设备管理_搅拌设备选型培训教材

1 1物体的受力分析及其平衡条件 第6章搅拌设备选型 2 6 1概述 3 6 2搅拌的目的 以液体为主体的搅拌操作 常常将被搅物料分为液 液 气 液 固 液 气 液 固等四种情况 搅拌的目的促进混合 液 液混合 固 液悬浮 气 液分散 液 液分散 液 液乳化 促进传热 传质 化学反应 加热 冷却 萃取 吸收 溶解 结晶 聚合 搅拌设备的操作目的主要表现为使不互溶的液体混合均匀 制备均匀混和液 乳化液 强化传质过程 使气体在液体中充分分散 强化传质或化学反应 制备均匀悬浮液 促使固体加速溶解 浸取或液 固化学反应 强化传热 防止局部过热或过冷 4 6 3搅拌设备的基本结构 5 6 3搅拌设备的基本结构 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 6 6 4搅拌容器 1 内容器 釜体 组成结构筒体 圆筒形封头 碟形或椭球形封头 锥形封头 平盖开孔接管 进料 出料 排气 测温 测压 凸缘法兰 焊在上封头 用于搅拌容器与机架的连接 7 6 4搅拌容器 安放方式立式釜常压 平底釜 容易产生应力集中 故而不应用于压力釜 物料对环境无污染 且对尘埃不敏感 敞口淤浆 锥形封头 出料方便 卧式釜 通常半釜操作 常用于气 液传质过程 气液接触面积大 气 液吸收 聚合物 高粘系 脱挥常用于粉体混合卧式设备有单轴的也有双轴的 自清洁效果当搅拌高粘液体时 若叶轮端部与槽壁有一定的间隙 则高粘液体会滞流于间隙中 刮壁式搅拌设备 8 6 4搅拌容器 9 6 4搅拌容器 几何尺寸的确定容积V 由装料系数决定直立式搅拌容器 指内筒体和下封头两部分容积之和 卧式搅拌容器 指筒体和左右两封头容积之和 沸腾或起泡 0 6 0 7平稳 0 8 0 85 10 6 4搅拌容器 筒体的高径比H D 由装液高径比HL D和装料系数决定装液高径比对搅拌功率 传热和物料搅拌反应特征均有影响物料性质搅拌特性搅拌器层数反应特征传热特性聚合釜为何HL D这么大 壁厚 由强度决定 11 6 4搅拌容器 2 换热元件 夹套和内盘管当夹套的换热面积能够满足传热要求时 应优先选用夹套 以减少容器的内构件 便于清洗 且不占用有效体积夹套整体夹套型钢夹套半管夹套蜂窝夹套螺旋板式夹套 12 6 4搅拌容器 整体夹套冷却水下进上出 加热蒸气上进下出在用液体作为传热介质时 为强化传热效果 还可在夹套空间设置螺旋导流板搪玻璃釜 夹套内不能安置螺旋导流板 为了强化传热 在水的入口处安装扰流喷嘴 促使水进行湍动半管夹套 耐压 表面传热系数提高1 3 且提高了夹套的强度 蜂窝夹套 减小筒体壁厚 强化传热 螺旋板式夹套对于大型搅拌釜式反应器而言 其单位容积的生产能力往往由反应器的传热能力所决定 13 6 4搅拌容器 空心夹套 螺旋导流板夹套 喷嘴 半管夹套 内部夹套 14 6 4搅拌容器 氯乙烯悬浮聚合釜间歇分批式操作 规模效应 反应器大型化 200M3 聚合压力8个大气压常规釜 国产80M3 釜壁31mm蜂窝夹套 日本神钢泛技术公司内部夹套 双壳夹套 住友重机 15 6 4搅拌容器 盘管 16 6 4搅拌容器 螺旋形盘管夹套无法满足传热要求或无法采用夹套传热 釜内壁衬有橡胶等隔热材料 时 可利用盘管传热竖式蛇管浸没在物料中 热量损失小 传热效果好 对称布置的竖式蛇管还能起到挡板的作用内冷管数量多时 检修麻烦 尤其是物料含有较多固体颗粒或比较粘稠时 容易形成堆积和挂料 严重影响传热效率然而当反应物系不易产生粘附物时 使用大量内冷管撤去反应热是非常有效的手段 生产丁苯橡胶的乳液聚合反应釜 容积30M3 32根 13组 416根内冷管 传热面积114M2 17 6 5搅拌器 1 流型轴向流 径向流和切向流轴向流与径向流对混合起主要作用 而切向流应加以抑制 采用挡板可削弱切向流 增强轴向流和径向流 18 6 5搅拌器 2 搅拌器的分类按搅拌器的桨叶结构分类平叶 斜 折 叶 弯叶 螺旋面叶式搅拌器按搅拌器的用途分类低粘流体用搅拌器 高粘流体用搅拌器按流体流动形态分类轴向流搅拌器 径向流搅拌器以及混合流搅拌器 19 6 5搅拌器 搅拌器图谱 20 6 5搅拌器 3 搅拌器的选用原则搅拌操作涉及流体的流动 传质和传热 所进行的物理和化学过程对搅拌效果的要求也不同 至今对搅拌器的选用仍带有很大的经验性 选型一般从三个方面考虑 搅拌目的 物料粘度和搅拌容器的容积大小 此外 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 21 6 5搅拌器 4 搅拌器的选用举例如按介质的粘度选型对于低粘度介质 用小直径高转速的搅拌器就能带动周围的流体循环 并至远处 可选用传统的推进式 桨式 涡轮式等搅拌器 而高粘度介质的流体则不然 需直接用搅拌器来推动 可选用锚式和框式等搅拌器 22 6 5搅拌器 23 6 5搅拌器 低粘度 高粘度 104 103 102 10 1 10 1 10 2 10 3 粘度 Pa s 日常生活中各种物质的粘度范围 水 约1mPa s低粘乳液 约数mPa s重油 约数十mPa s润滑油 约0 1Pa s蜂蜜 约1Pa s涂料 约数Pa s油墨 约数十Pa s牙膏 约50Pa s口香糖 约100Pa s嵌缝胶 约千Pa s塑料熔体 近万Pa s橡胶混合物 近万Pa s 搅拌器的粘度适用范围 24 6 5搅拌器 5 搅拌功率的计算搅拌功率是指搅拌器以一定转速进行搅拌时 对液体做功并使之发生流动所需的功率 计算搅拌功率的目的 一是用于设计或校核搅拌器和搅拌轴的强度和刚度 二是用于选择电机和减速机等传动装置 影响搅拌功率的因素搅拌器的几何尺寸与转速搅拌容器的结构搅拌介质的特性重力加速度 25 6 5搅拌器 6 搅拌附件搅拌附件主要有挡板 导流筒和稳定器设置原因 搅拌器转速高时易产生漩涡流 影响搅拌效果 剧烈打旋的液体结合漩涡作用 对搅拌轴产生冲击作用 从而影响搅拌器的使用寿命插入容器内的进出料管 温度计 气体分布器等也具有挡板或导流筒类似的作用 26 6 5搅拌器 挡板挡板作用 将回转的切向流改变为径向流和轴向流 较大地增加了流体的剪切强度 从而改善搅拌效果 设置方法 一般在容器内壁面均匀安装4块挡板 其宽度为容器直径的1 12 1 10 效果 消除漩涡 改善主体循环 增大湍动程度 降低搅拌载荷的波动 使功率消耗保持稳定全挡板条件 当再增加挡板数和挡板宽度 功率消耗不再增加时 称为全挡板条件 全挡板条件与挡板的数量和宽度有关 27 6 5搅拌器 28 6 5搅拌器 导流筒导流筒结构 上下开口的圆筒 安装于容器内作用 既可提高容器内流体的搅拌强度 加强搅拌器对流体的直接剪切作用 又造成一定的循环流 使容器内流体均可通过导流筒内强烈混合区 提高混合效率 限定了循环路径 减少了流体短路的机会 设置 导流筒主要用于推进式 螺杆式以及涡轮式搅拌器的导流 29 6 5搅拌器 30 6 6搅拌轴 功能 主要用来固定搅拌器 并从减速装置的输出轴取得动力 在带动搅拌器转动的同时 将功率传递给搅拌器以克服其旋转时遇到的阻力偶矩而对流体作功要求 搅拌轴轴径d必须满足强度和临界转速要求 当有特殊要求时 还应满足扭转或径向位移的要求 还应有合理的结构 较高的加工精度和配合公差组成 轴颈 支承部分 必须成为静定梁 轴头 安装搅拌器 轴身 杆件部分 31 6 6搅拌轴 32 6 7轴封 功能 主要用来保证搅拌设备内处于一定的正压或真空状态 防止被搅物料逸出和杂质的渗入轴封类型 主要有填料密封和机械密封特点 搅拌轴与静止釜体之间存在一个相对运动的密封面 故这种密封装置属于动密封填料密封与机械密封比较 机械密封的泄漏量仅为填料密封的1 机械密封的摩擦功率损耗仅为填料密封的10 50 填料密封结构简单 加工要求较低 成本低廉 33 6 7轴封 全封闭密封 磁力传动搅拌装置结构 由磁力联轴器传递扭矩特点 与传统的轴封相比 采用磁力搅拌装置最突出的优势是可完全消除搅拌设备内的气体通过轴封向外泄漏 34 6 8传动装置 组成 包括电动机 减速机 联轴器 搅拌轴 机架及凸缘法兰等 1 电动机 2 减速机 3 单支点机架 4 釜外 带短节联轴器 5 轴封 6 传动轴 7 安装底盖 8 凸缘法兰 9 釜内 联轴器 10 搅拌轴 35 6 8传动装置 联轴器功能 将两个独立的轴牢固地连在一起 以进行传递旋转运动和功率基本要求 最主要是应确保两根联接轴的同心 有时还应具有一定的减少震动缓和冲击的能力功率 套筒联轴器 凸缘联轴器 36 6 8传动装置 轴承功能 为搅拌轴设置的支承分类按承载方向向心轴承 主要承载径向荷载 推力轴承 主要承载轴向荷载