搅拌式反应器及其机械设计基础ppt课件.ppt

1、第五章混合反应器及其机械设计基础，第一概述1，2，混合反应器主要由混合装置、轴密封和搅拌反应器外壳三部分组成。3，第二反应堆外壳结构设计由内径d、高度h、体积v、壁厚组成的壳体设计，如图5-2所示。4，1，反应器外壳的纵横比，1 .反应器外壳长宽比搅拌功率的影响2。反应器外壳长宽比传热的影响3。根据材料特性对反应器外壳长宽比的要求实际经验，几种搅拌反应器壳体的长宽比几乎等于表5-1。5，表5-1多个搅拌反应器外壳H/Di值类型装置内的材料类型H/Di常规混合反应器液体-固体或液体-液体材料1 1.3壳体气体-液体材料1 2发酵反应器壳体1.7 2.5，6，2，7，1。装载系数反应堆外壳的总体积

2、v与反应堆外壳的公称体积(运行时的衣服体积)Vg相关。Vg=V (m3) (5-1)设计时，必须合理选择装载系数值，以提高设备利用率。通常取0.6到0.85。在反应过程中，如果物质出现泡沫或沸腾状态，应取较低的值，使其约为0.6-0.7。材料柔软反应时，为0.8 0.85(材料粘度大时更好)。8、2。为了便于计算筒体直径的初步计算，忽略磁头体积，按自下而上、9、表达式(5-1)替换(5-3)、清理：10、(3)计算筒体直径和高度确定表达式(5-4)顶盖，混合反应器外壳帽在压缩状态下通常使用椭圆头。设计时，通常会计算顶盖在工作压力下所需的最小壁厚，然后根据顶盖中密集的开口使用整体加固方法计算壁厚

3、，加上壁厚添加量将舍入使用的头壁厚度。如果普通搅拌器的重量和工作载荷对磁头稳定性影响不大，则无需单独加固磁头。如果搅拌器的工作状态对磁头有很大影响，则相应地增加磁头壁厚。12，2。夹套是夹在搅拌反应器外壳外的直径稍大的容器。形成罐外壁和密封空间，在此空间中传递到加热或冷却材料流体介质。常用的整体夹克结构如图5-3所示。(a)只有部分夹克在传热面积不大时使用。(b)用于一些常用典型结构的圆柱和底头的夹克；(c)在分段套管的情况下，在分段之间设置加强环，或在坦克细长的情况下采用具有适当加强效果的夹克帽结构。(d)具有相对最大传热面积的全包夹克。13，14，夹套和油箱之间的连接可以分离和分离。15，

4、表5-2夹直径Dj与壳直径Di的关系Di 50 600 700 1800 2000 3000 Dj 55 650 800 1900 2200 3200为确保罐内液体和夹内介质的完全传热，夹高度Hj具有以下关系16、根据夹头厚度上方的内压容器壁厚设计方法计算。如果夹具的介质压力高或反应器直径大，则可以设计成图5-6所示的半圆形管、型钢、蜂窝状夹头结构。17，表5-3各种卡子集整体半圆管钢夹蜂窝温度/c) 350 300 280 225250压力/MPa 0.6 1 . 6 1 . 0 6 . 4 0 . 6 2 . 5 2 . 5 4 . 0，18蛇管在混合反应器中，如果夹管传热不能满足工艺要求

5、，或者槽结构不能使用夹套，则可以使用蛇管传热，单行蛇管结构如图5-7所示。常用蛇形管公称直径DN=25mm70mm，蛇形管的纵横比可以参考表5-4选择。，19，20，3搅拌器，反应器中搅拌器的作用是提高反应率，加强传质和传热效果，均匀搅拌，提供适当的流动状态，加快反应速度。搅拌器过程的正常进行取决于搅拌器的类型、结构、强度等。搅拌器的样式很多，通常由工艺条件决定。21，1，搅拌器类型，(a)根据搅拌器形状划分，常用的搅拌器类型包括桨、涡轮、推进式、锚、框架、螺旋皮带、螺丝等。如图5-10所示。桨湍流湍流湍流涡轮推进式，22，(2)平叶盘框架锚涡轮螺纹皮带螺柱，23，(2)根据流动模式设定搅拌器

6、，根据流动模式分为轴流和流出样式。轴流包括推进、螺旋皮带、螺丝、盖叶片开放涡轮等。分型式包括平头、折弯叶片开式涡轮、平头、折弯圆盘涡轮、桨及其导出类型。常用类型包括推进式、平坦、弯曲涡轮和桨式。24，(3)根据搅拌器的速度，搅拌器可以分为快速搅拌器和慢搅拌器两种。快速搅拌器有圆盘涡轮型、涡轮型、推进型等。缓慢的搅拌机有桨、框架、锚、螺丝、螺丝等。25，2，选择搅拌器，选择搅拌器的方法根据实践经验，选择使用习惯桨类型，然后在常用范围内确定搅拌器的各种参数，或者通过小测试获得数据，可以进行比较放大设计方法。搅拌器的选择也要考虑功耗问题。在产生相同的搅拌效果时，要求尽可能少地消耗电力。搅拌器的结构也

7、是选择中要考虑的因素。完整的选择方案必须满足经济及安全要求。总之，任何选择方法与原搅拌器目的或不同搅拌器导致材料在不同流动状态下产生的不同搅拌器效果等根本出发点无关。26，4节驱动和搅拌轴，1，驱动混合装置通常具有单独的传输机制，包括电动机、减速装置、耦合和支脚。如图5-11所示。27、(a)电动机是根据功率、速度、安装方法、防爆要求等选择的。马达功率Ne取决于搅拌功率和传动装置的机械效率。即N搅拌功率，kw；Nm轴密封的摩擦损失功率，kw；3354驱动器的机械效率，28，1。搅拌器功率，搅拌器过程中需要动力，所以这种动力一般称为搅拌功率。具有特定结构形式的设备上装有具有一定物性的液体，以一定

8、的速度搅拌时液体启动并流动，此时为了继续启动搅拌机所需的电力称为搅拌器功率。这里提到的搅拌器功率不包括机械传动装置和轴密封部分使用的功率。29，2。搅拌器工作功率，搅拌器介质有一定的物理过程和化学反应过程，也就是有一定的目的。不同的混合过程、不同的物理属性以及完成该过程所需的动力量取决于该过程的属性。我们用搅拌器在反应器中以最佳方式搅拌液体所需的功率称为搅拌器工作功率。搅拌器的功率与搅拌器的工作功率完全相同，因此搅拌器过程可以按最佳方式进行。30，3。影响搅拌器功率的因素，搅拌器的功率与油箱引起的流动状态有关，因此影响流动状态的因素也必须是影响搅拌器功率的因素。搅拌器的形状和操作参数：桨直径、

9、桨宽度、桨角、桨速度、桨数、桨数、凹槽安装高度等。搅拌反应器外壳的几何参数：反应器外壳内径、液体深度、挡板宽度、挡板数、导流板大小等。搅拌介质的物理性质：液体的密度、液体的粘度、重力加速度等。，31，4。混合工艺功率的确定，(1)液体单位体积平均混合功率的建议值液体单位体积平均混合功率的大小通常用于反映搅拌难度。以相同的混合过程占据液体单位体积的平均搅拌功率也应该是常用的比较放大标准。对于Re 104或更高湍流区域操作的以下过程，液体单位体积的平均搅拌功率等于表5-6中的建议值。32，表5-6平均混合功率建议值混合过程的种类液体单位体积平均混合功率/(HP/m3)液体混合0.09固体有机物悬浮

10、0.264 0.3960固体有机物溶解0.396 0.528固体矿物溶解1.32乳液聚合(间歇).3.96，33，(2)搅拌轴，34，35，搅拌轴的临界速度搅拌轴的工作速度与轴的固有频率或接近，则称轴为强振动，即共振现象。发生共振时的速度称为临界速度。项目的轴速度应避免临界速度。搅拌器轴和搅拌器作为一个整体有多个临界速度。如果是工作速度。低于第一临界速度NC的轴称为刚性轴，需要n0.7 NC。运行速度大于第一临界速度NC的轴称为柔性轴，需要n1.3 NC。搅拌轴通常是刚性轴，速度不太高，轴的速度可以根据下表选择。36、轴承放置问题是保证设备正常运行的关键。轴承放置通常有三种情况，即轴承位于支架

11、内(图5-15)。轴承主要受径向负载，轴向负载由减速器或马达的中心推力轴承决定，但可承受的轴向力有限。轴承位于密封件上，与密封件紧密连接(图5-16)，主要控制密封件的摆动，以确保密封件的正常运行。37，38，典型的搅拌轴支持依赖于减速内部的轴承对，如图5-17所示，39，搅拌轴的一端延伸到人槽内，因此操作时容易发生振动，如果轴的悬臂太长或轴直径太长，则经常发生搅拌轴弯曲或完全破坏的情况。为了防止这种情况，悬臂支架设置第40、5轴密封、轴密封的目的是保证设备内一定正压或真空条件下的操作，防止材料逸出或杂质渗透。轴密封有多种样式，最常见的是填料密封、机械密封、迷宫密封、浮动环密封等。搅拌器轴密封也属于轴密封的类别，但并非所有的轴密封样式都可以用于混合设备，因为搅拌器轴密封在混合反应装置内保证一定的正压或真空，防止反应物逸出或杂质混合。41，1，填料密封，填料密封结构一般由衬套、填料箱、填料环、封口、压缩螺栓等组成，如图5-18所示。42，2，机械密封，机械密封，功耗小，泄漏率低，密封性能稳定，使用寿命长，广泛应用于各种技术领域。与填料密封相比，机械密封的泄漏率约为填料密封的1%。在机械密封运行期间，轴上安装的浮动环在浮动环上安装的辅助密封沿轴表面的小轴移动，除非由于磨损需要轴向移动补偿，因此轴或套筒的磨损无关紧要。因此，不需要轴或套筒的维护。机械密封有很多优点，被广泛用于搅