精细化工装备(机械搅拌反应器)

圆筒和下封头都包有夹套，传 热面积大，最常用结构
传热面积较小，适用于换热 量要求不大的场合
t
DD
t
DD
tj
Dj Dj
tj
Dj Dj
(a) 圆筒型
整体夹套
(b) U型
连接方式
可拆卸式
用于夹套内载热介质易结 垢、需经常清洗的场合。
不可拆卸式
夹套肩与筒体的联接处， 做成锥形的称为封口锥， 做成环形的称为封口环。
通气式搅拌反应器 典型结构
结构
2.4.1 搅拌容器
1. 圆筒体，封头（椭圆形、锥形和平盖，椭圆 形封头应用最广）。
2. 各种接管，满足进料、出料、排气等要求。
3. 加热、冷却装置：设置外夹套或内盘管。
4. 上封头焊有凸缘法兰，用于搅拌容器与机架 的连接。
5. 传感器，测量反应物的温度、压力、成分及其它参 数。
② 进口处安装扰流喷嘴，使冷却水呈湍流状态， 提高传热系数；
③ 夹套的不同高度处安装切向进口，提高冷却 水流速，增加传热系数。
2．型钢夹套 构成——角钢与筒体焊接组成。
结构
沿筒体外壁轴向布置 沿筒体外壁螺旋布置
型钢的刚度大， 弯曲成螺旋形 时加工难度大
(a)螺旋形角钢互搭式
型钢夹套结构
(b)角钢螺旋形缠绕
功能 提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。 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。 流型 流体循环流动的途径。
流型
流型与搅拌的关系
流型与搅拌效果、搅拌功 率的关系十分密切。搅拌 器的改进和新型搅拌器的 开发往往从流型着手。
高径比
一般搅拌罐
聚合釜 发酵罐类
液-固相、液－液相 气－液相
悬浮液、乳化液 发酵液
1～1.3 1～2 2.08～3.85 1.7～2.5
换热元件
2.4.2 换热元件
夹套
优先采用夹套，减少 容器内构件，便于清 洗，不占有效容积。
内盘管
一、夹套结构
夹套
在容器外侧，用焊接或法兰连接方式装设各种形 状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。 此空间内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容 器内的物料。
D2
t2
A
b
A向
折边式蜂窝夹套
D1
t1
D2
e
短管支撑式蜂窝夹套
dmin
b
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
二、内盘管
常采用 内盘管
当反应器的热量仅靠外夹套传热，换热面积不够时
结构特点 浸没在物料中，热量损失小，传热效果好，检修较困难。
分类
螺旋形盘管 竖式蛇管
结构
组成——搅拌容器和搅拌机两大部。
由筒体、换热元件 及内构件组成
由搅拌器、搅拌轴及其密封 装置、传动装置等组成
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；
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
可拆卸的夹套
不可拆卸的夹套
(a)封口锥
夹套肩与筒体的连接结构
(b)封口环
t 2 t 1 t2 t 1
t1
t3
dd11
d1
封口锥 夹套底与封头连接结构
封口环
介质流通特点
载热介质流经夹套与筒体的环形面积，流道面积大、 流速低、传热性能差。
提高传热效率的措施：
① 在筒体上焊接螺旋导流板，减小流道截面积， 增加冷却水流速；
D
螺旋形盘管
d
D
对称布置的几组 竖式蛇管：
传热 挡板作用
d
竖式蛇管
常用热源
加热温度不超过150℃时，用热水或低压饱和水蒸气即可；高 于150℃时，可用以下方式加热： (1)高压饱和水蒸气； (2)高压汽水混合物； (3)联苯混合物(道生油)：联苯26.5%二苯醚73.5%，BP258℃； (4)电加热：电阻加热、电感加热、微波加热、远红外加热等； (5)烟道气加热：可用于300℃以上的高温加热。
6. 支座，小型用悬挂式支座，大型用裙式支座或支承 式支座。
7. 装料系数（对容积而言），通常取0.6～0.85。有 泡沫或呈沸腾状态取0.6～0.7；平稳时取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
表1 几种搅拌设备筒体的高径比
种类
罐内物料类型
结构型式
整体夹套 型钢夹套 半圆管夹套 蜂窝夹套等
表2 各种碳钢夹套的适用温度和压力范围
夹套型式 整体夹套 U型
圆筒型 型钢夹套 蜂窝夹套 短管支撑式 折边锥体式 半圆管夹套
最高温度/℃ 最高压力/MPa
350
0.6
300
1.6
200
2.5
200
2.5
250
4.0Hale Waihona Puke Baidu
350
6.4
1. 整体夹套
U型 圆筒型
L3 L2
L
t1
(a)螺旋形缠绕 半圆管夹套的安装
D t1
半圆管夹套的安装
(b)平行排管
4．蜂窝夹套
特点
以整体夹套为基础，采取折边或短管等加强措施； 提高筒体的刚度和夹套的承压能力，减少流道面积； 减薄筒体壁厚，强化传热效果。
结构
折边式 拉撑式
D1
t1
夹套向内折边与筒 体贴合好, 再进行 焊接的结构
2.4.3搅拌器
1、 作用 使互溶的两种或两种以上液体混合均匀； 形成乳浊液或悬浊液； 促进化学反应和加速物理变化过程(如萃取、溶解等)。
搅拌方法：机械搅拌、气流搅拌、射 流搅拌、管道混合等，最早出现，现 在仍然在广泛使用的为机械搅拌。
2、 搅拌器与流动特征
定义 搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键 部件。
2.4 机械搅拌反应器
机械搅拌反应器(搅拌釜式反应器)
适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条 件（温度、压力）的反应过程，应用于油田化学品、 合成塑料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、化 肥、染料、涂料、食品、冶金、废水处理等行业。
应用
化学反应、生物反应、混合、分散、溶解、 结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。
3．半圆管夹套
特性—— 半圆管或弓形管由带材压制而成，加工方便。 当载热介质流量小时宜采用弓形管。
缺点：焊缝多，焊接工作量大， 筒体较薄时易造成焊接 变形。
结构
螺旋形缠绕在筒体外侧 沿筒体轴向平行焊在筒体外侧
沿筒体圆周方向平行焊接在筒体外侧
(a) 半圆管 半圆管夹套二种结构
半圆管夹套二种结构
b L3
流型决定因素