《搅拌设备选型》PPT课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,1.1 物体的受力分析及其平衡条件,第6章 搅拌设备选型,6.1 概述,6.2 搅拌的目的,以液体为主体的搅拌操作,，常常将被搅物料分为液-液、气-液、固-液、气-液-固等四种情况。,搅拌的目的,促进混合,液-液混合、固-液悬浮、气-液分散、液-液分散、液-液乳化；,促进传热、传质、化学反应,加热、冷却、萃取、吸收、溶解、结晶、聚合；,搅拌设备的操作目的主要表现为,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；,使气体在液体中充分分散，强化传质或化学反应；,制备均匀悬浮液，促使固体加速溶解、浸取或液固化学反应；,强化传热，防止局部过热或过冷。,6.3 搅拌设备的基本结构,6.3 搅拌设备的基本结构,1-电动机；,2-减速机；,3-机架；,4-人孔；,5-密封装置；,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-载热介质进口；,21-气体进口,6.4 搅拌容器,1.,内容器（釜体）,组成结构,筒体：圆筒形,封头：碟形或椭球形封头、锥形封头、平盖,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）,6.4 搅拌容器,安放方式,立式釜,常压：平底釜（容易产生应力集中，故而不应用于压力釜）,物料对环境无污染，且对尘埃不敏感：敞口,淤浆：锥形封头（出料方便）,卧式釜（通常半釜操作）,常用于气液传质过程（气液接触面积大）：气-液吸收、聚合物（高粘系）脱挥,常用于粉体混合,卧式设备有单轴的也有双轴的自清洁效果,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刮壁式搅拌设备,6.4 搅拌容器,6.4 搅拌容器,几何尺寸的确定,容积V由装料系数决定,直立式搅拌容器指内筒体和下封头两部分容积之和；,卧式搅拌容器指筒体和左右两封头容积之和。,6.4 搅拌容器,筒体的高径比H/D由装液高径比H,L,/D和装料系数决定,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,物料性质,搅拌特性,搅拌器层数,反应特征,传热特性,聚合釜为何H,L,/D这么大？,壁厚,由强度决定,6.4 搅拌容器,2.换热元件：夹套和内盘管,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，且不占用有效体积,夹套,整体夹套,型钢夹套,半管夹套,蜂窝夹套,螺旋板式夹套,6.4 搅拌容器,整体夹套,冷却水下进上出、加热蒸气上进下出,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,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,半管夹套,（耐压，表面传热系数提高1/3，且提高了夹套的强度）,蜂窝夹套,（减小筒体壁厚，强化传热）,螺旋板式夹套,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。,6.4 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,6.4 搅拌容器,氯乙烯悬浮聚合釜,间歇分批式操作规模效应反应器大型化（200M,3,）,聚合压力8个大气压,常规釜（国产80M,3,）釜壁31mm,蜂窝夹套（日本神钢泛技术公司 内部夹套）,双壳夹套（住友重机）,6.4 搅拌容器,盘管,6.4 搅拌容器,螺旋形盘管,夹套无法满足传热要求 或 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,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,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,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。,生产丁苯橡胶的乳液聚合反应釜，容积30M,3,，32根13组416根内冷管，传热面积114M,2,6.5 搅拌器,1.,流型,轴向流、径向流和切向流,轴向流与径向流对混合起主要作用，而切向流应加以抑制。,采用挡板可削弱切向流，增强轴向流和径向流,6.5 搅拌器,2.搅拌器的分类,按搅拌器的桨叶结构分类,平叶、斜（折）叶、弯叶、螺旋面叶式搅拌器,按搅拌器的用途分类,低粘流体用搅拌器、高粘流体用搅拌器,按流体流动形态分类,轴向流搅拌器、径向流搅拌器以及混合流搅拌器,6.5 搅拌器,搅拌器图谱,6.5 搅拌器,3.搅拌器的选用原则,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，至今对搅拌器的选用仍带有很大的,经验性,。,选型一般从三个方面考虑,搅拌目的、物料粘度和搅拌容器的容积大小,。,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,6.5 搅拌器,4.搅拌器的选用举例,如按介质的粘度选型,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；,可选用传统的推进式、桨式、涡轮式等搅拌器。,而高粘度介质的流体则不然，需直接用搅拌器来推动；,可选用锚式和框式等搅拌器。,6.5 搅拌器,6.5 搅拌器,低粘度,高粘度,10,4,10,3,10,2,10,1,10,-1,10,-2,10,-3,粘度(Pas),日常生活中各种,物质的粘度范围,水：约1mPas,低粘乳液：约数 mPas,重油：约数十 mPas,润滑油：约 0.1Pas,蜂蜜：约 1 Pas,涂料：约数 Pas,油墨：约数十 Pas,牙膏：约 50 Pas,口香糖：约 100 Pas,嵌缝胶：约 千 Pas,塑料熔体：近万Pas,橡胶混合物：近万Pas,搅拌器的粘度适用范围,6.5 搅拌器,5.搅拌功率的计算,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。,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传动装置。,影响搅拌功率的因素,搅拌器的几何尺寸与转速,搅拌容器的结构,搅拌介质的特性,重力加速度,6.5 搅拌器,6.搅拌附件,搅拌附件主要有挡板、导流筒和稳定器,设置原因：,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,对搅拌轴产生冲击作用，从而影响搅拌器的使用寿命,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。,6.5 搅拌器,挡板,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。,设置方法：一般在容器内壁面均匀安装4块挡板，其宽度为容器直径的1/121/10。,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,全挡板条件,：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关。,6.5 搅拌器,6.5 搅拌器,导流筒,导流筒结构：上下开口的圆筒，安装于容器内,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，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，减少了流体短路的机会。,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,6.5 搅拌器,6.6 搅拌轴,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，将功率传递给搅拌器以克服其旋转时遇到的阻力偶矩而对流体作功,要求：搅拌轴轴径d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，还应有合理的结构、较高的加工精度和配合公差,组成：,轴颈：支承部分（必须成为静定梁）；,轴头：安装搅拌器；,轴身：杆件部分,6.6 搅拌轴,6.7 轴封,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,轴封类型：主要有填料密封和机械密封,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,填料密封与机械密封比较：,机械密封的泄漏量仅为填料密封的1%；,机械密封的摩擦功率损耗仅为填料密封的10%50%；,填料密封结构简单，加工要求较低，成本低廉。,6.7 轴封,全封闭密封,磁力传动搅拌装置,结构：由磁力联轴器传递扭矩,特点：与传统的轴封相比，采用磁力搅拌装置最突出的优势是,可完全消除搅拌设备内的气体通过轴封向外泄漏,。,6.8 传动装置,组成：包括电动机、减速机、联轴器、搅拌轴、机架及凸缘法兰等。,1-电动机；,2-减速机；,3-单支点机架；,4-(釜外)带短节联轴器；,5-轴封；,6-传动轴；,7-安装底盖；,8-凸缘法兰；,9-(釜内)联轴器；,10-搅拌轴。,6.8 传动装置,联轴器,功能：将两个独立的轴牢固地连在一起,以进行传递旋转运动和功率,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。,套筒联轴器,凸缘联轴器,6.8 传动装置,轴承,功能：,为搅拌轴设置的支承,分类,按承载方向,向心轴承（主要承载径向荷载）,推力轴承（主要承载轴向荷载）,向心推力轴承（径向、轴向荷载）,按轴承工作时的摩擦性质,6.8 传动装置,减速机,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。,搅拌轴运转速度大多在30600 rpm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。,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,选用：应选用釜用（立式）减速机,