机械搅拌反应器
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21
影响流型的因素: 搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何 特征、流体性质、搅拌器转速等。 ⒌搅拌器在容器内安装方式: 图8-19, 除中心安装的搅拌机外， 还有偏心式、底插式、侧插式、 斜插式、卧式等安装方式。 不同方式安装的搅拌机产生的流型也 各不相同。
22
(a)径向流 图8—18 搅拌器与流型 (a) 径向流
8.2 机械搅拌反应器
一、基本结构
筒体 搅拌容器 换热元件 夹管 内盘管 内构件 搅拌反应器 搅拌器 搅拌轴 搅拌机 密封装置 传动装置
1
1—电动机； 2—减速机； 3—机架； 4—人孔； 5—密封装置； 6—进料口； 7—上封头； 8—筒体： 9—联轴器； 10—搅拌轴；
图8—11 型钢夹套结构
b1
半圆管横截面重心
(a) 半圆管
t1
e2
b2
图8－12 半圆管夹套结构
D
12
弓形管横截面重心
(b)弓形管
b2
图8—12
半圆管夹套结构
t1 b1
13
L3
t1 L b
图8—13 半圆管夹套的安装
L3
L2
(a)螺旋形缠绕
14
D
t1
(b)平行排管 图8—13 半圆管夹套的安装
流体流动方向垂直于 搅拌轴，沿径向流动， 碰到容器壁面分成二 股流体分别向上、向 下流动，再回到叶端， 不穿过叶片，形成上、 下二个循环流动。
23
(b)轴向流 图8—18 搅拌器与流型 (b) 轴向流
流体流动方向平行于 搅拌轴，流体由桨叶 推动，使流体向下流 动，遇到容器底面再 向上翻，形成上下循 环流。
d
图8－17 竖式蛇管
19
三、搅拌器
㈠搅拌器的功能和流动特征
⒈功能—提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。 ⒉原理—搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近 形成高湍动的充分混合区，并产生一股高速射流推动 液体在搅拌容器内循环流动。 ⒊影响搅拌器功能的因素—a.浆叶的形状、尺寸、数量、转速 b.搅拌介质的物性 c.搅拌器的工作环境 d.搅拌器在槽内的安装位置和方式
种类
一般搅拌罐 聚合釜 发酵罐类
罐内物料类型
液-固相、液－液相
高径比
1～1.3
气－液相
悬浮液、乳化液 发酵液
1～2
2.08～3.85 1.7～2.5
5
整体夹套:图8-8 夹套 型钢夹套:图8-11 ⒉ 换热元件 半圆管夹套:图8-12 蜂窝夹套:图8-14,8-15 内盘管:图8-16,8-17
3
装料系数: 一般取0.6 ~ 0.85 如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态→取0.6 ~ 0.7 如物料在反应过程中比较平稳→取0.8 ~ 0.85
容积 直立式搅拌容器: 筒体和下封头两部分容积之和 卧式搅拌容器: 筒体和左右两封头容积之和
搅拌设备筒体的高径比: 表8-3→确定筒体直径、高度
4
表8—3 几种搅拌设备筒体的高径比
7
tj
t
D Dj
D Dj
t
D
D Dj
tj
Dj
(a) 圆筒型
图8—8 整体夹套
(b) U型
8
D
D
Dj
Dj
(a)封口锥 (b)封口环
图8—9
夹套肩与筒体的连接结构
Fra Baidu bibliotek
9
t
1
2
d d1
1
t1 d1
封口环
t
t
2
t
t
3
封口锥
图8—10
夹套底与封头连接结构
10
1
(a)螺旋形角钢互搭式
(b)角钢螺旋形缠绕
11
11—夹套； 12—载热介质出口； 13—挡板； 14—螺旋导流板； 15—轴向流搅拌器； 16—径向流搅拌器； 17—气体分布器； 18—下封头； 19—出料口； 20—载热介质进口； 21—气体进口
图8-7 通气式搅拌反应器 典型结构
2
二、搅拌容器 ⒈ 搅拌容器 作用: 为物料反应提供合适的空间 . 结构: 筒体—圆筒 封头—椭封应用最广 搅拌容器 接管—进出料/排气/控制点接管/传感器 换热元件—夹管/内盘管 小型:悬挂式 支座—考虑容器大小和安装位置 大型 : 裙式 / 支承式
24
(c)切向流 图8—18 搅拌器与流型 (c) 切向流
无挡板的容器内，流 体绕轴作旋转运动， 流速高时液体表面会 形成漩涡，流体从桨 叶周围周向卷吸至桨 叶区的流量很小，混 合效果很差。
25
(a) 垂直 偏心式
(b) 底插式 图8—19
(c) 侧插式
(d) 斜插式
(e) 卧式
搅拌器在容器内的安装方式
优先采用夹套，减少 容器内构件，便于清 洗，不占有效容积。
6
表8—4
各种碳钢夹套的适用温度和压力范围 最高温度/℃ 350 300 最高压力/MPa 0.6 1.6
夹套型式 整体夹套 U型 圆筒型
型钢夹套 蜂窝夹套
半圆管夹套
200 短管支撑式
折边锥体式
2.5 2.5
4.0 6.4
200
250 350
26
⒍流动特性:
剪切作用:与液—液搅拌体系中液滴的 细化、固—液搅拌体系中固体 搅拌器→对流体产生 粒子的破碎以及气—液搅拌体 系中气泡的细微化有关。 循环作用:与混合时间、传热、固体的悬 浮等相关。
剪切型叶轮: 输入液体的能量主要用于对流体的剪切作用, 如径向涡轮式、锯齿圆盘式等。 循环型叶轮: 输入流体的能量主要用于对流体的循环作用, 如框式、螺带式、锚式、桨式、推进式等
20
⒋流型—流体循环流动的途径。 搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型： ⑴径向流: 图8-18(a) 流体流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动 ⑵轴向流: 图8-18(b) 流体流动方向平行于搅拌轴 ⑶切向流: 图8-18(c) 无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动。 这个区域内流体没有相对运动→混合效果差。 消除方法—加挡板→ 削弱切向流， 增强轴向流和径向流 上述三种流型通常同时存在 轴向流与径向流对混合起主要作用 切向流应加以抑制
27
㈡搅拌器类型及典型搅拌器特性 ⒈搅拌器分类: 图8-22 按流体流动形态
15
D1 D2
t1
夹套向内折边与筒
体贴合好, 再进行
焊接的结构
b
t2
A A向
图8—14
折边式蜂窝夹套
16
D1
D2 e
t1
dmin 用冲压的小锥体 或钢管做拉撑体。 蜂窝孔在筒体上 呈正方形或三角 形布置 图8—15 短管支撑式蜂窝夹套
17
b
D
图8—16 螺旋形盘管
d
18
D
对称布置的几组 竖式蛇管： 传热 挡板作用
影响流型的因素: 搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何 特征、流体性质、搅拌器转速等。 ⒌搅拌器在容器内安装方式: 图8-19, 除中心安装的搅拌机外， 还有偏心式、底插式、侧插式、 斜插式、卧式等安装方式。 不同方式安装的搅拌机产生的流型也 各不相同。
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(a)径向流 图8—18 搅拌器与流型 (a) 径向流
8.2 机械搅拌反应器
一、基本结构
筒体 搅拌容器 换热元件 夹管 内盘管 内构件 搅拌反应器 搅拌器 搅拌轴 搅拌机 密封装置 传动装置
1
1—电动机； 2—减速机； 3—机架； 4—人孔； 5—密封装置； 6—进料口； 7—上封头； 8—筒体： 9—联轴器； 10—搅拌轴；
图8—11 型钢夹套结构
b1
半圆管横截面重心
(a) 半圆管
t1
e2
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图8－12 半圆管夹套结构
D
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弓形管横截面重心
(b)弓形管
b2
图8—12
半圆管夹套结构
t1 b1
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L3
t1 L b
图8—13 半圆管夹套的安装
L3
L2
(a)螺旋形缠绕
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D
t1
(b)平行排管 图8—13 半圆管夹套的安装
流体流动方向垂直于 搅拌轴，沿径向流动， 碰到容器壁面分成二 股流体分别向上、向 下流动，再回到叶端， 不穿过叶片，形成上、 下二个循环流动。
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(b)轴向流 图8—18 搅拌器与流型 (b) 轴向流
流体流动方向平行于 搅拌轴，流体由桨叶 推动，使流体向下流 动，遇到容器底面再 向上翻，形成上下循 环流。
d
图8－17 竖式蛇管
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三、搅拌器
㈠搅拌器的功能和流动特征
⒈功能—提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。 ⒉原理—搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近 形成高湍动的充分混合区，并产生一股高速射流推动 液体在搅拌容器内循环流动。 ⒊影响搅拌器功能的因素—a.浆叶的形状、尺寸、数量、转速 b.搅拌介质的物性 c.搅拌器的工作环境 d.搅拌器在槽内的安装位置和方式
种类
一般搅拌罐 聚合釜 发酵罐类
罐内物料类型
液-固相、液－液相
高径比
1～1.3
气－液相
悬浮液、乳化液 发酵液
1～2
2.08～3.85 1.7～2.5
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整体夹套:图8-8 夹套 型钢夹套:图8-11 ⒉ 换热元件 半圆管夹套:图8-12 蜂窝夹套:图8-14,8-15 内盘管:图8-16,8-17
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装料系数: 一般取0.6 ~ 0.85 如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态→取0.6 ~ 0.7 如物料在反应过程中比较平稳→取0.8 ~ 0.85
容积 直立式搅拌容器: 筒体和下封头两部分容积之和 卧式搅拌容器: 筒体和左右两封头容积之和
搅拌设备筒体的高径比: 表8-3→确定筒体直径、高度
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表8—3 几种搅拌设备筒体的高径比
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D Dj
D Dj
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(a) 圆筒型
图8—8 整体夹套
(b) U型
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(a)封口锥 (b)封口环
图8—9
夹套肩与筒体的连接结构
Fra Baidu bibliotek
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封口环
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封口锥
图8—10
夹套底与封头连接结构
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(a)螺旋形角钢互搭式
(b)角钢螺旋形缠绕
11
11—夹套； 12—载热介质出口； 13—挡板； 14—螺旋导流板； 15—轴向流搅拌器； 16—径向流搅拌器； 17—气体分布器； 18—下封头； 19—出料口； 20—载热介质进口； 21—气体进口
图8-7 通气式搅拌反应器 典型结构
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二、搅拌容器 ⒈ 搅拌容器 作用: 为物料反应提供合适的空间 . 结构: 筒体—圆筒 封头—椭封应用最广 搅拌容器 接管—进出料/排气/控制点接管/传感器 换热元件—夹管/内盘管 小型:悬挂式 支座—考虑容器大小和安装位置 大型 : 裙式 / 支承式
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(c)切向流 图8—18 搅拌器与流型 (c) 切向流
无挡板的容器内，流 体绕轴作旋转运动， 流速高时液体表面会 形成漩涡，流体从桨 叶周围周向卷吸至桨 叶区的流量很小，混 合效果很差。
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(a) 垂直 偏心式
(b) 底插式 图8—19
(c) 侧插式
(d) 斜插式
(e) 卧式
搅拌器在容器内的安装方式
优先采用夹套，减少 容器内构件，便于清 洗，不占有效容积。
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表8—4
各种碳钢夹套的适用温度和压力范围 最高温度/℃ 350 300 最高压力/MPa 0.6 1.6
夹套型式 整体夹套 U型 圆筒型
型钢夹套 蜂窝夹套
半圆管夹套
200 短管支撑式
折边锥体式
2.5 2.5
4.0 6.4
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250 350
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⒍流动特性:
剪切作用:与液—液搅拌体系中液滴的 细化、固—液搅拌体系中固体 搅拌器→对流体产生 粒子的破碎以及气—液搅拌体 系中气泡的细微化有关。 循环作用:与混合时间、传热、固体的悬 浮等相关。
剪切型叶轮: 输入液体的能量主要用于对流体的剪切作用, 如径向涡轮式、锯齿圆盘式等。 循环型叶轮: 输入流体的能量主要用于对流体的循环作用, 如框式、螺带式、锚式、桨式、推进式等
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⒋流型—流体循环流动的途径。 搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型： ⑴径向流: 图8-18(a) 流体流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动 ⑵轴向流: 图8-18(b) 流体流动方向平行于搅拌轴 ⑶切向流: 图8-18(c) 无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动。 这个区域内流体没有相对运动→混合效果差。 消除方法—加挡板→ 削弱切向流， 增强轴向流和径向流 上述三种流型通常同时存在 轴向流与径向流对混合起主要作用 切向流应加以抑制
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㈡搅拌器类型及典型搅拌器特性 ⒈搅拌器分类: 图8-22 按流体流动形态
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D1 D2
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夹套向内折边与筒
体贴合好, 再进行
焊接的结构
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A A向
图8—14
折边式蜂窝夹套
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D1
D2 e
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dmin 用冲压的小锥体 或钢管做拉撑体。 蜂窝孔在筒体上 呈正方形或三角 形布置 图8—15 短管支撑式蜂窝夹套
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对称布置的几组 竖式蛇管： 传热 挡板作用