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1、1 釜式反应器的结构 搅拌器的选择 化学反应过程与设备 2 能力目标 1能选择合适的搅拌器 3 知识目标 1理解搅拌釜中的流动与混和 2理解搅拌器的种类特点 3理解搅拌器的选型原则 4 主要内容 1搅拌液体的流动特性 2搅拌器的型式选择 5 搅拌器 1、 搅拌器与流动特征 定义 功能 搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键 部件。 提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。 原理搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近形 成高湍动的充分混合区，并产生一股高速射流推动液 体在搅拌容器内循环流动。 流型 流体循环流动的途径。 一、流型 流型与搅拌的关系 流型与搅拌效果、搅拌功 率的关系十分
2、密切。搅拌 器的改进和新型搅拌器的 开发往往从流型着手。 流型决定因素 取决于搅拌器的形式、搅拌 容器和内构件几何特征，以 及流体性质、搅拌器转速等 因素。 搅拌机顶插式中心安装 立式圆筒的三种基本流型 径向流 轴向流 切向流 流型 流体流动方向垂直于 搅拌轴，沿径向流动， 碰到容器壁面分成二 股流体分别向上、向 下流动，再回到叶端， 不穿过叶片，形成上、 下二个循环流动。 (a)径向流 图1 搅拌器与流型 (a) 径向流 流体流动方向平行于 搅拌轴，流体由桨叶 推动，使流体向下流 动，遇到容器底面再 向上翻，形成上下循 环流。 (b)轴向流 图2 搅拌器与流型 (b) 轴向流 无挡板的容器内
3、，流 体绕轴作旋转运动， 流速高时液体表面会 形成漩涡，流体从桨 叶周围周向卷吸至桨 叶区的流量很小，混 合效果很差。 (c)切向流 图3 搅拌器与流型 (c) 切向流 上述三种流型通常同时存在 轴向流与径向流对混合起主要作用 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 除中心安装的搅拌机外，还有偏心式、底插式、侧 插式、斜插式、卧式等安装方式，见图4。 不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。 11 图4 搅拌器在容器内的安装方式 (a) 垂直 偏心式 (b) 底插式 (c) 侧插式 (d) 斜插式 (e) 卧式 挡板与导流筒 (1) 挡板 目的消除打漩和提高混合效果。
4、物料粘度小，搅拌转速高 ，液体随桨叶旋转，在离 心力作用下涌向内壁面并 上升，中心部分液面下降 ，形成漩涡，称为打漩区 。 打漩 后果 随转速增加，漩涡中心下凹到与桨叶接触，外面空气进 入桨叶被吸到液体中，使其密度减小，混合效果降低。 一般在容器内壁面均匀安装4块挡板 宽度为容器直径的1/121/10。 全挡板条件 当再增加挡板数和挡板宽度，而功率消耗不再增加 时，称为全挡板条件。 全挡板条件与挡板数量和宽度有关。 搅拌容器中的传热蛇管可部分或 全部代替挡板，装有垂直换热管 时一般可不再安装挡板。 图5 挡板 (2) 导流筒 作用上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌 混合中起导流作用。 (a)
5、涡轮式或桨 式搅拌器 (b) 导流筒 置于桨叶的 上方 (b)推进式搅拌器 导流筒套在桨 叶外面，或略 高于桨叶 图6 导流筒 结构 当搅拌器置于导流筒之下，且容器直径又较大 时，导流筒的下端直径应缩小，使下部开口小 于搅拌器的直径。 通常导流筒上端低于静液面，筒身上开孔或槽， 当液面降落后流体仍可从孔或槽进入导流筒。 导流筒将搅拌容器截面分成面积相等的两部分 ，导流筒直径约为容器直径的70%。 流动特性 搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。 搅拌器对流体产生二种作用，剪切作用和循环作用。 剪切作用与液液搅拌体系中液滴的细化、 固液搅拌体系中固体粒子的破碎以及气液 搅拌体系中气泡的
6、细微化有关。 当输入液体的能量主要用于对流体的剪切 作用时，则称为剪切型叶轮，如径向涡轮式、 锯齿圆盘式等。 流动特性 搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。 搅拌器对流体产生二种作用，剪切作用和循环作用。 循环作用与混合时间、传热、固体的悬 浮等相关。 当搅拌器输入流体的能量主要用于流体 的循环作用时，称为循环型叶轮，如框式、 螺带式、锚式、桨式、推进式等为循环型叶 轮。 2、 搅拌器分类、图谱及典型搅拌器特性 一、搅拌器分类 按流体流动形态 轴向流搅拌器 径向流搅拌器 按结构分为 平叶 折叶 螺旋面叶 桨式、涡轮式、框式和 锚式的桨叶都有平叶和 折叶两种结构 推进式、螺杆式和螺带
7、 式的桨叶为螺旋面叶 混合流搅拌器 轴向流搅拌器 按搅拌 用途分为 低粘流体 用搅拌器 高粘流体 用搅拌器 低粘流体搅拌器有： 推进式、长薄叶螺旋桨、 桨式、开启涡轮式、圆盘 涡轮式、布鲁马金式、板 框桨式、三叶后弯式、MIG 和改进MIG等。 高粘流体搅拌器有： 锚式、框式、锯齿圆盘式、 螺旋桨式、螺带式（单螺带、 双螺带）、螺旋螺带式等。 图7 搅拌器流型分类图谱 轴流式混流式径流式 搅拌器 24 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。 25 二、几种常用搅拌器： 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
8、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8 桨式搅拌器 26 浆式搅拌器 27 主要应用 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。 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。 28 桨式搅拌器的转速一般为20100r/min ， 最高粘度为20Pas 。其常用参数见表17-5。 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。 表1 桨式搅拌器常用参数 常用尺寸常用运转转
9、条件 常用介质质 粘度范围围 流动动状态态备备注 d/D=0.350.8 b/d=0.10.25 Bn=2 n=1 100r/min v=1.0 5.0m/s 小于 2Pas 低转转速时时水平环环 向流为为主；转转速 高时为时为 径向流； 有挡挡板时为时为 上下 循环环流 当d/D=0.9以上， 并设设置多层桨层桨 叶 时时，可用于高粘 度液体的低速搅搅 拌。在层层流区操 作，适用的介质质 粘度可达 100Pas, v=1.03.0m/s 折叶式 =45，60 折叶式有轴轴向、 径向和环环向分流 作用 注：n转速； v叶端线速度； Bn叶片数； d搅拌器直径；D容器内径：折叶角。 30 2.
10、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 710 m/s，最高达15 m/s。 图9 推进式搅拌器 31 旋桨式搅拌器 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。 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。 循环性能好，剪切作用不大， 属于循环型搅拌器 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
11、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。 常用参数见表17-6 表2 推进式搅拌器常用参数 常用尺寸常用运 转转条件 常用介质质 粘度范围围 流动动状态态备备注 d/D=0.2 0.5(以 0.33居多) p/d=1,2 Bn=2,3,4( 以3居多) p螺距 n=100 500r/m in v=3 15m/s 小于 2Pas 轴轴流型，循 环环速率高， 剪切力小。 采用挡挡板或 导导流筒则轴则轴 向循环环更强 最高转转速可达 1750r/min:最高 叶端线线速度可达 25m/s。转转速在 500r/min以下， 适用介质质粘度可 达50Pa.s 35 涡
12、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。见图 10。 3涡轮式搅拌器 图10 涡轮式搅拌器 36 涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器分为 开式 盘式 开式有： 平直叶、斜叶、弯叶等。 叶片数为2叶和4叶 盘式有： 圆盘平直叶、圆盘斜叶、 圆盘弯叶等。叶片数常 为6叶。 为改善流动状况， 有时把桨叶制成凹形或箭形 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。 平直叶剪切作用较大，属剪切型搅拌器。 弯叶 指叶片朝着流
13、动方向弯曲，可降低功率 消耗，适用于含有易碎固体颗粒的流体搅拌。 表3 涡轮式搅拌器常用参数 型式常用尺寸 常用运转转 条件 常用介质质粘 度范围围 流动动状态态备备注 开式 涡涡 轮轮 d/D=0.20.5 (以0.33居多) b/d=0.2 Bn=,3,4,6,8 (以6居多) 折叶式 =30,45,60 后弯式 =30,50,60 后弯角 n=10 300r/min v=4 10m/s 折叶式 v=2 6m/s 小于 50Pas， 折叶和后弯 叶小于 10Pas 平直叶、 后弯叶为为 径向流型 。在有挡挡 板时时以桨桨 叶为为界形 成上下两 个循环环流 。 折叶的还还 有轴轴向分 流，近
14、于 轴轴流型 最高转转速 可达 600r/min 圆盘圆盘 上下 液体的混 合不如开 式涡轮涡轮 盘盘式 涡涡 轮轮 d:l:b=20:5:4 d/D=0.20.5 (以0.33居多) Bn=4,6,8 =45,60 =45 n=10 300r/min v=4 10m/s 折叶式 v=2 6m/s 小于 50Pas， 折叶和 后弯叶 小于 10Pas 40 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11 锚式搅拌器 41 锚式搅拌器 应用 锚式或框式桨叶的混合
15、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。 常用尺寸常用运转转条 件 常用介质质 粘度范围围 流动动状态态备备注 d/D= 0.90.98 b/D=0.1 h/D= 0.48 1.0 n= 1100r/min v=15m/s 小于 100Pas 不同高度 上的水平 环环向流 为为了增大搅搅 拌范围围，可 根据需要在 桨桨叶上增加 立叶和横梁 表4 锚式搅拌器常用参数 44 3.搅拌器的选用
16、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。 搅拌器选型一般从三个方面考虑 搅拌目的 物料粘度 搅拌容器容积的大小 45 仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表5。 一、按搅拌目的选型 常用的搅拌器选用方法： 搅搅拌目的挡挡板条件推荐形式流动动状态态 互溶液体的混合及 在其中进进行化学反 应应 无挡挡板 三叶折叶涡轮涡轮 、六叶折叶开启涡涡 轮轮、桨桨式、圆盘涡轮圆盘涡轮 湍流 (低粘流体 ) 有导导流筒 三叶折叶涡轮涡轮 、六叶折叶开启涡涡 轮轮、推进进式 有或无导导流筒 桨桨式、螺杆式、框式、螺带带式、锚锚 式 层层流 (高粘流体 ) 固液相分散及在 其中溶解和进进行化 学反应应 有或无挡挡板桨桨式、六叶折叶开启式涡轮涡轮 湍流
