搅拌器的机械设计.ppt

1,第九章搅拌器的机械设计,教学重点：搅拌器的型式及选型,2,一、作用,1、使物料混合均匀,第一节概述,2、强化传热、传质,3,1-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,4,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,5,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,6,二、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。,7,三、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。,8,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。,9,四、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7580。,10,1.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,11,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,12,桨式搅拌器的转速一般为20100r/min，最高粘度为20Pas。,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。,13,2.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=1/41/3，叶端速度一般为710m/s，最高达15m/s。,图9-4推进式搅拌器,14,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。,15,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。,16,3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,17,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。,18,4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10100Pas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,19,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100Pas的流体时，应采用螺带式或螺杆式。,20,一、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。,21,2、影响搅拌器功率的因素,22,3、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),注1Hp=735.499W,表9-2不同搅拌种类液体单位体积的平均搅拌功率,23,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,24,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,25,一、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,26,物料特性对罐体长径比的要求,表93几种搅拌罐的长径比,27,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,28,二、顶盖的结构(自学),29,一、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,30,二、轴的计算,1、轴的强度计算,2、轴的刚度计算,31,二、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,32,1、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,33,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。,34,2、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,35,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,36,1弹簧；2动环；3静环,图9-12机械密封结构,37,图9-13机械密封的基本结构及组成,38,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：,39,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。,40,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：,