搅拌器的型式分解
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全 封 闭 密 封
介质易燃、易爆
剧毒物料 贵重物料 高纯度物料
高真空操作
优点
1、功耗小、效率高。 2、电机过载保护。 3、可承受较高压力。
缺点 1、内轴承寿命短。 2、涡流、磁滞等损耗。 3、使用温度的限制。
传动装置
适用于单跨轴
适用于悬臂轴
搅拌反应器的机械设计内容
1、釜体的结构型式和尺寸的确定 包括釜体结构、釜体尺寸(直径、高度)、封头形式的选择等。 2、材料的选择 根据工作温度、压力、物料的性质、设备加工要求等条件选择。 3、强度计算及校核(包括带夹套反应釜的稳定性校核)
外装式和装内式机械密封
双端面机械密封
双端面机械密封
d>D1
d<D1
d=D1
K>1
K=1
平衡型机械密封:K=0.6~0.9 非平衡型机械密封:K=1.1~1.2
动环和静环的材料要求
( 1 )耐磨性和导热性 — 动环和静环做相对摩擦滑 动,会产生发热和磨损现象,要求动环和静环的耐 磨性好,并且能将摩擦产生的热量及时传导出去。 ( 2 )硬度 — 由于动环形状复杂,容易变形,所以 要求动环的硬度比静环大。(表8-15) (3)耐腐蚀性
搅拌轴的力学模型
按扭转变形计算搅拌轴的直径
刚度条件
583.6 M n max [ ] 4 4 Gd (1 )
1 M n max 4 d 4.92( ) [ ]G(1 4 )
轴径
按临界转速校核搅拌轴的直径
临界转速
nc 30 3EI (1 4 ) 2 L1 ( L1 )ms
填料
填料及其选用
( 1)填料应富有弹性。在压盖压紧后,弹性变形要大, 这样才能贴紧转轴并对转轴产生一定的抱紧力。 ( 2)填料应耐磨。填料和轴之间的摩擦系数要小,以降 低摩擦功率的损耗,延长填料的使用寿命。 通常填料需要加润滑油以降低摩擦系数,有些填料(如石 墨、聚四氟乙烯、耐磨尼龙等)本身具有自润滑作用,可 有效地降低摩擦系数。 ( 3)导热性要好,能够将摩擦产生的热量尽快传递出去。 ( 4)高温高压条件下使用的填料,要求具有耐高温性能 及足够的机械强度。
当搅拌轴转速n ≥ 200r/min时,应进 行临界转速的验算。
搅拌轴临界转速的选取—(表8-11) 要求
n≤ 0.7 nc(刚性轴)
1.3 nc (柔性轴)
按强度计算搅拌轴的直径 强度条件
max
M te [ ] WP
M te 当量扭矩
2 M te M n M2
轴径
P N P n 3 d 5
搅拌轴设计
搅拌轴的结构设计
计算搅拌轴的直径
搅拌轴材料选择
足够的强度、 刚度和韧性
加工直线度 的要求
耐腐蚀要求
优良的切削 加工性能
搅拌轴的结构设计
轴颈设计 轴头设计 轴身设计
搅拌轴直径计算
影响搅拌轴直径的四个因素
1、扭转变形
2、临界转速 3、扭转和弯矩联合作用下的强度 4、轴封处允许的径向位移
涡轮式搅拌器常用参数 (表8-6)
锚式搅拌器
涡轮式搅拌器常用参数 (表8-6)
框式搅拌器
锚式和框式搅拌器特点
1、结构简单,制造方便。 2、适用于粘度大、处理量大的物料。 3、易得到大的表面传热系数。 4、可减少“挂壁”的产生。
螺杆式搅拌器
螺带式搅拌器
搅拌器的选型
1、介质的性质 (1)介质的粘度 随着介质粘度增高,各种搅拌器使用的顺序是:桨叶式、推 进式、涡轮式、框式和锚式、螺杆(带)式
搅拌器的型式
搅拌器的分类
按流体流动形态
轴向流搅拌器 径向流搅拌器 混合流搅拌器
平叶
按搅拌器叶片结构
折叶 螺旋面叶 低粘流体用搅拌器
按搅拌用途
高粘流体用搅拌器
桨式搅拌器
1、式搅拌器主要用于流体的循环, 不能用于气液分散操作。 2、折叶式比平直叶式功耗少,操 作费用低,故折叶桨使用较多。
桨式搅拌器常用参数(表8-5)
植物纤维 非金属填料动物纤维 填料 矿物纤维 人造纤维 等) 金属填料(钢、铅、铜
表(8-13)
填料箱
填料箱宽度:
S (1.4 ~ 2) d
填料箱高度:
由填料的尺寸和 圈数确定
标准填料箱
表(8-13)
填料压盖高度:
1 2 h ( ~ )H 3 3
d 1.72(
M te ) 4 [ ](1 )
1 3
按轴封处允许径向位移验算轴径
限制条件
Lo [ ]Lo Lo 总径向位移 [ ]Lo 轴封处的允许径向位移
搅拌轴直径的确定
(1)轴径应同时满足强度、刚度、临界转速等条件。 (2)在确定轴的结构尺寸时,还应考虑轴上键槽及开孔 所引起的局部削弱,轴径应适当增大。 ( 3 )轴径应圆整到标准公称轴径系列,如 φ30、φ40、 φ50、φ65、φ80、φ95、φ110等。
电机和减速机的选型
影响搅拌功率的 主要参数
重力参数 搅拌器的 几何尺寸 搅拌器的 运动参数
搅拌容器 的结构 被搅拌介 质的特性
功率表达式
P=f(n,d,ρ,μ,g )=K na db ρc μe gf K---系统几何构形的总形状系数
功率关联式:
P d B h r q NP K ( Re ) ( Fr ) f ( , , ,....) 3 5 D D D n d
机械密封
(端面密封)
动、静界面 密封点 径向密封 端面比压
动环和静环
弹簧压紧装置 密封圈
机械密封Байду номын сангаас分类
单端面机械密封 表(8-14) 按密封面的对数分 双端面机械密封
外装式机械密封 按密封元件置于釜体内 外分 内装式机械密封
平衡型(k 1) 按介质压力对端面比压 的影响分 非平衡型(k 1)
(2)计算并确定搅拌轴直径(搅拌轴材料为45号钢,[τ]=30 Mpa)
(3)计算内筒和夹套的直径、高度,并对传热面积进行校核。
(已知φ1400mm椭圆形封头容积Vh=0.421 m3,表面积 Ah=2.29 m2)
减小轴端挠度、提高搅拌轴 临界转速的措施
缩短悬臂段的长度
设置底轴承或中间轴承
增大轴径
设置稳定器
密封装置
(轴封装置)
作用
维持设备内的压力,防止介质泄漏。
基本要求
密封可靠,使用寿命长。
结构简单,装拆方便。
类型
填料密封
机械密封
填料密封
填料密封允许有 一定的泄漏量
填料需定期更换 轴有一定的磨损
推进式搅拌器
推进式搅拌器常用参数(表8-6)
推进式搅拌器的特点
轴向流搅拌器
循环量大,搅拌功率小
常用于低粘流体的搅拌 结构简单、制造方便
涡轮式搅拌器
(透平式叶轮)
1、适用物料粘度范围广。 2、剪切力较大,分散流体 的效果好。 3、直叶和弯叶涡轮搅拌器 主要产生径向流,折叶涡 轮搅拌器主要产生轴向流。
(2)介质的密度
(3)介质的腐蚀性 2、反应过程的特性 间歇操作还是连续操作;吸热反应还是放热反应;是否结晶 或有固体沉淀物产生等。 3、搅拌效果和搅拌功率的要求
搅拌器的选用
生物反应物料的特性
生物反应都是在多相体系中进行
大多数生物颗粒对剪切力非常敏感
大多数微生物发酵需要氧气
搅拌功率的计算
搅拌轴和搅拌器的强度和刚度计算
如釜体壁厚的计算、封头壁厚的计算、搅拌轴直径的确定等。
4、主要零部件的选用 搅拌器、传动装置、轴封装置等的选择。
5、绘图、编制技术文件
装配图、各种零部件图、设计计算书、设计说明书、技术要求等。
习题
某一带夹套的立式搅拌反应器,设备容积V=2.5 m3,操作容 积V0=2 m3,长径比(H/D)=1,工艺要求传热面积为7 m2, 搅拌功率为1.4KW,搅拌轴转速为50r/min。已知釜内压力为 0.2 Mpa,夹套内压力为0.3 Mpa,内筒壁厚10mm,内筒与 夹 套 采 用 相 同 材 料 , [ σ]t=113Mpa,σs=235Mpa, G=8×104Mpa。 (1)计算夹套壁厚(取腐蚀裕量 C2=2mm),并进行水压试 验应力校核。