搅拌器的机械设计

第九章搅拌器的机械设计

教学重点：搅拌器的型式及选型1一、作用

1、使物料混合均匀

第一节概述2、强化传热、传质

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的另一液相均匀悬浮或充分乳化强化相间的传质（如吸收等）强化传热21-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-传动装置图9-1搅拌设备结构图二、结构3搅拌设备搅拌装置轴封搅拌罐罐体附件搅拌轴搅拌器传动装置4第二节搅拌器的型式及选型一、常见型式图9-2典型的搅拌器图5二、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。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，也与其它因素有关，如介质特性，搅拌器的工作环境等。6三、选型

搅拌器选型搅拌目的

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。7表9-1搅拌器型式适用条件表注表中空白为不适或不详，○为适合。搅拌器型式流动状态搅拌目的搅拌容器容积(m3)转速范围(r/min)最高粘度(P)对流循环湍流扩散剪切流低粘度混合高粘度液混合传热反应分散溶解固体悬浮气体吸收结晶传热液相反应涡轮式○○○○○○○○○○○○1~10010~300500桨式○○○○○

○○

○○○1~20010~30020推进式○○

○○○○

○○○1~100010~500500折叶开启涡轮式○○

○○○○

○○1~100010~300500布尔马金式○○○○○

○

○○1~10010~300500锚式○

○

○

1~1001~1001000螺杆式○

○

○

1~500.5~501000螺带式○

○

○

1~500.5~5010008四、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％。91.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。图9-3桨式搅拌器10主要应用用液—液系中用用于防止止分离、、使罐的的温度均均一，固固—液系中多多用于防防止固体体沉降。。主要用于于流体的的循环，，由于在在同样排排量下，，折叶式式比平直叶叶式的功功耗少，，操作费费用低，，故轴流桨叶叶使用较多。。也用于高高粘流体体搅拌，，促进流流体的上上下交换换，代替替价格高的的螺带式式叶轮，，能获得得良好的的效果。。主要应用用11桨式搅拌拌器的转转速一般般为20～100r/min，最高粘度度为20Pa·s。缺点不能用于于以保持持气体和和以细微微化为目目的的气—液分散操操作中。。122.推进式搅搅拌器推进式搅搅拌器（（又称船船用推进进器）常用于低低粘流体体中。结构标准推进进式搅拌拌器有三三瓣叶片，其螺螺距与桨桨直径d相等。它直径较较小，d/D=1/4～1/3，叶端速速度一般般为7～10m/s，最高达达15m/s。图9-4推进式搅搅拌器13搅拌时——流体由桨桨叶上方方吸入，，下方以以圆筒状状螺旋形形排出，流体体至容器器底再沿沿壁面返返至桨叶叶上方，，形成轴向流流动。特点——搅拌时流流体的湍湍流程度度不高，，循环量量大，结结构简单，制制造方便便。循环性能能好，剪剪切作用用不大，，属于循环环型搅拌拌器。14粘度低低、流流量大大的场场合，，用较较小的的搅拌拌功率率，能能获得得较好好的搅拌拌效果果。主要用用于液液－液液系混混合、、使温温度均均匀，，在低低浓度度固－－液系系中防止止淤泥泥沉降降等。。改进容器内内装挡挡板、、搅拌拌轴偏偏心安安装、、搅拌器器倾斜斜，可可防止止漩涡涡形成成。主要应用153．涡轮轮式搅搅拌器器涡轮式式搅拌拌器（（又称称透平式叶叶轮）），是是应用用较广的一一种搅搅拌器器，能能有效地完完成几几乎所所有的的搅拌操作作，并并能处处理粘粘度范围很很广的的流体体。图9-5涡轮式式搅拌拌器16涡轮式式搅拌拌器有有较大大的剪剪切力力，可可使流流体微微团分分散得得很细细，适适用于于低粘粘度到到中等等粘度度流体体的混混合、、液—液分散散、液液—固悬浮浮，以以及促促进良良好的的传热热、传传质和和化学学反应应。主要应用174．锚式式搅拌拌器结构简简单。。适用于于粘度度在100Pa·s以下的的流体体搅拌拌，当当流体粘度度在10～100Pa·s时，可可在锚锚式桨桨中间间加一横桨桨叶，，即为为框式搅搅拌器，，以增加加容器器中部部的混合合。图9-6锚式搅搅拌器器18锚式或或框式式桨叶叶的混混合效效果并并不理理想，，只适适用于于对混混合要求不不太高高的场场合。。由于锚锚式搅搅拌器器在容容器壁壁附近近流速速比其其它搅搅拌器器大，能能得到到大的的表面面传热热系数数，故故常用用于传传热、、晶析操操作。。常用于于搅拌拌高浓浓度淤淤浆和和沉降降性淤淤浆。。当搅拌拌粘度度大于于100Pa··s的流体体时，，应采采用螺螺带式或螺螺杆式式。主要应用19一、搅拌器器功率率和搅搅拌器器作业业功率率1、定义义搅拌功功率搅拌器器功率率搅拌作作业功功率第三节节搅搅拌拌器的的功率率最理想想状态态：搅搅拌器器功率率＝搅搅拌作作业功功率搅拌过过程进进行时时需要要动力力，笼笼统地地称这这一动动力时时叫做做搅拌拌功率率。为使搅搅拌器器连续续运转转所需需要的的功率率称为为搅拌拌器功功率。。搅拌器器使搅搅拌槽槽中的的液体体以最最佳方方式完完成搅搅拌过过程所所需要要的功功率。。202、影响响搅拌拌器功功率的的因素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213、从搅搅拌作作业功功率的的观点点决定定搅拌拌过程程的功功率液体单单位体体积的的平均均搅拌拌功率率的推推荐值值(表表9－－2)搅拌过程的种类液体单位体积的平均搅拌功率/(Hp/m3)液体混合0.09固体有机物悬浮0.264~0.396固体有机物溶解0.396~0.528固体无机物溶解1.32乳液聚合(间歇式)1.32~2.64悬浮聚合(间歇式)1.585~1.894气体分散3.96注1Hp=735.499W表9-2不同搅搅拌种种类液液体单单位体体积的的平均均搅拌拌功率率22按搅拌拌过程程求搅搅拌功功率的的算图图图9-7由搅拌拌过程程求搅搅拌功功率的的算图图23③将该该点与与某一一搅拌拌过程程连线线，交交于搅搅拌功功率线线，即即可求求得该该过程程的搅搅拌功功率①从液液体容容积值值与液液体粘粘度值值连线线，交交于参参考线线Ⅰ；；②由该该点与与液体体比重重连线线，并并交于于参考考线ⅡⅡ上某某点；；图9-7由搅拌拌过程程求搅搅拌功功率的的算图图24一、罐体的的尺寸确确定罐体长长径比比对搅搅拌功功率的的影响响第四节节搅搅拌拌罐结结构设设计罐体长长径比比对传传热的的影响响需要较较大搅搅拌功功率的的，长长径比比可以以选得得小些些。体积一一定时时，长长径比比越大大，表表面积积越大大，越越利于于传热热；并并且此此时传传热面面距罐罐体中中心近近，物物料的的温度度梯度度就越越大，，有利利于传传热效效果。。因此此，单单纯从从夹套套传热热角度度考虑虑，一一般希希望长长径比比大一一些。。1、罐体长长径比比25物料特特性对对罐体体长径径比的的要求求表9—3几种搅搅拌罐罐的长长径比比种类设备内物料类型长径比一般搅拌罐液-固相、液－液相1～1.3气－液相1～2聚合釜悬浮液、乳化液2.08～3.85发酵罐类发酵液1.7～2.526装料系系数初步计计算筒筒体内内径确定筒筒体直直径和和高度度一般取取0.6～～0.82、搅拌罐罐装料料量27二、顶盖的的结构构(自自学)28一、传动装装置第五节节传传动动装置置及搅搅拌轴轴一般包包括电电动机机、减减速装装置、、联轴轴节及及搅拌拌轴图9-8齿轮减减速机机图9-9涡轮减减速机机29二、轴轴的计计算1、轴的的强度度计算算2、轴的的刚度度计算算30二、轴轴封机械搅搅拌反反应器器轴封主要有有两种种轴的密密封装装置填料密密封机械密密封避免介介质通通过转转轴从从搅拌拌容器器内泄泄漏或或外部部杂质渗渗入搅搅拌容容器内内。目的311、填料料密封封图9-10填料密密封的的结构构1—压盖2—双头螺螺柱3—螺母4—垫圈5—油杯6—油环7—填料8—本体9—底环32工作原原理在压盖盖压力力作用用下，，装在在搅拌拌轴与与填料料箱本本体之之间的的填料料，对对搅拌拌轴表表面产产生径径向压压紧力力。填料中中含有有润滑滑剂，，在对对搅拌拌轴产产生径径向压压紧力力的同时，，形成成一层层极薄薄的液液膜，，一方方面使使搅拌拌轴得得到润滑，，另一一方面面阻止止设备备内流流体的的逸出出或外外部流流体的渗入入，达达到密密封的的目的的。332、机械械密封封把转轴轴的密密封面面从轴轴向改改为径向，通过过动环环和静静环两个个端面面的相相互贴贴合，，并作作相对对运动动达到到密封封的装置置，又又称端面密密封。泄漏率率低，，密封封性能能可靠靠，功功耗小小，使使用寿寿命长长，在搅拌拌反应应器中中得到到广泛泛地应应用。。定义特点34由固定定在轴轴上的的动环环及弹弹簧压压紧装装置、、固定定在设设备上上的静静环以以及辅辅助密密封圈圈组成成。机械密密封的的结构构及工工作原原理结构351—弹簧；；2—动环；；3—静环图9-12机械密密封结结构36图9-13机械密密封的的基本本结构构及组组成37当转轴轴旋转转时，，动环环和固固定不不动的的静环环紧密密接触触，并并经轴轴上弹弹簧压压紧力力的作作用，，阻止止容器器内介