搅拌桨作用与型式PPT课件
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搅拌设备的用途及分类(共32张PPT)
§6.2 机械搅拌设备组成及其工作原理
六、 搅拌轴
1、功能：主要是用来固定搅拌器，并从 减速装置的输出轴取得动力，在带动搅 拌器转动的同时，将功率传递给搅拌器 以克服其旋转时遇到的阻力偶矩而对流 体作功。
2、组成： 〔1〕轴颈：支承局部 〔2〕轴头：安装部件 〔3〕轴身：杆件局部
§6.2 机械搅拌设备组成及其工作原理
种 。 (3)推进式搅拌器的轴端结构
〔1〕类型：平直叶桨式搅拌器和折叶桨式搅拌器
是通过搅拌作用，使与水的比重、粘度不同的物质在 1、混合 2 机械搅拌设备组成及其工作原理
2 机械搅拌设备组成及其工作原理
水中混合均匀； 3、按搅拌目的分：溶药搅拌设备、混合搅拌设备、絮凝搅拌设备、澄清搅拌设备、消化池搅拌设备和水下搅拌设备等。
§6.2 机械搅拌设备组成及其工作原理
3、结 构形式
〔2〕夹 壳联轴 器
1
2
345
图 6.14 夹 壳 联 轴 器
1— 左 (右 )半 联 轴 器 ； 2— 吊 环 ； 3— 螺 栓 ； 4— 螺 母 ； 5— 垫 圈
§6.2 机械搅拌设备组成及其工作原理
3、结构形式 〔3〕套筒联轴器
1
按轴承工作时的摩擦性质
常见轴承见课本p216-217页。
整体式
滑动轴承
向心滑动轴承
剖分式 调心式
推力滑动轴承
滚动轴承
球轴承 滚子轴承
§6.3 水处理工艺中常用的机械搅拌设备
1.溶液搅拌设备
1
2 3
4
出水
图6.22 JBT型推进式搅拌机结构示意图
1—传动装置；2—联轴器；3—搅拌器；4—水下轴承
〔3〕应用：搅拌器广泛用于快速溶解和进行乳化操 作
搅拌桨课件
中央进入式搅 拌桨采用挡板； 挡板数为4～6块， 宽度D槽内径1/12。
罐顶侧入式搅 拌桨在另一侧 应安装一块宽度 D槽内径1/10挡板。
介质混合黏度0.1Pa· s＜µm≤20Pa· s
①D桨叶/D槽内径：1/3～1/5； ②H液高/ D槽内径超过1.0时，应考虑采用2个搅拌器； ③叶轮中心线距槽底距离为D槽内径1/3； ④应采用挡板，并符合全挡板条件。
桨式搅拌器的桨叶有平直叶 和折叶两种形式；叶数2叶。 桨叶与水平所成角度： 折叶θ=45°或60°； 桨叶宽度与桨叶直径比为: 0.1 ～ 0.25。 桨叶直径与搅拌槽内径比： 0.35 ～ 0.8,一般取0.5。 是一种慢速型、径流式搅拌器， 最高转速一般为100r/min左右。
框式与锚式搅拌器相比，在 锚式上部增加了一横叶，增 大了搅拌范围。 桨叶宽度与搅拌器直径比为: 0.1 ～ 0.095。 桨叶直径与搅拌槽内径比： 0.9 ～ 0.98。 两种搅拌器最高转速不超过 100r/min，一般应在80r/min 以内。
推进式搅拌器一般 为3叶，也可为2叶 或4叶；叶片直径 与搅拌槽内径之比 为0.2～0.5， 常取0.33，螺距与 叶片直径的比值为 1～2。转速一般应在 100～500r/min范围内。
开启式涡轮搅拌器的桨叶有 平直叶、后弯叶、折叶三 种形式；叶数一般为4叶和 6叶。桨叶与水平所成角度： 平直叶θ=90° ； 折叶θ=45°或60°； 弯叶的后弯角： α=30°，50°，60°，80° 桨叶宽度与桨叶直径比为: 1/3～1/8。 桨叶直径与搅拌槽内径比： ½ ～1/5,一般取1/3。 转速可达300r/min。
气体从搅拌器下方通入应在搅 拌器下方设置环形气体分布器， 其中心直径为槽直径的1/4。 若分布管小孔极易堵塞， 可采用通气管直接将气体 通入叶轮下部中央。
搅拌浆
搅拌浆常规的搅拌形式有锚式、桨式、涡轮式、推进式、框式等，搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨，特殊产品甚至会使用较为复杂的MIG式搅拌。
桨叶部分分类搅拌桨叶的分类，也可以按照桨叶对流体作用所产生的流动型态来分，可将桨叶分成两种类型-轴流式桨叶及径流式桨叶。
所谓轴流式桨叶，是指桨叶的主要排液方向与搅拌轴平行；螺旋推进式桨叶即是一种典型的轴流式桨叶；所谓径流式桨叶，是指桨叶的主要排液方向与搅拌轴垂直。
桨叶特点：1、锚式、框式使用于低转速一般在60至300rpm之间，这是因为考虑到锚式、框式长度多有3到5米，支撑点位于轴头，搅拌轴强度有限，高速下搅拌轴跳动比较大，特别是搅拌底部晃动幅度很大，甚至会碰到反应釜内壁。
同时结合物料的粘度选取转数，粘度大转速低，粘度小转数适当的高点。
2、涡轮式：浆叶数量多，种类多，转速高，使流体均匀地由垂直方向运动改变成水平方向运动。
3、推进式：推进式也称旋桨式，常为整体铸造，采用焊接时，模锻后再与轴套焊接，加工较困难。
制造时应做静平衡实验。
可用轴套、平键和紧定螺钉与轴连接。
桨叶选择：在选搅拌之前，除了关注物料有几相、体积、密度、粘度、混合要求等等之外。
还应该关注反应机理。
有的反应速度是由反应本身决定的，例如有的有机反应本身就进行的很慢，在这种条件下增强（或减弱）搅拌效果对反应收率、反应时间的影响不大；而有的反应，速度主要是由扩散控制的，反应本身进行的很快，在这种情况下增加搅拌效果则反应收率以及反应时间都会有很好的改善。
搅拌器设计基本常识：1、确定搅拌目的：如进行液液混合、固液悬浮、气液或液液分散，是否需要实现传热、吸收、萃取、溶解、结晶等工艺目的。
根据工艺特点选择搅拌桨形式。
2、计算搅拌作业功率：即搅拌过程进行时需要的动力参考公式：功率=功率准数*液体密度*转数的3次方*浆径的5次方。
功率准数的计算复杂，与罐径、浆径、桨叶宽度、角度、层数、粘度、挡板数、挡板尺寸有关。
3、选择电机功率:考虑到效率后的计算值应大于或等于1.5倍的搅拌作业功率即可。
搅拌桨型式讲述
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
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。
（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
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：
化工原理-第四章搅拌-PPT
多数混合过程三种机理同时存在。湍流扩散系数约为分子扩 散系数的105~107倍，湍流搅拌中，湍流混合占主导作用。
13
均相物系的混合机理
低粘度液体的混合机理： 由于强剪切作用，大涡旋的分裂使液团分散成小尺度旋涡。 由于粘滞阻力，能量全部转化为热能而耗散。 叶轮附近剪切力大，湍动最为激烈，液体的混合作用主要发 生在叶轮附近的混合区中。 对于低粘度的互溶液体的混合，提供足够的循环量是主要的， 剪切强度次之。
17
搅拌混合效果
搅拌效果可有不同的表达方式。若为强化化学反应，可用转 化率来衡量，若为传热与传质，则可用传热系数和传质系数 的大小来衡量。
设容器中有体积分别为 VA 和 VB 两种液体，则A的平均浓度为：
CA0
VA VA VB
CA<CA0
I CA CA0
CA>CA0
I 1CA 1 CA0
I —— 混合指数或混合百分数。若取 n 个样品，则平均混合 百分数为
➢ 功率相等条件下，大直径、低转速叶轮更多的功率消耗于 总体流动。小直径、高转速的叶轮更多功率消耗于湍动。
20
功率关联式及功率曲线
由于搅拌槽内液体的运动状况很复杂， 影响功率的因素很多。不能由理论分 析法，常利用因次分析方法，通过实 验关联。
对几何相似的搅拌装置，各形状因子 均为常数。
“标准”构型搅拌装置
(3) 保持雷诺数Re不变
n1d12
n2
d
2 2
27
N QH
➢ N 相同时，既可产生大流量、低压头，也可产生高压头、 小流量；
➢ 叶轮提供给液体的全部功率用于产生流量和压头；
➢ 不同工艺过程对 Q 及 H 要求不一样，例：低粘度均相液 体的混合需要泵送流量大而气-液混合需要强剪切作用。
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均相物系的混合机理
低粘度液体的混合机理： 由于强剪切作用，大涡旋的分裂使液团分散成小尺度旋涡。 由于粘滞阻力，能量全部转化为热能而耗散。 叶轮附近剪切力大，湍动最为激烈，液体的混合作用主要发 生在叶轮附近的混合区中。 对于低粘度的互溶液体的混合，提供足够的循环量是主要的， 剪切强度次之。
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搅拌混合效果
搅拌效果可有不同的表达方式。若为强化化学反应，可用转 化率来衡量，若为传热与传质，则可用传热系数和传质系数 的大小来衡量。
设容器中有体积分别为 VA 和 VB 两种液体，则A的平均浓度为：
CA0
VA VA VB
CA<CA0
I CA CA0
CA>CA0
I 1CA 1 CA0
I —— 混合指数或混合百分数。若取 n 个样品，则平均混合 百分数为
➢ 功率相等条件下，大直径、低转速叶轮更多的功率消耗于 总体流动。小直径、高转速的叶轮更多功率消耗于湍动。
20
功率关联式及功率曲线
由于搅拌槽内液体的运动状况很复杂， 影响功率的因素很多。不能由理论分 析法，常利用因次分析方法，通过实 验关联。
对几何相似的搅拌装置，各形状因子 均为常数。
“标准”构型搅拌装置
(3) 保持雷诺数Re不变
n1d12
n2
d
2 2
27
N QH
➢ N 相同时，既可产生大流量、低压头，也可产生高压头、 小流量；
➢ 叶轮提供给液体的全部功率用于产生流量和压头；
➢ 不同工艺过程对 Q 及 H 要求不一样，例：低粘度均相液 体的混合需要泵送流量大而气-液混合需要强剪切作用。
搅拌桨型式ppt课件
标准填料箱
表（8-13）
44
填料压盖高度：
h (1 ~ 2)H 33
45
机械密封
（端面密封）
动、静界面 密封点 径向密封 端面比压
46
动环和静环 弹簧压紧装置
密封圈
47
机械密封的分类
按密封面的对数分单 双端 端面 面机 机械 械密 密封 封表（8-14）
按密封元件置于釜体内外分内外装装式式机机械械密密封封
涡轮式搅拌器常用参数 （表8-6）
9
锚式搅拌器
涡轮式搅拌器常用参数 （表8-6）
10
框式搅拌器
11
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。
12
螺杆式搅拌器
螺带式搅拌器
13
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
P
n3d 5
K (Re )r (Fr )q
f ( d , B , h ,....) DDD
P N P n3d 5
19
20
搅拌轴设计
搅拌轴的结构设计 计算搅拌轴的直径
21
搅拌轴材料选择
足够的强度、 刚度和韧性
优良的切削 加工性能
加工直线度 的要求
耐腐蚀要求
22
搅拌轴的结构设计
轴颈设计 轴身设计
（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。
42
植物纤维
填料非金属填料动 矿物 物纤 纤维 维
表（8-13）
44
填料压盖高度：
h (1 ~ 2)H 33
45
机械密封
（端面密封）
动、静界面 密封点 径向密封 端面比压
46
动环和静环 弹簧压紧装置
密封圈
47
机械密封的分类
按密封面的对数分单 双端 端面 面机 机械 械密 密封 封表（8-14）
按密封元件置于釜体内外分内外装装式式机机械械密密封封
涡轮式搅拌器常用参数 （表8-6）
9
锚式搅拌器
涡轮式搅拌器常用参数 （表8-6）
10
框式搅拌器
11
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。
12
螺杆式搅拌器
螺带式搅拌器
13
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
P
n3d 5
K (Re )r (Fr )q
f ( d , B , h ,....) DDD
P N P n3d 5
19
20
搅拌轴设计
搅拌轴的结构设计 计算搅拌轴的直径
21
搅拌轴材料选择
足够的强度、 刚度和韧性
优良的切削 加工性能
加工直线度 的要求
耐腐蚀要求
22
搅拌轴的结构设计
轴颈设计 轴身设计
（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。
42
植物纤维
填料非金属填料动 矿物 物纤 纤维 维
磁力搅拌器课件PPT
磁力搅拌器具有无噪音、无振动 、搅拌均匀、易于控制等优点， 能够实现高效、快速的混合和分 散。
工作原理
工作原理
磁力搅拌器通过磁场力驱动搅拌棒旋 转，带动容器内的液体或固体物质进 行旋转、振动或往复运动，从而实现 混合、分散或溶解等操作。
磁场产生
磁力搅拌器通常采用直流或交流电源 产生磁场，磁场强度和方向可以通过 调节电源参数进行控制。
。
在生物实验中的应用
细胞培养
磁力搅拌器可用于细胞培养，提供恒 定的搅拌环境，促进细胞生长和繁殖。
生物分子提取
磁力搅拌器可用于提取生物分子，如 蛋白质、核酸等，提高提取效率和纯 度。
生物反应
磁力搅拌器可用于促进生物反应，如 酶促反应、发酵反应等，提高反应效 率和产物产量。
辅助生物分析
磁力搅拌器可用于辅助生物分析，如 免疫分析、核酸检测等，提高分析的 准确性和灵敏度。
06
磁力搅拌器的实验案例
实验一：化学反应中的磁力搅拌效果
总结词
探究磁力搅拌对化学反应速率的影响
详细描述
通过对比实验，研究在相同条件下，使用磁力搅拌器与手动搅拌方法对化学反 应速率的影响，分析磁力搅拌在提高反应效率方面的作用。
实验二：生物培养中的磁力搅拌应用
总结词
验证磁力搅拌在生物培养中的优势
详细描述
混合化学试剂
磁力搅拌器可用于混合化学试 剂，提高化学反应的均匀性和
效率。
促进化学反应
通过磁力搅拌器的搅拌作用， 可以促进化学反应的进行，提 高产物的纯度和产量。
加速结晶过程
在结晶过程中，磁力搅拌器可 以增加结晶速度和晶体质量。
辅助化学分析
磁力搅拌器可用于辅助化学分 析，如光度分析、色谱分析等 ，提高分析的准确性和稳定性
工作原理
工作原理
磁力搅拌器通过磁场力驱动搅拌棒旋 转，带动容器内的液体或固体物质进 行旋转、振动或往复运动，从而实现 混合、分散或溶解等操作。
磁场产生
磁力搅拌器通常采用直流或交流电源 产生磁场，磁场强度和方向可以通过 调节电源参数进行控制。
。
在生物实验中的应用
细胞培养
磁力搅拌器可用于细胞培养，提供恒 定的搅拌环境，促进细胞生长和繁殖。
生物分子提取
磁力搅拌器可用于提取生物分子，如 蛋白质、核酸等，提高提取效率和纯 度。
生物反应
磁力搅拌器可用于促进生物反应，如 酶促反应、发酵反应等，提高反应效 率和产物产量。
辅助生物分析
磁力搅拌器可用于辅助生物分析，如 免疫分析、核酸检测等，提高分析的 准确性和灵敏度。
06
磁力搅拌器的实验案例
实验一：化学反应中的磁力搅拌效果
总结词
探究磁力搅拌对化学反应速率的影响
详细描述
通过对比实验，研究在相同条件下，使用磁力搅拌器与手动搅拌方法对化学反 应速率的影响，分析磁力搅拌在提高反应效率方面的作用。
实验二：生物培养中的磁力搅拌应用
总结词
验证磁力搅拌在生物培养中的优势
详细描述
混合化学试剂
磁力搅拌器可用于混合化学试 剂，提高化学反应的均匀性和
效率。
促进化学反应
通过磁力搅拌器的搅拌作用， 可以促进化学反应的进行，提 高产物的纯度和产量。
加速结晶过程
在结晶过程中，磁力搅拌器可 以增加结晶速度和晶体质量。
辅助化学分析
磁力搅拌器可用于辅助化学分 析，如光度分析、色谱分析等 ，提高分析的准确性和稳定性
搅拌器(课件)
39
表9-4 原则填料箱旳允许压力、温度
材料 碳钢填料箱 不锈钢填料箱
公称压力 /MPa
常压 0.6 1.6 常压 0.6 1.6
允许压力范围 /MPa
(负值指真空) ＜0.1
－0.03～0.6 －0.03～1.6
＜0.1 －0.03～0.6 －0.03～1.6
允许温度 范围/℃
＜200 ≤200 －20～300 ＜200 ≤200 要求
表9—3 几种搅拌罐旳长径比
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
26
2、搅拌罐装料量
装料系数
Vg V •
初步计算筒体内径
Di
3
4Vg
H Di
拟定筒体直径和高度
53
总复习提醒
先复习作业 复习书上例题 全方面复习，要点掌握
54
第九章 搅拌器旳机械设计
1
一、作用
1、使物料 混合均匀
2、强化 传热、传 质
第一节 概述
使气体在液相中很好地分散 使固体粒子（如催化剂）在液相中 均匀地悬浮 使不相溶旳另一液相均匀悬浮或充 分乳化 强化相间旳传质（如吸收等）
强化传热 2
二、构造
图9-1 搅拌设备构造图
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
一般取0.6～0.8
27
二、顶盖旳构造(自学)
28
第五节 传动装置及搅拌轴
一、传动装置
一般涉及电动机、减速装置、联轴节及 搅拌轴
表9-4 原则填料箱旳允许压力、温度
材料 碳钢填料箱 不锈钢填料箱
公称压力 /MPa
常压 0.6 1.6 常压 0.6 1.6
允许压力范围 /MPa
(负值指真空) ＜0.1
－0.03～0.6 －0.03～1.6
＜0.1 －0.03～0.6 －0.03～1.6
允许温度 范围/℃
＜200 ≤200 －20～300 ＜200 ≤200 要求
表9—3 几种搅拌罐旳长径比
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
26
2、搅拌罐装料量
装料系数
Vg V •
初步计算筒体内径
Di
3
4Vg
H Di
拟定筒体直径和高度
53
总复习提醒
先复习作业 复习书上例题 全方面复习，要点掌握
54
第九章 搅拌器旳机械设计
1
一、作用
1、使物料 混合均匀
2、强化 传热、传 质
第一节 概述
使气体在液相中很好地分散 使固体粒子（如催化剂）在液相中 均匀地悬浮 使不相溶旳另一液相均匀悬浮或充 分乳化 强化相间旳传质（如吸收等）
强化传热 2
二、构造
图9-1 搅拌设备构造图
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
一般取0.6～0.8
27
二、顶盖旳构造(自学)
28
第五节 传动装置及搅拌轴
一、传动装置
一般涉及电动机、减速装置、联轴节及 搅拌轴
搅拌器(课件)
16
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 17
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。
31
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。
32
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。
26
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 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
27
2、搅拌罐装料量
装料系数
Vg V
初步计算筒体内径
Di
3
4Vg
7
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。
8
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
搅拌装置(共8张PPT)
第8页，共8页。
涡轮式搅拌器
态 混合流搅拌器
结构 螺旋面叶
第3页，共8页。
搅拌器分类、图谱与典型搅拌器特性
低粘流体用流搅拌器（推进式、长薄叶螺旋桨、桨式、开启涡轮式、圆 盘涡轮式、布鲁马金式、板框桨式、三叶后弯式、MIG和改进MIG式等） 按 用 途 高粘流体用流搅拌器（锚式、框式、锯齿圆盘式、螺旋桨式、螺带式、 螺旋-螺带式等）
搅拌器作用
知识点二 搅拌装置
搅拌器是反应釜的关键部件，通过搅拌可使物料充分混合、加快 反应速率、强化传质传热效果、促进化学反应的实现。由于操作条件 各不相同，介质情况千差万别，搅拌器的结构型式多种多样。为确保 搅拌器生产质量，降低制造成本，增加零部件互换性，搅拌器已标准
化，可查阅《HG/T 3796.1-2005 搅拌器型式及基本参数》。
搅拌器的形式很多，按结构来分有桨式、推进式、涡轮
粘其度功在 能当1是0提～搅供10拌过0P程a器所·s时需输，要入的能流量体和适的宜的能流量动状主态要。 用于流体的循环流动时，称为循环型叶轮，如
切向流框（无式挡、板的螺容器带内式，流、体锚绕轴式作旋、转桨运动式，、流速推高时进液式体表；面当会形用成于旋涡对，流此体时流的体剪从浆切叶作周围用周时向，卷吸称至为桨叶剪区切的流式量很小，混合效 果 径很向差流叶。 （流轮体，流动如的径方向向垂涡直轮于搅式拌、轴，锯沿齿径圆向流盘动式，碰等到。容器壁面分成两股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、
第1页，共8页。
搅拌器与流动特征
搅拌器又称搅拌桨和搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件。其功 能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。搅拌器把机械能传递 给流体，在搅拌器附近形成高湍流的充分混合区。这种循环流动的途 径称为流型。
沉淀反应 搅拌桨的形式
沉淀反应搅拌桨的形式一、搅拌桨的原理搅拌桨是一种用于混合和搅拌液体的装置，它通过旋转运动将液体中的各种成分混合均匀。
在沉淀反应中，搅拌桨起到加速混合反应物和增加反应速度的作用。
搅拌桨的原理主要有以下几点：1. 剪切力作用：搅拌桨的旋转运动会产生剪切力，使液体中的颗粒发生相对位移，从而促进反应物间的相互作用。
2. 对流作用：搅拌桨的旋转还会引起液体的对流，使反应物在液体中更均匀地分布，提高反应效率。
3. 扰动作用：搅拌桨的运动会改变液体的流动性质，打破液体表面的平衡状态，增大反应物与周围环境的接触面积。
二、沉淀反应搅拌桨的应用沉淀反应是指溶液中的溶质在一定条件下凝聚形成固体沉淀的过程。
在某些实验室和工业生产过程中，需要进行沉淀反应以获得纯净的沉淀物。
这时搅拌桨可以发挥重要作用，具体应用如下：1. 沉淀物分离：在沉淀反应中，搅拌桨能将反应物快速混合，加快反应速度，并使沉淀物更容易分离。
2. 溶液均匀性：搅拌桨能使反应物均匀分散在溶液中，防止局部浓度过高或过低，保证反应的均匀性。
3. 反应控制：通过调节搅拌桨的转速和搅拌时间，可以控制反应的速率和均匀性，从而得到所需的沉淀物。
三、沉淀反应搅拌桨的注意事项在使用沉淀反应搅拌桨时，需要注意以下几点：1. 搅拌桨的选择：根据反应溶液的性质和反应条件选择合适的搅拌桨。
常见的搅拌桨有桨叶搅拌器、推进式搅拌器等，根据需要进行选择。
2. 搅拌速度的控制：搅拌速度过快可能会导致气泡产生以及反应物的溅出，搅拌速度过慢则会影响反应速率。
因此，在使用搅拌桨时应根据具体情况选择合适的搅拌速度。
3. 搅拌桨与反应容器的匹配：搅拌桨的尺寸和形状应与反应容器相匹配，确保搅拌效果和反应物的均匀性。
4. 温度控制：搅拌桨的旋转会产生热量，因此在进行高温反应时应注意温度控制，避免反应过热。
5. 安全操作：在使用搅拌桨时，应遵循实验室或生产现场的安全操作规程，戴好个人防护装备，确保操作安全。
化工原理 第4章 搅拌 PPT
➢ 要功率消耗小，搅拌效果好，就应根据工艺要求正确地配置好搅拌装置，合 理地分配功率消耗。
➢ 功率相等条件下，大直径、低转速叶轮更多的功率消耗于总体流动。小直径、 高转速的叶轮更多功率消耗于湍动。
自强不息 知行合一
4.3.2 功率关联式及功率曲线
由于搅拌槽内液体的运动状况很复杂，影响功率 的因素很多。不能由理论分析法，常利用因次分 析方法，通过实验关联。
4.4 切向流
搅拌槽内流体流动型态
----层流、湍流
流动型态判定参数：搅拌雷诺数
D 2n
Re
nD--桨叶的叶端速度
式中：
D---搅叶轮直径，m； 、----物料密度kg/m3、黏度kg/ms；
n---搅拌桨转速，1/s。
例如：标准六直叶涡轮桨
Re＜10 层流 Re＞104 湍流 10＜Re＜104 过渡流
涡轮式：转速高，叶片宽，与螺旋浆式比较流量小、压头高。 平叶片浆式：叶片较长、转速较慢，产生的压头较低。可用于较高 粘度液体的搅拌。 锚式和框式：旋转半径更大 (仅略小于反应槽的内径)，搅动范围很 大，转 速更低，产生的压头更小，适用于较高粘度液体的搅拌，也 常用来防止器壁产生沉积现象。
4.3 径向流
在湍流区域 (Re>103) ：
NQ'
NQ 10.1
6 D2 d
1
泵出流量准数 NQ=Q/nd3 循环流量准数 NQ’=Q’/nd3
湍流区：NQ 与 Re 无关，为一常数
叶轮对单位重量液体所作的功即压头 H。 H 与速度 u 的平方成正比，而 u nd，故
Q nd3 Hn2d2
自强不息 知行合一
搅 拌 桨--- 核心部件 驱动装置---通常由交流电机、齿轮减速机或
➢ 功率相等条件下，大直径、低转速叶轮更多的功率消耗于总体流动。小直径、 高转速的叶轮更多功率消耗于湍动。
自强不息 知行合一
4.3.2 功率关联式及功率曲线
由于搅拌槽内液体的运动状况很复杂，影响功率 的因素很多。不能由理论分析法，常利用因次分 析方法，通过实验关联。
4.4 切向流
搅拌槽内流体流动型态
----层流、湍流
流动型态判定参数：搅拌雷诺数
D 2n
Re
nD--桨叶的叶端速度
式中：
D---搅叶轮直径，m； 、----物料密度kg/m3、黏度kg/ms；
n---搅拌桨转速，1/s。
例如：标准六直叶涡轮桨
Re＜10 层流 Re＞104 湍流 10＜Re＜104 过渡流
涡轮式：转速高，叶片宽，与螺旋浆式比较流量小、压头高。 平叶片浆式：叶片较长、转速较慢，产生的压头较低。可用于较高 粘度液体的搅拌。 锚式和框式：旋转半径更大 (仅略小于反应槽的内径)，搅动范围很 大，转 速更低，产生的压头更小，适用于较高粘度液体的搅拌，也 常用来防止器壁产生沉积现象。
4.3 径向流
在湍流区域 (Re>103) ：
NQ'
NQ 10.1
6 D2 d
1
泵出流量准数 NQ=Q/nd3 循环流量准数 NQ’=Q’/nd3
湍流区：NQ 与 Re 无关，为一常数
叶轮对单位重量液体所作的功即压头 H。 H 与速度 u 的平方成正比，而 u nd，故
Q nd3 Hn2d2
自强不息 知行合一
搅 拌 桨--- 核心部件 驱动装置---通常由交流电机、齿轮减速机或
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双端面机械密封
双端面机械密封
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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
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动环和静环的材料要求
桨式搅拌器常用参数（表8-5）
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4
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5
推进式搅拌器
推进式搅拌器常用参数（表8-6）
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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
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涡轮式搅拌器
（透平式叶轮）
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1、适用物料粘度范围广。 2、剪切力较大，分散流体 的效果好。
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搅拌器的选用
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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
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搅拌功率的计算
搅拌轴和搅拌器的强度和刚度计算 电机和减速机的选型
影响搅拌功率的 主要参数
搅拌器的 几何尺寸
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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
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填料
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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。
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。
涡轮式搅拌器常用参数 （表8-6）
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锚式搅拌器
涡轮式搅拌器常用参数 （表8-6）
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框式搅拌器
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11
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。
当搅拌轴转速n ≥ 200r/min时，应进 行临界转速的验算。
nc
30
3EI(14) L12(L1 )ms
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）
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30
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
搅拌器的 运动参数
重力参数
搅拌容器 的结构
被搅拌介
质的特性
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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：
N Pn P 3d5K (R e)r(F r)qf(D d,D B,D h,....)
PNPn3d5
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密封圈
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机械密封的分类
按密封面的对 单 双数端 端分面 面机 机械 械表密 密 （8-封 封 14）
按密封元件置外 于分 内 外 釜装 装 体式 式 内机 机械 械密 密
按介质压力的 对影 端 响 非 平 面分 平 衡 比k衡 型 压 k1 )型 （ 1) （
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外装式和装内式机械密封
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20
搅拌轴设计
搅拌轴的结构设计 计算搅拌轴的直径
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21
搅拌轴材料选择
足够的强度、 刚度和韧性
优良的切削 加工性能
加工直线度 的要求
耐腐蚀要求
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搅拌轴的结构设计
轴颈设计 轴身设计
轴头设计
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搅拌轴直径计算
影响搅拌轴直径的四个因素
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螺杆式搅拌器
螺带式搅拌器
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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
（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。
M te
M
2 n
M
2
轴径
d1.72([](M 1te4))13
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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。
搅拌器的型式
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1
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
按搅拌器叶片结构
平叶 折叶
混合流搅拌器
螺旋面叶
按搅拌用途
低粘流体用搅拌器
高粘流体用搅拌器
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2
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3
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。
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。
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植物纤维
填料
非金属填料
动物纤维 矿物纤维
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
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搅拌轴的力学模型
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按扭转变形计算搅拌轴的直径
刚度条件
G 58d4.3(61M nm4a)x[]
轴径
d4.92([]G M(1nm ax4))14
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按临界转速校核搅拌轴的直径 临界转速
人造纤维
金属填料（钢、铅、铜 等）
表（8-13）
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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）
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填料压盖高度：
h (1 ~ 2)H 33
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机械密封
（端面密封）
动、静界面 密封点 径向密封
端面比压
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动环和静环 弹簧压紧装置
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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
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36
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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