钢夹套结构 第18页/共73页
四、蛇管传热及其结构
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（二）搅拌器的形式
桨式、涡轮式、推进式、锚式、框式、螺带式、螺杆式
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第二节 搅拌器的型式及选型 一、常见型式
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二、搅拌器的功能 提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动 状态，以达到搅拌过程的目的。
浆叶旋转运动，产生能量，作用于液体， 形成流动状态。关键在浆叶，也与其它 因素有关，如介质特性，搅拌器的工作 环境等。
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图9-11 压制成型填料
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（ d ） 为 全 包 式 夹 套 ， 与 前 三第8种页/相共7比3页， 有 最 大 的 传 热 面 积 。
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（二）整体夹套的尺寸确定及连接方式
夹套直径Dj可根据筒体内径按表选取
夹套封头根据夹套直径及所选封头形式按标准选取
夹 度
套 ，
高 以
度 保
H证j主充要分决传定热于，传可热按面下积式F估的算要
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搅拌设备
4
搅拌装置 轴封 搅拌罐
传动装置 搅拌轴 搅拌器 罐体 附件
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第二节 搅拌罐结构设计 一、罐体的尺寸确定
1、罐体长径比
罐体长径比对搅拌功率的影响
需要较大搅拌功率的，长径比可以选得小些。 罐体长径比对传热的影响
体积一定时，长径比越大，表面积越大，越利于传热；并且 此时传热面距罐体中心近，物料的温度梯度就越大，有利于 传热效果。因此，单纯从夹套传热角度考虑，一般希望长径 比大一些。
○
○○ ○
○○ 1~1000 10~300 500
布尔马金式
○○○○ ○
○
锚式
○
○
○
螺杆式
○
○
○
螺带式
○
○
○
注 表中空白为不适或不详，○为适合。
○○
1~100 1~100 1~50 1~50
10~300 1~100 0.5~50 0.5~50
500 1000 1000 1000
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图9-8 齿轮减速机
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图9-9 涡轮减速机
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二、轴的计算 1、轴的强度计算
d3
16
Wp
T
k
2、轴的刚度计算
0G T 0JP181000 0
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二、轴封
机械搅拌反应器 轴封主要有两种
轴的密封装置
填料密封 机械密封
目的：
避免介质通过转轴从搅拌容器内泄漏或外部 杂质渗入搅拌容器内。
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• 打漩现象消除措施： a. 搅拌轴偏心安装时，能减弱游涡，提 高轴向循环速率; b. 在釜内安装挡板可有效的消除游涡
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◆ 挡板 挡板的作用是避免旋
涡现象，增大被搅拌液体 的湍流程度，将切向流动 变为轴向和径向流动，强 化反应器内液体的对流和 扩散，改善搅拌效果。
搅拌反应器的挡板结构
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可有效地防止粘滞 液体在挡板处形成 死角，以防止固体 颗粒的堆积。
在高粘度物料中使用桨 式搅拌器时，可安装横 挡板以增加掺合作用， 挡板宽度可与搅拌叶同 宽。
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• 2．导流筒 设置导流筒，既可提高釜内流体的搅拌程度，加强桨叶对流体的直接剪切作
第六章 搅拌器反应釜
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第一节 概述
一、搅拌的目的
使气体在液相中很好地分散
1、使物料 混合均匀
使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮
2、强化传热、 传质
2
使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化 强化相间的传质（如吸收等）
强化传热
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二、结构
图9-1 搅拌设备结构图
1-搅拌器 2-罐体 3-夹套 4-搅拌轴 5-压出管 6-支座 7-人孔 8-轴封 9-传动装置
3
4V g
H Di
确定筒体直径和高度
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二、夹套传热及其结构
搅拌反应釜最常见的传热方式为夹套和蛇管传热。在釜 体外侧，以焊接或法兰连接的方法装设各种形式的外套，时 期与釜体外表面形成密闭的空间，在此空间内通入载热流体， 以加热或冷却无料，维持物料的温度在规定的范围，这种结 构称为夹套。
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图9-4 推进式搅拌器
搅拌时——流体由桨叶上方吸入，下方以圆筒状螺旋形排 出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形 成轴向流动。
特点 ——搅拌时流体的湍流程度不高，循环量大，结构 简单，制造方便。
循环性能好，剪切作用不大， 属于循环型搅拌器。
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应用
粘度低、流量大的场合，用较小的搅拌功率，能获得较好 的搅拌效果。 主要用于液－液系混合、使温度均匀，在低浓度固－液系 中防止淤泥沉降等。
● 导流筒的组成 导流筒是一个圆筒，安装在搅拌器的外面。常用于推进式和涡轮式搅拌器。
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导一）搅拌器功率和搅拌器作业功率
搅拌功率
搅拌过程进行时需要动力，笼统地称这一动 力时叫做搅拌功率。
1、定义
搅拌器功率
为使搅拌器连续运转所需要的功率称 为搅拌器功率。
由于锚式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器 大，能得到大的表面传热系数，故常用于传热、 晶析操作。 常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。 当搅拌粘度大于100Pa·s 的流体时，应采用螺带 式或螺杆式。
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• 挡板与导流筒 1．挡板 当流体粘度不大，搅拌转速较高，而且桨叶放在釜的中心线时，液体将随着桨叶旋 转的方向循着釜壁滑动，釜内液体在离心力作用下涌向釜壁，使液面沿袭壁上升， 中心部分的液面下降，形成一个漩涡，通常称打漩现象。
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4．锚式搅拌器
结构简单。 适用于粘度在100Pa·s 以下的流体搅拌，当流 体粘度在10～100Pa·s 时，可在锚式桨中间加 一横桨叶，即为框式搅 拌器，以增加容器中部 的混合。
图9-6 锚式搅拌器
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应用
锚式或框式桨叶的混合效果并不理想，只适用于对混合 要求不太高的场合。
用，同时又造成一定的循环流型，使釜内所有物料均可通过导流筒内的强烈混合 区，提高混合效率。另外由于限定了循环路径，减少了短路机会。
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● 导流筒的作用 导流筒作用---提高混合效率
一方面提高了对液体的搅拌程度，加强了搅 拌器对液体的直接机械剪切作用；另一方面由 于限定了液体的循环路径，确立了充分循环的 流型，使器内所有物料均能通过导流筒内的强 烈混合区，减少了走短路的机会。
（一）整体夹套的结构类型
（a）仅圆筒的一部分有加套，用在需要加热面积不大的场 合。
（b）圆筒的一部分和下封头包有加套，是最常用的典型结 构。
（c）考虑到筒体受外压时为了减小筒体的计算长度L，或者 为了实现在筒体的轴线方向分段的控制温度而采用分段夹套， 各段之间设置加强圈或采用能够起到加强圈作用的夹套封口 件，此结构适用于筒体细长的场合。
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物料特性对罐体长径比的要求
表6—1 几种搅拌罐的长径比
种类
一般搅拌罐 聚合釜
发酵罐类
设备内物料类型
液-固相、液－液相 气－液相
悬浮液、乳化液 发酵液
长径比
1～1.3 1～2 2.08～3.85 1.7～2.5
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2、搅拌罐装料量
装料系数
Vg V•
初步计算筒体内径
Di