关于搅拌器设计及指导一些介绍.ppt

关于化工设备搅拌器的设计,1,2,一、作用,1、使物料 混合均匀,第一节 概述,2、强化传热、传质,3,1-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,图9-1 搅拌设备结构图,二、结构,4,第二节 搅拌器的型式及选型,一、常见型式,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。,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。,8,四、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7580。,9,1. 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。,图9-3 桨式搅拌器,10,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。,11,桨式搅拌器的转速一般为20100r/min ， 最高粘度为20Pas 。,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。,12,2. 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=1/41/3，叶端速度一般为 710 m/s，最高达15 m/s。,图9-4 推进式搅拌器,13,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 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。,14,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。,改进,容器内装挡板、搅拌轴偏心安装、 搅拌器倾斜，可防止漩涡形成。,15,3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,16,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。,17,4锚式搅拌器,结构简单。 适用于粘度在100Pas 以下的流体搅拌，当流 体粘度在10100Pas 时，可在锚式桨中间加 一横桨叶，即为框式搅 拌器，以增加容器中部 的混合。,图9-6 锚式搅拌器,18,锚式或框式桨叶的混合效果并不理想，只适用于对混合 要求不太高的场合。,由于锚式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器 大，能得到大的表面传热系数，故常用于传热、 晶析操作。 常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。 当搅拌粘度大于100Pas 的流体时，应采用螺带 式或螺杆式。,19,一、搅拌器功率和搅拌器作业功率,1、定义,搅拌功率,搅拌器功率,搅拌作业功率,第三节 搅拌器的功率,最理想状态：搅拌器功率搅拌作业功率,搅拌过程进行时需要动力，笼统地称这一动力时叫做搅拌功率。,为使搅拌器连续运转所需要的功率称为搅拌器功率。,搅拌器使搅拌槽中的液体以最佳方式完成搅拌过程所需要的功率。,20,2、影响搅拌器功率的因素,21,3、从搅拌作业功率的观点决定搅拌过程的功率,液体单位体积的平均搅拌功率的推荐值(表92),注 1Hp=735.499W,表9-2 不同搅拌种类液体单位体积的平均搅拌功率,22,按搅拌过程求搅拌功率的算图,图9-7 由搅拌过程求搅拌功率的算图,23,将该点与某一搅拌过程连线，交于搅拌功率线，即可求得该过程的搅拌功率,从液体容积值与液体粘度值连线，交于参考线；,由该点与液体比重连线，并交于参考线上某点；,图9-7 由搅拌过程求搅拌功率的算图,24,一、罐体的尺寸确定,罐体长径比对搅拌功率的影响,第四节 搅拌罐结构设计,罐体长径比对传热的影响,需要较大搅拌功率的，长径比可以选得小些。,体积一定时，长径比越大，表面积越大，越利于传热；并且此时传热面距罐体中心近，物料的温度梯度就越大，有利于传热效果。因此，单纯从夹套传热角度考虑，一般希望长径比大一些。,1、罐体长径比,25,物料特性对罐体长径比的要求,表93 几种搅拌罐的长径比,26,装料系数,初步计算筒体内径,确定筒体直径和高度,一般取0.60.8,2、搅拌罐装料量,27,一、传动装置,第五节 传动装置及搅拌轴,一般包括电动机、减速装置、联轴节及搅拌轴,图9-8 齿轮减速机,图9-9 涡轮减速机,28,二、轴的计算,1、轴的强度计算,2、轴的刚度计算,29,二、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,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。,目的：,30,1、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。,31,工作原理,在压盖压力作用下，装在搅拌轴与填料箱本体之间的填料，对搅拌轴表面产生径向压紧力。 填料中含有润滑剂，在对搅拌轴产生径向压紧力的 同时，形成一层极薄的液膜，一方面使搅拌轴得到 润滑，另一方面阻止设备内流体的逸出或外部流体 的渗入，达到密封的目的。,32,存在问题,填料中的润滑剂会在运转中不断消耗，通过设置在填料中间的油环向填料内加油，保持润滑。 填料密封不可能绝对不漏。增加压紧力，填料紧压在转动轴上，会加速轴与填料间的磨损，使密封更快失效。 在操作过程中应适当调整压盖的压紧力，并需定期更换填料。,33,图9-10 填料密封的结构,1压盖 2双头螺柱 3螺母 4垫圈 5油杯 6油环 7填料 8本体 9底环,34,填料密封箱的特点,b. 成型环状填料 盘状填料装配时尺寸公差很难保证，填料压紧后不能 完全保证每圈都与轴均匀良好接触，受力状态不好， 易造成填料密封失效而泄漏。采用具有一定公差的成 型环状填料，密封效果可大为改善。填料一般在裁 剪、压制成填料环后使用。 成型环状填料的形状见图834。,在填料箱的压盖上设置衬套，可提高装配精度，使轴有良好对中，填料压紧时受力均匀，保证填料密封在良好条件下进行工作。,35,图9-11 压制成型填料,36,当旋转轴线速度大于1m/s时，摩擦热大，填料 寿命会降低，轴也易烧坏。,措施：,提高轴表面硬度和加工精度，提高填料自 润滑性能，如在轴表面堆焊硬质；,合金或喷涂陶瓷或采用水夹套等。轴表面 的粗糙度应控制在0.8-0.2m。,37,填料密封的选用,b. 根据填料的性能选用： 当密封要求不高时，选用一般石棉或油浸石棉填 料，当密封要求较高时，选用膨体聚四氟乙烯、 柔性石墨等填料。各种填料材料的性能不同，按 表8-13选用。,根据设计压力、设计温度及介质腐蚀性选用当介 质为非易燃、易爆、有毒的一般物料且压力不高 时，按表812选用填料密封。,38,表9-4 标准填料箱的允许压力、温度,39,表9-5 填料材料的性能,40,2、机械密封,把转轴的密封面从轴向改为径向，通过动环和静 环两个端面的相互贴合，并作相对运动达到密封 的装置，又称端面密封。,泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长， 在搅拌反应器中得到广泛地应用。,定义：,特点：,41,由固定在轴上的动环及弹簧压紧装置、固定在设备上的静环以及辅助密封圈组成。,机械密封的结构及工作原理,结构,42,1弹簧； 2动环； 3静环,图9-12 机械密封结构,43,釜用机械密 封基本结构,44,图9-13 机械密封的基本结构及组成,45,当转轴旋转时，动环和固定不动的静环紧密接触，并经轴上弹簧压紧力的作用，阻止容器内介质从接触面上泄漏。,工作原理,动环与轴之间的密封，属静密封，密封件常用“O”形环。,A点：,图中有四个密封点：,46,B点：,动密封, 密封的关键,动环和静环作相对旋转运动时的端面密封，属动密 封，是机械密封的关键。 两个密封端面的平面度和粗糙度要求较高，依靠介 质的压力和弹簧力使两端面保持紧密接触，并形成 一层极薄的液膜起密封作用。,47,静环座与设备之间的密封，属静密封。 通常设备凸缘做成凹面，静环座做成凸面， 中间用垫片密封。,C点：,静环与静环座之间的密封，属静密封。,D点：,48,密封面上单位面积所受的力称为端面比压。 它是动环受介质压力和弹簧力的共同作用下，紧压在静环上引起的，是操作时保持密封所必需的净压力。,造成摩擦面发热，摩擦加剧，功率消耗增加，使用寿命缩短,端面比压：,密封面因压不紧而泄漏，密封失效,端面比压过大：,端面比压过小：,动环和静环之间的摩擦面称为密封面,49,机械密封分类,机械密封 分类,按密封面负荷 平衡情况分为,按密封面 数目分为,单端面,双端面,平衡型,非平衡型,一对密封面,二对密封面,50,双端面密封有二个密封面，且可在二密封面之间