机械搅拌反应器课件学习教案

1、会计学1机械机械(jxi)搅拌反应器课件搅拌反应器课件第一页，共132页。21电动机；2减速机；3机架；4人孔；5密封(mfng)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(jizh)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(jizh)进口；21气体进口图8-7 通气式搅拌(jiobn)反应器典型结构第1页/共131页第二页，共132页。3二、搅拌(jiobn)容器 作用: 为物料反应提供(tgng)合适的空间.结构(jigu):/筒体圆筒封头椭封应用最广搅拌容器 接管进出料/排

2、气/控制点接管/传感器换热元件夹管/内盘管小型:悬挂式支座考虑容器大小和安装位置大型 裙式 支承式 搅拌容器第2页/共131页第三页，共132页。4装料系数: 一般取0.6 0.85 如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态取0.6 0.7 如物料在反应过程中比较平稳取0.8 0.85容积卧式搅拌容器: 筒体和左右两封头容积之和直立式搅拌容器: 筒体和下封头两部分容积之和搅拌设备(shbi)筒体的高径比: 表8-3确定筒体直径、高度第3页/共131页第四页，共132页。5表83 几种搅拌(jiobn)设备筒体的高径比种类种类罐内物料类型罐内物料类型高径比高径比一般搅拌罐一般搅拌罐液液- -固相、液液

3、相固相、液液相1 11.31.3气液相气液相1 12 2聚合釜聚合釜悬浮液、乳化液悬浮液、乳化液2.082.083.853.85发酵罐类发酵罐类发酵液发酵液1.71.72.52.5第4页/共131页第五页，共132页。6 换热元件(yunjin)优先采用夹套，减少容器(rngq)内构件，便于清洗，不占有效容积。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第5页/共131页第六页，共132页。7表84 各种碳钢夹套的适用温度和压力(yl)范围夹套型式夹套型式最高温度最高温度/最高压力最高压力/MPa/MPa整体夹套整体

4、夹套 U U型型 圆筒型圆筒型3503503003000.60.61.61.6型钢夹套型钢夹套2002002.52.5蜂窝夹套蜂窝夹套 短管支撑式短管支撑式 折边锥体式折边锥体式2002002502502.52.54.04.0半圆管夹套半圆管夹套3503506.46.4第6页/共131页第七页，共132页。8ttjDDDjDjttjDDDjDj图88 整体(zhngt)夹套(a) 圆筒型(b) U型第7页/共131页第八页，共132页。9图89 夹套肩与筒体的连接结构(a)封口(fng ku)锥(b)封口(fng ku)环DDjDjD第8页/共131页第九页，共132页。10d1t1t2t1t

5、2d1t3t1t1t2t2t1d1d1封口(fng ku)环图810 夹套底与封头连接结构封口(fng ku)锥第9页/共131页第十页，共132页。11图811 型钢(xnggng)夹套结构(a)螺旋形角钢(jiogng)互搭式(b)角钢(jiogng)螺旋形缠绕第10页/共131页第十一页，共132页。12图812 半圆(bnyun)管夹套结构(a) 半圆管半圆管横截面重心r2t1Db2b1t2e2第11页/共131页第十二页，共132页。13图812 半圆(bnyun)管夹套结构(b)弓形管弓形管横截面重心t2e2r2b2b1Dt1第12页/共131页第十三页，共132页。14bL3L2

6、Lt1L3(a)螺旋形缠绕(chnro)图813 半圆(bnyun)管夹套的安装第13页/共131页第十四页，共132页。15图813 半圆(bnyun)管夹套的安装(b)平行(pngxng)排管Dt1第14页/共131页第十五页，共132页。16图814 折边式蜂窝(fngw)夹套夹套向内折边与筒体贴合好, 再进行焊接的结构 D1t1D2t2bAA向第15页/共131页第十六页，共132页。17D1t1D2edminb用冲压的小锥体或钢管(gnggun)做拉撑体。蜂窝孔在筒体上呈正方形或三角形布置 图815 短管支撑(zh chng)式蜂窝夹套第16页/共131页第十七页，共132页。18

7、图816 螺旋形盘管(pn un) dD第17页/共131页第十八页，共132页。19dD对称(duchn)布置的几组竖式蛇管： 传热 挡板作用图817 竖式蛇管第18页/共131页第十九页，共132页。20三、搅拌器 搅拌器的功能(gngnng)和流动特征功能提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。原理搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近 形成高湍动的充分混合区，并产生一股高速射流推动(tu dng) 液体在搅拌容器内循环流动。影响搅拌器功能的因素a.浆叶的形状、尺寸、数量、转速 b.搅拌介质的物性 c.搅拌器的工作环境 d.搅拌器在槽内的安装位置和方式第19页/共131页第二十页，共

8、132页。21流型流体循环流动的途径。 搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型： 径向流: 图8-18(a) 流体流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动 轴向流: 图8-18(b) 流体流动方向平行于搅拌轴 切向流: 图8-18(c) 无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动(yndng)。 这个区域内流体没有相对运动(yndng)混合效果差。消除(xioch)方法加挡板削弱(xuru)切向流，增强轴向流和径向流上述三种流型通常同时存在轴向流与径向流对混合起主要作用切向流应加以抑制第20页/共131页第二十一页，共132页。22影响流型的因素: 搅拌器的形式、搅拌容器(rngq)和内构件几何 特征、流

9、体性质、搅拌器转速等。搅拌器在容器内安装方式: 图8-19, 除中心安装的搅拌机外， 还有偏心式、底插式、侧插式、 斜插式、卧式等安装方式。 不同(b tn)方式安装的搅拌机产生的流型也 各不相同。第21页/共131页第二十二页，共132页。23流体流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到容器壁面分成二股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，不穿过(chun u)叶片，形成上、下二个循环流动。(a)径向(jn xin)流图818 搅拌器与流型(a) 径向(jn xin)流第22页/共131页第二十三页，共132页。24流体流动方向平行于搅拌轴，流体由桨叶推动(tu dng)，使流体向下流动，遇到容

10、器底面再向上翻，形成上下循环流。(b)轴向流 图818 搅拌器与流型 (b) 轴向流第23页/共131页第二十四页，共132页。25无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动，流速高时液体表面会形成(xngchng)漩涡，流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混合效果很差。(c)切向流 图818 搅拌器与流型 (c) 切向流第24页/共131页第二十五页，共132页。26图819 搅拌器在容器内的安装(nzhung)方式(a) 垂直(chuzh)偏心式(b) 底插式(c) 侧插式(d) 斜插式(e) 卧式第25页/共131页第二十六页，共132页。27流动(lidng)特性:搅拌器对流体(lit)

11、产生剪切作用:与液液搅拌体系中液滴的 细化、固液搅拌体系中固体 粒子的破碎以及气液搅拌体 系中气泡(qpo)的细微化有关。循环作用:与混合时间、传热、固体的悬 浮等相关。剪切型叶轮: 输入液体的能量主要用于对流体的剪切作用, 如径向涡轮式、锯齿圆盘式等。循环型叶轮: 输入流体的能量主要用于对流体的循环作用, 如框式、螺带式、锚式、桨式、推进式等第26页/共131页第二十七页，共132页。28按流体流动(lidng)形态轴向流搅拌器径向(jn xin)流搅拌器按结构(jigu)分为平 叶 折 叶 螺旋面叶桨式、涡轮式、框式和锚式的桨叶都有平叶和折叶二种结构推进式、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶搅

12、拌器类型及典型搅拌器特性搅拌器分类: 图8-22混合流搅拌器第27页/共131页第二十八页，共132页。29 按搅拌(jiobn)用途分为低粘流体(lit)用搅拌器高粘流体(lit)用搅拌器低粘流体搅拌器有：推进式、长薄叶螺旋桨、桨式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、布鲁马金式、板框桨式、三叶后弯式、MIG 和改进MIG等。高粘流体搅拌器有：锚式、框式、锯齿圆盘式、螺旋桨式、螺带式（单螺带、双螺带）、螺旋螺带式等。第28页/共131页第二十九页，共132页。30图822 搅拌器流型分类(fn li)图谱 轴流式混流式径流式搅拌器第29页/共131页第三十页，共132页。31 桨式、推进式、涡轮式和锚式

13、搅拌器在搅拌反应设备(shbi)中应用最为广泛，据统计约占搅拌器总数的7580。第30页/共131页第三十一页，共132页。32典型(dinxng)搅拌器特性及尺寸: 桨式搅拌器: 图8-23 推进(tujn)式搅拌器 : 图8-24 涡轮式搅拌器 : 图8-25 锚式搅拌器: 图8-26第31页/共131页第三十二页，共132页。33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(xngsh)可分为平直叶式和折叶式两种。图823桨式搅拌器 第32页/共131页第三十三页，共132页。34表85 桨式搅拌器常用(chn yn)参数常用尺寸常用尺寸常用运转常

14、用运转条件条件常用介质常用介质粘度范围粘度范围流动状态流动状态备注备注d/D=0.35d/D=0.350.80.8b/d=0.1b/d=0.10.250.25B Bn n=2=2折叶式有折叶式有轴向、径轴向、径向和环向向和环向分流作用分流作用小于小于2Pas 低转速时水平环低转速时水平环向流为主；转速向流为主；转速高时为径向流；高时为径向流；有挡板时为上下有挡板时为上下循环流循环流当当d/D=0.9d/D=0.9以上，以上，并设置多层桨叶并设置多层桨叶时，可用于高粘时，可用于高粘度液体的低速搅度液体的低速搅拌。在层流区操拌。在层流区操作，适用的介质作，适用的介质粘度可达粘度可达100100Pa

15、s, ,v=1.0v=1.03.0m/s3.0m/s折叶式折叶式=45=45，6060折叶式有轴向、折叶式有轴向、径向和环向分流径向和环向分流作用作用 注：n转速； v叶端线(dun xin)速度； Bn叶片数； d搅拌器直径；D容器内径：折叶角。 第33页/共131页第三十四页，共132页。35推进(tujn)式搅拌器（又称船用推进(tujn)器）常用于低粘流体中。标准推进式搅拌器有三瓣叶片，其螺距(luj)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824推进(tujn)式搅拌器 第34页/共131页第三十五页，共132页。36表

16、86推进式搅拌器常用(chn yn)参数常用尺寸常用尺寸常用运常用运转条件转条件常用介质常用介质粘度范围粘度范围流动状态流动状态备注备注d/D=0.2d/D=0.20.5(0.5(以以0.330.33居多居多) )p/d=1,2p/d=1,2B Bn n=2,3,4(=2,3,4(以以3 3居多居多) )p p螺距螺距n=10n=100 0500r/m500r/mininv=3v=315m/s15m/s小于小于2Pas轴流型，循轴流型，循环速率高，环速率高，剪切力小。剪切力小。采用挡板或采用挡板或导流筒则轴导流筒则轴向循环更强向循环更强最高转速可达最高转速可达1750r/min:1750r/m

17、in:最最高叶端线速度高叶端线速度可达可达25m/s25m/s。转速在转速在500r/min500r/min以下，以下，适用介质粘度适用介质粘度可达可达50Pa.s 50Pa.s 第35页/共131页第三十六页，共132页。37涡轮式搅拌器（又称透平式叶轮），是应用较广的一种(y zhn)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825 涡轮式搅拌器 第36页/共131页第三十七页，共132页。38表87 涡轮式搅拌器常用(chn yn)参数型式型式常用尺寸常用尺寸常用运转常用运转条件条件常用介质粘常用介质粘度范围度范围流动状态流动状态备注备注开式开式涡轮涡轮d/D

18、=0.2d/D=0.20.50.5( (以以0.330.33居多居多) )b/d=0.2b/d=0.2B Bn n=,3,4,6,8=,3,4,6,8( (以以6 6居多居多) )折叶式折叶式=30=30,45,45,60,60后弯式后弯式=30=30,50,50,60,60 后弯角后弯角n=10n=10300r/min300r/minv=410m/s折叶式折叶式v=26m/s小于小于50Pas，折叶和后弯折叶和后弯叶小于叶小于10Pas平直叶、平直叶、后弯叶为后弯叶为径向流型。径向流型。在有挡板在有挡板时以桨叶时以桨叶为界形成为界形成上下两个上下两个循环流。循环流。折叶的还折叶的还有轴向分有

19、轴向分流，近于流，近于轴流型轴流型最高转速最高转速可达可达600r/min600r/min圆盘上下圆盘上下液体的混液体的混合不如开合不如开式涡轮式涡轮盘式盘式涡轮涡轮d:l:b=20:5:4d:l:b=20:5:4d/D=0.2d/D=0.20.50.5( (以以0.330.33居多居多) )B Bn n=4,6,8=4,6,8=45=45,60,60=45=45n=10n=10300r/min300r/minv=4v=410m/s10m/s折叶式折叶式v=2v=26m/s6m/s小于小于50Pas，折叶和折叶和后弯叶后弯叶小于小于10Pa10Pas s第37页/共131页第三十八页，共132

20、页。39结构简单。适用(shyng)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826 锚式搅拌器 第38页/共131页第三十九页，共132页。40常用尺寸常用尺寸常用运转条常用运转条件件常用介质常用介质粘度范围粘度范围流动状态流动状态备注备注d/D=0.90.98b/D=0.1h/D=0.48-1.0n=n=1 1100r/min100r/minv=1v=15m/s5m/s小于小于100Pa100Pas s不同高度不同高度上的水平上的水平环向流环向流为了增大搅为了增大搅拌范围，可拌范围，可根据需要在根据

21、需要在桨叶上增加桨叶上增加立叶立叶和和横梁横梁表88 锚式搅拌器常用(chn yn)参数第39页/共131页第四十页，共132页。41选用时除满足工艺要求(yoqi)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。搅拌器选型依据(yj)搅拌(jiobn)目的 物料粘度 搅拌容器容积的大小搅拌器的选型第40页/共131页第四十一页，共132页。42仅考虑搅拌(jiobn)目的时搅拌(jiobn)器的选型见表89。按搅拌(jiobn)目的选型:第41页/共131页第四十二页，共132页。43搅拌目的搅拌目的挡板条件挡板条件推荐形式推荐形式流动状态流动状态互溶液体的混合及互溶液体的混

22、合及在其中进行化学反在其中进行化学反应应无挡板无挡板三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、桨式、圆盘涡轮桨式、圆盘涡轮 湍流湍流( (低粘流体低粘流体) )有导流筒有导流筒三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式推进式有或无导流筒有或无导流筒桨式、螺杆式、框式、螺带式、锚桨式、螺杆式、框式、螺带式、锚式式层流层流( (高粘流体高粘流体) )固固液相分散及在液相分散及在其中溶解和进行化其中溶解和进行化学反应学反应有或无挡板有或无挡板桨式、六叶折叶开启式涡轮桨式、六叶折叶开启式涡轮湍流湍流( (低粘流体低粘流体) )有导流筒有导流筒三叶折叶涡

23、轮、六叶折叶开启涡轮、三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式推进式有或无导流筒有或无导流筒螺带式、螺杆式、锚式螺带式、螺杆式、锚式层流层流( (高粘流体高粘流体) )液液液相分散（互液相分散（互溶的液体）及在其溶的液体）及在其中强化传质和进行中强化传质和进行化学反应化学反应有挡板有挡板三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、桨式、圆盘涡轮式、推进式桨式、圆盘涡轮式、推进式湍流湍流( (低粘流体低粘流体) )表89 搅拌目的(md)与推荐的搅拌器形式第42页/共131页第四十三页，共132页。44液液液相分散液相分散（不互溶的液体）（不互溶的液体）及在其中强化传及在其中强

24、化传质和进行化学反质和进行化学反应应有挡板有挡板圆盘涡轮、六叶折叶开启涡轮圆盘涡轮、六叶折叶开启涡轮湍流湍流( (低粘流体低粘流体) )有反射物有反射物三叶折叶涡轮三叶折叶涡轮有导流筒有导流筒三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式推进式有或无导流筒有或无导流筒螺带式、螺杆式、锚式螺带式、螺杆式、锚式层流层流( (高粘流体高粘流体) )气气液相分散及液相分散及在其中强化传质在其中强化传质和进行化学反应和进行化学反应有挡板有挡板圆盘涡轮、闭式涡轮圆盘涡轮、闭式涡轮湍流湍流( (低粘流体低粘流体) )有反射物有反射物三叶折叶涡轮三叶折叶涡轮有导流筒有导流筒三叶折叶涡轮

25、、六叶折叶开启涡轮、三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式推进式有导流筒有导流筒螺杆式螺杆式层流层流( (高粘流体高粘流体) )无导流筒无导流筒锚式、螺带式锚式、螺带式表89 搅拌(jiobn)目的与推荐的搅拌(jiobn)器形式（续）第43页/共131页第四十四页，共132页。45按搅拌器型式(xn sh)和适用条件选型: 表8-10推进(tujn)式搅拌器用于低粘度流体的混合，循环能力强， 动力消耗小，可应用到很大容积的搅 拌容器中。桨式搅拌器 结构简单，在小容积的流体混合中应 用较广，对大容积的流体混合，循环(xnhun) 能力不足。涡轮式搅拌器应用范围较广，各种搅拌操作都适用， 但流体

26、粘度不宜超过50Pas。锚式、螺杆式、螺带式适用于高粘流体的混合。第44页/共131页第四十五页，共132页。46表810 搅拌器型式和适用(shyng)条件注：有者为可用，空白者不详或不合用 第45页/共131页第四十六页，共132页。47生物反应(fnyng)物料特性及搅拌器生物反应器特点: 都是在多相体系中进行的。 气液固三相, 即空气或CO2等气体产物、 液态培养基和生物细胞及其载体颗粒， 如青霉素、链霉素、头孢菌素等医药产品。 大多数生物颗粒对剪切力非常敏感。 剪切作用可能影响细胞的生成速率和组成 比例，因此(ync)对搅拌产生的剪切力要控制在 一定的范围内。生物反应器中常常采用机械

27、(jxi)搅拌式反应器第46页/共131页第四十七页，共132页。48大多数微生物发酵需要氧气。 氧气对需氧菌的培养至关重要，只要短暂缺氧，就会导致 菌体的失活或死亡(swng)。而氧在水中溶解度极低，因此氧气的 供应就成为十分突出的问题。生物反应搅拌过程要求： 打碎空气气泡，使气泡细化以增加气液接触界面， 提高气液面的传质速率； 发酵液要有较大(jio d)的流动循环量，使液体中的固形 物保持悬浮状态。第47页/共131页第四十八页，共132页。49结论搅拌器既要有较强剪切力，又要有 较大的流体循环特性。 往往采用径向(jn xin)流和轴向流相结合的 多层搅拌器组合式搅拌系统。第48页/共

28、131页第四十九页，共132页。50挡板(dn bn) 目的消除打漩和提高(t go)混合效果。物料粘度小，搅拌转速高，液体随桨叶旋转，在离心力作用下涌 向内壁面并上升，中心(zhngxn)部分液面下降，形成漩涡，称为打漩区。打漩四、搅拌附件 作用改善反应器内液体流动状态类型挡板与导流筒作用a.将切向流变为轴向流径向流b.使被搅动液体的湍流程度 改善搅拌效果第49页/共131页第五十页，共132页。51打漩后果a.打漩时几乎不产生轴向混合，而是使多相系统 分层或分离 b.随转速增加，漩涡中心(zhngxn)下凹到与桨叶接触, 外面 空气进入桨叶被吸到液体中，使其密度减小, 混 合效果降低。 c

29、.一部分叶轮在空气中运转使流体对搅拌器振动 阻尼作用搅拌器振动挡板形式(xngsh)纵向挡板，图8-20挡板(dn bn)宽度w容器直径的1/121/10数量z 一般在容器内壁面均匀安装4块挡板第50页/共131页第五十一页，共132页。52全挡板条件(tiojin)当再增加挡板数和挡板宽度，而功率消耗不再 增加时，称为全挡板条件(tiojin)。 全挡板条件(tiojin)与挡板数量和宽度有关。 永田冶进提出了全挡板条件(tiojin):1.20.35z iw D注意: a.传热蛇管可部分或全部代替挡板， b.装有垂直(chuzh)换热管时一般可不再安装挡板。第51页/共131页第五十二页，

30、共132页。53图820 挡板(dn bn) 第52页/共131页第五十三页，共132页。54导流筒作用a.导流，可以为流体限定一个流动路线，防止短路 b.使筒内液体搅拌(jiobn)程度混合效率 c.迫使流体高速流过加热面利于传热应用(yngyng)常用于涡轮式、桨式、推进式搅拌器中， 见图8-21第53页/共131页第五十四页，共132页。55结构a.上下开口圆筒，安装于容器(rngq)内 b.通常导流筒上端低于静液面，筒身上开孔或槽， 当液面降落后流体仍可从孔或槽进入导流筒。 c.导流筒将搅拌容器(rngq)截面分成面积相等的两部分， 导流筒直径约为容器(rngq)直径的70%。 d.当

31、搅拌器置于导流筒之下，且容器(rngq)直径又较大时， 导流筒的下端直径应缩小，使下部开口小于搅拌器 的直径。第54页/共131页第五十五页，共132页。56涡轮式或桨式搅拌器 导流筒置于桨叶(jin y)的上方(b)推进式搅拌器 导流筒套在桨 叶外面(wimin)，或略 高于桨叶图821 导流筒第55页/共131页第五十六页，共132页。57定义: 指搅拌器以一定转速进行搅拌时，对液体(yt)做功 并使 之发生流动所需的功率。目的: a.设计或校核搅拌(jiobn)器和搅拌(jiobn)轴的强度和刚度 b.选择电机和减速机等传动装置。五、搅拌(jiobn)功率计算 区分:搅拌器功率: 即搅拌

32、功率搅拌作业功率: 搅拌器使搅拌槽内的液体以最佳方式 完成搅拌过程所需的功率第56页/共131页第五十七页，共132页。58影响搅拌(jiobn)功率的因素：a.搅拌(jiobn)器的几何尺寸与转速:搅拌(jiobn)器直径、桨叶宽度、桨叶 倾斜角、转速、单个搅拌(jiobn)器叶片 数、搅拌(jiobn)器距离容器底部的距离等b.搅拌(jiobn)容器的结构:容器内径、液面高度、挡板数、挡板宽度、 导流筒的尺寸等。c.搅拌(jiobn)介质的特性:液体的密度、粘度。d.重力加速度第57页/共131页第五十八页，共132页。59,.,)(Re)53DhDBDdfFrKdnPNqrp上述影响因素

33、(yn s)可用下式关联:（81） 式中 B桨叶宽度，m； d搅拌器直径(zhjng)，m； D搅拌容器内直径(zhjng)，m；gdnFr2Fr弗鲁德准数，第58页/共131页第五十九页，共132页。60h液面高度，m；K系数(xsh)；n转速，1/s； 密度(md)，kg/m3；粘度，Pas。Np功率(gngl)准数；P搅拌功率，W；r , q指数； ndRe2 Re雷诺数， ；第59页/共131页第六十页，共132页。61一般(ybn)情况下:弗鲁德准数Fr的影响较小。容器内径D、 挡板宽度b等几何参数可归结到系数K。由式（81）得搅拌功率P为：35pPNn d（82） 关键(gunji

34、n)求(查图8-27)第60页/共131页第六十一页，共132页。62图827 六种搅拌器的功率曲线(qxin)(全挡板条件) 5 10 5 102 5 103 5 104 5 1051005010510.5Re=d2n/第61页/共131页第六十二页，共132页。63图827 六种搅拌器的功率(gngl)曲线(全挡板条件)S/d=2D/d=2.5-6h/d=2-4h1/d=1B/d=1/5D/d=3h/d=3h1/d=1B/d=1/8D/d=3h/d=3h1/d=1B/d=1/8 D/d=3 h/d=3 h1/d=1 =45o曲线3-推进式曲线4-二叶平浆曲线5-六弯叶 开式涡轮 曲线6-六

35、斜叶 开式涡轮 曲线1-六直叶圆盘涡轮曲线2-六直叶开式涡轮d:l:B=20:5:4 D/d=2-7 h/d=2-4 h1/d=0.7-1.6B/d=1/5D/d=3h/d=3h1/d=1第62页/共131页第六十三页，共132页。64低雷诺数(Re10)层流区: 流体不会打漩，重力影响可忽略， 功率曲线为斜率-1的直线；10Re10000过渡流区: 功率曲线为一下(yxi)凹曲线；Re10000充分湍流区: 功率曲线呈一水平直线， 即Np与Re无关，保持不变。由图827可知(k zh):第63页/共131页第六十四页，共132页。65注意: a.图827所示功率曲线(qxin)只适用于图示六

36、种搅拌器的几何 比例关系。如果比例关系不同，功率准数Np也不同 b.上述功率曲线(qxin)是在单一液体下测得的。 对于非均相物系:液液或液固: 用平均气液:通气搅拌功率均相液体搅拌功率(82) 代替、式中 、第64页/共131页第六十五页，共132页。66六、搅拌(jiobn)轴设计 型式实心轴空心轴轴设计包括强度刚度临界转速轴封处径向位移设计步骤: 计算d (危险(wixin)截面) d+C2 圆整为标准轴径。考虑(kol)上述因素计算所得第65页/共131页第六十六页，共132页。67力学(l xu)模型: 图8-28, 8-29 假设: （1）刚性联轴器联接的可拆轴视为整体轴；（2）搅

37、拌器及轴上的其它零件(附件)的重力、惯性 力、流体作用力均作用在零件轴套的中部；（3）轴受扭矩作用外，还考虑搅拌器上流体的径向(jn xin) 力以及搅拌轴和搅拌器(包括附件)在组合重心 处质量偏心引起的离心力的作用。第66页/共131页第六十七页，共132页。68 图828 悬臂(xunb)轴受力模型 LeSFAm1FhiFh1FemiLiL1d第67页/共131页第六十八页，共132页。69 图8-29 单跨轴受力模型(mxng) LeFhiFh1FASm1miFedLiL1L第68页/共131页第六十九页，共132页。70按强度(qingd)计算轴径:22ntenMMMMM 扭转轴受当量

38、转矩弯曲 pWteMmax搅拌轴的强度(qingd)条件是：（86）第69页/共131页第七十页，共132页。71式中 M弯矩， M= MR+ MAMA由轴向力引起的轴的弯矩， Nm；Mn扭矩，Nm；MR水平推力引起的轴的弯矩，Nm；Mte轴上扭转和弯矩联合(linh)作用时的当量扭矩， ，Nm；22MMMnte第70页/共131页第七十一页，共132页。7243116dWpWp抗扭截面(jimin)模量，对空心圆轴 ，m3 16b轴材料(cilio)的许用剪应力， Pa max 截面(jimin)上最大剪应力，Pa；b轴材料的抗拉强度，Pa。 314)1 (72. 1teMd则搅拌轴的直径：

39、（87） 第71页/共131页第七十二页，共132页。73按刚度(n d)计算轴径:目的:防止轴产生过大扭转(nizhun)变形以免在运转中引起轴的振动, 使轴封失效。 应将轴单位长度最大扭转(nizhun)角限制在允许范围内。 )1 (6 .58344maxGdMn（83）轴扭矩的刚度(n d)条件为:第72页/共131页第七十三页，共132页。74nPMnn9553max式中 d搅拌轴直径，m；G轴材料剪切弹性模量，Pa；Mn max 轴传递的最大扭矩， Nm； n搅拌轴转速，r/min；Pn电机功率，kW；空心轴内径和外径的比值；传动装置效率；许用扭转角，对于悬臂梁= 0.350/m，

40、对于单跨梁= 0.70/m。 第73页/共131页第七十四页，共132页。75 414max)1 (92. 4GMdn故搅拌(jiobn)轴的直径为（84）第74页/共131页第七十五页，共132页。76按临界转速(zhun s)校核轴径:临界转速nc搅拌轴的转速达到轴自振频率，发生 强烈振动，并出现(chxin)很大弯曲时的转速。工作转速应避开临界转速:刚性轴工作转速低于第一临界(ln ji)转速的轴, 要求c 柔性轴工作转速大于第一临界(ln ji)转速的轴, 要求c临界转速nc= f (支承方式,支承点距离, 轴径)计算方法小轴把轴理想化为无质量的带有圆盘的转子 系统来计算轴的临界转速。

41、大轴采用等效质量方法第75页/共131页第七十六页，共132页。77等效质量方法: 把轴本身的分布质量和轴上各个搅拌器的质量 按等效原理, 分别(fnbi)转化到一个特定点上(如对悬 臂轴为轴末端S ), 累加组成一个集中的等效质量。 把原来复杂多自由度转轴系统简化为无质量轴上 只有一个集中等效质量的单自由度问题。第76页/共131页第七十七页，共132页。78悬臂(xunb)轴: 按上述方法可,简化为图8-28的模型,一阶临界转速nc：scmaLLEIn1214)1 (330（85）悬臂(xunb)轴两支点间距离，m；式中 E轴材料(cilio)的弹性模量，Pa； I轴的惯性矩，m4L1第1

42、个搅拌器悬臂长度，m；nc临界转速，r/min；ms轴及搅拌器有效质量在s点的 等效质量之和，ziiSmmm1z搅拌器的数量。第77页/共131页第七十八页，共132页。79等直径悬臂(xunb)轴、单跨轴的临界转速详细计算见文献64第9199页。不同型式的搅拌(jiobn)器、搅拌(jiobn)介质，刚性轴和柔性轴的工作转速n与临界转速nc的比值可参考表8-11。第78页/共131页第七十九页，共132页。80搅拌介质搅拌介质刚性轴刚性轴柔性轴柔性轴搅拌器搅拌器( (叶片叶片式搅拌器除式搅拌器除外外) )叶片式搅拌器叶片式搅拌器高速搅拌器高速搅拌器气体气体n n/ /n nc c0.70.7

43、不推荐不推荐液体液体液体液体 液体液体固体固体n n/ /n nc c0.70.7和和 n n/ /n nc c (0.45(0.450.55)0.55)n/nn/nc c= =1.31.31.61.6液体液体气体气体n n/ /n nc c0.60.6n n/ /n nc c0.40.4不推荐不推荐表811 搅拌轴临界转速(zhun s)的选取7 . 0cnn注：叶片式搅拌器包括(boku)：桨式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、 三叶后掠式、推进式； 不包括(boku)：锚式、框式、螺带式。第79页/共131页第八十页，共132页。81轴封处径向位移的大小直接(zhji)影响密封的性能，径向位移大

44、，易造成泄漏或密封的失效。按轴封处允许径向(jn xin)位移验算轴径: （1）轴承的径向游隙；（2）流体形成的水平推力；（3）搅拌器及附件组合质量不均匀(jnyn)产生的离心力。轴封处的径向位移原因：力学模型: 图8-30第80页/共131页第八十一页，共132页。82图830 径向位移计算(j sun)模型S/2S/2FhiFh1L1 LiL0第81页/共131页第八十二页，共132页。83 00LL计算: 分别计算其径向位移(wiy)，然后叠加，使总径向位移(wiy) 小于允许的径向位移(wiy) ，即（88） 式中 轴封处的允许(ynx)径向位移， 030.1LKd mm 通常(tng

45、chng) K3径向位移系数， 当设计压力p， n100r/min时,一般物料K3。0L 0L 0L第82页/共131页第八十三页，共132页。84搅拌轴轴径必须满足强度(qingd)和临界转速的要求。当有要求时，还应满足扭转变形、径向(jn xin)总位移的要求。有关搅拌(jiobn)轴的详细计算及参数的选取见文献64 第82页至第103页。第83页/共131页第八十四页，共132页。85减小轴端挠度(nod)、提高搅拌轴临界转速的措施:(1) 缩短(sudun)悬臂段搅拌轴的长度 受到端部集中力作用的悬臂梁，其端点挠度与悬臂长度(chngd)的三次方成正比。缩短搅拌轴悬臂长度(chngd)

46、，可以降低梁端的挠度，这是减小挠度最简单的方法，但会改变设备的高径比，影响搅拌效果。第84页/共131页第八十五页，共132页。86(2) 增加(zngji)轴径轴径越大，轴端挠度越小。但轴径增加，与轴连接的零部件均需加大规格，如轴承、轴封、联轴器等，导致(dozh)造价增加。(3) 设置(shzh)底轴承或中间轴承设置底轴承或中间轴承改变了轴的支承方式，可减小搅拌轴的挠度。但底轴承和中间轴承浸没在物料中，润滑不好，如物料中有固体颗粒，更易磨损，需经常维修，影响生产。发展趋势是尽量避免采用底轴承和中间轴承。第85页/共131页第八十六页，共132页。87(4) 设置(shzh)稳定器 工作原理

47、：稳定器受到介质阻尼作用力的方向与搅拌器 对搅拌轴施加的水平作用力的方向相反，减 少轴的摆动量。 稳定器摆动时，阻尼力与承受阻尼作用的面 积有关，迎液面积(min j)越大，阻尼作用越明显， 稳定效果越好。采用稳定器可改善搅拌设备(shbi)的运行性能，延长轴承的寿命第86页/共131页第八十七页，共132页。88稳定器分类(fn li)圆筒型: 图8-31叶片(ypin)型: 图8-32第87页/共131页第八十八页，共132页。89空心(kng xn)圆筒，安装在搅拌器下面图831 稳定(wndng)筒第88页/共131页第八十九页，共132页。90（a）叶片(ypin)切向布置 在搅拌器

48、下面 图832 叶片(ypin)型稳定器第89页/共131页第九十页，共132页。91图832 叶片(ypin)型稳定器(b)叶片安装(nzhung)在轴 上，并与轴垂直第90页/共131页第九十一页，共132页。92图832 叶片(ypin)型稳定器(c) (d) 叶片安装(nzhung)在轴 上，并与轴垂直第91页/共131页第九十二页，共132页。93七、密封(mfng)装置(轴封)作用: a. 保证搅拌(jiobn)设备内处于一定正压或真空 b.避免介质通过转轴从搅拌(jiobn)容器内泄漏或外部杂质渗入 搅拌(jiobn)容器内。型式(xn sh)填料密封: 图8-33机械密封: 图

49、8-35第92页/共131页第九十三页，共132页。94 填料(tinlio)密封特点: 结构简单，制造容易，适用: 低压、低转速(zhun s)，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。结构及工作原理：图8-33组成(z chn)：底环、本体、油环、填料、螺柱、压盖及油杯等。第93页/共131页第九十四页，共132页。95工作(gngzu)原理：靠拧紧压盖螺栓的轴向力使填料产生径向变形而起密封作用。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(zzh)设备内流体的逸出或外部流体的渗入，达到密封的目的。第9

50、4页/共131页第九十五页，共132页。96存在(cnzi)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(tiozhng)压盖的压紧力，并需定期更换填料。第95页/共131页第九十六页，共132页。97833 填料密封(mfng)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(tinlio)8本体9底环dD1D2D3123456789第96页/共131页第九十七页，共132页。98 填料 对材料要求： 有足够的弹性能吸收实际不可

51、避免的振动 有足够的塑性压盖压紧下能产生塑性变形 耐磨性使用寿命 耐蚀性耐介质及润滑剂浸泡和腐蚀 在填料函压盖压得过紧情况(qngkung)下具有运转自如，不产生破坏性 摩擦和热的性能。常用(chn yn)材料非金属: 多用。石棉、聚四氟乙稀、石墨等金属: 用于高温(gown)、高压。铝、紫铜、不锈钢等第97页/共131页第九十八页，共132页。99 填料(tinlio)选用: (表8-13)pt 、 、介质据选择转速 润滑剂: 作用: a.润滑搅拌轴 b.阻止设备内流体的逸出或外部流体的渗入而达到密封 要求: a.含油足以提供恰当的润滑 b.不溶解于所接触的介质 c.不会污染设备内物料 d.

52、对所接触的金属不腐蚀 e.在高温(gown)下使用时不易熔出 常用润滑剂: 油脂、蓖麻油、甘油、石蜡、石墨等第98页/共131页第九十九页，共132页。100 填料密封(mfng)箱 特点: 在填料箱的压盖上设置衬套可提高装配精度(jn d)，使轴有良好对中填料压紧时受力均匀, 保证填料良好密封 成型(chngxng)环状填料密封效果（图-34）填料箱体高度: 由填料圈环数确定填料压盖:高度h保证在填料磨损后拧紧螺栓仍能压紧填料填料组承受压紧力分布情况: 最大轴向力作用在与压盖相邻的填料环上, 随后的填料环 的轴向力则逐个减小。一个填料组只需二、三个填料环就可 达到密封。但为减轻轴的磨损和保护

53、起密封的环, 可多加一些 填料环。第99页/共131页第一百页，共132页。101图834 压制(yzh)成型填料第100页/共131页第一百零一页，共132页。102材料材料公称压力公称压力/MPa/MPa允许压力范围允许压力范围/MPa/MPa( (负值指真空负值指真空) )允许温度允许温度范围范围/转轴线转轴线速度速度/ /(m/s)(m/s)碳钢填料箱碳钢填料箱常压常压0.10.12002001 10.60.60.030.030.60.62002001.61.60.030.031.61.62020300300不锈钢填料箱不锈钢填料箱常压常压0.10.12002001 10.60.60.

54、030.030.60.62002001.61.60.030.031.61.62020300300表812 标准填料(tinlio)箱的允许压力、温度第101页/共131页第一百零二页，共132页。103813 填料(tinlio)材料的性能填料名称填料名称介质极限介质极限温度温度/ /0 0C C介质极介质极限压力限压力/MPa/MPa线速线速度度/(m/s)/(m/s)适用条件（接触介质）适用条件（接触介质）油浸石棉填料油浸石棉填料4504506 6蒸汽、空气、工业用水、重质石蒸汽、空气、工业用水、重质石油产品、弱酸液等油产品、弱酸液等聚四氟乙烯纤维编聚四氟乙烯纤维编结填料结填料250250

55、30302 2强酸、强碱、有机溶剂强酸、强碱、有机溶剂聚四氟乙烯石棉盘聚四氟乙烯石棉盘根根26026025251 1酸碱、强腐蚀性溶液、化学试剂酸碱、强腐蚀性溶液、化学试剂等等石棉线或石棉线与石棉线或石棉线与尼龙线浸渍聚四氟尼龙线浸渍聚四氟乙烯填料乙烯填料30030030302 2弱酸、强碱、各种有机溶剂、液弱酸、强碱、各种有机溶剂、液氨、海水、纸浆废液等氨、海水、纸浆废液等柔性石墨填料柔性石墨填料25025030030020202 2醋酸、硼酸、柠檬酸、盐酸、硫醋酸、硼酸、柠檬酸、盐酸、硫化氢、乳酸、硝酸、硫酸、硬脂化氢、乳酸、硝酸、硫酸、硬脂酸、酸、 水钠、溴、矿物油料、汽水钠、溴、矿物油

56、料、汽油、二甲苯、四氯化碳等油、二甲苯、四氯化碳等膨体聚四氟乙烯石膨体聚四氟乙烯石墨盘根墨盘根2502504 42 2强酸、强碱、有机溶液强酸、强碱、有机溶液第102页/共131页第一百零三页，共132页。104通过动环和静环两个端面的相互贴合，并作相对运动达到(d do)密封的装置，又称端面密封。 机械(jxi)密封把转轴的密封面从轴向改为径向。泄漏率低，密封性能可靠(kko)，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：第103页/共131页第一百零四页，共132页。105 结构(jigu)及工作原理: 结构:图8-35,由固定在轴上的动环及弹簧压紧装置、固定 在设备上的

57、静环以及辅助密封圈组成。工作原理: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(zuyng)，阻止容器内介质从 接触面上泄漏。第104页/共131页第一百零五页，共132页。1061弹簧(tnhung)；2动环；3静环 图835 机械(jxi)密封结构第105页/共131页第一百零六页，共132页。107有四个密封(mfng)点：A点: 动环与轴之间的密封，属静密封B点: 动环和静环作相对旋转运动(yndng)时的端面密封，属动密封， 是机械密封的关键C点: 静环与静环座之间的密封，属静密封D点: 静环座与设备之间的密封，属静密封密封面: 动环和静环之间的摩擦(mc)

58、面端面比压: 密封面上单位面积所受的力比压摩擦, 功耗, 寿命比压密封面因压不紧而泄漏，密封失效第106页/共131页第一百零七页，共132页。108 分类(fn li)机械密封(mfng)分类按密封面负荷(fh)平衡情况分为按密封面 数目分为单端面 双端面 平衡型: K1, 图8-36 (a) 非平衡型: K1, 图8-36 (b) (c)一对密封面,图8-35二对密封面第107页/共131页第一百零八页，共132页。109经过适当的尺寸选择(xunz)，可使机械密封设计成K1，K=1或K1。平衡型机械(jxi)密封平衡型密封由于液压负荷面积减小，使接触面上的净负荷也越小。K1 时：图836

59、（a）机械(jxi)密封的K值D2D1dpK1第108页/共131页第一百零九页，共132页。110非平衡(pnghng)型。K=1.1 K1时：图836 (b) 、(c) 机械(jxi)密封的K值D2D1dpD2D1dpK=1 K1第109页/共131页第一百一十页，共132页。111机械密封已标准化，其使用(shyng)的压力和温度范围见表814。 机械密封(mfng)的选用: 表814 机械密封许用的压力和温度(wnd)范围密封面密封面 对数对数 压力等级压力等级/MPa/MPa使用温度使用温度/最大线速度最大线速度 /(m/s)/(m/s)介质端材料介质端材料单端面单端面0.60.6-

60、20-201501503 3碳钢碳钢不锈钢不锈钢双端面双端面1.61.6-20-203003002 23 3当介质为易燃、易爆、有毒物料时，宜选用机械密封。第110页/共131页第一百一十一页，共132页。112 对材料要求: 动环、静环: 它们是一对摩擦副, 且在运转时与被密封介质接触 考虑耐磨性及耐腐蚀性。 一般: 动环硬度静环硬度, 且不宜用脆性(cuxng)材料. 动环、静环及密封圈材料的组合推荐见表815。 静密封元件: 密封圈 第111页/共131页第一百一十二页，共132页。113介质性质介质性质介质介质温度温度/介质侧介质侧弹簧弹簧结构结构件件大气侧大气侧动环动环静环静环辅助密