搅拌设备选型

1.1 物体的受力分析及其平衡条件第第6章章 搅拌设备选型搅拌设备选型26.1 概述概述36.2 搅拌的目的搅拌的目的n以液体为主体的搅拌操作以液体为主体的搅拌操作，常常将被搅物料分为液，常常将被搅物料分为液-液、液、气气-液、固液、固-液、气液、气-液液-固等四种情况。固等四种情况。n搅拌的目的搅拌的目的n促进混合促进混合液液-液混合、固液混合、固-液悬浮、气液悬浮、气-液分散、液液分散、液-液分散、液分散、液液-液乳化；液乳化；n促进传热、传质、化学反应促进传热、传质、化学反应加热、冷却、萃取、吸收、溶加热、冷却、萃取、吸收、溶解、结晶、聚合；解、结晶、聚合；n搅拌设备的操作目的主要表现为搅拌设备的操作目的主要表现为n使不互溶的液体混合均匀，制备均匀混和液、乳化液，强化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；传质过程；n使气体在液体中充分分散，强化传质或化学反应；使气体在液体中充分分散，强化传质或化学反应；n制备均匀悬浮液，促使固体加速溶解、浸取或液固化学反制备均匀悬浮液，促使固体加速溶解、浸取或液固化学反应；应；n强化传热，防止局部过热或过冷。强化传热，防止局部过热或过冷。46.3 搅拌设备的基本结构搅拌设备的基本结构56.3 搅拌设备的基本结构搅拌设备的基本结构n1-电动机；n2-减速机；n3-机架；n4-人孔；n5-密封装置；n6-进料口；n7-上封头；n8-筒体；n9-联轴器；n10-搅拌轴；n11-夹套；n12-载热介质出口；n13-挡板；n14-螺旋导流板；n15-轴向流搅拌器；n16-径向流搅拌器；n17-气体分布器；n18-下封头；n19-出料口；n20-载热介质进口；n21-气体进口66.4 搅拌容器搅拌容器1.内容器（釜体）内容器（釜体）n组成结构组成结构n筒体：圆筒形筒体：圆筒形n封头：碟形或椭球形封头、锥形封头、平盖封头：碟形或椭球形封头、锥形封头、平盖n开孔接管：进料、出料、排气、测温、测压、凸缘法兰（焊开孔接管：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）在上封头，用于搅拌容器与机架的连接）76.4 搅拌容器搅拌容器n安放方式安放方式n立式釜立式釜n常压：平底釜（容易产生应力集中，故而不应用于压力釜）常压：平底釜（容易产生应力集中，故而不应用于压力釜）n物料对环境无污染，且对尘埃不敏感：敞口物料对环境无污染，且对尘埃不敏感：敞口n淤浆：锥形封头（出料方便）淤浆：锥形封头（出料方便）n卧式釜（通常半釜操作）卧式釜（通常半釜操作）n常用于气液传质过程（气液接触面积大）：气常用于气液传质过程（气液接触面积大）：气-液吸收、聚合液吸收、聚合物（高粘系）脱挥物（高粘系）脱挥n常用于粉体混合常用于粉体混合n卧式设备有单轴的也有双轴的卧式设备有单轴的也有双轴的自清洁效果自清洁效果n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体会滞流于间隙中刮壁式搅拌设备刮壁式搅拌设备86.4 搅拌容器搅拌容器96.4 搅拌容器搅拌容器n几何尺寸的确定几何尺寸的确定n容积容积V由装料系数决定由装料系数决定 直立式搅拌容器直立式搅拌容器指内筒体和下封头两部分容积之和；指内筒体和下封头两部分容积之和；卧式搅拌容器卧式搅拌容器指筒体和左右两封头容积之和。指筒体和左右两封头容积之和。n沸腾或起泡：沸腾或起泡：0.6-0.7n平稳：平稳：0.8-0.85106.4 搅拌容器搅拌容器n筒体的高径比筒体的高径比H/D由装液高径比由装液高径比HL/D和装料系数决定和装料系数决定n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n物料性质物料性质n搅拌特性搅拌特性n搅拌器层数搅拌器层数n反应特征反应特征n传热特性传热特性聚合釜为何聚合釜为何HL/D这么大？这么大？n壁厚壁厚 由强度决定由强度决定116.4 搅拌容器搅拌容器2.换热元件：夹套和内盘管换热元件：夹套和内盘管n当夹套的换热面积能够满足传热要求时，应优先选用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，且不占用有夹套，以减少容器的内构件，便于清洗，且不占用有效体积效体积n夹套夹套n整体夹套整体夹套n型钢夹套型钢夹套n半管夹套半管夹套n蜂窝夹套蜂窝夹套n螺旋板式夹套螺旋板式夹套126.4 搅拌容器搅拌容器n整体夹套整体夹套n冷却水下进上出、加热蒸气上进下出冷却水下进上出、加热蒸气上进下出n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置螺旋导流板n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，促使水进行湍动入口处安装扰流喷嘴，促使水进行湍动n半管夹套半管夹套（耐压，表面传热系数提高（耐压，表面传热系数提高1/3，且提高了夹套的，且提高了夹套的强度）强度）n蜂窝夹套蜂窝夹套（减小筒体壁厚，强化传热）（减小筒体壁厚，强化传热）n螺旋板式夹套螺旋板式夹套n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。由反应器的传热能力所决定。136.4 搅拌容器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146.4 搅拌容器搅拌容器n氯乙烯悬浮聚合釜氯乙烯悬浮聚合釜n间歇分批式操作间歇分批式操作规模效应规模效应反应器大型化（反应器大型化（200M3）n聚合压力聚合压力8个大气压个大气压n常规釜（国产常规釜（国产80M3）釜壁釜壁31mmn蜂窝夹套（日本神钢泛技术公司蜂窝夹套（日本神钢泛技术公司 内部夹套）内部夹套）n双壳夹套（住友重机）双壳夹套（住友重机）156.4 搅拌容器搅拌容器n盘管盘管166.4 搅拌容器搅拌容器n螺旋形盘管螺旋形盘管n夹套无法满足传热要求夹套无法满足传热要求 或或 无法采用夹套传热（釜内壁衬有橡无法采用夹套传热（釜内壁衬有橡胶等隔热材料）时，可利用盘管传热胶等隔热材料）时，可利用盘管传热n竖式蛇管竖式蛇管n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还能起到挡板的作用n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，严重影响传热效率较粘稠时，容易形成堆积和挂料，严重影响传热效率n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。是非常有效的手段。n生产丁苯橡胶的乳液聚合反应釜，容积生产丁苯橡胶的乳液聚合反应釜，容积30M3，32根根13组组416根内冷管，传热面积根内冷管，传热面积114M2176.5 搅拌器搅拌器1.流型流型n轴向流、径向流和切向流轴向流、径向流和切向流n轴向流与径向流对混合起主要作用，而切向流应加以轴向流与径向流对混合起主要作用，而切向流应加以抑制。抑制。采用挡板可削弱切向流，增强轴向流和径向流采用挡板可削弱切向流，增强轴向流和径向流186.5 搅拌器搅拌器2.搅拌器的分类搅拌器的分类n按搅拌器的桨叶结构分类按搅拌器的桨叶结构分类n平叶、斜（折）叶、弯叶、螺旋面叶式搅拌器平叶、斜（折）叶、弯叶、螺旋面叶式搅拌器n按搅拌器的用途分类按搅拌器的用途分类n低粘流体用搅拌器、高粘流体用搅拌器低粘流体用搅拌器、高粘流体用搅拌器n按流体流动形态分类按流体流动形态分类n轴向流搅拌器、径向流搅拌器以及混合流搅拌器轴向流搅拌器、径向流搅拌器以及混合流搅拌器196.5 搅拌器搅拌器n搅拌器图谱搅拌器图谱206.5 搅拌器搅拌器3.搅拌器的选用原则搅拌器的选用原则n搅拌操作涉及流体的流动、传质和传热，所进行的物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器的选用仍带有很大的经验性经验性。n选型一般从三个方面考虑选型一般从三个方面考虑搅拌目的、物料粘度和搅拌目的、物料粘度和搅拌容器的容积大小搅拌容器的容积大小。n此外，还应考虑功耗低、操作费用省，以及制造、维此外，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护和检修方便等因素216.5 搅拌器搅拌器4.搅拌器的选用举例搅拌器的选用举例n如按介质的粘度选型如按介质的粘度选型n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；流体循环，并至远处；可选用传统的推进式、桨式、涡轮式可选用传统的推进式、桨式、涡轮式等搅拌器。等搅拌器。n而高粘度介质的流体则不然，需直接用搅拌器来推动；而高粘度介质的流体则不然，需直接用搅拌器来推动；可选可选用锚式和框式等搅拌器。用锚式和框式等搅拌器。226.5 搅拌器搅拌器流动状态流动状态搅拌目的搅拌目的搅拌器型搅拌器型式式对对流流循循环环湍湍流流扩扩散散剪剪切切流流低粘低粘度液度液混合混合高粘高粘度液度液混合混合传热传热反应反应分分散散溶溶解解固固体体悬悬浮浮气气体体吸吸收收结结晶晶传传热热液液相相反反应应槽容积槽容积范围范围m3转速范围转速范围 r/min最高粘度最高粘度Pa.s涡轮式涡轮式11001030050桨式桨式12001030050推进式推进式110001005002折叶开启折叶开启涡轮式涡轮式110001030050布尔马布尔马金式金式11001030050锚式锚式11001100100螺杆式螺杆式1500.550100螺带式螺带式1500.55010023推推进进式式齿齿片片式式桨桨式式、涡涡轮轮式式三三叶叶后后掠掠式式螺螺带带和和螺螺杆杆式式INTERMIG、MIG传传统统叶叶轮轮锚锚式式、框框式式新新轴轴向向流流叶叶轮轮泛泛能能式式、最最大大叶叶片片式式、叶叶片片组组合合式式超超级级叶叶片片式式EKATO 同同轴轴前前进进式式（AR）锥锥螺螺带带（VCR）扭扭格格子子式式复复动动式式多多臂臂行行星星式式均均质质器器新新立立式式搅搅拌拌器器真真空空乳乳化化釜釜砂砂磨磨机机新新卧卧式式搅搅拌拌器器LIST-APBIVOLAKSCRHVRCONTERNA捏捏和和机机三三辊辊辗辗磨磨机机双双螺螺杆杆挤挤出出机机橡橡塑塑机机械械密密炼炼机机6.5 搅拌器搅拌器低粘度低粘度高粘度高粘度10410310210110-110-210-3粘度粘度(Pas)日常生活中各种日常生活中各种物质的粘度范围物质的粘度范围水：约水：约1mPas低粘乳液：约数低粘乳液：约数 mPas重油：约数十重油：约数十 mPas润滑油：约润滑油：约 0.1Pas蜂蜜：约蜂蜜：约 1 Pas涂料：约数涂料：约数 Pas油墨：约数十油墨：约数十 Pas牙膏：约牙膏：约 50 Pas口香糖：约口香糖：约 100 Pas嵌缝胶：约嵌缝胶：约 千千 Pas塑料熔体：近万塑料熔体：近万Pas橡胶混合物：近万橡胶混合物：近万Pas搅拌器的粘度适用范围搅拌器的粘度适用范围246.5 搅拌器搅拌器5.搅拌功率的计算搅拌功率的计算n搅拌功率是指搅拌器以一定转速进行搅拌时，对液体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。做功并使之发生流动所需的功率。n计算搅拌功率的目的，一是用于设计或校核搅拌器和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。传动装置。n影响搅拌功率的因素影响搅拌功率的因素n搅拌器的几何尺寸与转速搅拌器的几何尺寸与转速n搅拌容器的结构搅拌容器的结构n搅拌介质的特性搅拌介质的特性n重力加速度重力加速度256.5 搅拌器搅拌器6.搅拌附件搅拌附件n搅拌附件主要有挡板、导流筒和稳定器搅拌附件主要有挡板、导流筒和稳定器n设置原因：设置原因：搅拌器转速高时易产生漩涡流，影响搅拌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效果，剧烈打旋的液体结合漩涡作用,对搅拌轴产生冲对搅拌轴产生冲击作用，从而影响搅拌器的使用寿命击作用，从而影响搅拌器的使用寿命n插入容器内的进出料管、温度计、气体分布器等也具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。有挡板或导流筒类似的作用。266.5 搅拌器搅拌器n挡板挡板n挡板作用：将回转的切向流改变为径向流和轴向流，较大地挡板作用：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。增加了流体的剪切强度，从而改善搅拌效果。n设置方法：一般在容器内壁面均匀安装设置方法：一般在容器内壁面均匀安装4块挡板，其宽度为容块挡板，其宽度为容器直径的器直径的1/121/10。n效果：消除漩涡，改善主体循环；增大湍动程度；降低搅拌效果：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载荷的波动，使功率消耗保持稳定n全挡板条件全挡板条件：当再增加挡板数和挡板宽度，功率消耗不再增：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。关。276.5 搅拌器搅拌器286.5 搅拌器搅拌器n导流筒导流筒n导流筒结构：上下开口的圆筒，安装于容器内导流筒结构：上下开口的圆筒，安装于容器内n作用：既可提高容器内流体的搅拌强度，加强搅拌器对流体作用：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，的直接剪切作用，又造成一定的循环流，使容器内流体均可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，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。减少了流体短路的机会。n设置：导流筒主要用于推进式、螺杆式以及涡轮式搅拌器的设置：导流筒主要用于推进式、螺杆式以及涡轮式搅拌器的导流导流296.5 搅拌器搅拌器306.6 搅拌轴搅拌轴n功能：主要用来固定搅拌器，并从减速装置的输出轴功能：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搅拌器以克服其旋转时遇到的阻力偶矩而对流体作功n要求：搅拌轴轴径要求：搅拌轴轴径d必须满足强度和临界转速要求，当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应有合理的结构、较高的加工精度和配合公差n组成：组成：n轴颈：支承部分（必须成为静定梁）；轴颈：支承部分（必须成为静定梁）；n轴头：安装搅拌器；轴头：安装搅拌器；n轴身：杆件部分轴身：杆件部分316.6 搅拌轴搅拌轴326.7 轴封轴封n功能：主要用来保证搅拌设备内处于一定的正压或真功能：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空状态，防止被搅物料逸出和杂质的渗入n轴封类型：主要有填料密封和机械密封轴封类型：主要有填料密封和机械密封n特点：搅拌轴与静止釜体之间存在一个相对运动的密特点：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封面，故这种密封装置属于动密封n填料密封与机械密封比较：填料密封与机械密封比较：n机械密封的泄漏量仅为填料密封的机械密封的泄漏量仅为填料密封的1%；n机械密封的摩擦功率损耗仅为填料密封的机械密封的摩擦功率损耗仅为填料密封的10%50%；n填料密封结构简单，加工要求较低，成本低廉。填料密封结构简单，加工要求较低，成本低廉。336.7 轴封轴封n全封闭密封全封闭密封 磁力传动搅拌装置磁力传动搅拌装置n结构：由磁力联轴器传结构：由磁力联轴器传递扭矩递扭矩n特点：与传统的轴封相特点：与传统的轴封相比，采用磁力搅拌装置比，采用磁力搅拌装置最突出的优势是最突出的优势是可完全可完全消除搅拌设备内的气体消除搅拌设备内的气体通过轴封向外泄漏通过轴封向外泄漏。346.8 传动装置传动装置n组成：包括电动机、减速机、联轴器、组成：包括电动机、减速机、联轴器、搅拌轴、机架及凸缘法兰等。搅拌轴、机架及凸缘法兰等。n1-电动机；电动机；n2-减速机；减速机；n3-单支点机架；单支点机架；n4-(釜外釜外)带短节联轴器；带短节联轴器；n5-轴封；轴封；n6-传动轴；传动轴；n7-安装底盖；安装底盖；n8-凸缘法兰；凸缘法兰；n9-(釜内釜内)联轴器；联轴器；n10-搅拌轴。搅拌轴。356.8 传动装置传动装置联轴器联轴器n功能：将两个独立的轴牢固地连在一起功能：将两个独立的轴牢固地连在一起,以进行传递旋以进行传递旋转运动和功率转运动和功率n基本要求：最主要是应确保两根联接轴的同心，有时基本要求：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。还应具有一定的减少震动缓和冲击的能力功率。套筒联轴器套筒联轴器凸缘联轴器凸缘联轴器366.8 传动装置传动装置轴承轴承n功能：功能：为搅拌轴设置的支承为搅拌轴设置的支承n分类分类n按承载方向按承载方向n向心轴承（主要承载径向荷载）向心轴承（主要承载径向荷载）n推力轴承（主要承载轴向荷载）推力轴承（主要承载轴向荷载）n向心推力轴承（径向、轴向荷载）向心推力轴承（径向、轴向荷载）n按轴承工作时的摩擦性质按轴承工作时的摩擦性质376.8 传动装置传动装置减速机减速机n功能功能n用于电动机和工作机之间独立的闭式传动装置，其主要功能用于电动机和工作机之间独立的闭式传动装置，其主要功能是降低转速，并相应增大扭矩。是降低转速，并相应增大扭矩。n搅拌轴运转速度大多在搅拌轴运转速度大多在30600 rpm范围内，小于电动机的额范围内，小于电动机的额定转速，因而在电动机出口端大多需设置减速机。定转速，因而在电动机出口端大多需设置减速机。n类型：摆线针轮行星减速机、齿轮减速机和带减速机；类型：摆线针轮行星减速机、齿轮减速机和带减速机；此外，还有无级变速器，调频器也可调速此外，还有无级变速器，调频器也可调速n选用：应选用釜用（立式）减速机选用：应选用釜用（立式）减速机 若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！