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1、8.2 机械搅拌反应器机械搅拌反应器一、基本结构一、基本结构111电动机；电动机；22减速机；减速机；33机架；机架；44人孔；人孔；55密封装置；密封装置；66进料口；进料口；77上封头；上封头；88筒体：筒体：99联轴器；联轴器；1010搅拌轴；搅拌轴；1111夹套；夹套；1212载热介质出口；载热介质出口；1313挡板；挡板；1414螺旋导流板；螺旋导流板；1515轴向流搅拌器；轴向流搅拌器；1616径向流搅拌器；径向流搅拌器；1717气体分布器；气体分布器；1818下封头；下封头；1919出料口；出料口；2020载热介质进口；载热介质进口；2121气体进口气体进口图图8-7 8-7 通
2、气式搅拌反应器通气式搅拌反应器典型结构典型结构2二、搅拌容器二、搅拌容器 作用作用: 为物料反应提供合适的空间为物料反应提供合适的空间.结构结构: 搅拌容器搅拌容器3装料系数装料系数: 一般取一般取0.6 0.85 如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态取取0.6 0.7 如物料在反应过程中比较平稳如物料在反应过程中比较平稳取取0.8 0.85容积容积卧式搅拌容器卧式搅拌容器: 筒体和左右两封头容积之和筒体和左右两封头容积之和直立式搅拌容器直立式搅拌容器: 筒体和下封头两部分容积之和筒体和下封头两部分容积之和搅拌设备筒体的高径比搅拌设备筒体的高径比: 表表8-3确
3、定筒体直径、高度确定筒体直径、高度4表表83 83 几种搅拌设备筒体的高径比几种搅拌设备筒体的高径比种种类类罐内物料罐内物料类类型型高径比高径比一般一般搅搅拌罐拌罐液液- -固相、液液相固相、液液相1 11.31.3气液相气液相1 12 2聚合釜聚合釜悬悬浮液、乳化液浮液、乳化液2.082.083.853.85发发酵罐酵罐类类发发酵液酵液1.71.72.52.55 换热元件换热元件优先采用夹套，减少优先采用夹套，减少容器内构件，便于清容器内构件，便于清洗，不占有效容积。洗，不占有效容积。6表表84 84 各种碳钢夹套的适用温度和压力范围各种碳钢夹套的适用温度和压力范围夹夹套型式套型式最高温度最
4、高温度/最高最高压压力力/MPa/MPa整体整体夹夹套套 U U型型 圆圆筒型筒型3503503003000.60.61.61.6型型钢夹钢夹套套2002002.52.5蜂蜂窝夹窝夹套套 短管支撑式短管支撑式 折折边锥边锥体式体式2002002502502.52.54.04.0半半圆圆管管夹夹套套3503506.46.47ttjDDDjDjttjDDDjDj图图88 88 整体夹套整体夹套(a) 圆筒型圆筒型(b) U型型8图图89 89 夹套肩与筒体的连接结构夹套肩与筒体的连接结构(a)(a)封口锥封口锥(b)(b)封口环封口环DDjDjD9t1t1t2t2t1d1d1封口环封口环图图810
5、 810 夹套底与封头连接结构夹套底与封头连接结构封口锥封口锥10图图811 811 型钢夹套结构型钢夹套结构(a)螺旋形角钢互搭式螺旋形角钢互搭式(b)角钢螺旋形缠绕角钢螺旋形缠绕11图图812 半圆管夹套结构半圆管夹套结构(a) 半圆管半圆管半圆管横截面重心半圆管横截面重心r2t1Db2b1t2e212图图812 812 半圆管夹套结构半圆管夹套结构(b)(b)弓形管弓形管弓形管横截面重心弓形管横截面重心t2e2r2b2b1Dt113bL3L2Lt1L3(a)(a)螺旋形缠绕螺旋形缠绕图图813 813 半圆管夹套的安装半圆管夹套的安装14图图813 813 半圆管夹套的安装半圆管夹套的安
6、装(b)(b)平行排管平行排管Dt115图图814 814 折边式蜂窝夹套折边式蜂窝夹套夹套向内折边与筒夹套向内折边与筒体贴合好体贴合好, , 再进行再进行焊接的结构焊接的结构 D1t1D2t2bAA A向向16D1t1D2edminb用冲压的小锥体用冲压的小锥体或钢管做拉撑体。或钢管做拉撑体。蜂窝孔在筒体上蜂窝孔在筒体上呈正方形或三角呈正方形或三角形布置形布置 图图815 815 短管支撑式蜂窝夹套短管支撑式蜂窝夹套17 图图816 816 螺旋形盘管螺旋形盘管 dD18dD对称布置的几组对称布置的几组竖式蛇管：竖式蛇管： 传热传热 挡板作用挡板作用图图8 817 17 竖式蛇管竖式蛇管19
7、三、搅拌器三、搅拌器 搅拌器的功能和流动特征搅拌器的功能和流动特征功能功能提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。原理原理搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近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。液体在搅拌容器内循环流动。影响搅拌器功能的因素影响搅拌器功能的因素a.浆叶的形状、尺寸、数量、转速浆叶的形状、尺寸、数量、转速20流型流型流体循环流动的途径。流体循环流动的途径。 搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型：搅拌机顶
8、插式中心安装立式圆筒的三种基本流型： 径向流径向流: 图图8-18(a) 流体流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动流体流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动 轴向流轴向流: 图图8-18(b) 流体流动方向平行于搅拌轴流体流动方向平行于搅拌轴 切向流切向流: 图图8-18(c) 无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动。无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动。 这个区域内流体没有相对运动这个区域内流体没有相对运动混合效果差。混合效果差。消除方法消除方法加挡板加挡板削弱切向流，削弱切向流，增强轴向流和径向流增强轴向流和径向流上述三种流型通常同时存在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轴向流与径向流
9、对混合起主要作用切向流应加以抑制切向流应加以抑制21影响流型的因素影响流型的因素: 搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何 特征、流体性质、搅拌器转速等。特征、流体性质、搅拌器转速等。搅拌器在容器内安装方式搅拌器在容器内安装方式: 图图8-19, 除中心安装的搅拌机外，除中心安装的搅拌机外， 还有偏心式、底插式、侧插式、还有偏心式、底插式、侧插式、 斜插式、卧式等安装方式。斜插式、卧式等安装方式。 不同方式安装的搅拌机产生的流型也不同方式安装的搅拌机产生的流型也 各不相同。各不相同。22流体流动方向垂直于流体流动方向垂直于搅拌轴，搅拌轴，沿径向流动沿径向流动，碰到
10、容器壁面分成二碰到容器壁面分成二股流体分别向上、向股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、不穿过叶片，形成上、下二个循环流动。下二个循环流动。(a)(a)径向流径向流图图818 818 搅拌器与流型搅拌器与流型(a) (a) 径向流径向流23流体流动方向流体流动方向平行于平行于搅拌轴搅拌轴，流体由桨叶，流体由桨叶推动，使流体向下流推动，使流体向下流动，遇到容器底面再动，遇到容器底面再向上翻，形成上下循向上翻，形成上下循环流。环流。(b)(b)轴向流轴向流 图图818 818 搅拌器与流型搅拌器与流型 (b) (b) 轴向流轴向流24无挡板的容器内，流无挡板
11、的容器内，流体体绕轴作旋转运动绕轴作旋转运动，流速高时液体表面会流速高时液体表面会形成漩涡，流体从桨形成漩涡，流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混叶区的流量很小，混合效果很差。合效果很差。(c)(c)切向流切向流 图图818 818 搅拌器与流型搅拌器与流型 (c) (c) 切向流切向流25图图819 819 搅拌器在容器内的安装方式搅拌器在容器内的安装方式(a) (a) 垂直垂直偏心式偏心式(b) (b) 底插式底插式(c) (c) 侧插式侧插式(d) (d) 斜插式斜插式(e) (e) 卧式卧式26流动特性流动特性:搅拌器搅拌器对流体产生对流体产生剪切作用剪切作用
12、:与液与液液搅拌体系中液滴的液搅拌体系中液滴的 细化、固细化、固液搅拌体系中固体液搅拌体系中固体 粒子的破碎以及气粒子的破碎以及气液搅拌体液搅拌体 系中气泡的细微化有关。系中气泡的细微化有关。循环作用循环作用:与混合时间、传热、固体的悬与混合时间、传热、固体的悬 浮等相关。浮等相关。剪切型叶轮剪切型叶轮: 输入液体的能量主要用于对流体的剪切作用输入液体的能量主要用于对流体的剪切作用, 如径向涡轮式、锯齿圆盘式等。如径向涡轮式、锯齿圆盘式等。循环型叶轮循环型叶轮: 输入流体的能量主要用于对流体的循环作用输入流体的能量主要用于对流体的循环作用, 如框式、螺带式、锚式、桨式、推进式等如框式、螺带式、
13、锚式、桨式、推进式等27按流体流动形态按流体流动形态轴向流搅拌器轴向流搅拌器径向流搅拌器径向流搅拌器按结构分为按结构分为平平 叶叶 折折 叶叶 螺旋面叶螺旋面叶桨式、涡轮式、框式和桨式、涡轮式、框式和锚式的桨叶都有平叶和锚式的桨叶都有平叶和折叶二种结构折叶二种结构推进式、螺杆式和螺带推进式、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶式的桨叶为螺旋面叶搅拌器类型及典型搅拌器特性搅拌器类型及典型搅拌器特性搅拌器分类搅拌器分类: 图图8-22混合流搅拌器混合流搅拌器28 按搅拌按搅拌用途分为用途分为低粘流体低粘流体用搅拌器用搅拌器高粘流体高粘流体用搅拌器用搅拌器低粘流体搅拌器有：低粘流体搅拌器有：推进式、长薄叶
14、螺旋桨、推进式、长薄叶螺旋桨、桨式、开启涡轮式、圆盘桨式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、布鲁马金式、板涡轮式、布鲁马金式、板框桨式、三叶后弯式、框桨式、三叶后弯式、MIG MIG 和改进和改进MIGMIG等。等。高粘流体搅拌器有：高粘流体搅拌器有：锚式、框式、锯齿圆盘式、锚式、框式、锯齿圆盘式、螺旋桨式、螺带式（单螺带、螺旋桨式、螺带式（单螺带、双螺带）、螺旋双螺带）、螺旋螺带式等。螺带式等。29图图822 822 搅拌器流型分类图谱搅拌器流型分类图谱 轴流式轴流式混流式混流式径流式径流式搅拌器搅拌器30 桨式桨式、推进式推进式、涡轮式涡轮式和和锚式锚式搅拌器在搅拌器在搅拌反应设备中应用最为广泛，据
15、统计约占搅拌反应设备中应用最为广泛，据统计约占搅拌器总数的搅拌器总数的75758080。31典型搅拌器特性及尺寸典型搅拌器特性及尺寸: 桨式搅拌器桨式搅拌器: 图图8-23 推进式搅拌器推进式搅拌器 : 图图8-24 涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 : 图图8-25 锚式搅拌器锚式搅拌器: 图图8-2632结构最简单结构最简单叶片用扁钢制成，焊叶片用扁钢制成，焊接或用螺栓固定在轮接或用螺栓固定在轮毂上，叶片数是毂上，叶片数是2 2、3 3或或4 4 片，叶片形式可片，叶片形式可分为平直叶式和折叶分为平直叶式和折叶式两种。式两种。图图823823桨式搅拌器桨式搅拌器 33表表8 85 5 桨式搅拌器常
16、用参数桨式搅拌器常用参数常用尺寸常用尺寸常用运常用运转转条件条件常用介常用介质质粘度范粘度范围围流流动动状状态态备备注注d/D=0.35d/D=0.350.80.8b/d=0.1b/d=0.10.250.25B Bn n=2=2折叶式有折叶式有轴轴向、径向、径向和向和环环向向分流作用分流作用小于小于2Pas 低低转转速速时时水平水平环环向流向流为为主；主；转转速速高高时为时为径向流；径向流；有有挡挡板板时为时为上下上下循循环环流流当当d/D=0.9d/D=0.9以上，以上，并并设设置多置多层桨层桨叶叶时时，可用于高粘，可用于高粘度液体的低速度液体的低速搅搅拌。在拌。在层层流区操流区操作，适用的介作，适用的介质质粘度可达粘度可达100100Pas, ,v=1.0v=1.03.0m/s3.0m/s折叶式折叶式=45=45，6060折叶式有轴向、折叶式有轴向、径向和环向分流径向和环向分流作用作用 注：注：n n转速；转速； v v叶端线速度；叶端线速度； Bn Bn叶片数；叶片数； d d搅拌器直径；搅拌器直径；D D容器内径：容器内径：折叶角。折叶角。 34推进式搅拌器（又称船用推进器）推
