搅拌釜式反应器

搅拌叶轮消耗的功率 NHQ
Nn3d 5
功率一定时
Q / Hd / n
nd 5/3 d n3 / 5
Q / H d 8/3 Q / H n8/5
叶轮操作的基本原则：
在消耗同等功率的条件下，低转速n、大直径d的叶轮， 可以增大液体循环流量Q，减少剪切作用，有利于宏观 混合，采用高转速n、小直径d的叶轮，有利于小尺度的 混合。
三、提高混合效果的措施
1.消除打漩现象
措 施 A.加设挡板
消除圆柱状回转区 消除打漩
增加液体湍动 程度，切向流 变成轴向流和 径向流
解决方法：在槽内安装档板。 过多的档板将减少总体流动， 并把混合局限在局部区域内， 导致不良的混合性能。
➢ 挡板数
“充分挡板化”（全挡板化）——加多挡板数也不会改善 搅拌效果的现象。 “充分挡板化”的条件——WD(（挡釜板内宽径度）) N（挡板数） 0.4
如：当W=0.1Di，挡板数为4已足够用。
➢ 挡板尺寸及设置
挡板宽W
( 1 10
1 ~ 12 ) Di
尺寸高粘度时W
1 20 Di
挡板数Z
2 ~ 4小直径 4 ~ 8大直径
➢ 挡板设置
高、中、低粘度不同， 设置位置不同。
上、下缘位置：
◆ 挡板上缘与静 止液面齐平或低于液 面100-150mm——有轻、 易污固料时。
机械搅拌
多采用
气流搅拌
仅用于一些特殊场合
射流搅拌、静态混合、管道混合
1.均相液体的混合
使两种或多种互溶的液体分散
2.液液分散
不互溶的液体之间的分散与混合
3.
搅
3.气液相分散
气体与液体的混合
拌
的
4.固液分散
使固体颗粒悬浮于液体之中
目
的
5.固体溶解
加速化学反应、传热、传质等过程
6.强化传热
搅拌
定性 定量 考虑 考虑
◆ 挡板下缘可到 器底可在桨叶之上— —为使较重物料易沉 降、分离。
低粘度： 中等粘
<7Pa.s
度：7-
10Pa.s
高粘度： >10Pa.s
B.偏心安装
解决方法：对小容器，搅拌器偏 心或偏心倾斜安装可破坏循环回 路的对称性。
2.加设导流筒
（1）作用——控制流体流面速度、方向，以保证
特定流型。
（2）原理：
循环流量大
径向流 (Radial-flow)
液体在槽内作切向和径向的涡旋运动， 总体流动较复杂。适用于搅拌中等和 低粘度的液体，特别适用于不互溶液 体的分散、气体和固体的溶解、液相 反应及传热等操作，对于易分层的物 系则不适用。
径向流
流动方向垂直与搅拌轴， 沿反应釜半径方向在搅 拌器和釜的内壁间流动
搅拌反应器 的总体结构
1.搅拌装置轴 传动装置电 减机 速器
搅拌轴
2.轴
3.反应罐加 罐热 体装置蛇 夹管 套
附件防 工爆 艺装 接置 管
叶轮
前言
1.搅拌 的作用
不良 搅拌
2.搅拌操 作方式
加速物料之间的混合 提高传质速率，促进反应的进行 提高传热速率，有利于反应热的及时移除
可能造成副反应的增加 可能会造成生产事故
① 筒内液体搅拌程度↑，使搅拌器对流体的直接剪 切作用↑ ② 确定了的流型保证充分循环，使物料均可通过筒 内，效率↑ ③ 循环路径确定，短路↓、死区↓
（3）尺寸
导流筒直径——d=0.7D，D—反应器直径 导流筒高——h2=0.5H2，H2—反应器圆筒部分高
（4）安装
叶轮 上方
套在叶轮 的外面
第二节 搅拌器的选型与放大
成微团
宏
观
将微团尺寸
降低到旋涡
本身的大小
微
观
达到分子水
平的混合
实际 的混 低 合作 用
在搅拌设备中起 主要作用
循环流 涡流
搅拌设备内流体的流型 轴向流 (Axial-flow)
轴向流
流动方向平行与 搅拌轴，轴相流 入、轴向流出。
液体在搅拌槽内形成的总体流动为 轴向的大循环，湍动程度不高，适 用于低粘度的互溶液体的混合、固 体颗粒的悬浮以及强化槽内的传热 等。有利于宏观混合。
搅拌 器的 选型
搅拌转 速及搅 拌功率
第一节 搅拌釜中的流动与混合
一、混合效果的度量
1.均匀度
将A、B两种液体，各取VA、VB置于一容
器中，则平均浓度 经过一定时间搅拌后，
C A0
VA VA VB
CB0
VB VA VB
各处取样CA、CB
均匀度 I=CA/CA0; CB/CB0
=1 混合均匀 <1 不均匀
混合状态偏离 均匀状态的程 度
平均均匀度
mBiblioteka Baidu
I Ii / m
i 1
度量全部液体 的混合效果
2.宏观均匀与微观均匀
宏观均匀 微观均匀
设备尺度 分子尺度
不互溶液体、 悬浮液
互溶液体
均匀度是随取 样尺寸而变的！
二、混合的机理 搅拌器运转 机械能
静止或低速流体的 高速运动
邻近液 体运动
带动
剪切作用
所有液体的 循环流动
搅拌器本质上是一个泵，任何叶轮提供的功率 都会产生泵送流量及压头，其功率可表示为： 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。 ➢ 要功率消耗小，搅拌效果好，就应根据工艺要求正确地配
任务：了解有关工艺过程对搅拌器的液体流型、循环量、及压 头大小等方面的要求，从而定出叶轮尺寸和转速的合理配合。
循环量Q：叶轮的排液量和它所夹带的液体量之和 (m3/s或m3/h)。
Qnd 3
压头 H：叶轮对单位重量液体所作的功
H u12 / 2g
u nd
H u12 / 2gu2n2d 2
剪切力大小和湍 动程度的量度
(1) 分子扩散：在分子尺度的空间内进行；
(2) 涡流对流扩散：涡流造成的局部范围的混合，由旋涡分裂
运动引起，在涡旋尺度空间内进行。
(3) 主体对流扩散：循环流造成的扩散混合作用, 包括一切不属
于分子运动或涡旋运动所引起的扩散过程。在大液团空间内 进行。
主体对 流扩散
涡流对 流扩散
分子扩散
把物料粉碎
液体剪切作用大
切向流 (Radial-flow)
切向流
无挡板的容器内， 流体绕轴做旋转 运动，流速高时 流体表面形成漩 涡。
打旋现象：液体在离心力作用下 涌向器壁，中心部分液面下降， 形成一个大旋涡。转速越高，形 成的旋涡越深。
“打漩”导致的问 题
① 无轴向混合作用； ② 多相系统→分层、分离，固相沿壁沉底； ③ 漩深后，表面吸入气体，尤其漩深到叶轮时，吸入空 气量增大，物料表面密度↓→搅拌功率↓↓； ④ 叶轮部分在空气中旋转→振动阻尼↓、表面密度↓→振 动↑