第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)

教學(xué)重點(diǎn)：攪拌器的型式及選型1一、作用

1、使物料混合均勻

第一節(jié)概述2、強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)

使氣體在液相中很好地分散使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻地懸浮使不相溶的另一液相均勻懸浮或充分乳化強(qiáng)化相間的傳質(zhì)（如吸收等）強(qiáng)化傳熱21-攪拌器2-罐體3-夾套4-攪拌軸5-壓出管6-支座7-人孔8-軸封9-傳動(dòng)裝置圖9-1攪拌設(shè)備結(jié)構(gòu)圖二、結(jié)構(gòu)3攪拌設(shè)備攪拌裝置軸封攪拌罐罐體附件攪拌軸攪拌器傳動(dòng)裝置4第二節(jié)攪拌器的型式及選型一、常見型式圖9-2典型的攪拌器圖5二、攪拌器的功能

提供攪拌過程所需要的能量和適宜的流動(dòng)狀態(tài)，以達(dá)到攪拌過程的目的。漿葉旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生能量，作用于液體，形成流動(dòng)狀態(tài)。關(guān)鍵在漿葉，也與其它因素有關(guān)，如介質(zhì)特性，攪拌器的工作環(huán)境等。6三、選型

攪拌器選型攪拌目的

物料粘度

攪拌容器容積的大小選用時(shí)除滿足工藝要求外，還應(yīng)考慮功耗低、操作費(fèi)用省，以及制造、維護(hù)和檢修方便等因素。7表9-1攪拌器型式適用條件表注表中空白為不適或不詳，○為適合。攪拌器型式流動(dòng)狀態(tài)攪拌目的攪拌容器容積(m3)轉(zhuǎn)速范圍(r/min)最高粘度(P)對(duì)流循環(huán)湍流擴(kuò)散剪切流低粘度混合高粘度液混合傳熱反應(yīng)分散溶解固體懸浮氣體吸收結(jié)晶傳熱液相反應(yīng)渦輪式○○○○○○○○○○○○1~10010~300500槳式○○○○○

○○

○○○1~20010~30020推進(jìn)式○○

○○○○

○○○1~100010~500500折葉開啟渦輪式○○

○○○○

○○1~100010~300500布爾馬金式○○○○○

○

○○1~10010~300500錨式○

○

○

1~1001~1001000螺桿式○

○

○

1~500.5~501000螺帶式○

○

○

1~500.5~5010008四、幾種常用攪拌器簡(jiǎn)介

槳式、推進(jìn)式、渦輪式和錨式攪拌器在攪拌反應(yīng)設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)約占攪拌器總數(shù)的75～80％。91.槳式攪拌器

結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單葉片用扁鋼制成，焊接或用螺栓固定在輪轂上，葉片數(shù)是2、3或4片，葉片形式可分為平直葉式和折葉式兩種。圖9-3槳式攪拌器10主要應(yīng)用用液—液系中用用于防止止分離、、使罐的的溫度均均一，固固—液系中多多用于防防止固體體沉降。。主要用于于流體的的循環(huán)，，由于在在同樣排排量下，，折葉式式比平直葉葉式的功功耗少，，操作費(fèi)費(fèi)用低，，故軸流槳葉葉使用較多。。也用于高高粘流體體攪拌，，促進(jìn)流流體的上上下交換換，代替替價(jià)格高的的螺帶式式葉輪，，能獲得得良好的的效果。。主要應(yīng)用用11槳式攪拌拌器的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速一般般為20～100r/min，最高粘度度為20Pa·s。缺點(diǎn)不能用于于以保持持氣體和和以細(xì)微微化為目目的的氣—液分散操操作中。。122.推進(jìn)式攪攪拌器推進(jìn)式攪攪拌器（（又稱船船用推進(jìn)進(jìn)器）常用于低低粘流體體中。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)進(jìn)式攪拌拌器有三三瓣葉片，其螺螺距與槳槳直徑d相等。它直徑較較小，d/D=1/4～1/3，葉端速速度一般般為7～10m/s，最高達(dá)達(dá)15m/s。圖9-4推進(jìn)式攪攪拌器13攪拌時(shí)——流體由槳槳葉上方方吸入，，下方以以圓筒狀狀螺旋形形排出，流體體至容器器底再沿沿壁面返返至槳葉葉上方，，形成軸向流流動(dòng)。特點(diǎn)——攪拌時(shí)流流體的湍湍流程度度不高，，循環(huán)量量大，結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制制造方便便。循環(huán)性能能好，剪剪切作用用不大，，屬于循環(huán)環(huán)型攪拌拌器。14粘度低低、流流量大大的場(chǎng)場(chǎng)合，，用較較小的的攪拌拌功率率，能能獲得得較好好的攪拌拌效果果。主要用用于液液－液液系混混合、、使溫溫度均均勻，，在低低濃度度固－－液系系中防止止淤泥泥沉降降等。。改進(jìn)容器內(nèi)內(nèi)裝擋擋板、、攪拌拌軸偏偏心安安裝、、攪拌器器傾斜斜，可可防止止漩渦渦形成成。主要應(yīng)用153．渦輪輪式攪攪拌器器渦輪式式攪拌拌器（（又稱稱透平式葉葉輪）），是是應(yīng)用用較廣的一一種攪攪拌器器，能能有效地完完成幾幾乎所所有的的攪拌操作作，并并能處處理粘粘度范圍很很廣的的流體體。圖9-5渦輪式式攪拌拌器16渦輪式式攪拌拌器有有較大大的剪剪切力力，可可使流流體微微團(tuán)分分散得得很細(xì)細(xì)，適適用于于低粘粘度到到中等等粘度度流體體的混混合、、液—液分散散、液液—固懸浮浮，以以及促促進(jìn)良良好的的傳熱熱、傳傳質(zhì)和和化學(xué)學(xué)反應(yīng)應(yīng)。主要應(yīng)用174．錨式式攪拌拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單。。適用于于粘度度在100Pa·s以下的的流體體攪拌拌，當(dāng)當(dāng)流體粘度度在10～100Pa·s時(shí)，可可在錨錨式槳槳中間間加一橫槳槳葉，，即為為框式攪攪拌器，，以增加加容器器中部部的混合合。圖9-6錨式攪攪拌器器18錨式或或框式式槳葉葉的混混合效效果并并不理理想，，只適適用于于對(duì)混混合要求不不太高高的場(chǎng)場(chǎng)合。。由于錨錨式攪攪拌器器在容容器壁壁附近近流速速比其其它攪攪拌器器大，能能得到到大的的表面面?zhèn)鳠釤嵯禂?shù)數(shù)，故故常用用于傳傳熱、、晶析操操作。。常用于于攪拌拌高濃濃度淤淤漿和和沉降降性淤淤漿。。當(dāng)攪拌拌粘度度大于于100Pa··s的流體體時(shí)，，應(yīng)采采用螺螺帶式或螺螺桿式式。主要應(yīng)用19一、攪拌器器功率率和攪攪拌器器作業(yè)業(yè)功率率1、定義義攪拌功功率攪拌器器功率率攪拌作作業(yè)功功率第三節(jié)節(jié)攪攪拌拌器的的功率率最理想想狀態(tài)態(tài)：攪攪拌器器功率率＝攪攪拌作作業(yè)功功率攪拌過過程進(jìn)進(jìn)行時(shí)時(shí)需要要?jiǎng)恿αΓ\籠統(tǒng)地地稱這這一動(dòng)動(dòng)力時(shí)時(shí)叫做做攪拌拌功率率。為使攪攪拌器器連續(xù)續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)所需需要的的功率率稱為為攪拌拌器功功率。。攪拌器器使攪攪拌槽槽中的的液體體以最最佳方方式完完成攪攪拌過過程所所需要要的功功率。。202、影響響攪拌拌器功功率的的因素素?cái)嚢杵鞯膸缀螀?shù)與運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)

攪拌槽的幾何參數(shù)攪拌介質(zhì)的物性參數(shù)213、從攪攪拌作作業(yè)功功率的的觀點(diǎn)點(diǎn)決定定攪拌拌過程程的功功率液體單單位體體積的的平均均攪拌拌功率率的推推薦值值(表表9－－2)攪拌過程的種類液體單位體積的平均攪拌功率/(Hp/m3)液體混合0.09固體有機(jī)物懸浮0.264~0.396固體有機(jī)物溶解0.396~0.528固體無機(jī)物溶解1.32乳液聚合(間歇式)1.32~2.64懸浮聚合(間歇式)1.585~1.894氣體分散3.96注1Hp=735.499W表9-2不同攪攪拌種種類液液體單單位體體積的的平均均攪拌拌功率率22按攪拌拌過程程求攪攪拌功功率的的算圖圖圖9-7由攪拌拌過程程求攪攪拌功功率的的算圖圖23③將該該點(diǎn)與與某一一攪拌拌過程程連線線，交交于攪攪拌功功率線線，即即可求求得該該過程程的攪攪拌功功率①從液液體容容積值值與液液體粘粘度值值連線線，交交于參參考線線Ⅰ；；②由該該點(diǎn)與與液體體比重重連線線，并并交于于參考考線ⅡⅡ上某某點(diǎn)；；圖9-7由攪拌拌過程程求攪攪拌功功率的的算圖圖24一、罐體的的尺寸確確定罐體長(zhǎng)長(zhǎng)徑比比對(duì)攪攪拌功功率的的影響響第四節(jié)節(jié)攪攪拌拌罐結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)罐體長(zhǎng)長(zhǎng)徑比比對(duì)傳傳熱的的影響響需要較較大攪攪拌功功率的的，長(zhǎng)長(zhǎng)徑比比可以以選得得小些些。體積一一定時(shí)時(shí)，長(zhǎng)長(zhǎng)徑比比越大大，表表面積積越大大，越越利于于傳熱熱；并并且此此時(shí)傳傳熱面面距罐罐體中中心近近，物物料的的溫度度梯度度就越越大，，有利利于傳傳熱效效果。。因此此，單單純從從夾套套傳熱熱角度度考慮慮，一一般希希望長(zhǎng)長(zhǎng)徑比比大一一些。。1、罐體長(zhǎng)長(zhǎng)徑比比25物料特特性對(duì)對(duì)罐體體長(zhǎng)徑徑比的的要求求表9—3幾種攪攪拌罐罐的長(zhǎng)長(zhǎng)徑比比種類設(shè)備內(nèi)物料類型長(zhǎng)徑比一般攪拌罐液-固相、液－液相1～1.3氣－液相1～2聚合釜懸浮液、乳化液2.08～3.85發(fā)酵罐類發(fā)酵液1.7～2.526裝料系系數(shù)初步計(jì)計(jì)算筒筒體內(nèi)內(nèi)徑確定筒筒體直直徑和和高度度一般取取0.6～～0.82、攪拌罐罐裝料料量27二、頂蓋的的結(jié)構(gòu)構(gòu)(自自學(xué))28一、傳動(dòng)裝裝置第五節(jié)節(jié)傳傳動(dòng)動(dòng)裝置置及攪攪拌軸軸一般包包括電電動(dòng)機(jī)機(jī)、減減速裝裝置、、聯(lián)軸軸節(jié)及及攪拌拌軸圖9-8齒輪減減速機(jī)機(jī)圖9-9渦輪減減速機(jī)機(jī)29二、軸軸的計(jì)計(jì)算1、軸的的強(qiáng)度度計(jì)算算2、軸的的剛度度計(jì)算算30二、軸軸封機(jī)械攪攪拌反反應(yīng)器器軸封主要有有兩種種軸的密密封裝裝置填料密密封機(jī)械密密封避免介介質(zhì)通通過轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸從從攪拌拌容器器內(nèi)泄泄漏或或外部部雜質(zhì)滲滲入攪攪拌容容器內(nèi)內(nèi)。目的311、填料料密封封圖9-10填料密密封的的結(jié)構(gòu)構(gòu)1—壓蓋2—雙頭螺螺柱3—螺母4—墊圈5—油杯6—油環(huán)7—填料8—本體9—底環(huán)32工作原原理在壓蓋蓋壓力力作用用下，，裝在在攪拌拌軸與與填料料箱本本體之之間的的填料料，對(duì)對(duì)攪拌拌軸表表面產(chǎn)產(chǎn)生徑徑向壓壓緊力力。填料中中含有有潤(rùn)滑滑劑，，在對(duì)對(duì)攪拌拌軸產(chǎn)產(chǎn)生徑徑向壓壓緊力力的同時(shí)，，形成成一層層極薄薄的液液膜，，一方方面使使攪拌拌軸得得到潤(rùn)滑，，另一一方面面阻止止設(shè)備備內(nèi)流流體的的逸出出或外外部流流體的滲入入，達(dá)達(dá)到密密封的的目的的。332、機(jī)械械密封封把轉(zhuǎn)軸軸的密密封面面從軸軸向改改為徑向，通過過動(dòng)環(huán)環(huán)和靜靜環(huán)兩個(gè)個(gè)端面面的相相互貼貼合，，并作作相對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)達(dá)到到密封封的裝置置，又又稱端面密密封。泄漏率率低，，密封封性能能可靠靠，功功耗小小，使使用壽壽命長(zhǎng)長(zhǎng)，在攪拌拌反應(yīng)應(yīng)器中中得到到廣泛泛地應(yīng)應(yīng)用。。定義特點(diǎn)34由固定定在軸軸上的的動(dòng)環(huán)環(huán)及彈彈簧壓壓緊裝裝置、、固定定在設(shè)設(shè)備上上的靜靜環(huán)以以及輔輔助密密封圈圈組成成。機(jī)械密密封的的結(jié)構(gòu)構(gòu)及工工作原原理結(jié)構(gòu)351—彈簧；；2—?jiǎng)迎h(huán)；；3—靜環(huán)圖9-12機(jī)械密密封結(jié)結(jié)構(gòu)36圖9-13機(jī)械密密封的的基本本結(jié)構(gòu)構(gòu)及組組成37當(dāng)轉(zhuǎn)軸軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時(shí)，，動(dòng)環(huán)環(huán)和固固定不不動(dòng)的的靜環(huán)環(huán)緊密密接觸觸，并并經(jīng)軸軸上彈彈簧壓壓緊力力的作作用，，阻止止容器器內(nèi)介