機械攪拌反應器(攪拌釜式反應器)資料PPT課件

.,1,機械攪拌反應器(攪拌釜式反應器),適用于各種物性（如粘度、密度）和各種操作條件（溫度、壓力）的反應過程，應用于合成塑料、合成纖維、合成橡膠、醫(yī)藥、農藥、化肥、染料、涂料、食品、冶金、廢水處理等行業(yè)。,17機械攪拌反應器,.,2,應用,化學反應、生物反應、混合、分散、溶解、結晶、萃取、吸收或解吸、傳熱等操作。,結構,組成攪拌容器和攪拌機兩大部。,由筒體、換熱元件及內構件組成,由攪拌器、攪拌軸及其密封裝置、傳動裝置等組成,.,3,1電動機；2減速機；3機架；4人孔；5密封裝置；6進料口；7上封頭；8筒體：9聯軸器；10攪拌軸；,11夾套；12載熱介質出口；13擋板；14螺旋導流板；15軸向流攪拌器；16徑向流攪拌器；17氣體分布器；18下封頭；19出料口；20載熱介質進口；21氣體進口,圖17-1通氣式攪拌反應器典型結構,.,4,17.1攪拌容器,結構,圓筒體，封頭（橢圓形、錐形和平蓋，橢圓形封頭應用最廣）。各種接管，滿足進料、出料、排氣等要求。加熱、冷卻裝置：設置外夾套或內盤管。上封頭焊有凸緣法蘭，用于攪拌容器與機架的連接。,.,5,傳感器，測量反應物的溫度、壓力、成分及其它參數。支座，小型用懸掛式支座，大型用裙式支座或支承式支座。7.裝料系數（對容積而言），通常取0.60.85。有泡沫或呈沸騰狀態(tài)取0.60.7；平穩(wěn)時取0.80.85。,容積,直立式攪拌容器,臥式攪拌容器,筒體和下封頭兩部分容積之和,筒體和左右兩封頭容積之和,.,6,表171幾種攪拌設備筒體的高徑比,.,7,換熱元件,換熱元件,夾套,內盤管,優(yōu)先采用夾套，減少容器內構件，便于清洗，不占有效容積。,.,8,一、夾套結構,夾套,在容器外側，用焊接或法蘭連接方式裝設各種形狀的鋼結構，使其與容器外壁形成密閉的空間。此空間內通入加熱或冷卻介質，可加熱或冷卻容器內的物料。,結構型式,.,9,表172各種碳鋼夾套的適用溫度和壓力范圍,.,10,圓筒和下封頭都包有夾套，傳熱面積大，最常用結構,1.整體夾套,圓筒型,U型,傳熱面積較小，適用于換熱量要求不大的場合,.,11,圖17-2整體夾套,(a)圓筒型,(b)U型,.,12,連接方式,可拆卸式,不可拆卸式,用于夾套內載熱介質易結垢、需經常清洗的場合。,夾套肩與筒體的聯接處，做成錐形的稱為封口錐，做成環(huán)形的稱為封口環(huán)，見圖173。,.,13,圖17-3夾套肩與筒體的連接結構,(a)封口錐,(b)封口環(huán),.,14,封口環(huán),圖17-4夾套底與封頭連接結構,封口錐,.,15,介質流通特點載熱介質流經夾套與筒體的環(huán)形面積，流道面積大、流速低、傳熱性能差。,提高傳熱效率的措施：,在筒體上焊接螺旋導流板，減小流道截面積，增加冷卻水流速，見圖171；進口處安裝擾流噴嘴，使冷卻水呈湍流狀態(tài)，提高傳熱系數；夾套的不同高度處安裝切向進口，提高冷卻水流速，增加傳熱系數。,.,16,2型鋼夾套,構成角鋼與筒體焊接組成，見圖175。,結構,沿筒體外壁軸向布置,沿筒體外壁螺旋布置,型鋼的剛度大，彎曲成螺旋形時加工難度大,.,17,圖17-5型鋼夾套結構,(a)螺旋形角鋼互搭式,(b)角鋼螺旋形纏繞,.,18,3半圓管夾套,特性,半圓管或弓形管由帶材壓制而成，加工方便。當載熱介質流量小時宜采用弓形管。,缺點：焊縫多，焊接工作量大，筒體較薄時易造成焊接變形。見圖176。,結構,螺旋形纏繞在筒體外側,沿筒體軸向平行焊在筒體外側,沿筒體圓周方向平行焊接在筒體外側,圖17-7,.,19,圖17-6半圓管夾套二種結構,(a)半圓管,.,20,圖17-6半圓管夾套二種結構,.,21,(a)螺旋形纏繞,圖17-7半圓管夾套的安裝,.,22,圖17-6半圓管夾套的安裝,.,23,4蜂窩夾套,特點,以整體夾套為基礎，采取折邊或短管等加強措施；提高筒體的剛度和夾套的承壓能力，減少流道面積；減薄筒體壁厚，強化傳熱效果。,結構,折邊式,拉撐式,.,24,圖17-8折邊式蜂窩夾套,.,25,用沖壓的小錐體或鋼管做拉撐體。蜂窩孔在筒體上呈正方形或三角形布置,圖17-9短管支撐式蜂窩夾套,.,26,二、內盤管,當反應器的熱量僅靠外夾套傳熱，換熱面積不夠時,常采用內盤管,結構特點,浸沒在物料中，熱量損失小，傳熱效果好，檢修較困難。,分類,螺旋形盤管,豎式蛇管,圖17-10,圖17-11,.,27,圖17-10螺旋形盤管,.,28,對稱布置的幾組豎式蛇管：傳熱擋板作用,圖17-11豎式蛇管,.,29,攪拌器,1、攪拌器與流動特征,定義,功能,攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪，是攪拌反應器的關鍵部件。,提供過程所需要的能量和適宜的流動狀態(tài)。,原理,攪拌器旋轉時把機械能傳遞給流體，在攪拌器附近形成高湍動的充分混合區(qū)，并產生一股高速射流推動液體在攪拌容器內循環(huán)流動。,流型,流體循環(huán)流動的途徑。,.,30,一、流型,流型與攪拌的關系,流型與攪拌效果、攪拌功率的關系十分密切。攪拌器的改進和新型攪拌器的開發(fā)往往從流型著手。,流型決定因素,取決于攪拌器的形式、攪拌容器和內構件幾何特征，以及流體性質、攪拌器轉速等因素。,攪拌機頂插式中心安裝立式圓筒的三種基本流型,徑向流,軸向流,切向流,流型,.,31,流體流動方向垂直于攪拌軸，沿徑向流動，碰到容器壁面分成二股流體分別向上、向下流動，再回到葉端，不穿過葉片，形成上、下二個循環(huán)流動。,(a)徑向流,圖17-12攪拌器與流型(a)徑向流,.,32,流體流動方向平行于攪拌軸，流體由槳葉推動，使流體向下流動，遇到容器底面再向上翻，形成上下循環(huán)流。,(b)軸向流,圖17-13攪拌器與流型(b)軸向流,.,33,無擋板的容器內，流體繞軸作旋轉運動，流速高時液體表面會形成漩渦，流體從槳葉周圍周向卷吸至槳葉區(qū)的流量很小，混合效果很差。,(c)切向流,圖17-14攪拌器與流型(c)切向流,.,34,上述三種流型通常同時存在,軸向流與徑向流對混合起主要作用,切向流應加以抑制,采用擋板可削弱切向流，增強軸向流和徑向流,除中心安裝的攪拌機外，還有偏心式、底插式、側插式、斜插式、臥式等安裝方式，見圖17-14。不同方式安裝的攪拌機產生的流型也各不相同。,.,35,圖17-14攪拌器在容器內的安裝方式,(a)垂直偏心式,(b)底插式,(c)側插式,(d)斜插式,(e)臥式,.,36,擋板與導流筒,(1)擋板,目的消除打漩和提高混合效果。,物料粘度小，攪拌轉速高，液體隨槳葉旋轉，在離心力作用下涌向內壁面并上升，中心部分液面下降，形成漩渦，稱為打漩區(qū)。,打漩,.,37,后果,隨轉速增加，漩渦中心下凹到與槳葉接觸，外面空氣進入槳葉被吸到液體中，使其密度減小，混合效果降低。,一般在容器內壁面均勻安裝4塊擋板寬度為容器直徑的1/121/10。,.,38,全擋板條件,當再增加擋板數和擋板寬度，而功率消耗不再增加時，稱為全擋板條件。全擋板條件與擋板數量和寬度有關。,攪拌容器中的傳熱蛇管可部分或全部代替擋板，裝有垂直換熱管時一般可不再安裝擋板。,.,39,圖17-15擋板,.,40,(2)導流筒,作用上下開口圓筒，安裝于容器內，在攪拌混合中起導流作用。,.,41,渦輪式或槳式攪拌器導流筒置于槳葉的上方,(b)推進式攪拌器導流筒套在槳葉外面，或略高于槳葉,圖17-16導流筒,.,42,結構,當攪拌器置于導流筒之下，且容器直徑又較大時，導流筒的下端直徑應縮小，使下部開口小于攪拌器的直徑。,通常導流筒上端低于靜液面，筒身上開孔或槽，當液面降落后流體仍可從孔或槽進入導流筒。,導流筒將攪拌容器截面分成面積相等的兩部分，導流筒直徑約為容器直徑的70%。,.,43,流動特性,攪拌器從電動機獲得機械能，推動物料（流體）運動。攪拌器對流體產生二種作用，剪切作用和循環(huán)作用。,剪切作用與液液攪拌體系中液滴的細化、固液攪拌體系中固體粒子的破碎以及氣液攪拌體系中氣泡的細微化有關。當輸入液體的能量主要用于對流體的剪切作用時，則稱為剪切型葉輪，如徑向渦輪式、鋸齒圓盤式等。,.,44,流動特性,攪拌器從電動機獲得機械能，推動物料（流體）運動。攪拌器對流體產生二種作用，剪切作用和循環(huán)作用。,循環(huán)作用與混合時間、傳熱、固體的懸浮等相關。當攪拌器輸入流體的能量主要用于流體的循環(huán)作用時，稱為循環(huán)型葉輪，如框式、螺帶式、錨式、槳式、推進式等為循環(huán)型葉輪。,.,45,2、攪拌器分類、圖譜及典型攪拌器特性,一、攪拌器分類,按流體流動形態(tài),軸向流攪拌器,徑向流攪拌器,按結構分為,平葉,折葉,螺旋面葉,槳式、渦輪式、框式和錨式的槳葉都有平葉和折葉兩種結構,推進式、螺桿式和螺帶式的槳葉為螺旋面葉,混合流攪拌器,軸向流攪拌器,.,46,按攪拌用途分為,低粘流體用攪拌器,高粘流體用攪拌器,低粘流體攪拌器有：推進式、長薄葉螺旋槳、槳式、開啟渦輪式、圓盤渦輪式、布魯馬金式、板框槳式、三葉后彎式、MIG和改進MIG等。,高粘流體攪拌器有：錨式、框式、鋸齒圓盤式、螺旋槳式、螺帶式（單螺帶、雙螺帶）、螺旋螺帶式等。,.,47,圖17-17攪拌器流型分類圖譜,.,48,槳式、推進式、渦輪式和錨式攪拌器在攪拌反應設備中應用最為廣泛，據統(tǒng)計約占攪拌器總數的7580。,.,49,二、幾種常用攪拌器：,1.槳式攪拌器,結構最簡單葉片用扁鋼制成，焊接或用螺栓固定在輪轂上，葉片數是2、3或4片，葉片形式可分為平直葉式和折葉式兩種。,圖17-18槳式攪拌器,.,50,主要應用,也用于高粘流體攪拌，促進流體的上下交換，代替價格高的螺帶式葉輪，能獲得良好的效果。,液液系中用于防止分離、使罐的溫度均一，固液系中多用于防止固體沉降。,主要用于流體的循環(huán)，由于在同樣排量下，折葉式比平直葉式的功耗少，操作費用低，故軸流槳葉使用較多。,.,51,槳式攪拌器的轉速一般為20100r/min，最高粘度為20Pas。其常用參數見表17-5。,缺點,不能用于以保持氣體和以細微化為目的的氣液分散操作中。,.,52,表17-5槳式攪拌器常用參數,注：n轉速；v葉端線速度；Bn葉片數；d攪拌器直徑；D容器內徑：折葉角。,.,53,2.推進式攪拌器,推進式攪拌器（又稱船用推進器）常用于低粘流體中。,結構,標準推進式攪拌器有三瓣葉片，其螺距與槳直徑d相等。它直徑較小，d/D=1/41/3，葉端速度一般為710m/s，最高達15m/s。,圖17-19推進式攪拌器,.,54,特點攪拌時流體的湍流程度不高，循環(huán)量大，結構簡單，制造方便。,攪拌時流體由槳葉上方吸入，下方以圓筒狀螺旋形排出，流體至容器底再沿壁面返至槳葉上方，形成軸向流動。,循環(huán)性能好，剪切作用不大，屬于循環(huán)型攪拌器,.,55,應用,粘度低、流量大的場合，用較小的攪拌功率，能獲得較好的攪拌效果。主要用于液液系混合、使溫度均勻，在低濃度固液系中防止淤泥沉降等,改進,容器內裝擋板、攪拌軸偏心安裝、攪拌器傾斜，可防止漩渦形成。,常用參數見表17-6,.,56,表17-6推進式攪拌器常用參數,.,57,渦輪式攪拌器（又稱透平式葉輪），是應用較廣的一種攪拌器，能有效地完成幾乎所有的攪拌操作，并能處理粘度范圍很廣的流體。見圖1720。,3渦輪式攪拌器,圖17-20渦輪式攪拌器,.,58,渦輪式攪拌器分為,開式,盤式,開式有：平直葉、斜葉、彎葉等。葉片數為2葉和4葉,盤式有：圓盤平直葉、圓盤斜葉、圓盤彎葉等。葉片數常為6葉。,為改善流動狀況，有時把槳葉制成凹形或箭形,.,59,渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體微團分散得很細，適用于低粘度到中等粘度流體的混合、液液分散、液固懸浮，以及促進良好的傳熱、傳質和化學反應。,平直葉剪切作用較大，屬剪切型攪拌器。彎葉指葉片朝著流動方向彎曲，可降低功率消耗，適用于含有易碎固體顆粒的流體攪拌。,.,60,表17-7渦輪式攪拌器常用參數,.,61,4錨式攪拌器,結構簡單。適用于粘度在100Pas以下的流體攪拌，當流體粘度在10100Pas時，可在錨式槳中間加一橫槳葉，即為框式攪拌器，以增加容器中部的混合。,圖17-21錨式攪拌器,.,62,應用,錨式或框式槳葉的混合效果并不理想，只適用于對混合要求不太高的場合。,由于錨式攪拌器在容器壁附近流速比其它攪拌器大，能得到大的表面?zhèn)鳠嵯禂?，故常用于傳熱、晶析操作。常用于攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿。當攪拌粘度大于100Pas的流體時，應采用螺帶式或螺桿式。,.,63,表17-8錨式攪拌器常用參數,.,64,8.2.3.3攪拌器的選用,選用時除滿足工藝要求外，還應考慮功耗低、操作費用省，以及制造、維護和檢修方便等因素。,攪拌器選型一般從三個方面考慮,攪拌目的,物料粘度,攪拌容器容積的大小,.,65,僅考慮攪拌目的時攪拌器的選型見表17-9。,一、按攪拌目的選型,常用的攪拌器選用方法：