PPT《8.2 机械搅拌反应器》

8.

2 机械搅拌反应器

一、基本结构 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;

12―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8-7 通气式搅拌反应器典型结构

二、搅拌容器 作用: 为物料反应提供合适的空间. 结构: ⒈ 搅拌容器 装料系数: 一般取0.6 ~ 0.85 如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态→取0.6 ~ 0.7 如物料在反应过程中比较平稳→取0.8 ~ 0.85 容积 卧式搅拌容器: 筒体和左右两封头容积之和 直立式搅拌容器: 筒体和下封头两部分容积之和 搅拌设备筒体的高径比: 表8-3→确定筒体直径、高度 表8―3 几种搅拌设备筒体的高径比 1.7~2.5 发酵液 发酵罐类 2.08~3.85 悬浮液、乳化液 聚合釜 1~2 气-液相 1~1.3 液-固相、液-液相 一般搅拌罐 高径比 罐内物料类型 种类 ⒉ 换热元件 优先采用夹套,减少容器内构件,便于清洗,不占有效容积. 表8―4 各种碳钢夹套的适用温度和压力范围 6.4

350 半圆管夹套 2.54.0

200250 蜂窝夹套 短管支撑式 折边锥体式 2.5

200 型钢夹套 0.61.6

350300 整体夹套 U型 圆筒型 最高压力/MPa 最高温度/℃ 夹套型式 t tj D D Dj Dj t tj D D Dj Dj 图8―8 整体夹套 (a) 圆筒型 (b) U型图8―9 夹套肩与筒体的连接结构 (a)封口锥 (b)封口环 D Dj Dj D t1 t1 t2 t2 t1 d1 d1 封口环 图8―10 夹套底与封头连接结构 封口锥 图8―11 型钢夹套结构 (a)螺旋形角钢互搭式 (b)角钢螺旋形缠绕 图8-12 半圆管夹套结构 (a) 半圆管 半圆管横截面重心 r2 t1 D b2 b1 t2 e2 图8―12 半圆管夹套结构 (b)弓形管 弓形管横截面重心 t2 e2 r2 b2 b1 D t1 b L3 L2 L t1 L3 (a)螺旋形缠绕 图8―13 半圆管夹套的安装 图8―13 半圆管夹套的安装 (b)平行排管 D t1 图8―14 折边式蜂窝夹套 夹套向内折边与筒体贴合好, 再进行焊接的结构 D1 t1 D2 t2 b A A向D1 t1 D2 e dmin b 用冲压的小锥体或钢管做拉撑体.蜂窝孔在筒体上呈正方形或三角形布置 图8―15 短管支撑式蜂窝夹套 图8―16 螺旋形盘管 d D d D 对称布置的几组竖式蛇管: 传热 挡板作用 图8-17 竖式蛇管

三、搅拌器 ㈠搅拌器的功能和流动特征 ⒈功能―提供过程所需要的能量和适宜的流动状态.⒉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.⒊影响搅拌器功能的因素―a.浆叶的形状、尺寸、数量、转速 b.搅拌介质的物性 c.搅拌器的工作环境 d.搅拌器在槽内的安装位置和方式 ⒋流型―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:径向流: 图8-18(a) 流体流动方向垂直于搅拌轴,沿径向流动 ⑵轴向流: 图8-18(b) 流体流动方向平行于搅拌轴 ⑶切向流: 图8-18(c) 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→混合效果差. 消除方法―加挡板→ 削弱切向流,增强轴向流和径向流 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 影响流型的因素: 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. ⒌搅拌器在容器内安装方式: 图8-19, 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.不同方式安装的搅拌机产生的流型也 各不相同. 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8―18 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8―18 搅拌器与流型 (b) 轴向流 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8―18 搅拌器与流型 (c) 切向流 图8―19 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 ⒍流动特性: 搅拌器→对流体产生 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 系中气泡的细微化有关.循环作用:与混合时间、传热、固体的悬 浮等相关. 剪切型叶轮: 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.循环型叶轮: 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 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二种结构 推进式、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶 ㈡搅拌器类型及典型搅拌器特性 ⒈搅拌器分类: 图8-22 混合流搅拌器 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8―22 搅拌器流型分类图谱 轴流式 混流式 径流式 搅拌器 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75~80%. ⒉典型搅拌器特性及尺寸: ⑴桨式搅拌器: 图8-23 ⑵推进式搅拌器 : 图8-24 ⑶涡轮式搅拌器 : 图8-25 ⑷锚式搅拌器: 图8-26 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