《搅拌器的选择》PPT课件.ppt
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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能力目标能力目标1能选择合适的搅拌器能选择合适的搅拌器3知识目标知识目标1理解搅拌釜中的流动与混和理解搅拌釜中的流动与混和2理解搅拌器的种类特点理解搅拌器的种类特点3理解搅拌器的选型原则理解搅拌器的选型原则 4主要内容主要内容1搅拌液体的流动特性搅拌液体的流动特性2搅拌器的型式选择搅拌器的型式选择5搅拌器搅拌器 1、搅拌器与流动特征搅拌器与流动特征 定义定义功能功能搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮,是搅拌反应器的关键搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮,是搅拌反应器的关键部件。部件。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。
2、原理原理搅拌器旋转时把机械能传递给流体,在搅拌器附近形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。体在搅拌容器内循环流动。流型流型 流体循环流动的途径。流体循环流动的途径。一、流型一、流型流型与搅拌的关系流型与搅拌的关系流型与搅拌效果、搅拌功流型与搅拌效果、搅拌功率的关系十分密切。搅拌率的关系十分密切。搅拌器的改进和新型搅拌器的器的改进和新型搅拌器的开发往往从流型着手。开发往往从流型着手。流型决定因素流型决定因素取决于搅拌器的形式、搅拌取决于搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何特
3、征,以容器和内构件几何特征,以及流体性质、搅拌器转速等及流体性质、搅拌器转速等因素。因素。搅拌机顶插式中心安装搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型立式圆筒的三种基本流型径向流径向流轴向流轴向流切向流切向流流型流型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)径向流径向流图图1搅拌器与流型搅拌器与流型(a)径向流径向流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
4、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)轴向流轴向流图图2 搅拌器与流型搅拌器与流型(b)轴向流轴向流无挡板的容器内,流无挡板的容器内,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)切向流切向流图图3 搅拌器与流型搅拌器与流型(c)切向流切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
5、对混合起主要作用切向流应加以抑制切向流应加以抑制采用挡板可削弱切向流,采用挡板可削弱切向流,增强轴向流和径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。不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。11图图4 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)垂直垂直偏心式偏心式(b)底插式底插式(c)侧插式侧插式(d)斜插式斜插式(e)卧式卧式挡板与导流筒挡板与导流筒(1)挡板挡板 目的目的消除打漩和提高混合效果。消
6、除打漩和提高混合效果。物料粘度小,搅拌转速高,物料粘度小,搅拌转速高,液体随桨叶旋转,在离心液体随桨叶旋转,在离心力作用下涌向内壁面并上力作用下涌向内壁面并上升,中心部分液面下降,升,中心部分液面下降,形成漩涡,称为打漩区。形成漩涡,称为打漩区。打漩打漩后果后果随转速增加,漩涡中心下凹到与桨叶接触,外面空气进随转速增加,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。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一般在容器内壁面均匀安装4块挡板块挡板宽度为容器直径的宽度为容器直径的1/121/10。全挡板条件全挡板条件当再增加挡板数
7、和挡板宽度,而功率消耗不再增加当再增加挡板数和挡板宽度,而功率消耗不再增加时,称为时,称为全挡板条件全挡板条件。全挡板条件与挡板数量和宽度有关。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,装有垂直换热管全部代替挡板,装有垂直换热管时一般可不再安装挡板。时一般可不再安装挡板。图图5 挡板挡板(2)导流筒导流筒作用作用上下开口圆筒,安装于容器内,在搅拌上下开口圆筒,安装于容器内,在搅拌 混合中起导流作用。混合中起导流作用。(a)涡轮式或桨涡轮式或桨式搅拌器式搅拌器(b)导流筒导流筒置于桨叶的置于桨叶的上方上方(b)推进式搅拌器推进式搅拌器
8、导流筒套在桨导流筒套在桨 叶叶外面外面,或略,或略 高于桨叶高于桨叶图图6 导流筒导流筒结构结构当搅拌器置于导流筒之下,且容器直径又较大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。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,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。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导流筒直径约为容器直径的70%70%。流
9、动特性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,搅拌器对流体产生二种作用,剪切剪切作用和作用和循环循环作用。作用。剪切作用与液剪切作用与液液搅拌体系中液滴的细化、液搅拌体系中液滴的细化、固固液搅拌体系中固体粒子的破碎以及气液搅拌体系中固体粒子的破碎以及气液液搅拌体系中气泡的细微化有关。搅拌体系中气泡的细微化有关。当输入液体的能量主要用于对流体的剪切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、作用时,则称为剪切型叶轮,如径向涡轮式、锯齿圆盘式等。锯齿圆盘式等。流动特性流动特性搅
10、拌器从电动机获得机械能,推动物料(流体)运动。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,搅拌器对流体产生二种作用,剪切剪切作用和作用和循环循环作用。作用。循环作用与混合时间、传热、固体的悬循环作用与混合时间、传热、固体的悬浮等相关。浮等相关。当搅拌器输入流体的能量主要用于流体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、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螺带式、锚式、桨式、推进式等为循环型叶轮。轮。2、搅拌器分类、图谱及典型搅拌器特性搅拌器分类、图谱及典型搅拌器特性 一、搅拌器分类一、搅拌器分类
11、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叶平叶 折叶折叶 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两种结构折叶两种结构推进式、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混合流搅拌器混合流搅拌器轴向流搅拌器轴向流搅拌器 按搅拌按搅拌用途分为用途分为低低粘流体粘流体用搅拌器用搅拌器高高粘流体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
12、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和改进和改进MIG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。图图7 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24 桨式、推进式、涡轮式桨式、推进式、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应用最为广泛,据统计约占搅拌器总数的搅拌器总数的7580。25二、几种常用搅拌器:二、几种常用搅拌器:
13、1.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、3或或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8 桨式搅拌器桨式搅拌器 26浆式搅拌器浆式搅拌器27主要应用主要应用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。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
14、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,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。28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。其常用参数见表。其常用参数见表17-5。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。表表1 桨式搅拌器常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
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