模块一 釜式反应器的认识2016.9.27

模块一釜式反应器的认识项目1釜式反应器的总体结构项目2釜体与传热装置项目3反应釜的搅拌装置项目4传动装置项目5轴封装置

项目1釜式反应器的总体结构一、釜式反应器的用途二、釜式反应器的总体结构三、釜式反应器的分类一、釜式反应器的用途装有搅拌器的釜式设备（或槽/锅、罐）通常称为搅拌釜式反应器，是化工行业广泛采用的反应器。用途——通用反应器、用途很广泛，普遍应用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等行业。液液均相反应；非均相反应（液固相、气液相、气液固相）等；可用来完成磺化、硝化、氢化、聚合等，聚合反应有90%采用釜式反应器；精细化工生产中，几乎所有的单元操作都可以用釜式反应器。二、釜式反应器的总体结构釜式反应器主要由釜体、搅拌器、密封装置和换热装置构成。1-搅拌器；2-釜体；3-夹套；4-搅拌轴；5-压料管；6-支座；7-人孔；8-轴封；9-传动装置搅拌器的带动有：机械搅拌、气流搅拌、射流搅拌、静态搅拌、电磁搅拌。釜式反应器各构件作用釜体搅拌器密封装置换热装置★浆式，框式，锚式旋浆式，涡轮式，螺旋釜式★防止内物料泄漏★填料密封机械密封★

筒体★上、下封头椭圆形锥形平板形★加热或冷却内反应中的物料★夹套式，蛇管式，列管式，外部循环式，电感加热式封头基本形状耐压上封头与筒体连接有两种方法：一种是上封头与筒体直接焊在一起构成一个整体；另一种形式是考虑拆卸方便，用法兰连接，以便于维护检修。

在上封头上开有各种工艺接管孔、人孔或手孔、视镜及支座等部分。搅拌器搅拌器的作用：是加强物料的均匀混合，强化釜内的传热传质过程。常用的搅拌器有桨式、框式、锚式、旋桨式、涡轮式和螺旋釜式等。密封装置密封装置的作用：防止内物料泄漏。在静止的反应封头和转动的搅拌轴之间设置的密封装置主要有填料密封和机械密封两种。填料密封：结构简单，填料装拆方便，但使用寿命较短，尽管大多数填料是非金属的并有润滑剂，但轴旋转时轴和填料间摩擦是不可避免的，因而总有微量泄漏；机械密封：通过垂直于轴的平面来密封转轴的，具有功耗小、密封性能可靠、使用寿命长，泄漏率仅是填料密封的1％等优点，因而在釜式反应器上己被大量采用。换热装置换热装置的作用：是加热或冷却釜内反应中的物料，以维持最佳的工艺条件。其结构型式主要有夹套式、蛇管式、列管式、外部循环式和电感加热式等。

当需要的传热面积较小、传热介质压力又较低时，采用简单的夹套式换热器较适宜（如图a)；需要较大传热面积时，则采用蛇管式或列管式换热器；

反应在沸腾下进行时，常用外回流冷凝器移走热量。搅拌反应釜机械设计的依据及内容

搅拌反应釜的机械设计是在工艺设计之后进行的。

工艺设计所确定的对搅拌反应釜的工艺要求是机械设计的依据。

搅拌反应釜的工艺要求通常包括反应的容积、最大工作压力、工作温度、工作介质及腐蚀情况、传热面积、换热方式、搅拌形式、转速及功率、接口管方位与尺寸的确定等。搅拌反应釜机械设计大体上包括：①确定搅拌反应釜的结构和尺寸；②选择材料；③计算强度或稳定性；④选用主要零部件；⑤绘制图样；⑥提出技术条件。总称，技术条件图。三、釜式反应器的分类按操作方式分类按材质分类按操作压力分类按操作方式分类★釜式反应器可以进行单釜或多釜串联连续操作，连续加入反应物和取出产物，设备利用率高，产品质量稳定，易于自动控制，适合大规模生产。按材质分类釜式反应器Text静态搅拌电磁搅拌Text铸铁釜式反应器钢制釜式反应器机械搅拌气流搅拌射流搅拌搪瓷釜式反应器玻璃釜式反应器按材质分类钢制反应器：普通碳钢(不耐酸性介质)、不锈钢（可以耐一般酸性介质），经过镜面抛光的不锈钢釜适用于高粘度体系聚合反应。铸铁反应器：铸铁，在硝化、磺化、缩合、硫酸增浓等反应过程应用较多。搪玻璃反应釜：即搪瓷反应器在碳钢锅的内表面上涂含二氧化硅的玻璃釉，经过高温烧制，形成玻璃搪层。具有耐腐蚀性、耐热性、耐冲击性。广泛用于精细化工生产的卤化反应及有盐酸、硫酸、硝酸等存在时的各种反应。K型：锅体和锅盖分开，可以装置尺寸大的搅拌器。F型：盖体不分，密封性好。特别适用于带压的工况（高压、真空）。

按操作压力分类低压釜：0.1-1.6MPa（动力搅拌器），常见的搅拌釜式反应器，在搅拌轴与壳体之间采用动密封结构。中压釜：

1.6-10MPa高压釜：

10-100MPa，动密封难以保证不泄漏，高压时采用磁力搅拌器，使釜式反应器在全密封状态下工作。适合各种毒性、易燃、易爆等工艺过程。超高压：>100MPa常压釜：<0.1MPa项目2釜体与传热装置各种换热装置的选择主要视传热表面是否易被污染而需要清洗，所需传热面积的大小，传热介质的泄露可能造成的后果以及传热介质的温度和压力等因素决定。一般在需要较大传热面积时，采用蛇管或列管式换热器；反应在沸腾下进行时，采用釜外回流冷凝器取走热量；在需要较小传热面积，传热介质压力又较低的情况下，采用简单的夹套式换热器比较适宜。项目2釜体与传热装置夹套式壁外传热结构常见的传热形式釜体内部蛇管传热结构项目2釜体与传热装置搅拌反应釜体的主要部分是一圆柱形容器，其结构形式与传热方式有关。常用的传热形式有两种：夹套式壁外传热结构和釜体内部蛇管传热结构,必要时也可将夹套和蛇管联合使用。根据工艺要求，釜体上还需安装各种工艺接管。搅拌反应釜体和传热装置设计的主要内容:

釜体的结构形式和各部分尺寸、传热形式和结构、各种工艺接管的安设等。一、釜体的几何尺寸的确定釜体的几何尺寸是指筒体的内径Di、高度H。对于搅拌釜式反应釜，容积v为主要决定参数。

搅拌功率与搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器直径往往需随釜体直径的增加而增大。因此，在同样的容积下，太大的筒体直径不适宜。对于发酵类物料的反应，为使通入的空气能与发酵液充分接触，需要有一定的液位高度，故筒体的高度不宜太矮。采用夹套传热结构，单从传热角度考虑，一般也希望筒体高一些。

釜体的几何尺寸要求化工工艺要求H/Di▼一般反应釜

○液-液相或液-固相物料1～1.3○气-液相物料1～2▼发酵罐类

○气-液相物料1.7～2.5装料系数

为了满足反应所需要的空间，工艺计算已经确定了反应釜所需的容积V0，但实际操作时，反应介质可能呈泡沫状或沸腾状，故实际容积V应该大于理论计算的所需容积V0，这种差异就用装料系数η来考虑。反应器有效体积与设备实际容积之比称为设备装料系数.

釜体的几何尺寸要求化工工艺要求H/Di▼一般反应釜

○液-液相或液-固相物料1～1.3○气-液相物料1～2▼发酵罐类

○气-液相物料1.7～2.5装料系数Vo＝ηV

▼通常情况0.6～0.85▼反应过程中有泡沫或沸腾

0.6～0.7▼反应状态平稳0.8～0.851反应釜体积计算（1）间歇反应釜（2）连续反应釜2确定封头型式3确定封头与筒体的连接方式4反应釜直径D0与筒体高度H的确定5☻计算并选择釜体内径。☻计算釜体直边高度。6应用举例釜式反应器设计程序及计算方法a.根据年产量确定日产量Wd

，kg·d-1b.确定生产周期和每天生产批数

τT=τR+τa(6-1)式中τT——一个生产周期的时间，h；

τR——反应达到预期转化率所需反应时间，h；

τa——辅助操作时间，h。则：每天生产批数α＝24/τT(6-2)c.选择反应器装料系数

φ＝VR/VT(6-3)

式中VR——反应物料所占体积，m3

VT——反应器实际体积，m3。搅拌釜反应器，φ取0.7～0.8，有起泡或沸腾时，取0.4～0.6。间歇釜式反应器容积计算方法d.计算反应器体积及台数间歇釜式反应器容积计算方法多台反应器并联使用或Wd——日产量，kg·d-1τT——一个生产周期的时间，hα——每天生产批数Φ

——反应器装料系数VR——反应物料所占体积，m3

VT——反应器实际体积，m3a.根据年产量确定每小时处理物料量ωd,kg·h-1；b.确定物料平均停留时间τ，(无辅助操作时间)，h；c.确定装料系数Ф(同间歇操作);d.计算反应器体积及台数。连续操作反应液体积计算公式如下：连续釜式反应器容积计算方法a.标准椭圆封头(standardellipsehead)

b.碟封头(dishedhead)c.锥形封头（conicalhead)d.球面封头（sphericalhead)

封头(endplate)是化工设备的重要组成部分，它与圆形直筒部分一起组成设备的外壳，如储罐、塔设备、换热器、反应器等设备的釜体均是由筒体与封头组成的。确定封头型式封头的设计参数及特点封头

平面形：适用于常压或压力不高时；碟形：应用较广。球形：适用于高压场合；椭圆形：应用较广。锥形：适用于反应后物料需要分层处理的场合。各种封头的外形尺寸封头的设计参数及特点封头名称封头高度（h）封头侧面积(s)封头体积(V)特点半球封头0.5D1.571D20.2618D3标准椭圆封头0.25D1.083D20.131D3应力分布均匀，封头与筒体的强度相等，应用最广碟封头0.225D1.063D20.122D3曲面连接处存在弯曲应力，强度不如标准椭圆封头球面封头0.134D0.842D20.0539D3一般用于卧式容器的两端封头平封头0D0.785D20D3600锥封头0.866D1.571D20.2267D3应力分布不均匀，加工简单，造价低，排料容易，可用于低压反应器。如间歇缩聚反应，产物粘度高，采用1200锥封头作为下封头便于出料。1200锥封头0.375D1.123D20.1397D3900锥封头0.5D1.111D20.1309D3示意图☻封头与筒体的连接形式有两种:焊接连接和法兰连接。法兰连接便于设备内部结构的安装与检修，但造价较高，密封性能较差;焊接连接设备结构简单、造价低、密封性能好，但不利于设备安装与检修，为此常在釜体上封头上开设人孔。一般来说，对于搅拌釜反应器，若反应器直径较大，对密封要求较高时，应采用焊接连接。若直径较小，内部结构比较复杂，对安装和检修要求较明确时，可采用法兰连接。确定封头与筒体的连接方式H——釜体总高度(Height，包括封头高度)，m；D——釜体直径(Diameter)，m。H/D小(矮胖型)，釜内液体比表面积大，表面更新容易，小分子组分易汽化;搅拌轴相对较短，搅拌装置旋转稳定；搅拌桨直径大，需要搅拌功率高；对传热面积的增加不利;传热距离较长，传热效果差。H/D大(瘦高型)，釜内液体比表面积小，有利于气体吸收;搅拌轴较长，加工困难，且旋转不稳定;单位反应器体积夹套传热面积较大，传热距离较短，传热效果较好。反应釜直径D0与筒体高度H0的确定反应釜直径D0与筒体高度H0的确定例6-1

有一变容反应体系，采用搅拌釜反应器，日产量Wd=26.6t·d-1,间歇操作。τR＝3h、τa=0.5h、ρm＝970kg·m-3、体积收缩系数ε＝-0.2、φ＝0.6、H/D＝1.5～2，上下封头均用标准椭圆封头，如本题附图所示，确定反应器几何外形尺寸。解：查表6-1标准椭圆封头的体积为0.131D3、h封＝D/4。令：h为釜体直边高度、H为反应器釜体总高度，则：

H＝h+2×h封＝h+D/2=1.5D反应液体积：若取H/D＝1.5，则有：h＝D反应器总体积应为：

间歇操作周期：

虽然反应器属于非标准设备，但用于制造反应器的上下封头仍应该选用标准封头（参见附录）。因为H/D取得较小，所以此处按公称尺寸选定釜体直径为1.8m。釜体的直边高度为：

釜体实际高度为：

二、夹套的结构与尺寸

1、夹套的结构形式①圆筒部分有夹套，用于加热面积不大的场合②圆筒一部分和下封头包有夹套③在圆筒部分的夹套中间设置支撑或加强环④全包式夹套，传热面积最大在容器外侧，用焊接或法兰连接方式装设各种形状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。此空间内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容器内的物料。优先采用夹套，减少容器内构件，便于清洗，不占有效容积。夹套是搅拌反应釜最常用的传热结构，由圆柱形壳体和底封头组成。可拆连接结构用于操作条件较差，或要求进行定期检查内筒外表面和需经常清洗夹套的场合。可拆连接是将内筒和夹套通过法兰来连接的。不可拆连接主要用于碳钢制反应釜。通过焊接将夹套连接在内筒上。夹套肩与筒体的连接处，做成锥形的称为封口锥，做成环形的称为封口环。不可拆连接密封可靠、制造加工简单。

2、整体夹套与釜体连接方式☆适应于需要检修内筒外表面☆定期更换夹套

☆夹套与内筒之间不能焊接的场合☆常用的不可拆式连接结构☆夹套与内筒之间采用焊接，加工简单，密封可靠

夹套上设有蒸汽、冷却水或其他加热、冷却介质的进出口。当加热介质是蒸汽时，进口管应靠近夹套上端，冷凝液从底部排出；当加热(冷却)介质是液体时，则进口管应设在底部，使液体下进上出，有利于排出气体和充满液体。三、釜体及夹套壁厚的确定釜体内压

不带夹套，则筒体与上、下封头均按内压容器设计带夹套的反应器，按承受内压和外压分别进行计算。三、釜体及夹套壁厚的确定釜体和夹套的强度和稳定性设计可按内、外压容器的设计方法进行。对于釜体，当受内压时，若不带夹套，则筒体与上、下封头均按内压容器设计。真空反应器按承受外压设计。带夹套的反应器，按承受内压和外压分别进行计算。按内压计算时，最大压力差为釜体内的工作压力；按外压计算时，最大压力差为夹套内的工作压力或夹套内工作压力加0.1MPa（当釜体内为真空操作时）。若上封头不被夹套包围，则不承受外压作用，只按内压设计，但通常取与下封头相同的壁厚。夹套的简体和封头壁厚则完全按照内压容器设计方法进行四、蛇管的布置

如果所需传热面积较大，而夹套传热不能满足要求或不宜采用夹套传热时，可采用蛇管传热。

优点：蛇管置于釜内，沉浸在介质中，热量能充分利用，传热效果比夹套结构好。

缺点：但蛇管检修困难，还可能因冷凝液积聚而降低传热效果。釜体与传热装置对称布置的几组竖式蛇管：1传热2挡板作用

蛇管和夹套可同时采用，以增加传热效果。蛇管一般由公称直径为25-70mm的无缝钢管绕制而成。常用结构形状有圆形螺旋状、平面环形、U形立式、弹簧同心圆组并联形式等。

蛇管在筒体内需要固定，固定形式有多种。当蛇管中心直径较小，圈数较少时，蛇管可利用进出口管固定在釜盖或釜底上；若中心直径较大、圈数较多、重量较大时，则应设立固定支架支撑。蛇管的进出口最好设在同一端，一般设在上封头处，以使结构简单、装拆方便。

蛇管的固定形式蛇管的固定蛇管优点：制造方便缺点：拧紧时易偏斜，难于拧紧优点：安装方便，伸缩自由缺点：经不起振动安全可靠，适用于剧烈振动的场合性能很好的固定蛇管蛇管的结构形式蛇管的进出口结构(a）型用于蛇管和封头可以一起抽出的情况；(b)型用于蛇管需要经常拆卸，而釜体内部有足够空间允许装卸法兰;(c)型结构简单，使用可靠;(d)型为有衬里的蛇管进出口结构；（e）型管端法兰采用螺纹连接，五、工艺接管工艺接管出料接管温度计压力表接管进料接管仪表接管

1．进料管进料管一般设在顶部。进料管的下端一般成的切口，以防物料沿壁面流动。图(a)为一般常用结构。图(b)为套管式结构，便于装拆更换和清洗，适用于易腐蚀、易磨损、易堵塞的介质。图(c)管子较长，沉浸于料液中，可减少进料时产生的飞溅和对液面的冲击，并可起液封作用。为避免虹吸，在管子上部开有小孔。2．出料管

出料管分为上出料管和下出料管两种形式。下部出料适用于粘性大或含有固体颗粒的介质。常见的下部出料接管形式如图。图中(a)用于不带夹套的筒体，图(b)和图(c)适用于带夹套的简体。其中图(c)结构较复杂，多用在内筒与夹套温差较大的场合。当物料需要输送到较高位置或需要密闭输送时，必须装设压料管，使物料从上部排出。压料管及固定方式如图示。上部出料常采用压缩空气或其他惰性气体，将物料从釜内经压料管压送到下一工序设备。为使物料排除干净，应使压出管下端位置尽可能低些，且底部作成与釜底相似形状。项目3反应釜的搅拌装置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。

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％。一、流型流型与搅拌的关系流型与搅拌效果、搅拌功率的关系十分密切。搅拌器的改进和新型搅拌器的开发往往从流型着手。流型决定因素取决于搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何特征，以及流体性质、搅拌器转速等因素。搅拌机顶装式中心安装立式圆筒的三种基本流型径向流轴向流切向流流型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，不穿过叶片，形成上、下二个循环流动。(a)径向流

图1搅拌器与流型(a)径向流流体流动方向平行于搅拌轴，流体由桨叶推动，使流体向下流动，遇到容器底面再向上翻，形成上下循环流。(b)轴向流图2搅拌器与流型(b)轴向流无挡板的容器内，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3搅拌器与流型(c)切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采用挡板可削弱切向流，增强轴向流和径向流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，见图4。不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。图4搅拌器在容器内的安装方式(a)垂直偏心式(b)底装式(c)侧装式(d)斜装式(e)卧式一、搅拌器的形式搅拌器的形式浆式搅拌器涡轮式搅拌器锚式框式搅拌器推进式搅拌器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。1.桨式搅拌器

平直叶的叶面与其旋转方向垂直，折叶则是与旋转方向成一倾斜角度。平直叶主要使物，料产生切线方向的流动，折叶除了能使物料作轴向运动，因而折叶比平直叶搅拌作用更充分。在料液层比较高的情况下，为了搅拌均匀，常装有几层桨叶，相邻两层桨叶交错安装。图

桨式搅拌器主要应用液—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。桨式搅拌器的转速一般为20～100r/min

，最高粘度为20Pa·s

。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。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。它直径较小，d/D=1/4～1/3，叶端速度一般为

7～10m/s，最高达15m/s。(d桨叶直径D筒体内径）图

推进式搅拌器搅拌时——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。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。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

涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器分为开式盘式开式有：平直叶、斜叶、弯叶等。叶片数为2叶和4叶盘式有：圆盘平直叶、圆盘斜叶、圆盘弯叶等。叶片数常为6叶。为改善流动状况，有时把桨叶制成凹形或箭形圆盘平直叶涡轮式圆盘弯叶涡轮式圆盘箭叶涡轮式开启直叶涡轮式圆盘箭叶涡轮式开启弯叶涡轮式开启直叶涡轮式应用

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。平直叶——剪切作用较大，属剪切型搅拌器。弯叶

——指叶片朝着流动方向弯曲，可降低功率消耗，适用于含有易碎固体颗粒的流体搅拌。

锚式搅拌器底部形状与底封头形状相似。整个旋转体可铸造而成，也可用扁钢或钢板煨制。若在锚式搅拌器的桨叶上加固横梁即成为框式搅拌器，见图

(b)和(c)。其中(b)为单级式，(c)为多级式。锚式和框式搅拌器的共同特点是旋转部分的直径较大，可达简体内径的0．9倍以上。由于直径较大，能使釜内整个液层形成湍动，减小沉淀或结块，故在反应釜中应用较多。

4．锚式搅拌器结构简单。适用于粘度在100Pa·s以下的流体搅拌，当流体粘度在10～100Pa·s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。应用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100Pa·s的流体时，应采用螺带式或螺杆式。锚式搅拌器框式搅拌器5.螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器

螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器的结构示意如图所示。这两种搅拌器主要产生轴向流，加上导流筒后，可形成筒内外的上下循环流动。它们的转速都较低，通常不超过50转/min，主要用于高粘度液体的搅拌。由螺旋带、轴套和支撑杆所组成的螺带式搅拌器如图所示。其桨叶是一定宽度和一定螺矩的螺旋带，通过横向拉杆与搅拌轴连接。螺旋带外直径接近筒体内直径，搅动时液体呈现复杂运动，混合和传质效果较好。螺带式搅拌器螺带式搅拌器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。流动状态二、搅拌器的选型径向流轴向流切向流流型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，不穿过叶片，形成上、下二个循环流动。(a)径向流图搅拌器与流型(a)径向流流体流动方向平行于搅拌轴，流体由桨叶推动，使流体向下流动，遇到容器底面再向上翻，形成上下循环流。(b)轴向流图搅拌器与流型(b)轴向流无挡板的容器内，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17-14搅拌器与流型(c)切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采用挡板可削弱切向流，增强轴向流和径向流挡板：消除圆柱状回转区和打漩现象搅拌附件导流筒：提高对筒内液体搅拌程度，使所有物料均能通过导流筒内的强烈混合区

挡板目的——消除打漩和提高混合效果。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，中心部分液面下降，形成漩涡，称为打漩区。打漩——后果随转速增加，漩涡中心下凹到与桨叶接触，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。一般在容器内壁面均匀安装4块挡板宽度为容器直径的1/12～1/10。

挡板作用：

釜体内安装挡板后，可使流体的切向流动转变为轴向与径向流动，同时增大液体的湍动程度，从而改善搅拌效果。全挡板条件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。全挡板条件与挡板数量和宽度有关。搅拌容器中的传热蛇管可部分或全部代替挡板，装有垂直换热管时一般可不再安装挡板。

导流筒是一个圆筒，安装在搅拌器外面，常用于推进式和涡轮式搅拌器(见图)。导流筒的作用是使从搅拌器排出的液体在导流筒内部和外部形成上下循环的流动，以增加流体湍动程度，减少短路机会，增加循环流量和控制流型。导流筒涡轮式或桨式搅拌器

导流筒置于桨叶的上方(b)推进式搅拌器导流筒套在桨叶外面，或略

高于桨叶

导流筒结构当搅拌器置于导流筒之下，且容器直径又较大时，导流筒的下端直径应缩小，使下部开口小于搅拌器的直径。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。导流筒将搅拌容器截面分成面积相等的两部分，导流筒直径约为容器直径的70%。搅拌器的选型-----搅拌目的搅拌器的选型搅拌目的低粘度均相液体混合：推进式搅拌器

非均相液–液分散过程

：涡轮式搅拌器气-液分散过程：平直叶圆盘涡轮搅拌器固体悬浮操作：弯叶涡轮搅拌器固体溶解，结晶过程：浆式或框式搅拌器

对于固体悬浮搅拌操作，如固液比重差小，固体颗粒不易沉降的固体悬浮，应优先选择推进式搅拌器。当固液比重差大，固体颗粒沉降速度大时，应选用开启式涡轮搅拌器。化学反应、生物反应、混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。搅拌器的选型-----搅拌目的搅拌目的挡板条件推荐形式流动状态互溶液体的混合及在其中进行化学反应无挡板三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、桨式、圆盘涡轮湍流(低粘流体)有导流筒三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式有或无导流筒桨式、螺杆式、框式、螺带式、锚式层流(高粘流体)固—液相分散及在其中溶解和进行化学反应有或无挡板桨式、六叶折叶开启式涡轮湍流(低粘流体)有导流筒三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式有或无导流筒螺带式、螺杆式、锚式层流(高粘流体)液—液相分散（互溶的液体）及在其中强化传质和进行化学反应有挡板三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、桨式、圆盘涡轮式、推进式湍流(低粘流体)搅拌目的与推荐的搅拌器形式液—液相分散（不互溶的液体）及在其中强化传质和进行化学反应有挡板圆盘涡轮、六叶折叶开启涡轮湍流(低粘流体)有反射物三叶折叶涡轮有导流筒三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式有或无导流筒螺带式、螺杆式、锚式层流(高粘流体)气—液相分散及在其中强化传质和进行化学反应有挡板圆盘涡轮、闭式涡轮湍流(低粘流体)有反射物三叶折叶涡轮有导流筒三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式有导流筒螺杆式层流(高粘流体)无导流筒锚式、螺带式表17-9搅拌目的与推荐的搅拌器形式（续）搅拌器的选型-----物料粘度搅拌器的选型物料粘度

推进式，涡轮式

锚式，框式和浆式低粘度液体：小直径，高转速搅拌器高粘度液体：大直径，低转速搅拌器釜式反应器在进行搅拌器选型时，影响搅拌状态的诸物理性质中，液体粘度的影响最大。所以，可根据液体粘度来选型。对于低粘度液体，应选用小直径、高转速搅拌器，如推进式、涡轮式；对于高粘度液体，应选用大直径、低转速搅拌器，如锚式、框式和桨式。表17-10搅拌器型式和适用条件注：有◆者为可用，空白者不详或不合用流动特性搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。搅拌器对流体产生二种作用，剪切作用和循环作用。

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—液搅拌体系中气泡的细微化有关。流动特性搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。搅拌器对流体产生二种作用，剪切作用和循环作用。

循环作用与混合时间、传热、固体的悬浮等相关。当搅拌器输入流体的能量主要用于流体的循环作用时，称为循环型叶轮，如框式、螺带式、锚式、桨式、推进式等为循环型叶轮。

搅拌器分类一、搅拌器分类按流体流动形态轴向流搅拌器径向流搅拌器按结构分为平叶

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两种结构推进式、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶混合流搅拌器轴向流搅拌器

按搅拌用途分为低粘流体用搅拌器高粘流体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。图17-17搅拌器流型分类图谱轴流式混流式径流式搅拌器总结釜式反应器常用的几种搅拌器的结构特点及应用范围？二、按搅拌器型式和适用条件选型推进式搅拌器——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

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，

但流体粘度不宜超过50Pa·s。作业：1.釜式反应器的总体结构，并指出各个部件的作用？2.釜式反应器的传热方式主要有哪些？并分别指出适用的条件？3.简述釜式反应器结构尺寸计算的内容及步骤？4.釜式反应器常用的几种搅拌器的结构特点及应用范围？5.有一变容反应体系，采用搅拌釜反应器，日产量Wd=26.6t·d-1,间歇操作。τR＝3h、τa=0.5h、ρm＝970kg·m-3、体积收缩系数ε＝-0.2、φ＝0.6、H/D＝2（H为釜体高度），上下封头均用标准椭圆封头，如本题附图所示，确定反应器几何外形尺寸（筒体直径D和筒体高度h）。锚式搅拌器锚式搅拌器的直径d和搅拌釜的内径之比为0.9～0.98，常用转速为l～100转/min。锚式搅拌器的循环速度及剪切作用都较小，主要产生切线流。当物料粘度高时，可产生一定的径向流和轴向流。它适用于高粘度物料的搅拌和传热。推进式搅拌器（螺旋桨式搅拌器）推进式搅拌器又名螺旋桨式搅拌器，推进式搅拌器的循环速度高。当转速高时，剪切作用也很大，能产生很强的轴向流。推进式搅拌器直径d与搅拌釜内径之比为0.2～0.5，搅拌转速为100～500转/min，适用于低粘度（粘度小于2Pa·s）液体的搅拌。涡轮式搅拌器（圆盘式）涡轮式搅拌器按照有无圆盘可分为圆盘涡轮搅拌器和开启涡轮搅拌器；按照叶轮可分为：平直叶、折叶和后弯叶涡轮搅拌器，涡轮搅拌器直径d与釜内径之比为0.2～0.5，以0.33居多。转速一般为10～300转／min。适用于低粘度或中等粘度液体的搅拌（粘度小于50Pa·s）。产生的效果桨式搅拌器桨式搅拌器结构简单，一般由两块平桨叶组成，搅拌器直径d与釜内径之比为0.35～0.8；转速一般为10～100转／min，可以在较宽的粘度范围内适用，粘度高的可达100Pa·s，也可用于粘度小于2Pa·s的液体的搅拌。平直叶桨式搅拌器在低速运转时，产生的主要是切线流；转速高时以径向流为主。对于折叶桨式搅拌器，由于叶片与旋转平面的夹角小于90o，因此会产生轴向流，宏观混合效果较好。项目4传动装置搅拌反应釜传动装置电动机减速机机座底座

1-电动机；2-减速机；3-联轴器；4-机座；

5-轴封装置；6-底座；7-封头；8-搅拌机传动装置的作用：将电动机的转速，通过减速器，调整至工艺要求所需的搅拌转速，再通过联轴器带动搅拌轴旋转，从而带动搅拌器工作。根据上述情况，搅拌反应釜传动装置的设计内容一般包括：电动机、减速机和联轴器的选用，选用或设计机座和底座等。一、电动机的选用

反应釜的电动机大多与减速器配套使用，因此电动机的选用一般可与减速器的选用配套进行。在许多场合下，电动机与减速器一并配套供应，设计时可根据选定的减速器选用配套的电动机。电动机型号应根据电动机功率和工作环境等因素选择。工作环境包括防爆、防护等级、腐蚀情况等。电动机选用主要是确定系列、功率、转速、安装方式和防爆等内容。搅拌反应釜常用的电动机系列有：Y系列三相异步电动机YB系列隔爆型三相异步电动机YF系列防腐型三相异步电动机YXJ系列摆线针轮减速异步电动机等。搅拌反应釜常用的电动机系列有：Y系列三相异步电动机YB系列YF系列YXJ系列YBS(DSB、JDSB)系列输送机用防爆型三相异步电动机YB2系列防爆型三相异步电动机二、减速器的选用作用：传递运动和改变转动速度，以满足工艺条件的要求。减速器：又称减速机、减速箱。是一台独立的传动装置。组成：由密闭的箱体、相互啮合的一对或几对齿轮（或蜗轮蜗杆）、传动轴及轴承等所组成。我国目前常用的反应釜用立式减速机，主要有：摆线针齿行星减速机、两级齿轮减速机、三角皮带减速机等，还有V带减速机以及圆柱蜗杆减速机等。摆线针轮行星减速器齿轮减速器圆柱蜗杆减速器。常见的混合齿轮减速器整体式圆柱齿轮减速器蜗轮蜗杆减速器原理：电机带动蜗杆轴旋转，通过蜗杆与蜗轮齿之间的齿合使蜗轮轴旋转，由于齿数的不同，而产生的旋转速度的降低。三、机架(机座)搅拌反应釜的传动装置是通过机架安装在釜体顶盖上的。机架的结构形式要考虑安装联轴器、轴封装置以及与之配套的减速器输出轴径和定位结构尺寸的需要。釜用机架的常用结构有单支点机架(图1)和双支点机架(图2)两种。单支点双支点

单支点支架用以支承减速器和搅拌轴，适合电动机或减速器可作为一个支点，或容器内可设置中间轴承和可设置底轴承的情况。搅拌轴的轴径应在30～160mm范围。

当减速器中的轴承不能承受液体搅拌所产生的轴向力时，应选用双支点机架，由机架上的两个支点承受全部的轴向载荷。对于大型设备，或对搅拌密封要求较高的场合，一般都采用双支点机架。机座焊接机座常见机座常见传动装置的机座

J-A型机座J-B型机座JXLD型机座焊接机座四、底座底座焊接在釜体的上封头上，减速机的机座和轴封装置的定位安装面均在底座上，这样可使两者在安装时有一定的同心度，保证搅拌轴既可与减速机顺利连接，又可使搅拌轴穿过轴封装置，进而能够良好运转。

轴封装置的箱体采取直接焊在封头上，底座只需安装机座，要求机座定位肩尺寸和轴封箱体上决定搅拌轴定位的孔径应有一定的同心度，需在焊好后连封头一起装在车床上，再车削这两个定位面。项目5反应釜轴封装置轴封:静止的釜式反应器封头和转动的搅拌轴之间存在相对运动，为了防止介质的泄漏设置了密封装置，属于这种结构的密封装置称为搅拌轴密封装置，或简称为“轴封”。搅拌反应釜的密封除了各种接管的静密封外，还要考虑搅拌轴与顶盖之间的动密封。由于搅拌轴是旋转运动的，而顶盖是固定静止的，这种运动件和静止件之间的密封称为动密封。动密封的基本要求是：结构简单、密封可靠、维修装拆方便、使用寿命长。搅拌反应釜常用的动密封有填料密封与机械密封两种。轴封装置轴封装置填料密封机械密封▲低压、无毒、非易燃易爆者，可选用一般石棉绳，安装时外涂黄油，或者采用油浸石棉填料。▲压力较高或介质有毒及易燃易爆者，最常用的是石墨石棉填料和橡胶石棉填料。▲机械密封是用垂直于轴的两个密封元件平面相互贴合，并作相对运动达到密封的装置▲机械密封耗功小、泄漏量低、密封可靠，广泛应用于搅拌反应釜的轴封。131211141516机械密封单端面和双端面大弹簧小弹簧

内装式外装式

平衡型非平衡型机械密封的结构形式填空1.按釜式反应器选用材质的不同，可分为（

）、（

）、（）、（

）釜式反应器，按操作压力不同，可划分为（

）、（

）、（

）釜式反应器。2.搅拌釜式反应器常用的传热方式有二种，分别是（

）、（

）。3.釜式反应器搅拌装置由（

）和()组成，搅拌的目的是(

)、提高()和()速率。4.釜式反应器的出料方式有两种，分别是()、()。5.釜式反应器具有单独的传动装置，一般包括(

)、()、()、()等。6.常用的减速机有(

)、()、()。7.密封装置按照密封面间有无相对运动，可分为()和()两大类型；轴封装置主要是()和(

)两种。填空答案1.按釜式反应器选用材质的不同，可分为钢制、

铸铁、搪瓷、玻璃釜式反应器，按操作压力不同，可划分为低压、

中压、

高压釜式反应器。2.搅拌釜式反应器常用的传热方式有二种，分别是夹套使壁外传热、釜体内部蛇管传热。3.釜式反应器搅拌装置由

搅拌器和搅拌轴组成，搅拌的目的是加强混合、提高传热

和

传质速率

。4.釜式反应器的出料方式有两种，分别是上出料、

下出料。5.釜式反应器具有单独的传动机构，一般包括电动机、减速机、联轴器、

搅拌轴等。6.常用的减速机有摆线针齿行星减速机、两级齿轮减速机、三角皮带减速机

。7.密封装置按照密封面间有无相对运动，可分为静密封

和动密封

两大类型；轴封装置主要是填料密封和

机械密封

两种。填空8釜式反应器主要由

、

、

和

组成。上下封头常用的三种基本形状是

、

和

。9

是化工原料反应的空间，是釜式反应器的主休部分，由

＿、

、

＿

组成．为便于维护检修，在

开有各种工艺接管孔、

、

、、

等部分。10釜式反应器搅拌装置分

和

两种，绝大多数釜式反应器采用

。11釜式反应器具有单独的传动机构，一般包括

、

、

、

等，常用的电动机有一般异步电动机和

；常用的减速机有

、

、

、摆线针齿行星减速机。12对于固体悬浮搅拌操作，如固液比重差小，固体颗粒不易沉降的固体悬浮，应优先选择

搅拌器。当固液比重差大，固体颗粒沉降速度大时，应选用

搅拌器。填空答案8釜式反应器主要由釜体、搅拌器、密封装置和换热装置

组成。上下封头常用的三种基本形状是椭圆形、锥形

和平板形

。9＿釜体部分是化工原料反应的空间，是釜式反应器的主休部分，由筒体＿、上封头、下封头＿组成．为便于维护检修，在上封头开有各种工艺接管孔、人孔＿、手孔＿、视镜、支座等部分。10釜式反应器搅拌装置分机械搅拌和气流搅拌两种，绝大多数釜式反应器采用机械搅拌。11釜式反应器具有单独的传动机构，一般包括电动机＿、减速装置＿、联轴节＿、搅拌轴等，常用的电动机有一般异步电动机和防爆异步电动机＿；常用的减速机有齿轮减速机、涡轮减速机、三角皮带减速机、摆线针齿行星减速机。12对于固体悬浮搅拌操作，如固液比重差小，固体颗粒不易沉降的固体悬浮，应优先选择推进式搅拌器。当固液比重差大，固体颗粒沉降速度大时，应选用开启式涡轮搅拌器。填空13釜式反应器主要由

、

、

和

构成。14釜式反应器搅拌器的形式有

、

、

、

和其他形式搅拌器等。15夹套上设有介质进出口。当夹套中用蒸汽作为载热体时，蒸汽一般从

进入夹套，冷凝液从夹套

排出，如用液体作为冷却液时，采取

进，

出，以使夹套中经常充满液体，充分利用传热面，加强传热效果。16电动机系列中YB代表

，YF代表

。17轴封装置主要是

和

两种。填空答案13釜式反应器主要由釜体

、

搅拌器

、

密封装置

和

换热装置

构成。14釜式反应器搅拌器的形式有

桨式

、涡轮式

、

锚式和框式

、推进式

和其他形式搅拌器等。15夹套上设有介质进出口。当夹套中用蒸汽作为载热体时，蒸汽一般从

上端

进入夹套，冷凝液从夹套

下端

排出，如用液体作为冷却液时，采取

下端

进，上端

出，以使夹套中经常充满液体，充分利用传热面，加强传热效果。16电动机系列中YB代表

三相防爆型

，YF代表三相防腐型

。17轴封装置主要是

机械密封

和

填料密封

两种。填空18.填料箱由

、

、

、

、

等零件所组成，机械密封是由

、

、

、辅助密封圈等四个不可缺少的部分组成。19.釜式反应器在进行搅拌器选型时，影响搅拌状态的诸物理性质中，

的影响最大。所以，可根据液体粘度来