《搅拌设备设计》PPT课件.ppt
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1、第14章 搅拌设备设计,容器设计,14.1 概述,14.3 搅拌装置设计,7.2.1 板式塔的分类,7.2.2 板式塔的结构,本章主要内容,14.2 搅拌容器的设计,7.3.1 填料,14.4 传动装置,7.3.2 填料塔内件的结构设计,14.5 轴封装置,14.1 概述,容器设计,应用,化学反应、生物反应、混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。,结构,组成搅拌容器和搅拌机两大部。,由筒体、换热元件及内构件组成,由搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等组成,容器设计,1电动机;2减速机;3机架;4人孔;5密封装置;6进料口;7上封头;8筒体:9联轴器;10搅拌轴;,11夹套;1
2、2载热介质出口;13挡板;14螺旋导流板;15轴向流搅拌器;16径向流搅拌器;17气体分布器;18下封头;19出料口;20载热介质进口;21气体进口,图14-1 搅拌反应器典型结构,14.1 概述,14.2 搅拌容器的设计,容器设计,14.2.1.1 搅拌容器,14.2.1 搅拌容器,结构,圆筒体,封头(椭圆形、锥形和平盖,椭圆 形封头应用最广)。各种接管,满足进料、出料、排气等要求。加热、冷却装置:设置外夹套或内盘管。上封头焊有凸缘法兰,用于搅拌容器与机架 的连接。,14.2 搅拌容器的设计,容器设计,传感器,测量反应物的温度、压力、成分及其它参数。支座,小型用悬挂式支座,大型用裙式支座或支
3、承式支座。7.装料系数(对容积而言),通常取0.60.85。有 泡沫或呈沸腾状态取0.60.7;平稳时取0.80.85。,容积,直立式搅拌容器,卧式搅拌容器,筒体和下封头两部分容积之和,筒体和左右两封头容积之和,14.2 搅拌容器的设计,容器设计,表141 几种搅拌设备筒体的高径比,搅拌容器的强度计算和稳定性分析方法见前面的内容,14.2 搅拌容器的设计,容器设计,14.2.1.2 换热元件,换热元件,夹套,内盘管,优先采用夹套,减少容器内构件,便于清洗,不占有效容积。,14.2 搅拌容器的设计,容器设计,一、夹套结构,夹套,在容器外侧,用焊接或法兰连接方式装设各种形状的钢结构,使其与容器外壁
4、形成密闭的空间。此空间内通入加热或冷却介质,可加热或冷却容器内的物料。,结构型式,14.2 搅拌容器的设计,容器设计,图14-2 整体夹套,(a)圆筒型,(b)U型,14.2 搅拌容器的设计,容器设计,图14-3 夹套肩与筒体的连接结构,(a)封口锥,(b)封口环,14.2 搅拌容器的设计,容器设计,封口环,图14-4 夹套底与封头连接结构,封口锥,14.2 搅拌容器的设计,容器设计,图14-5 型钢夹套结构,(a)螺旋形角钢互搭式,(b)角钢螺旋形缠绕,14.2 搅拌容器的设计,容器设计,二、内盘管,当反应器的热量仅靠外夹套传热,换热面积不够时,常采用内盘管,结构特点,浸没在物料中,热量损失
5、小,传热效果好,检修较困难。,分类,螺旋形盘管,竖式蛇管,图14-7,图14-8,14.2 搅拌容器的设计,容器设计,图14-7 螺旋形盘管,14.2 搅拌容器的设计,容器设计,对称布置的几组竖式蛇管:传热 挡板作用,图14-8 竖式蛇管,14.3 搅拌装置设计,容器设计,14.3.1 搅拌器,14.3.1.1 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。,14.3
6、搅拌装置设计,容器设计,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,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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14-9 搅拌器与流型(a)径向流,14.3 搅拌装置设计,容器设计,流体流动方向平行于搅拌轴,流体由桨叶推动,使
7、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14-9 搅拌器与流型(b)轴向流,14.3 搅拌装置设计,容器设计,无挡板的容器内,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14-9 搅拌器与流型(c)切向流,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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14-10。不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。,
8、14.3 搅拌装置设计,容器设计,图14-10 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,14.3 搅拌装置设计,容器设计,挡板与导流筒,目的消除打漩和提高混合效果。,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,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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。,14.3 搅拌装置设计,容器设计,图14-11 挡
9、板,14.3 搅拌装置设计,容器设计,14.3.1.2 搅拌器分类及典型搅拌器特性,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、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶,混合流搅拌器,轴向流搅拌器,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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。,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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轮毂上,叶片数是2、3或4 片,叶片形式可分为平直叶式
10、和折叶式两种。,图14-12 桨式搅拌器,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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。,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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14-5。,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。,14.3 搅拌装置设计,容器设计,表14-2 桨式搅拌器常用参数,注:n转速;
11、v叶端线速度;Bn叶片数;d搅拌器直径;D容器内径:折叶角。,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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 710 m/s,最高达15 m/s。,图14-13 推进式搅拌器,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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。,常用参数见表14-3,14.3
12、搅拌装置设计,容器设计,表14-3 推进式搅拌器常用参数,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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。见图1414。,3涡轮式搅拌器,图14-14 涡轮式搅拌器,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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
13、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。,14.3 搅拌装置设计,容器设计,表14-4 涡轮式搅拌器常用参数,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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14-15 锚式搅拌器,14.3 搅拌装置设计,容器设计,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
14、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。,14.3 搅拌装置设计,容器设计,表14-5 锚式搅拌器常用参数,14.3 搅拌装置设计,容器设计,14.3.1.3 搅拌器的选用,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,14.3 搅拌装置设计,容器设计,按搅拌器型式和适用条件选型,推进式搅拌器用于低粘度流体的混合,循环能力强,动力消耗小,可应用到很大容积的搅
15、拌容器中。,桨式搅拌器 结构简单,在小容积的流体混合中应 用较广,对大容积的流体混合,循环 能力不足。,涡轮式搅拌器应用范围较广,各种搅拌操作都适用,但流体粘度不宜超过50Pas。,14.3 搅拌装置设计,容器设计,表14-6 是以操作目的和搅拌器流动状态选用搅拌器的,锚式、螺杆式、螺带式适用于高粘流体的混合。,14.3 搅拌装置设计,容器设计,表14-6 搅拌器型式和适用条件,14.3 搅拌装置设计,容器设计,14.3.1.4 搅拌功率计算,搅拌功率指搅拌器以一定转速进行搅拌时,对液体做功并使之发生流动所需的功率。,计算搅拌功率的目的用于设计或校核搅拌器和搅拌轴的强度和刚度,用于选择电机和减
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