搅拌器的机械设计.ppt

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1、1第九章第九章 搅拌器的机械设计搅拌器的机械设计2一、作用一、作用1、使物料、使物料混合均匀混合均匀第一节第一节 概述概述 2 2、强化传、强化传热、传质热、传质使气体在液相中很好地分散使气体在液相中很好地分散使固体粒子（如催化剂）在液相中使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮均匀地悬浮使不相溶的另一液相均匀悬浮或充使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化分乳化强化相间的传质（如吸收等）强化相间的传质（如吸收等）强化传热强化传热31-搅拌器搅拌器2-罐体罐体3-夹套夹套4-搅拌轴搅拌轴5-压出管压出管6-支座支座7-人孔人孔8-轴封轴封9-传动装置传动装置图图9-1搅拌设备结构图搅拌设备结构图二

2、、结构二、结构4搅拌设备搅拌设备搅拌装置搅拌装置轴封轴封搅拌罐搅拌罐罐体罐体附件附件搅拌轴搅拌轴搅拌器搅拌器传动装置传动装置5第二节第二节搅拌器的型式及选型搅拌器的型式及选型一、常见型式一、常见型式图图9-2典型的搅拌器图典型的搅拌器图6二、搅拌器的功能二、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。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，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，搅拌器的工作因素有关，如介质特性，搅拌器

3、的工作环境等。环境等。7三、选型三、选型搅拌器选型搅拌器选型搅拌目的搅拌目的物料粘度物料粘度搅拌容器容积的大小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。作费用省，以及制造、维护和检修方便等因素。8表表9-1搅拌器型式适用条件表搅拌器型式适用条件表注表中空白为不适或不详，注表中空白为不适或不详，为适合。为适合。搅拌器型式搅拌器型式流动状态流动状态搅拌目的搅拌目的搅拌容搅拌容器容积器容积(m3)转速范转速范围围(r/min)最高最高粘度粘度(P)对对流流循循环环湍湍流流扩扩散散剪剪切切流流低低粘粘

4、度度混混合合高粘高粘度液度液混合混合传热传热反应反应分分散散溶溶解解固固体体悬悬浮浮气气体体吸吸收收结结晶晶传传热热液液相相反反应应涡轮式涡轮式110010300500桨式桨式12001030020推进式推进式1100010500500折叶开启涡轮式折叶开启涡轮式1100010300500布尔马金式布尔马金式110010300500锚式锚式110011001000螺杆式螺杆式1500.5501000螺带式螺带式1500.55010009四、几种常用搅拌器简介四、几种常用搅拌器简介桨式桨式、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，据统计约占搅拌反应设备中

5、应用最为广泛，据统计约占搅拌器总数的搅拌器总数的7580。101.桨式搅拌器桨式搅拌器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9-3桨式搅拌器桨式搅拌器11主要应用主要应用液液液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固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。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

6、，操作费用低，故比平直叶式的功耗少，操作费用低，故轴流桨叶使轴流桨叶使用较多。用较多。也用于高粘流体搅拌，促进流体的上下交换，代替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。价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。主要应用主要应用12桨式搅拌器的转速一般为桨式搅拌器的转速一般为20100r/min，最高粘度为最高粘度为20Pas。缺点缺点不能用于以保持气体和以细微化为目的不能用于以保持气体和以细微化为目的的气的气液分散操作中。液分散操作中。132.推进式搅拌器推进式搅拌器推进式搅拌器（又称船用推进器）推进式搅拌器（又称船用推进器）常用于低粘流体中。常用于低粘

7、流体中。结构结构标准推进式搅拌器有三瓣叶标准推进式搅拌器有三瓣叶片，其螺距与桨直径片，其螺距与桨直径d相等。相等。它直径较小，它直径较小，d/D=1/41/3，叶端速度一般为叶端速度一般为710m/s，最高达最高达15m/s。图图9-4推进式搅拌器推进式搅拌器14搅拌时搅拌时流体由桨叶上方吸入，下方以圆筒状螺旋形排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，形出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形 成轴向流动。成轴向流动。特点特点 搅拌时流体的湍流程度不高，循环量大，结构搅拌时流体的湍流程度不高，循环量大，结构 简单，制造方便。简单，制造方便。循环性能好，

8、剪切作用不大，循环性能好，剪切作用不大，属于循环型搅拌器。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。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。中防止淤泥沉降等。改进改进容器内装挡板、搅拌轴偏心安装、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。搅拌器倾斜，可防止漩涡形成。主要应用主要应用163涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器（又称透涡轮式搅拌器（又称透平式叶轮），是应用较平式叶轮），是应用较广的一种搅拌器，

9、能有广的一种搅拌器，能有效地完成几乎所有的搅效地完成几乎所有的搅拌操作，并能处理粘度拌操作，并能处理粘度范围很广的流体范围很广的流体。图图9-5涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器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团分散得很细，适用于低粘度到中等粘度流体的混合、液混合、液液分散、液液分散、液固悬浮，以及促进良好固悬浮，以及促进良好的传热、传质和化学反应。的传热、传质和化学反应。主要应用主要应用184锚式搅拌器锚式搅拌器 结构简单。结构简单。适用于粘度在适用于粘度在100Pas以下的流体搅拌，当流以下的流体搅拌，当流体

10、粘度在体粘度在10100Pas时，可在锚式桨中间加时，可在锚式桨中间加一横桨叶，即为一横桨叶，即为框式搅框式搅拌器，拌器，以增加容器中部以增加容器中部的混合。的混合。图图9-6锚式搅拌器锚式搅拌器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。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、大，能得到大的表面传热系数，故常用于传热、晶析操作。晶析操作。常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。当搅拌粘度大

11、于当搅拌粘度大于100Pas的流体时，应采用螺带的流体时，应采用螺带式或螺杆式。式或螺杆式。主要应用主要应用20一、一、搅拌器功率和搅拌器作业功率搅拌器功率和搅拌器作业功率1、定义、定义搅拌功率搅拌功率搅拌器功率搅拌器功率搅拌作业功率搅拌作业功率第三节第三节 搅拌器的功率搅拌器的功率最理想状态：搅拌器功率搅拌作业功率最理想状态：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。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为使搅拌器连续运转所需要的功率称为搅拌器功率。的功率称为搅拌器功率。搅拌器使搅拌槽中的液体搅拌器使搅拌槽中的液体

12、以最佳方式完成搅拌过程以最佳方式完成搅拌过程所需要的功率。所需要的功率。212、影响搅拌器功率的因素、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器的几何参数与运转参数搅拌槽的几何参数搅拌槽的几何参数搅拌介质的物性参数搅拌介质的物性参数223、从搅拌作业功率的观点决定搅拌过程的功率、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液体单位体积的平均搅拌功率的推荐值(表表92)搅拌过程的种类搅拌过程的种类液体单位体积的平均搅拌功率液体单位体积的平均搅拌功率/(Hp/m3)液体混合液体混合0.09固体有机物悬浮固体有机物悬浮0.2640.396固体有机物溶解固体有机物

13、溶解0.3960.528固体无机物溶解固体无机物溶解1.32乳液聚合乳液聚合(间歇式间歇式)1.322.64悬浮聚合悬浮聚合(间歇式间歇式)1.5851.894气体分散气体分散3.96注注1Hp=735.499W表表9-2不同搅拌种类液体单位体积的平均搅拌功率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按搅拌过程求搅拌功率的算图图图9-7由搅拌过程求搅拌功率的算图由搅拌过程求搅拌功率的算图24将该点与某一将该点与某一搅拌过程连线，搅拌过程连线，交于搅拌功率线，交于搅拌功率线，即可求得该过程即可求得该过程的搅拌功率的搅拌功率从液体容积值与液体粘度值连线，交于参考线从液体容

14、积值与液体粘度值连线，交于参考线；由该点与液体由该点与液体比重连线，并交比重连线，并交于参考线于参考线上某上某点；点；图图9-7由搅拌过程求搅拌功率的算图由搅拌过程求搅拌功率的算图25一、一、罐体的罐体的尺寸确定尺寸确定罐体长径比对搅拌功率的影响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。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，有利于此时传热面距罐体中心近，物

15、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。比大一些。1、罐体长径比罐体长径比26物料特性对罐体长径比的要求物料特性对罐体长径比的要求 表表93几种搅拌罐的长径比几种搅拌罐的长径比种类种类设备内物料类型设备内物料类型长径比长径比一般搅拌罐一般搅拌罐液液-固相、液液相固相、液液相11.3气液相气液相12聚合釜聚合釜悬浮液、乳化液悬浮液、乳化液2.083.85发酵罐类发酵罐类发酵液发酵液1.72.527装料系数装料系数初步计算筒体内径初步计算筒体内径确定筒体直径和高度确定筒体直径和高度一般取0.60.8

16、2、搅拌罐装料量搅拌罐装料量28二、二、顶盖的结构顶盖的结构(自学自学)29一、一、传动装置传动装置第五节第五节传动装置及搅拌轴传动装置及搅拌轴一般包括电动机、减速装置、联轴节及一般包括电动机、减速装置、联轴节及搅拌轴搅拌轴图图9-8齿轮减速机齿轮减速机图图9-9涡轮减速机涡轮减速机30二、轴的计算二、轴的计算1、轴的强度计算、轴的强度计算2、轴的刚度计算、轴的刚度计算31二、轴封二、轴封机械搅拌反应器机械搅拌反应器轴封轴封主要有两种主要有两种轴的密封装置轴的密封装置填料密封填料密封机械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。

17、杂质渗入搅拌容器内。目的目的321、填料密封、填料密封图图9-10填料密封的结构填料密封的结构1压盖压盖2双头螺柱双头螺柱3螺母螺母4垫圈垫圈5油杯油杯6油环油环7填料填料8本体本体9底环底环33工作原理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。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润滑，另

18、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。的渗入，达到密封的目的。342、机械密封、机械密封把转轴的密封面从轴向改为把转轴的密封面从轴向改为径向径向，通过动环和静，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，又称的装置，又称端面密封端面密封。泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长，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。在搅拌反应器中得到广泛地应用。定义定义特点特点35由固定在轴上的动环及弹簧压紧装置、固定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。在

19、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机械密封的结构及工作原理结构结构361 1弹簧；弹簧；2 2动环；动环；3 3静环静环图图9-12机械密封结构机械密封结构37图图9-13机械密封的基本结构及组成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。上弹簧压紧力的作用，阻止容器内介质从接触面上泄漏。工作原理工作原理动环与轴之间的密封，属静密封，密封件常用动环与轴之间的密封，属静密封，密封件常用“O”形环。形环。图中有四个密封点：图中有四个密封点：39

20、动密封动密封,密封的关键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。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。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。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，通常设备凸缘做成凹面，静环座做成凸面，中间用垫片密封。中间用垫片密封。静环与静环座之间的密封，属静密封。静环与静环座之间的密封，属静密封。