搅拌器(课件)

第九章 搅拌器的机械设计
教学重点： 教学重点： 搅拌器的型式及选型
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第一节 一、作用
1、使物料 、 混合均匀
概述
使气体在液相中很好地分散 使固体粒子（如催化剂） 使固体粒子（如催化剂）在液相中 均匀地悬浮 使不相溶的另一液相均匀悬浮或充 分乳化
2、强化传 热、传质
强化相间的传质（如吸收等） 强化相间的传质（如吸收等） 强化传热
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不同搅拌种类液体单位体积的平均搅拌功率
液体单位体积的平均搅拌功率/(Hp/m3) 液体单位体积的平均搅拌功率 0.09 0.264~0.396 0.396~0.528 1.32 1.32~2.64 1.585~1.894 3.96
搅拌过程的种类
按搅拌过程求搅拌功率的算图
图9-7 由搅拌过程求搅拌功率的算图
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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。 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， 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， 形成流动状态。关键在浆叶，也与其它 因素有关，如介质特性， 因素有关，如介质特性，搅拌器的工作 环境等。 环境等。
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桨式搅拌器的转速一般为20～ 桨式搅拌器的转速一般为 ～100r/min ， 最高粘度为20Pas 。 最高粘度为
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。 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） 推进式搅拌器（又称船用推进器） 常用于低粘流体中。 常用于低粘流体中。
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物料特性对罐体长径比的要求 表9—3 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 固相、 固相 气－液相 悬浮液、 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
涡轮式 桨式 推进式 折叶开启涡轮式 布尔马金式 锚式 螺杆式 螺带式
○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
○
○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
○ ○ ○ ○ ○
1~100 1~200 1~1000 1~1000 1~100 1~100 1~50 1~50
10~300 10~300 10~500 10~300 10~300 1~100 0.5~50 0.5~50
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1、填料密封 、
特点： 特点： 结构简单，制造容易，适用于非腐蚀性和弱腐蚀性介质、 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。 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。 组成： 底环、本体、油环、填料、螺柱、压盖及油杯等。
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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 搅拌器 罐体 夹套 搅拌轴 压出管 支座 人孔 轴封 传动装置
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传动装置 搅拌装置 搅拌轴
搅拌器 搅拌设备 轴封 罐体 搅拌罐 附件
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第二节 搅拌器的型式及选型 一、常见型式
改进
容器内装挡板、搅拌轴偏心安装、 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。 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（ 涡轮式搅拌器（又称透 平式叶轮），是应用较 平式叶轮），是应用较 ）， 广的一种搅拌器， 广的一种搅拌器，能有 效地完成几乎所有的搅 拌操作， 拌操作，并能处理粘度 范围很广的流体。 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， 涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微 团分散得很细， 团分散得很细，适用于低粘度到中等粘度流体的 混合、 液分散、 固悬浮， 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。 的传热、传质和化学反应。
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4．锚式搅拌器 ．
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1. 桨式搅拌器
结构最简单 叶片用扁钢制成， 叶片用扁钢制成，焊 接或用螺栓固定在轮 毂上，叶片数是2 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。 式两种。
图9-3 桨式搅拌器
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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— 液系中用于防止分离、使罐的温度均一， 液系中多用于防止固体沉降。 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 主要用于流体的循环，由于在同样排量下， 比平直叶式的功耗少，操作费用低， 比平直叶式的功耗少，操作费用低，故轴流桨叶使 用较多。 用较多。 也用于高粘流体搅拌，促进流体的上下交换， 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。 价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。
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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、 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。 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
流动状态 搅拌器型式 对 流 循 环 湍 剪 低 流 切 粘 扩 流 度 散 混 合 高粘 度液 混合 传热 反应 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 分 散 搅拌目的 溶 解 固 体 悬 浮 ○ ○ ○ ○ 气 结 体 晶 吸 收 ○ ○ ○ ○ 传 热 液 相 反 应 ○ ○ ○ ○ ○ 搅拌容 器容积 (m3) 转速范 围(r/min) 最高 粘度 (P)
图9-9 涡轮减速机
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二、轴的计算 1、轴的强度计算 、
πd
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2、轴的刚度计算 、
= Wp =
[τ ]k
Tθ
Tθ 180 0 = × × 100 ≤ G0 J P π
0
[ ]
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二、轴封
填料密封 机械搅拌反应器 轴封主要有两种 轴封主要有两种 机械密封 轴的密封装置 目的： 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。 杂质渗入搅拌容器内。
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第四节 搅拌罐结构设计 罐体的尺寸确定 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。 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； 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， 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， 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。 比大一些。
500 20 500 500 500 1000 1000 1000
○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
表中空白为不适或不详， 为适合。 注 表中空白为不适或不详，○为适合。
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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 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， 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％。 搅拌器总数的 ～ ％。
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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 在压盖压力作用下， 的填料，对搅拌轴表面产生径向压紧力。 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 填料中含有润滑剂， 同时，形成一层极薄的液膜， 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 润滑， 的渗入，达到密封的目的。 的渗入，达到密封的目的。
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第三节
搅拌器的功率
搅拌过程进行时需要动力， 搅拌过程进行时需要动力，笼统
一、搅拌器功率和搅拌器作业功率
搅拌功率 地称这一动力时叫做搅拌功率。 地称这一动力时叫做搅拌功率。 为使搅拌器连续运转所需要 搅拌器功率 的功率称为搅拌器功率。 的功率称为搅拌器功率。 搅拌器使搅拌槽中的液 搅拌作业功率 体以最佳方式完成搅拌 过程所需要的功率。 过程所需要的功率。 最理想状态：搅拌器功率＝ 最理想状态：搅拌器功率＝搅拌作业功率
Vg = V η
初步计算筒体内径
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一般取0.6～0.8
Di =
3
4V 4V g H π D i η
确定筒体直径和高度
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自学) 二、顶盖的结构(自学 顶盖的结构 自学
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第五节 传动装置及搅拌轴 一、传动装置
一般包括电动机、减速装置、 一般包括电动机、减速装置、联轴节及 搅拌轴
图9-8 齿轮减速机
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存在问题 填料中的润滑剂会在运转中不断消耗， 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。 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。 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， 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。 填料。
循环性能好，剪切作用不大， 循环性能好，剪切作用不大， 属于循环型搅拌器。 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， 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。 的搅拌效果。 主要用于液－液系混合、使温度均匀，在低浓度固－ 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。 中防止淤泥沉降等。
结构
标准推进式搅拌器有三瓣叶 相等。 片，其螺距与桨直径d相等。 其螺距与桨直径 相等 它直径较小， 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 最高达 m/s。 。
图9-4 推进式搅拌器
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搅拌时——流体由桨叶上方吸入， 搅拌时——流体由桨叶上方吸入，下方以圆筒状螺旋形排 ——流体由桨叶上方吸入 出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形 流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方， 成轴向流动。 成轴向流动。 ——搅拌时流体的湍流程度不高 循环量大， 搅拌时流体的湍流程度不高， 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。 简单，制造方便。
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1、定义 、
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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3、从搅拌作业功率的观点决定搅拌过程的功率 、
液体单位体积的平均搅拌功率的推荐值(表 － 液体单位体积的平均搅拌功率的推荐值 表9－2) 表9-2
液体混合 固体有机物悬浮 固体有机物溶解 固体无机物溶解 乳液聚合(间歇式 乳液聚合 间歇式) 间歇式 悬浮聚合(间歇式 悬浮聚合 间歇式) 间歇式 气体分散 注 1Hp=735.499W
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①从液体容积值与液体粘度值连线，交于参考线Ⅰ； 从液体容积值与液体粘度值连线，交于参考线Ⅰ ②由该点与液体 比重连线， 比重连线，并交 于参考线Ⅱ 于参考线Ⅱ上某 点； ③将该点与某一 搅拌过程连线， 搅拌过程连线， 交于搅拌功率线， 交于搅拌功率线， 即可求得该过程 的搅拌功率
图9-7 由搅拌过程求搅拌功率的算图
结构简单。 结构简单。 适用于粘度在100Pas 适用于粘度在 以下的流体搅拌， 以下的流体搅拌，当流 体粘度在10～ 体粘度在 ～100Pas 时，可在锚式桨中间加 一横桨叶，即为框式搅 一横桨叶，即为框式搅 拌器， 拌器，以增加容器中部 的混合。 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 锚式或框式桨叶的混合效果并不理想， 要求不太高的场合。 要求不太高的场合。
由于锚式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器 能得到大的表面传热系数，故常用于传热、 大，能得到大的表面传热系数，故常用于传热、 晶析操作。 晶析操作。 常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。 常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。 当搅拌粘度大于100Pas 的流体时，应采用螺带 的流体时， 当搅拌粘度大于 式或螺杆式。 式或螺杆式。