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1、反应设备第1页，共77页，编辑于2022年，星期五8.1 概述 反应设备是发生化学反应或生物质变化等过程的场所，是反应设备是发生化学反应或生物质变化等过程的场所，是反应设备是发生化学反应或生物质变化等过程的场所，是反应设备是发生化学反应或生物质变化等过程的场所，是流程性材料产品生产中的核心设备。流程性材料产品生产中的核心设备。流程性材料产品生产中的核心设备。流程性材料产品生产中的核心设备。任何一种流程性材料产品的生产流程都可概括为：原料预任何一种流程性材料产品的生产流程都可概括为：原料预任何一种流程性材料产品的生产流程都可概括为：原料预任何一种流程性材料产品的生产流程都可概括为：原料预处理、化
2、学反应或生物质变化、反应产物的分离与提纯等。处理、化学反应或生物质变化、反应产物的分离与提纯等。处理、化学反应或生物质变化、反应产物的分离与提纯等。处理、化学反应或生物质变化、反应产物的分离与提纯等。所以反应设备开发应考虑以下因素：所以反应设备开发应考虑以下因素：所以反应设备开发应考虑以下因素：所以反应设备开发应考虑以下因素：物料性质，物料性质，物料性质，物料性质，反应反应反应反应条件，条件，条件，条件，反应过程的特点。反应过程的特点。反应过程的特点。反应过程的特点。第2页，共77页，编辑于2022年，星期五8.1.1反应设备的分类 工业反应设备主要有化学反应设备、生物反应设备、电化学工业反应
3、设备主要有化学反应设备、生物反应设备、电化学工业反应设备主要有化学反应设备、生物反应设备、电化学工业反应设备主要有化学反应设备、生物反应设备、电化学反应设备和微反应设备等。反应设备和微反应设备等。反应设备和微反应设备等。反应设备和微反应设备等。其中，按反应物系的相态来划分，可分为均相反应器和多相反其中，按反应物系的相态来划分，可分为均相反应器和多相反其中，按反应物系的相态来划分，可分为均相反应器和多相反其中，按反应物系的相态来划分，可分为均相反应器和多相反应器；按操作方式来划分，可分为间歇式、半连续式和连续式应器；按操作方式来划分，可分为间歇式、半连续式和连续式应器；按操作方式来划分，可分为间
4、歇式、半连续式和连续式应器；按操作方式来划分，可分为间歇式、半连续式和连续式反应器；按过程流体力学划分，可分为泡状流型、柱塞流型和反应器；按过程流体力学划分，可分为泡状流型、柱塞流型和反应器；按过程流体力学划分，可分为泡状流型、柱塞流型和反应器；按过程流体力学划分，可分为泡状流型、柱塞流型和全混流型反应器；按过程传热学换分，可分为绝热、等温和非全混流型反应器；按过程传热学换分，可分为绝热、等温和非全混流型反应器；按过程传热学换分，可分为绝热、等温和非全混流型反应器；按过程传热学换分，可分为绝热、等温和非等温非绝热反应器；按结构原理划分，可分为管式反应器、釜等温非绝热反应器；按结构原理划分，可分
5、为管式反应器、釜等温非绝热反应器；按结构原理划分，可分为管式反应器、釜等温非绝热反应器；按结构原理划分，可分为管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器、移动式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器、移动式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器、移动式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、滴流床反应器、电极式反应器和微反应器等。床反应器、滴流床反应器、电极式反应器和微反应器等。床反应器、滴流床反应器、电极式反应器和微反应器等。床反应器、滴流床反应器、电极式反应器和微反应器等。第3页，共77页，编辑于2022年，星期五8.1.2常见反应
6、设备的特点（1）机械搅拌式反应器应用广泛，十分具有代表意义，机械搅拌式应用广泛，十分具有代表意义，机械搅拌式反应器将在反应器将在8.28.2节中详细介绍。节中详细介绍。第4页，共77页，编辑于2022年，星期五（2）管式反应器管式反应器结构简单，制造方便。管式反应器结构简单，制造方便。应用条件：需要的反应时间较长；反应过程应用条件：需要的反应时间较长；反应过程放出或吸入的热量较大；或反应过程在高温放出或吸入的热量较大；或反应过程在高温、高压条件下进行。、高压条件下进行。如图如图8-1为石油脑油分解转化管式反应器。为石油脑油分解转化管式反应器。第5页，共77页，编辑于2022年，星期五1111上
7、法兰；上法兰；上法兰；上法兰；2222下法兰；下法兰；下法兰；下法兰；3333温度计；温度计；温度计；温度计；4444管端帽；管端帽；管端帽；管端帽；5555转化管主体；转化管主体；转化管主体；转化管主体；6666触媒支承架；触媒支承架；触媒支承架；触媒支承架；7777渐缩管；渐缩管；渐缩管；渐缩管；图图8-1 侧绕式转化反应器侧绕式转化反应器第6页，共77页，编辑于2022年，星期五（3）塔式反应器塔式反应器的典型特点是：一般高度为直径塔式反应器的典型特点是：一般高度为直径的数倍乃至十余倍，塔内设有增加两相接触的数倍乃至十余倍，塔内设有增加两相接触的构建，如填料，筛板等。的构建，如填料，筛板
8、等。塔式反应器主要用于两种流体相之间的反应塔式反应器主要用于两种流体相之间的反应过程，如气液反应和液液反应等。过程，如气液反应和液液反应等。第7页，共77页，编辑于2022年，星期五（4）固定床反应器 定义：气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置。定义：气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置。定义：气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置。定义：气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置。优点：主要用于气固相催化反应，具有结构简单、操作稳定、便优点：主要用于气固相催化反应，具有结构简单、操作稳定、便优点：主要用于气固相催化反应，具有结构简单、操作稳定、便优点：主要用于
9、气固相催化反应，具有结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产。于控制、易实现大型化和连续化生产。于控制、易实现大型化和连续化生产。于控制、易实现大型化和连续化生产。缺点：床层的温度分布不均匀，由于固相粒子不动，床层导缺点：床层的温度分布不均匀，由于固相粒子不动，床层导缺点：床层的温度分布不均匀，由于固相粒子不动，床层导缺点：床层的温度分布不均匀，由于固相粒子不动，床层导热性较差，因此对放热量大的反应，应增大换热面积，及时热性较差，因此对放热量大的反应，应增大换热面积，及时热性较差，因此对放热量大的反应，应增大换热面积，及时热性较差，因此对放热量大的反应，应增大换热面积，及时移走反
10、应热，但这会减少有效空间。移走反应热，但这会减少有效空间。移走反应热，但这会减少有效空间。移走反应热，但这会减少有效空间。第8页，共77页，编辑于2022年，星期五固定床反应器有三种基本形式：轴向绝热式、径向绝热式和列管式。如图8-2图8-2 固定床反应器第9页，共77页，编辑于2022年，星期五 图图图图8-38-38-38-3所示的氨合成所示的氨合成所示的氨合成所示的氨合成塔是典型的固定床塔是典型的固定床塔是典型的固定床塔是典型的固定床反应器，反应器，反应器，反应器，N N N N2 2 2 2、H H H H2 2 2 2合合合合成气由主进气口进成气由主进气口进成气由主进气口进成气由主进
11、气口进入反应塔，塔内压入反应塔，塔内压入反应塔，塔内压入反应塔，塔内压力约力约力约力约30MPa30MPa30MPa30MPa，温度，温度，温度，温度550550550550，在触媒作用，在触媒作用，在触媒作用，在触媒作用下合成为氨。下合成为氨。下合成为氨。下合成为氨。1111平顶盖；平顶盖；平顶盖；平顶盖；2222筒体端部；筒体端部；筒体端部；筒体端部；3333筒体；筒体；筒体；筒体；4444上触媒框；上触媒框；上触媒框；上触媒框；5555上触媒框；上触媒框；上触媒框；上触媒框；6666中心网筒；中心网筒；中心网筒；中心网筒；7777升气管；升气管；升气管；升气管；8888换热器；换热器；换
12、热器；换热器；9999半球形封头半球形封头半球形封头半球形封头图8-3 氨合成塔第10页，共77页，编辑于2022年，星期五（5）流化床反应器 定义：流体（气体或者液体）以较高的流速通过床层，带动定义：流体（气体或者液体）以较高的流速通过床层，带动定义：流体（气体或者液体）以较高的流速通过床层，带动定义：流体（气体或者液体）以较高的流速通过床层，带动床内的固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流动中进行反床内的固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流动中进行反床内的固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流动中进行反床内的固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流动中进行反应，并具有类似流体流动的想一些特殊的装置
13、。应，并具有类似流体流动的想一些特殊的装置。应，并具有类似流体流动的想一些特殊的装置。应，并具有类似流体流动的想一些特殊的装置。优点：传热面积大，传热系数高和传热效果好。优点：传热面积大，传热系数高和传热效果好。优点：传热面积大，传热系数高和传热效果好。优点：传热面积大，传热系数高和传热效果好。缺点：反应器内物料返混大，粒子磨损严重；通常要有回收和缺点：反应器内物料返混大，粒子磨损严重；通常要有回收和缺点：反应器内物料返混大，粒子磨损严重；通常要有回收和缺点：反应器内物料返混大，粒子磨损严重；通常要有回收和集尘装置；内构件比较复杂；操作要求高。集尘装置；内构件比较复杂；操作要求高。集尘装置；内
14、构件比较复杂；操作要求高。集尘装置；内构件比较复杂；操作要求高。典型的流化床反应器如图典型的流化床反应器如图典型的流化床反应器如图典型的流化床反应器如图8-48-4所示。所示。所示。所示。第11页，共77页，编辑于2022年，星期五图8-4 流化床反应器11旋风分离器；旋风分离器；22筒体扩大段；筒体扩大段；33催化剂入口；催化剂入口；44筒体；筒体；55冷却介质出口；冷却介质出口；66换热器；换热器；77冷却介质进口；冷却介质进口；88气体分布板；气体分布板；99催化剂出口；催化剂出口；1010反应气入口反应气入口第12页，共77页，编辑于2022年，星期五（6）移动床反应器 移动床反应器也
15、是一种固体颗粒参与的反应器，与固定床反应类移动床反应器也是一种固体颗粒参与的反应器，与固定床反应类移动床反应器也是一种固体颗粒参与的反应器，与固定床反应类移动床反应器也是一种固体颗粒参与的反应器，与固定床反应类似，不同之处在于，固体粒子自反应器一边连续加入，自进口边似，不同之处在于，固体粒子自反应器一边连续加入，自进口边似，不同之处在于，固体粒子自反应器一边连续加入，自进口边似，不同之处在于，固体粒子自反应器一边连续加入，自进口边向出口边连续移动至卸出。向出口边连续移动至卸出。向出口边连续移动至卸出。向出口边连续移动至卸出。（7）电极式反应器（8）微反应器 每种反应器都有其优点和缺点，设计时应
16、根据使用场合和每种反应器都有其优点和缺点，设计时应根据使用场合和每种反应器都有其优点和缺点，设计时应根据使用场合和每种反应器都有其优点和缺点，设计时应根据使用场合和设计要求等因素，确定最合适的反应器结构。设计要求等因素，确定最合适的反应器结构。设计要求等因素，确定最合适的反应器结构。设计要求等因素，确定最合适的反应器结构。第13页，共77页，编辑于2022年，星期五8.2 机械搅拌反应设备8.2.1 基本结构第14页，共77页，编辑于2022年，星期五8.2.2.1 搅拌容器搅拌器的作用是为物料反应提供合适的空间。搅拌器的作用是为物料反应提供合适的空间。搅拌容器的筒体基本上是圆筒，封头常采用搅
17、拌容器的筒体基本上是圆筒，封头常采用椭圆形封头、锥形封头和平盖，以椭圆形封椭圆形封头、锥形封头和平盖，以椭圆形封头应用最广。头应用最广。如图如图8-78-7所示为通气式搅拌反应器典型结构。所示为通气式搅拌反应器典型结构。第15页，共77页，编辑于2022年，星期五图8-7 通气式搅拌反应器典型结构1111电动机；电动机；电动机；电动机；2222减速机；减速机；减速机；减速机；3333机架；机架；机架；机架；4444人孔；人孔；人孔；人孔；5555密封装置；密封装置；密封装置；密封装置；6666进料口；进料口；进料口；进料口；7777上封头；上封头；上封头；上封头；8888筒体；筒体；筒体；筒体
18、；9999联轴器；联轴器；联轴器；联轴器；10101010搅拌轴；搅拌轴；搅拌轴；搅拌轴；11111111夹套；夹套；夹套；夹套；12121212载热介质出口；载热介质出口；载热介质出口；载热介质出口；13131313挡板；挡板；挡板；挡板；14141414螺旋导流板；螺旋导流板；螺旋导流板；螺旋导流板；15151515轴向流搅拌器；轴向流搅拌器；轴向流搅拌器；轴向流搅拌器；16161616径向流搅拌器；径向流搅拌器；径向流搅拌器；径向流搅拌器；17171717气体分布器；气体分布器；气体分布器；气体分布器；18181818下封头；下封头；下封头；下封头；19191919出料口；出料口；出料口
19、；出料口；20202020载热介质进口；载热介质进口；载热介质进口；载热介质进口；21212121气体进口气体进口气体进口气体进口第16页，共77页，编辑于2022年，星期五8.2.2.2 换热元件 换热元件换热元件第17页，共77页，编辑于2022年，星期五表表86 86 各种碳钢夹套的适用温度和压力范围各种碳钢夹套的适用温度和压力范围夹夹套型式套型式最高温度最高温度/最高最高压压力力/MPa/MPa整体整体夹夹套套 U U型型 圆圆筒型筒型3503503003000.60.61.61.6型型钢夹钢夹套套2002002.52.5蜂蜂窝夹窝夹套套 短管支撑式短管支撑式 折折边锥边锥体式体式20
20、02002502502.52.54.04.0半半圆圆管管夹夹套套3503506.46.4第18页，共77页，编辑于2022年，星期五ttjDDDjDjttjDDDjDj图图88 88 整体夹套整体夹套(a)圆筒型圆筒型第19页，共77页，编辑于2022年，星期五图图89 89 夹套肩与筒体的连接结构夹套肩与筒体的连接结构DDjDjD第20页，共77页，编辑于2022年，星期五t1t1t2t2t1d1d1图图810 810 夹套底与封头连接结构夹套底与封头连接结构第21页，共77页，编辑于2022年，星期五图图811 811 型钢夹套结构型钢夹套结构(a)螺旋形角钢互搭式螺旋形角钢互搭式第22页
21、，共77页，编辑于2022年，星期五图图812 半圆管夹套结构半圆管夹套结构r2t1Db2b1t2e2第23页，共77页，编辑于2022年，星期五图图812 812 半圆管夹套结构半圆管夹套结构(b)(b)弓形管弓形管t2e2r2b2b1Dt1第24页，共77页，编辑于2022年，星期五bL3L2Lt1L3(a)(a)螺旋形缠绕螺旋形缠绕图图813 813 半圆管夹套的安装半圆管夹套的安装第25页，共77页，编辑于2022年，星期五图图813 813 半圆管夹套的安装半圆管夹套的安装(b)(b)平行排管平行排管Dt1第26页，共77页，编辑于2022年，星期五图图814 814 折边式蜂窝夹套
22、折边式蜂窝夹套夹套向内折边与筒夹套向内折边与筒体贴合好体贴合好,再进行再进行焊接的结构焊接的结构 D1t1D2t2bAA A向向第27页，共77页，编辑于2022年，星期五D1t1D2edminb图图815 815 短管支撑式蜂窝夹套短管支撑式蜂窝夹套第28页，共77页，编辑于2022年，星期五 图图816 816 螺旋形盘管螺旋形盘管 dD第29页，共77页，编辑于2022年，星期五dD对称布置的几组对称布置的几组竖式蛇管：竖式蛇管：传热传热 挡板作用挡板作用图图8 817 17 竖式蛇管竖式蛇管第30页，共77页，编辑于2022年，星期五8.2.3 搅拌器8.2.3.1 搅拌器与流动特征
23、搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件。搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件。搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件。搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件。其功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。其功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。其功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。其功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。（1 1）流型：搅拌器旋转时把机械能传给流体，在搅）流型：搅拌器旋转时把机械能传给流体，在搅）流型：搅拌器旋转时把机械能传给流体，在搅）流型：搅拌器旋转时把机械能传给流体，在搅拌器附近形成高湍动的充分混合区，
24、并产生一股高拌器附近形成高湍动的充分混合区，并产生一股高拌器附近形成高湍动的充分混合区，并产生一股高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器内循环流动。速射流推动液体在搅拌器内循环流动。速射流推动液体在搅拌器内循环流动。速射流推动液体在搅拌器内循环流动。第31页，共77页，编辑于2022年，星期五三种基本流型：（1）径向流涡轮式叶轮、圆筒形罐体，带挡板；（2）轴向流推进式叶轮、圆筒形罐体，带挡板；（3）切向流涡轮式叶轮、圆筒形罐体，无挡板；实际中这三种流型同时存在，但所占比例不同。各种流型见图8-18,。第32页，共77页，编辑于2022年，星期五第33页，共77页，
25、编辑于2022年，星期五（2）挡板与导流 搅拌器沿容器中心线安装，搅拌物料的粘度不大，搅拌转速较高时，搅拌器沿容器中心线安装，搅拌物料的粘度不大，搅拌转速较高时，搅拌器沿容器中心线安装，搅拌物料的粘度不大，搅拌转速较高时，搅拌器沿容器中心线安装，搅拌物料的粘度不大，搅拌转速较高时，液体将随着桨叶旋转方向一起运动，容器中间部分的液体在离心力作液体将随着桨叶旋转方向一起运动，容器中间部分的液体在离心力作液体将随着桨叶旋转方向一起运动，容器中间部分的液体在离心力作液体将随着桨叶旋转方向一起运动，容器中间部分的液体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。通常称为打用下涌向内壁面并上
26、升，中心部分液面下降，形成漩涡。通常称为打用下涌向内壁面并上升，中心部分液面下降，形成漩涡。通常称为打用下涌向内壁面并上升，中心部分液面下降，形成漩涡。通常称为打漩区漩区漩区漩区 图图图图8-188-188-188-18（c c c c）。随着转速的增加，漩涡中心下凹到与桨叶接。随着转速的增加，漩涡中心下凹到与桨叶接。随着转速的增加，漩涡中心下凹到与桨叶接。随着转速的增加，漩涡中心下凹到与桨叶接触，此时外面的空气进入桨叶被吸到液体中，液体混入到气体后密度触，此时外面的空气进入桨叶被吸到液体中，液体混入到气体后密度触，此时外面的空气进入桨叶被吸到液体中，液体混入到气体后密度触，此时外面的空气进入
27、桨叶被吸到液体中，液体混入到气体后密度减小，从而降低混合效果。为消除这种现象，通常可在容器中加入挡减小，从而降低混合效果。为消除这种现象，通常可在容器中加入挡减小，从而降低混合效果。为消除这种现象，通常可在容器中加入挡减小，从而降低混合效果。为消除这种现象，通常可在容器中加入挡板。板。板。板。挡板的安装：一般在罐体内壁上安装挡板的安装：一般在罐体内壁上安装挡板的安装：一般在罐体内壁上安装挡板的安装：一般在罐体内壁上安装46464646块挡板（罐体直径小时块挡板（罐体直径小时块挡板（罐体直径小时块挡板（罐体直径小时用用用用24242424块，大时用块，大时用块，大时用块，大时用48484848块
28、）。各挡板沿罐体周向均布，其长边与罐块）。各挡板沿罐体周向均布，其长边与罐块）。各挡板沿罐体周向均布，其长边与罐块）。各挡板沿罐体周向均布，其长边与罐体母线平行。体母线平行。体母线平行。体母线平行。挡板宽度：挡板宽度取罐体直径的挡板宽度：挡板宽度取罐体直径的挡板宽度：挡板宽度取罐体直径的挡板宽度：挡板宽度取罐体直径的1/121/101/121/101/121/101/121/10。第34页，共77页，编辑于2022年，星期五挡板的安装结构挡板的安装结构挡板的安装结构挡板的安装结构第35页，共77页，编辑于2022年，星期五导流筒 是上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌混合中起导是上下开口圆筒，安
29、装于容器内，在搅拌混合中起导是上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌混合中起导是上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌混合中起导流作用。流作用。流作用。流作用。导流筒直径：约为罐体直径的导流筒直径：约为罐体直径的导流筒直径：约为罐体直径的导流筒直径：约为罐体直径的0.70.70.70.7倍，以使导流筒内倍，以使导流筒内倍，以使导流筒内倍，以使导流筒内的通流面积等于导流筒与罐体间的环形通流面积。详的通流面积等于导流筒与罐体间的环形通流面积。详的通流面积等于导流筒与罐体间的环形通流面积。详的通流面积等于导流筒与罐体间的环形通流面积。详见董大勤旧版书见董大勤旧版书见董大勤旧版书见董大勤旧版书P563P563
30、P563P563。导流筒壁上开孔的作用：当液面在操作中降低时，流体导流筒壁上开孔的作用：当液面在操作中降低时，流体导流筒壁上开孔的作用：当液面在操作中降低时，流体导流筒壁上开孔的作用：当液面在操作中降低时，流体仍可从开孔中进入导流筒。仍可从开孔中进入导流筒。仍可从开孔中进入导流筒。仍可从开孔中进入导流筒。第36页，共77页，编辑于2022年，星期五导流筒的安装结构第37页，共77页，编辑于2022年，星期五（3）流动特征叶轮搅拌流体时，在叶轮附近产生剪切流，在整个罐体内产生轮搅拌流体时，在叶轮附近产生剪切流，在整个罐体内产生轮搅拌流体时，在叶轮附近产生剪切流，在整个罐体内产生轮搅拌流体时，在叶
31、轮附近产生剪切流，在整个罐体内产生循环流。剪切流比较剧烈而作用范围较小，主要使液循环流。剪切流比较剧烈而作用范围较小，主要使液循环流。剪切流比较剧烈而作用范围较小，主要使液循环流。剪切流比较剧烈而作用范围较小，主要使液液体液体液体液体系中的分散相、或液系中的分散相、或液系中的分散相、或液系中的分散相、或液固体系中的颗粒、或气固体系中的颗粒、或气固体系中的颗粒、或气固体系中的颗粒、或气液体系中的气泡破液体系中的气泡破液体系中的气泡破液体系中的气泡破碎；循环流比较轻缓而作用范围较大，主要使物料各相均匀混合、均碎；循环流比较轻缓而作用范围较大，主要使物料各相均匀混合、均碎；循环流比较轻缓而作用范围较
32、大，主要使物料各相均匀混合、均碎；循环流比较轻缓而作用范围较大，主要使物料各相均匀混合、均匀换热、或液匀换热、或液匀换热、或液匀换热、或液固体系中固体颗粒的悬浮（防止沉积）。固体系中固体颗粒的悬浮（防止沉积）。固体系中固体颗粒的悬浮（防止沉积）。固体系中固体颗粒的悬浮（防止沉积）。第38页，共77页，编辑于2022年，星期五8.2.3.2 搅拌器类型及典型搅拌器特征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平 叶叶 折折 叶叶 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二种结构折叶
33、二种结构推进式、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搅拌器分类搅拌器分类:图图8-22混合流搅拌器混合流搅拌器第39页，共77页，编辑于2022年，星期五 按搅拌按搅拌用途分为用途分为低粘流体低粘流体用搅拌器用搅拌器高粘流体高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 MIG 和改进和改进MIGMIG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
34、、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。第40页，共77页，编辑于2022年，星期五图图822 822 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第41页，共77页，编辑于2022年，星期五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823823桨式搅拌器桨式搅拌器 （1）桨式搅拌器）桨式
35、搅拌器第42页，共77页，编辑于2022年，星期五表表8 85 5 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=0.35d/D=0.350.80.8b/d=0.1b/d=0.10.250.25B Bn n=2=2折叶式有折叶式有轴轴向、径向、径向和向和环环向向分流作用分流作用小于小于2Pas低低转转速速时时水平水平环环向流向流为为主；主；转转速速高高时为时为径向流；径向流；有有挡挡板板时为时为上下上下循循环环流流当当d/D=0.9d/D=0.9以上，以上，并并设设置多置多层桨层桨叶叶时时，可用于高粘
36、，可用于高粘度液体的低速度液体的低速搅搅拌。在拌。在层层流区操流区操作，适用的介作，适用的介质质粘度可达粘度可达100100Pas,v=1.0v=1.03.0m/s3.0m/s折叶式折叶式=45=45，6060折叶式有轴向、折叶式有轴向、径向和环向分流径向和环向分流作用作用 注：注：n n转速；转速；v v叶端线速度；叶端线速度；Bn Bn叶片数；叶片数；d d搅拌器直径；搅拌器直径；D D容器内径：容器内径：折叶角。折叶角。第43页，共77页，编辑于2022年，星期五（2）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。常用于低粘流体中。标准推进式搅拌器有三瓣叶
37、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 710 m/s，最高达最高达15 m/s。图图824824推进式搅拌器推进式搅拌器 第44页，共77页，编辑于2022年，星期五表表8 86 6推进式搅拌器常用参数推进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=0.2d/D=0.20.5(0.5(以以0.330.33居多居多)p/d=1,2p/d=1,2B Bn n=2,3,4=2,3,4(以以3 3居多居多)p p螺距
38、螺距n=100n=100500r/m500r/mininv=3v=315m/s15m/s小于小于2Pas轴轴流型，循流型，循环环速率高，速率高，剪切力小。剪切力小。采用采用挡挡板或板或导导流筒流筒则轴则轴向循向循环环更更强强最高最高转转速可达速可达1750r/min:1750r/min:最最高叶端高叶端线线速度速度可达可达25m/s25m/s。转转速在速在500r/min500r/min以下，以下，适用介适用介质质粘度粘度可达可达50Pa.s 50Pa.s 第45页，共77页，编辑于2022年，星期五（3 3）涡轮式搅拌器（又称）涡轮式搅拌器（又称透平式叶轮），是应用较广的透平式叶轮），是应用
39、较广的一种搅拌器，能有效地完成几一种搅拌器，能有效地完成几乎所有的搅拌操作，并能处理乎所有的搅拌操作，并能处理粘度范围很广的流体。粘度范围很广的流体。图图825 825 涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 第46页，共77页，编辑于2022年，星期五表表8 87 7 涡轮式搅拌器常用参数涡轮式搅拌器常用参数型式型式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粘度范度范围围流流动动状状态态备备注注开式开式涡轮涡轮d/D=0.2d/D=0.20.50.5(以以0.330.33居多居多)b/d=0.2b/d=0.2B Bn n=,3,4,6,8=,3,4,6,8(以以6 6居多居多)折叶式折叶式
40、=30=30,45,45,60,60后弯式后弯式=30=30,50,50,60,60 后弯角后弯角n=10n=10300r/min300r/minv=410m/s折叶式折叶式v=26m/s小于小于50Pas，折叶和后弯折叶和后弯叶小于叶小于10Pas平直叶、平直叶、后弯叶后弯叶为为径向流型。径向流型。在有在有挡挡板板时时以以桨桨叶叶为为界形成界形成上下两个上下两个循循环环流。流。折叶的折叶的还还有有轴轴向分向分流，近于流，近于轴轴流型流型最高最高转转速速可达可达600r/min600r/min圆盘圆盘上下上下液体的混液体的混合不如开合不如开式式涡轮涡轮盘盘式式涡轮涡轮d:l:b=20:5:4d
41、:l:b=20:5:4d/D=0.2d/D=0.20.50.5(以以0.330.33居多居多)B Bn n=4,6,8=4,6,8=45=45,60,60=45=45n=10n=10300r/min300r/minv=4v=410m/s10m/s折叶式折叶式v=2v=26m/s6m/s小于小于50Pas，折叶和折叶和后弯叶后弯叶小于小于10Pa10Pas s第47页，共77页，编辑于2022年，星期五结构简单。结构简单。适用于粘度在适用于粘度在100Pas100Pas以下的流体搅拌，当流以下的流体搅拌，当流体粘度在体粘度在1010100Pas100Pas时，可在锚式桨中间加时，可在锚式桨中间加
42、一横桨叶，即为框式搅一横桨叶，即为框式搅拌器，以增加容器中部拌器，以增加容器中部的混合。的混合。图图826 826 锚式搅拌器锚式搅拌器（4）锚式搅拌器）锚式搅拌器第48页，共77页，编辑于2022年，星期五常用尺寸常用尺寸常用运常用运转转条条件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=0.90.98b/D=0.1h/D=0.48-1.0n=n=1 1100r/min100r/minv=1v=15m/s5m/s小于小于100Pa100Pas s不同高度不同高度上的水平上的水平环环向流向流为为了增大了增大搅搅拌范拌范围围，可，可根据需要在根据需要在桨桨叶上增加叶上增加立叶
43、立叶和和横梁横梁表表8 88 8 锚式搅拌器常用参数锚式搅拌器常用参数第49页，共77页，编辑于2022年，星期五8.2.3.3 搅拌器的选用（1）按搅拌目的选用 仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表8-11.8-11.8-11.8-11.第50页，共77页，编辑于2022年，星期五搅搅拌目的拌目的挡挡板条件板条件推荐形式推荐形式流流动动状状态态互溶液体的混合及互溶液体的混合及在其中在其中进进行化学反行化学反应应无无挡挡板板三叶折叶三叶折叶涡轮涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮涡轮、桨桨式、式、圆盘涡
44、轮圆盘涡轮 湍流湍流(低粘流体低粘流体)有有导导流筒流筒三叶折叶三叶折叶涡轮涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮涡轮、推推进进式式有或无有或无导导流筒流筒桨桨式、螺杆式、框式、螺式、螺杆式、框式、螺带带式、式、锚锚式式层层流流(高粘流体高粘流体)固固液相分散及在液相分散及在其中溶解和其中溶解和进进行化行化学反学反应应有或无有或无挡挡板板桨桨式、六叶折叶开启式式、六叶折叶开启式涡轮涡轮湍流湍流(低粘流体低粘流体)有有导导流筒流筒三叶折叶三叶折叶涡轮涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮涡轮、推推进进式式有或无有或无导导流筒流筒螺螺带带式、螺杆式、式、螺杆式、锚锚式式层层流流(高粘流体高粘流体)液液
45、液相分散（互液相分散（互溶的液体）及在其溶的液体）及在其中中强强化化传质传质和和进进行行化学反化学反应应有有挡挡板板三叶折叶三叶折叶涡轮涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮涡轮、桨桨式、式、圆盘涡轮圆盘涡轮式、推式、推进进式式湍流湍流(低粘流体低粘流体)表表8 811 11 搅拌目的与推荐的搅拌器形式搅拌目的与推荐的搅拌器形式第51页，共77页，编辑于2022年，星期五液液液相分散液相分散（不互溶的液体）（不互溶的液体）及在其中及在其中强强化化传传质质和和进进行化学反行化学反应应有有挡挡板板圆盘涡轮圆盘涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮涡轮湍流湍流(低粘流体低粘流体)有反射物有反射物三叶折叶
46、三叶折叶涡轮涡轮有有导导流筒流筒三叶折叶三叶折叶涡轮涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮涡轮、推推进进式式有或无有或无导导流筒流筒螺螺带带式、螺杆式、式、螺杆式、锚锚式式层层流流(高粘流体高粘流体)气气液相分散及液相分散及在其中在其中强强化化传质传质和和进进行化学反行化学反应应有有挡挡板板圆盘涡轮圆盘涡轮、闭闭式式涡轮涡轮湍流湍流(低粘流体低粘流体)有反射物有反射物三叶折叶三叶折叶涡轮涡轮有有导导流筒流筒三叶折叶三叶折叶涡轮涡轮、六叶折叶开启、六叶折叶开启涡轮涡轮、推推进进式式有有导导流筒流筒螺杆式螺杆式层层流流(高粘流体高粘流体)无无导导流筒流筒锚锚式、螺式、螺带带式式表表8 811 11
47、搅拌目的与推荐的搅拌器形式（续）搅拌目的与推荐的搅拌器形式（续）第52页，共77页，编辑于2022年，星期五（2）按搅拌形式和适用条件选型）按搅拌形式和适用条件选型注：有注：有者为可用，空白者不详或不合用者为可用，空白者不详或不合用 表表8 812 12 搅拌器型式和适用条件搅拌器型式和适用条件第53页，共77页，编辑于2022年，星期五8.2.3.5 搅拌功率计算功率计算的目的：设计立轴体系和选择驱动装置。功率与影响因素的关联：NP影响功率的主要因素 叶轮的结构、尺寸与转速；罐体及其内件的结构、尺寸；物料的特性（密度、粘度）与容量；重力加速度g。第54页，共77页，编辑于2022年，星期五N
48、P功率准数，无因次；P 搅拌功率，w；物料密度，kg/m3；n 叶轮转速，1/s；d 叶轮直径，m；k 结构系统的形状系数，无因次；Re雷诺准数，Re=d2n/，为物料粘度，Pas，其余同前；Fr 弗劳德准数，Fr=n2d/g，g为重力加速度，m/s2，其余同前；r、q 指数，无因次。式中：d 叶轮直径，m;D罐体内径，m;B桨叶宽度，m;h 液面高度，m第55页，共77页，编辑于2022年，星期五对于特定的搅拌系统，可通过实验和辅以计算来建立功率准数与雷诺准数的关系，并将其关系绘在双对数坐标系中得到功率曲线。图827为罗土顿（Rushton）等人完全的功率曲线，根据计算的雷诺准数可从图中查到
49、功率准数。由关联式得：P=NPn3d5，式中、n、d均为已知参数，NP已查到，代入计算即可得搅拌功率P。第56页，共77页，编辑于2022年，星期五1 5 10 5 102 5 103 5 104 5 1051005010510.5Re=d2n/第57页，共77页，编辑于2022年，星期五第58页，共77页，编辑于2022年，星期五8.2.4 搅拌轴设计轴设计包括轴设计包括强度强度刚度刚度临界转速临界转速轴封处径向位移轴封处径向位移考虑上述因素计算所得考虑上述因素计算所得设计步骤设计步骤:计算计算d(危险截面危险截面)d+C2 圆整为标准轴径。圆整为标准轴径。第59页，共77页，编辑于2022
50、年，星期五（1 1）搅拌轴的力学模型）搅拌轴的力学模型图中Fh、Fhi、Fa均为叶轮水力的分量，其中Fa为各叶轮水力轴向分量的合力，一般可忽略；Fh、Fhi因叶轮结构对称一般为零。第60页，共77页，编辑于2022年，星期五（2）按扭转变形计算搅拌轴的直径式中：d 轴的外径，m；Mn max轴的最大扭矩，Nm；式中：Pn电机功率，kw；n 轴的转速，1/min；传动效率，%。许用扭转角，悬壁轴=0.35/m，单跨梁=0.7/m；G轴材料的剪切弹性模量，Pa；空心轴的内、外径比，搅拌轴细长，常用空心轴。第61页，共77页，编辑于2022年，星期五（3）按临界转速校核搅拌轴的直径当轴的转速达到轴的