机械搅拌反应器(搅拌釜式反应器)

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，见图17-14。
不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。
(a) 垂直 偏心式
(b) 底插式
(c) 侧插式
(d) 斜插式
(e) 卧式
图17-14 搅拌器在容器内的安装方式
挡板与导流筒 (1) 挡板 目的——消除打漩和提高混合效果。 打漩—— 物料粘度小，搅拌转速高，
器内的物料。 整体夹套
结构型式
型钢夹套 半圆管夹套 蜂窝夹套等
表17—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 最高温度/℃ 350 300 最高压力/MPa 0.6 1.6
型钢夹套
蜂窝夹套 短管支撑式 折边锥体式 半圆管夹套
200
200 250 350
2.5
2.5 4.0 6.4
时，称为全挡板条件。 全挡板条件与挡板数量和宽度有关。
搅拌容器中的传热蛇管可部分或 全部代替挡板，装有垂直换热管
时一般可不再安装挡板。
图17-15 挡板
(2) 导流筒
作用——上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌
混合中起导流作用。
(a) 涡轮式或桨 式搅拌器 导流筒置于 桨叶的上方
(b)推进式搅拌器 导流筒套在桨 叶外面，或略 高于桨叶
一、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。
流型决定因素
取决于搅拌器的形式、搅拌 容器和内构件几何特征，以 及流体性质、搅拌器转速等 因素。 径向流 流型 轴向流
搅拌机顶插式中心安装
立式圆筒的三种基本流型
切向流
(a)径向流 图17-12 搅拌器与流型 (a) 径向流
17 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。
图17-16 导流筒
结构
通常导流筒上端低于静液面，筒身上开孔或槽， 当液面降落后流体仍可从孔或槽进入导流筒。 导流筒将搅拌容器截面分成面积相等的两部分， 导流筒直径约为容器直径的70%。
当搅拌器置于导流筒之下，且容器直径又较大
时，导流筒的下端直径应缩小，使下部开口小 于搅拌器的直径。
流动特性
搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。 搅拌器对流体产生二种作用，剪切作用和循环作用。
图17-10 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
图17-11竖式蛇管
搅拌器
1、 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。 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。
推进式、螺杆式和螺带 式的桨叶为螺旋面叶
按结构分为
折叶 螺旋面叶
按搅拌 用途分为
低粘流体 用搅拌器 高粘流体 用搅拌器
低粘流体搅拌器有： 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等。 高粘流体搅拌器有： 锚式、框式、锯齿圆盘式、 螺旋桨式、螺带式（单螺带、 双螺带）、螺旋—螺带式等。
筒体较薄时易造成焊接
变形。见图17—6。 螺旋形缠绕在筒体外侧
结构
图17-7
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
图17-6 半圆管夹套二种结构
图17-6 半圆管夹套二种结构
L3
t1 L b
L3
L2
(a)螺旋形缠绕 图17-7 半圆管夹套的安装
D
t1
(b)平行排管
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。
(b)轴向流
图17-13 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。
剪切作用与液—液搅拌体系中液滴的细化、 固—液搅拌体系中固体粒子的破碎以及气—液
搅拌体系中气泡的细微化有关。
当输入液体的能量主要用于对流体的剪切 作用时，则称为剪切型叶轮，如径向涡轮式、
锯齿圆盘式等。
流动特性
搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。 搅拌器对流体产生二种作用，剪切作用和循环作用。
圆筒和下封头都包有夹套，传 热面积大，最常用结构 U型
1. 整体夹套
圆筒型 传热面积较小，适用于换热 量要求不大的场合
tj
t
D Dj
D Dj
t
tj
D Dj
D Dj
(a) 圆筒型
(b) U型 图17-2 整体夹套
用于夹套内载热介质易结
可拆卸式 连接方式 不可拆卸式 垢、需经常清洗的场合。
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， 见图17—3。
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。
直立式搅拌容器 容积 卧式搅拌容器
筒体和下封头两部分容积之和
筒体和左右两封头容积之和
表17—1 几种搅拌设备筒体的高径比
种类 一般搅拌罐 罐内物料类型 液-固相、液－液相 气－液相 高径比 1～1.3 1～2
搅拌器
轴流式 混流式 径流式
图17-17 搅拌器流型分类图谱
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，据统计约占
搅拌器总数的75～80％。
二、几种常用搅拌器： 1. 桨式搅拌器
结构最简单 叶片用扁钢制成，焊 接或用螺栓固定在轮 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。
小于2Pa· s 低转速时水平环 向流为主；转速 高时为径向流； 有挡板时为上下
循环流
折叶式
拌。在层流区操
作，适用的介质 粘度可达100Pa· s, v=1.0～3.0m/s
θ=45°，60°
折叶式有轴向、 径向和环向分流 作用
注：n－转速； v－叶端线速度； Bn－叶片数； d－搅拌器直径；D－容器内径：θ－折叶角。
2．型钢夹套
构成——角钢与筒体焊接组成，见图17—5。
沿筒体外壁轴向布置 结构 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
图17-5 型钢夹套结构
(b)角钢螺旋形缠绕
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，
结构wenku.baidu.com
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
图17-1 通气式搅拌反应器 典型结构
17.1 搅拌容器
结构
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。
t1
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
图17-9 短管支撑式蜂窝夹套
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。
螺旋形盘管
分类
图17-10 图17-11
竖式蛇管
D
聚合釜
发酵罐类
悬浮液、乳化液
发酵液
2.08～3.85
1.7～2.5
换热元件 优先采用夹套，减少 夹套 换热元件 内盘管 容器内构件，便于清 洗，不占有效容积。
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
液体随桨叶旋转，在离心
力作用下涌向内壁面并上 升，中心部分液面下降，
形成漩涡，称为打漩区。
后果
随转速增加，漩涡中心下凹到与桨叶接触，外面空气进 入桨叶被吸到液体中，使其密度减小，混合效果降低。
一般在容器内壁面均匀安装4块挡板 宽度为容器直径的1/12～1/10。
全挡板条件
当再增加挡板数和挡板宽度，而功率消耗不再增加
简单，制造方便。
循环性能好，剪切作用不大， 属于循环型搅拌器
应用
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。 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
容器内装挡板、搅拌轴偏心安装、
改进
搅拌器倾斜，可防止漩涡形成。
常用参数见表17-6
表17-6 推进式搅拌器常用参数 常用尺寸 常用运 常用介质 转条件 粘度范围 小于 2Pa· s 流动状态 轴流型，循 环速率高， 剪切力小。 采用挡板或 导流筒则轴 向循环更强 备注
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。
表17-5 桨式搅拌器常用参数
常用尺寸 d/D=0.35～0.8 b/d=0.1～0.25 Bn=2 常用运转 常用介质
条件
n=1～ 100r/min v=1.0～ 5.0m/s
粘度范围
流动状态
备注 当d/D=0.9以上， 并设置多层桨叶 时，可用于高粘 度液体的低速搅
(a)封口锥
图17-3 夹套肩与筒体的连接结构
(b)封口环
t
1
2
d d1
1
t1 d1
t
t
2
t
t
3
封口锥 图17-4 夹套底与封头连接结构
封口环
1
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，见图17－1； 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。
(c)切向流 图17-14 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。
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 采用挡板可削弱切向流， 增强轴向流和径向流
2. 推进式搅拌器 推进式搅拌器（又称船用推进器） 常用于低粘流体中。
结构
标准推进式搅拌器有三瓣叶 片，其螺距与桨直径d相等。
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 m/s。
图17-19 推进式搅拌器
搅拌时——流体由桨叶上方吸入，下方以圆筒状螺旋形排 出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形 成轴向流动。 特点 ——搅拌时流体的湍流程度不高，循环量大，结构
图17-18 桨式搅拌器
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
比平直叶式的功耗少，操作费用低，故轴流桨叶使
用较多。 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。
桨式搅拌器的转速一般为20～100r/min ， 最高粘度为20Pa· s 。其常用参数见表17-5。
循环作用与混合时间、传热、固体的悬 浮等相关。
当搅拌器输入流体的能量主要用于流体
的循环作用时，称为循环型叶轮，如框式、 螺带式、锚式、桨式、推进式等为循环型叶
轮。
2、 搅拌器分类、图谱及典型搅拌器特性 一、搅拌器分类 轴向流搅拌器 径向流搅拌器 混合流搅拌器
按流体流动形态
平叶
桨式、涡轮式、框式和 锚式的桨叶都有平叶和 折叶两种结构
图17-6 半圆管夹套的安装
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。
折边式 结构 拉撑式
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17-8 折边式蜂窝夹套
D1 D2 e