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搅拌器的型式及选型2一

发布时间:2020-07-27 17:07

  搅拌器的型式及选型2一_物理_自然科学_专业资料。搅拌器的型式及选型2一

  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 第一节 一、作用 1、使物料 混合均匀 概述 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 2、强化传 热、传质 强化相间的传质(如吸收等) 强化传热 2 二、结构 图9-1 搅拌设备结构图 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 3 传动装置 搅拌装置 搅拌轴 搅拌器 搅拌设备 轴封 罐体 搅拌罐 附件 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 搅拌目的 搅拌器选型 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 流动状态 搅拌器型式 对 流 循 环 湍 剪 流 切 扩 流 散 低 粘 度 混 合 高粘 度液 混合 传热 反应 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 分 散 搅拌目的 溶 解 固 体 悬 浮 ○ ○ ○ ○ 气 体 吸 收 ○ 结 晶 传 热 液 相 反 应 ○ ○ ○ ○ ○ 搅拌容 器容积 (m3) 转速范 围(r/min) 最高 粘度 (P) 涡轮式 桨式 推进式 折叶开启涡轮式 布尔马金式 锚式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1~100 1~200 1~1000 10~300 10~300 10~500 500 20 500 1~1000 1~100 1~100 10~300 10~300 1~100 500 500 1000 ○ ○ ○ ○ ○ 螺杆式 螺带式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1~50 1~50 0.5~50 0.5~50 1000 1000 注 表中空白为不适或不详,○为适合。 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。 11 桨式搅拌器的转速一般为20~100r/min , 最高粘度为20Pa· s。 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 主要应用 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。 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 主要应用 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。 17 4.锚式搅拌器 结构简单。 适用于粘度在100Pa· s 以下的流体搅拌,当流 体粘度在10~100Pa· s 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 主要应用 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100Pa· s 的流体时,应采用螺带 式或螺杆式。 19 第三节 搅拌器的功率 搅拌过程进行时需要动力,笼统 一、搅拌器功率和搅拌器作业功率 搅拌功率 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 搅拌器功率 的功率称为搅拌器功率。 搅拌器使搅拌槽中的液 搅拌作业功率 体以最佳方式完成搅拌 1、定义 过程所需要的功率。 最理想状态:搅拌器功率=搅拌作业功率 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9-2) 表9-2 不同搅拌种类液体单位体积的平均搅拌功率 搅拌过程的种类 液体单位体积的平均搅拌功率/(Hp/m3) 液体混合 固体有机物悬浮 固体有机物溶解 固体无机物溶解 乳液聚合(间歇式) 0.09 0.264~0.396 0.396~0.528 1.32 1.32~2.64 悬浮聚合(间歇式) 气体分散 注 1Hp=735.499W 1.585~1.894 3.96 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 ①从液体容积值与液体粘度值连线,交于参考线Ⅰ; ②由该点与液体 比重连线,并交 于参考线Ⅱ上某 点; ③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 图9-7 由搅拌过程求搅拌功率的算图 24 第四节 搅拌罐结构设计 一、罐体的尺寸确定 1、罐体长径比 罐体长径比对搅拌功率的影响 需要较大搅拌功率的,长径比可以选得小些。 罐体长径比对传热的影响 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。 25 物料特性对罐体长径比的要求 表9—3 几种搅拌罐的长径比 种类 设备内物料类型 液-固相、液-液相 气-液相 悬浮液、乳化液 长径比 1~1.3 1~2 2.08~3.85 一般搅拌罐 聚合釜 发酵罐类 发酵液 1.7~2.5 26 2、搅拌罐装料量 装料系数 Vg ? V ? ? 初步计算筒体内径 一般取0.6~0.8 Di ? 3 4Vg ?H ?? ?D ? i ? ? ?? ? 确定筒体直径和高度 27 二、顶盖的结构(自学) 28 第五节 传动装置及搅拌轴 一、传动装置 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 ?d 3 16 2、轴的刚度计算 ? Wp ? ?? ?k T? T? 180 0 ? ? ? ? 100 ? ? G0 J P ? 0 ? ? 30 二、轴封 填料密封 机械搅拌反应器 轴封主要有两种 机械密封 轴的密封装置 目的 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。 31 1、填料密封 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 图9-10 填料密封的结构 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 定义 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。 特点 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。 34 机械密封的结构及工作原理 结构 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。 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 工作原理 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。 图中有四个密封点: A点: 动环与轴之间的密封,属静密封,密封件常用“O”形环。 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 C点: 静环与静环座之间的密封,属静密封。 D点: 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。 40