搅拌器的机械设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 搅拌器的机械设计,教学重点：,搅拌器的型式及选型,1,一、作用,1,、使物料,混合均匀,第一节 概述,2,、强化传热、传质,使气体在液相中很好地分散,使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮,使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化,强化相间的传质（如吸收等）,强化传热,2,1-,搅拌器,2-,罐体,3-,夹套,4-,搅拌轴,5-,压出管,6-,支座,7-,人孔,8-,轴封,9-,传动装置,图,9-1,搅拌设备结构图,二、结构,3,搅拌设备,搅拌装置,轴封,搅拌罐,罐体,附件,搅拌轴,搅拌器,传动装置,4,第二节 搅拌器的型式及选型,一、常见型式,图,9-2,典型的搅拌器图,5,二、搅拌器的功能,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。,6,三、选型,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。,7,表,9-1,搅拌器型式适用条件表,注表中空白为不适或不详，为适合。,搅拌器型式,流动状态,搅拌目的,搅拌容器容积,(m,3,),转速范围,(r/min),最高粘度,(P),对流循环,湍流扩散,剪切流,低粘度混合,高粘度液混合传热反应,分散,溶解,固体悬浮,气体吸收,结晶,传热,液相反应,涡轮式,1100,10300,500,桨式,1200,10300,20,推进式,11000,10500,500,折叶开启涡轮式,11000,10300,500,布尔马金式,1100,10300,500,锚式,1100,1100,1000,螺杆式,150,0.550,1000,螺带式,150,0.550,1000,8,四、几种常用搅拌器简介,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,。,9,1.,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。,图,9-3,桨式搅拌器,10,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。,主要应用,11,桨式搅拌器的转速一般为,20,100,r/min,，,最高粘度为,20,Pas,。,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。,12,2.,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，其螺距与桨直径,d,相等。,它直径较小，,d/D,=1/4,1/3,，叶端速度一般为,7,10,m/s,，最高达,15,m/s,。,图,9-4,推进式搅拌器,13,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。,14,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。,主要应用,15,3,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,9-5,涡轮式搅拌器,16,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。,主要应用,17,4,锚式搅拌器,结构简单。,适用于粘度在,100Pas,以下的流体搅拌，当流,体粘度在,10,100Pas,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,18,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。,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,100,Pas,的流体时，应采用螺带,式或螺杆式。,主要应用,19,一、,搅拌器功率和搅拌器作业功率,1,、定义,搅拌功率,搅拌器功率,搅拌作业功率,第三节 搅拌器的功率,最理想状态：搅拌器功率搅拌作业功率,搅拌过程进行时需要动力，笼统地称这一动力时叫做搅拌功率。,为使搅拌器连续运转所需要的功率称为搅拌器功率。,搅拌器使搅拌槽中的液体以最佳方式完成搅拌过程所需要的功率。,20,2,、影响搅拌器功率的因素,搅拌器的几何参数与运转参数,搅拌槽的几何参数,搅拌介质的物性参数,21,3,、从搅拌作业功率的观点决定搅拌过程的功率,液体单位体积的平均搅拌功率的推荐值(表92),搅拌过程的种类,液体单位体积的平均搅拌功率,/(,Hp/m,3,),液体混合,0.09,固体有机物悬浮,0.2640.396,固体有机物溶解,0.3960.528,固体无机物溶解,1.32,乳液聚合,(,间歇式,),1.322.64,悬浮聚合,(,间歇式,),1.5851.894,气体分散,3.96,注,1,Hp,=735.499,W,表,9-2,不同搅拌种类液体单位体积的平均搅拌功率,22,按搅拌过程求搅拌功率的算图,图,9-7,由搅拌过程求搅拌功率的算图,23,将该点与某一搅拌过程连线，交于搅拌功率线，即可求得该过程的搅拌功率,从液体容积值与液体粘度值连线，交于参考线；,由该点与液体比重连线，并交于参考线上某点；,图,9-7,由搅拌过程求搅拌功率的算图,24,一、,罐体的,尺寸确定,罐体长径比对搅拌功率的影响,第四节 搅拌罐结构设计,罐体长径比对传热的影响,需要较大搅拌功率的，长径比可以选得小些。,体积一定时，长径比越大，表面积越大，越利于传热；并且此时传热面距罐体中心近，物料的温度梯度就越大，有利于传热效果。因此，单纯从夹套传热角度考虑，一般希望长径比大一些。,1,、,罐体长径比,25,物料特性对罐体长径比的要求,表,93,几种搅拌罐的长径比,种类,设备内物料类型,长径比,一般搅拌罐,液,-,固相、液液相,1,1.3,气液相,1,2,聚合釜,悬浮液、乳化液,2.08,3.85,发酵罐类,发酵液,1.7,2.5,26,装料系数,初步计算筒体内径,确定筒体直径和高度,一般取0.60.8,2,、,搅拌罐装料量,27,二、,顶盖的结构(自学),28,一、,传动装置,第五节 传动装置及搅拌轴,一般包括电动机、减速装置、联轴节及搅拌轴,图,9-8,齿轮减速机,图,9-9,涡轮减速机,29,二、轴的计算,1,、轴的强度计算,2,、轴的刚度计算,30,二、轴封,机械搅拌反应器,轴封,主要有两种,轴的密封装置,填料密封,机械密封,避免介质通过转轴从搅拌容器内泄漏或外部,杂质渗入搅拌容器内。,目的,31,1,、填料密封,图,9-10,填料密封的结构,1,压盖,2,双头螺柱,3,螺母,4,垫圈,5,油杯,6,油环,7,填料,8,本体,9,底环,32,工作原理,在压盖压力作用下，装在搅拌轴与填料箱本体之间的填料，对搅拌轴表面产生径向压紧力。,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，另一方面阻止设备内流体的逸出或外部流体,的渗入，达到密封的目的。,33,2,、机械密封,把转轴的密封面从轴向改为,径向,，通过动环和静,环两个端面的相互贴合，并作相对运动达到密封,的装置，又称,端面密封,。,泄漏率低，密封性能可靠，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,34,由固定在轴上的动环及弹簧压紧装置、固定在设备上的静环以及辅助密封圈组成。,机械密封的结构及工作原理,结构,35,1,弹簧；,2,动环；,3,静环,图,9-12,机械密封结构,36,图,9-13,机械密封的基本结构及组成,37,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，阻止容器内介质从接触面上泄漏。,工作原理,动环与轴之间的密封，属静密封，密封件常用“,O”,形环。,A,点：,图中有四个密封点：,38,B,点：,动密封,密封的关键,动环和静环作相对旋转运动时的端面密封，属动密,封，是机械密封的关键。,两个密封端面的平面度和粗糙度要求较高，依靠介,质的压力和弹簧力使两端面保持紧密接触，并形成,一层极薄的液膜起密封作用。,39,静环座与设备之间的密封，属静密封。,通常设备凸缘做成凹面，静环座做成凸面，,中间用垫片密封。,C,点：,静环与静环座之间的密封，属静密封。,D,点：,40,