反应设备幻灯片

1、 （1）机械搅拌式反应器 （2）管式反应器 图图8-1 侧绕式转化反应器侧绕式转化反应器 （3）塔式反应器 （4）固定床反应器 固定床反应器有三种 基本形式：轴向绝热 式、径向绝热式和列 管式。如图8-2 图8-2 固定床反应器 图8-3 氨合成塔 （5）流化床反应器 图8-4 流化床反应器 11旋风分离器；旋风分离器； 22筒体扩大段；筒体扩大段； 33催化剂入口；催化剂入口； 44筒体；筒体； 55冷却介质出口；冷却介质出口； 66换热器；换热器； 77冷却介质进口；冷却介质进口； 88气体分布板；气体分布板； 99催化剂出口；催化剂出口； 1010反应气入口反应气入口 （6）移动床反应器

2、 （7）电极式反应器 （8）微反应器 8.2.1 基本结构 筒 体 夹 管 搅 拌 容 器换 热 元 件 内 盘 管 内 构 件 搅 拌 反 应 器 搅 拌 器 搅 拌 轴 搅 拌 机 密 封 装 置 传 动 装 置 8.2.2.1 搅拌容器 图8-7 通气式搅拌反应器典型结构 整体夹套:图8-8 型钢夹套:图8-11 夹套 半圆管夹套:图8-12 蜂窝夹套:图8-14,8-15 内盘管:图8-16,8-17 换热元件换热元件 表表86 86 各种碳钢夹套的适用温度和压力范围各种碳钢夹套的适用温度和压力范围 t tj DD DjDj t tj DD DjDj 图图88 88 整体夹套整体夹套

3、(a) 圆筒型圆筒型(b) U型型 图图89 89 夹套肩与筒体的连接结构夹套肩与筒体的连接结构 (a)(a)封口锥封口锥(b)(b)封口环封口环 D Dj Dj D d1 t1 t2 t1 t2 d1 t3 t1 t1 t2 t2 t1 d1 d1 封口环封口环 图图810 810 夹套底与封头连接结构夹套底与封头连接结构 封口锥封口锥 图图811 811 型钢夹套结构型钢夹套结构 (a)螺旋形角钢互搭式螺旋形角钢互搭式(b)角钢螺旋形缠绕角钢螺旋形缠绕 图图812 半圆管夹套结构半圆管夹套结构 (a) 半圆管半圆管 半圆管横截面重心半圆管横截面重心 r2 t1 D b2 b1 t2 e2

4、图图812 812 半圆管夹套结构半圆管夹套结构 (b)(b)弓形管弓形管 弓形管横截面重心弓形管横截面重心 t2 e2 r2 b2 b1 D t1 b L3 L2 L t1 L3 (a)(a)螺旋形缠绕螺旋形缠绕 图图813 813 半圆管夹套的安装半圆管夹套的安装 图图813 813 半圆管夹套的安装半圆管夹套的安装 (b)(b)平行排管平行排管 D t1 图图814 814 折边式蜂窝夹套折边式蜂窝夹套 夹套向内折边与筒夹套向内折边与筒 体贴合好体贴合好, , 再进行再进行 焊接的结构焊接的结构 D1 t1 D2t2 b A A A向向 D1 t1 D2 e dminb 用冲压的小锥体用

5、冲压的小锥体 或钢管做拉撑体。或钢管做拉撑体。 蜂窝孔在筒体上蜂窝孔在筒体上 呈正方形或三角呈正方形或三角 形布置形布置 图图815 815 短管支撑式蜂窝夹套短管支撑式蜂窝夹套 图图816 816 螺旋形盘管螺旋形盘管 d D d D 对称布置的几组对称布置的几组 竖式蛇管：竖式蛇管： 传热传热 挡板作用挡板作用 图图8 817 17 竖式蛇管竖式蛇管 8.2.3.1 搅拌器与流动特征 三种基本流型： （1）径向流涡轮式叶轮、圆筒形罐体，带挡 板； （2）轴向流推进式叶轮、圆筒形罐体，带挡 板； （3）切向流涡轮式叶轮、圆筒形罐体，无挡 板； 实际中这三种流型同时存在，但所占比例不同。 各种

6、流型见图8-18,。 （2）挡板与导流 导流筒 导流筒的安装结构 （3）流动特征 叶 按流体流动形态按流体流动形态 轴向流搅拌器轴向流搅拌器 径向流搅拌器径向流搅拌器 按结构分为按结构分为 平平 叶叶 折折 叶叶 螺旋面叶螺旋面叶 桨式、涡轮式、框式和桨式、涡轮式、框式和 锚式的桨叶都有平叶和锚式的桨叶都有平叶和 折叶二种结构折叶二种结构 推进式、螺杆式和螺带推进式、螺杆式和螺带 式的桨叶为螺旋面叶式的桨叶为螺旋面叶 搅拌器分类搅拌器分类: 图图8-22 混合流搅拌器混合流搅拌器 按搅拌按搅拌 用途分为用途分为 低粘流体低粘流体 用搅拌器用搅拌器 高粘流体高粘流体 用搅拌器用搅拌器 低粘流体搅

7、拌器有：低粘流体搅拌器有： 推进式、长薄叶螺旋桨、推进式、长薄叶螺旋桨、 桨式、开启涡轮式、圆盘桨式、开启涡轮式、圆盘 涡轮式、布鲁马金式、板涡轮式、布鲁马金式、板 框桨式、三叶后弯式、框桨式、三叶后弯式、MIG MIG 和改进和改进MIGMIG等。等。 高粘流体搅拌器有：高粘流体搅拌器有： 锚式、框式、锯齿圆盘式、锚式、框式、锯齿圆盘式、 螺旋桨式、螺带式（单螺螺旋桨式、螺带式（单螺 带、带、 双螺带）、螺旋双螺带）、螺旋螺带式螺带式 等。等。 图图822 822 搅拌器流型分类图谱搅拌器流型分类图谱 轴流式轴流式混流式混流式径流式径流式 搅拌器搅拌器 结构最简单结构最简单 叶片用扁钢制成，

8、焊叶片用扁钢制成，焊 接或用螺栓固定在轮接或用螺栓固定在轮 毂上，叶片数是毂上，叶片数是2 2、3 3 或或4 4 片，叶片形式可片，叶片形式可 分为平直叶式和折叶分为平直叶式和折叶 式两种。式两种。 图图823823桨式搅拌器桨式搅拌器 （1）桨式搅拌器）桨式搅拌器 表表8 85 5 桨式搅拌器常用参数桨式搅拌器常用参数 注：注：n n转速；转速； v v叶端线速度；叶端线速度； BnBn叶片数；叶片数； d d搅拌器直径；搅拌器直径；D D容器内径：容器内径：折叶角。折叶角。 （2）推进式搅拌器（又称船用推进）推进式搅拌器（又称船用推进 器）器） 常用于低粘流体中。常用于低粘流体中。 标准

9、推进式搅拌器有三瓣叶标准推进式搅拌器有三瓣叶 片，其螺距与桨直径片，其螺距与桨直径d相等。相等。 它直径较小，它直径较小，d/D=1/41/3， 叶端速度一般为叶端速度一般为 710 m/s， 最高达最高达15 m/s。 图图824824推进式搅拌器推进式搅拌器 表表8 86 6推进式搅拌器常用参数推进式搅拌器常用参数 （3 3）涡轮式搅拌器）涡轮式搅拌器 （又称透平式叶轮），是（又称透平式叶轮），是 应用较广的一种搅拌器，应用较广的一种搅拌器， 能有效地完成几乎所有的能有效地完成几乎所有的 搅拌操作，并能处理粘度搅拌操作，并能处理粘度 范围很广的流体。范围很广的流体。 图图825 825 涡

10、轮式搅拌器涡轮式搅拌器 表表8 87 7 涡轮式搅拌器常用参数涡轮式搅拌器常用参数 结构简单。结构简单。 适用于粘度在适用于粘度在100Pas100Pas 以下的流体搅拌，当流以下的流体搅拌，当流 体粘度在体粘度在1010100Pas100Pas 时，可在锚式桨中间加时，可在锚式桨中间加 一横桨叶，即为框式搅一横桨叶，即为框式搅 拌器，以增加容器中部拌器，以增加容器中部 的混合。的混合。 图图826 826 锚式搅拌器锚式搅拌器 （4）锚式搅拌器）锚式搅拌器 表表8 88 8 锚式搅拌器常用参数锚式搅拌器常用参数 （1）按搅拌目的选用 表表8 811 11 搅拌目的与推荐的搅拌器形式搅拌目的与

11、推荐的搅拌器形式 表表8 811 11 搅拌目的与推荐的搅拌器形式（续）搅拌目的与推荐的搅拌器形式（续） （2）按搅拌形式和适用条件选型）按搅拌形式和适用条件选型 注：有注：有者为可用，空白者不详或不合用者为可用，空白者不详或不合用 表表8 812 12 搅拌器型式和适用条件搅拌器型式和适用条件 8.2.3.5 搅拌功率计算 功率计算的目的：设计立轴体系和选择驱动装置。 功率与影响因素的关联：NP 影 响 功 率 的 主 要 因 素 叶轮的结构、尺寸与转速； 罐体及其内件的结构、尺寸； 物料的特性（密度、粘度）与容量； 重力加速度g。 ),()()( 53 D h D B D d fFRk d

12、n P q r r e NP功率准数，无因次； P 搅拌功率，w； 物料密度，kg/m3； n 叶轮转速，1/s； d 叶轮直径，m； k 结构系统的形状系数，无因次； Re雷诺准数，Re=d2n /，为物料粘度，Pas， 其余同前； Fr 弗劳德准数，Fr=n2d/g，g为重力加速度，m/s2，其 余同前； r、q 指数，无因次。 式中：d 叶轮直径，m; D罐体内径，m; B桨叶宽度，m; h 液面高度，m 对于特定的搅拌系统，可通过实验和辅以计算来建立 功率准数与雷诺准数的关系，并将其关系绘在双对数坐标 系中得到功率曲线。图827为罗土顿（Rushton）等人完 全的功率曲线，根据计算的

13、雷诺准数可从图中查到功率准 数。 由关联式得：P=NPn3d5，式中、n、d均为已知参数， NP已查到，代入计算即可得搅拌功率P。 5 10 5 102 5 103 5 104 5 105 100 50 10 5 1 0.5 Re=d2n/ 轴设计包括轴设计包括 强度强度 刚度刚度 临界转速临界转速 轴封处径向位移轴封处径向位移 考虑上述因素计算所得考虑上述因素计算所得 设计步骤设计步骤: 计算计算d (危险截面危险截面) d+C2 圆整为标准轴径。圆整为标准轴径。 （1 1）搅拌轴的力学模型）搅拌轴的力学模型 图中Fh、Fhi、Fa均 为叶轮水力的分量，其 中Fa为各叶轮水力轴向 分量的合力

14、，一般可忽 略；Fh、Fhi因叶轮结构 对称一般为零。 （2）按扭转变形计算搅拌轴的直径 式中： 4 1 4 maxn ) )1 (G M (92. 4d d 轴的外径，m； Mn max轴的最大扭矩，Nm； 式中：Pn电机功率，kw； n 轴的转速，1/min； 传动效率，%。 许用扭转角，悬壁轴=0.35/m，单跨梁=0.7/m； G轴材料的剪切弹性模量，Pa； 空心轴的内、外径比，搅拌轴细长，常用空心轴。 n P 9553M n maxn （3）按临界转速校核搅拌轴的直径 当轴的转速达到轴的自振频率时，轴会发生强烈的振动， 并产生很大的弯曲变形，这个转速称为临界转速。 搅拌轴的转速n 应

15、避开临界转速nc，低临界转速的轴称 为刚性轴，超临界转速的轴称为柔性轴。 一般的轴都具有多阶自振频率，一般的搅拌轴是一阶低 临界轴。 对于空心等截面（等质量分布）、悬壁梁支承、装有叶 轮的搅拌轴（见图828），其一阶临界转速为： s1 2 1 c m)aL(L EI330 n （书上分子有（14）项，错误） 式中：E轴材料的弹性模量，Pa，钢轴 E=2.061011Pa； I空心轴的惯性矩，m4，I =D4（1-4）/64 式中：D 轴的外径, m； 轴的内、外径比。 L1、a 见图828，m； ms 轴及叶轮在s点（转化点，见图828）的等效质量之和， kg。 将质量转化成等效质量的意义：把

16、原来复杂的多质量体 系简化成无质量轴上只有一个集中质量的体系，以便于计算 临界转速。 式中：mL1s搅拌轴的L1段在S点的等效质量，kg: 式中：mL1 搅拌轴的L1段质量，kg； L1、a 见图828，m。 mis 第i个叶轮在S点的等效质量，kg： 式中： mi 第i个叶轮在S点的等效质量，kg； Li、L1 见图828，m。 Z 1i iss1Ls mmm 1L 2 1 2 11 2 s1L m )aL(420 L99aL231a140 m i 1 2 1 i 2 i is m )aL(L )aL(L m Z1叶轮数量。 表表813 813 搅拌轴临界转速的选取搅拌轴临界转速的选取 7

17、. 0 c n n 注：叶片式搅拌器包括：桨式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、注：叶片式搅拌器包括：桨式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、 三叶后掠式、推进式；三叶后掠式、推进式； 不包括：锚式、框式、螺带式。不包括：锚式、框式、螺带式。 式中： 3 1 4 maxn ) )1( M (72.1d d 空心搅拌轴外径，m； Mn max轴的最大扭矩，Nm（见前面）； 轴材料的许用剪切应力，Pa： =b/16，b为轴材料的抗拉强度，Pa 意义同前。 （4）按强度计算搅拌轴的直径 式中： 0L0L L0 搅拌轴在轴封处的径向位移量，mm; L0搅拌轴在轴封处的允许径向位移量，mm； （5）按轴封处的径向位移验算

18、轴径 dk1 .0 30L 搅拌轴受力变形后会在轴封处产生径向位移（跳动）， 影响罐体的密封，为此需对径向位移量加以限制： 式中：d搅拌轴外径，mm； k3径向位移系数，对于压力p=0.10.6MPa、转 速n100 1/min的一般物料，取L0=0.3 （6）减小轴端挠度，提高临界转速的措施 作用作用: a. 保证搅拌设备内处于一定正压或真空保证搅拌设备内处于一定正压或真空 b.避免介质通过转轴从搅拌容器内泄漏或外部杂质渗入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。搅拌容器内。 型式型式 填料密封填料密封 机械密封机械密封 （1）填料密封的结构）填料密封的结构 8.2.5.1 填料密封填料密封 （2）填料密封的特点： 结构简单、制造容易，适于非或弱腐蚀性介质、密封要 求不高的场合； 填料紧压在转轴上，增加功耗且磨损轴体； 填料密封装置的选用： a. 根据设计压力、设计