機械攪拌反應器課件

8.2機械攪拌反應器一、基本結(jié)構(gòu)18.2機械攪拌反應器一、基本結(jié)構(gòu)11—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(lián)軸器；10—攪拌軸；11—夾套；12—載熱介質(zhì)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(zhì)進口；21—氣體進口圖8-7通氣式攪拌反應器典型結(jié)構(gòu)21—電動機；11—夾套；圖8-72二、攪拌容器作用:為物料反應提供合適的空間.結(jié)構(gòu):⒈攪拌容器3二、攪拌容器作用:為物料反應提供合適的空間.結(jié)構(gòu):⒈攪裝料系數(shù):一般取0.6~0.85如物料在反應過程中呈泡沫或沸騰狀態(tài)→取0.6~0.7如物料在反應過程中比較平穩(wěn)→取0.8~0.85容積臥式攪拌容器:筒體和左右兩封頭容積之和直立式攪拌容器:筒體和下封頭兩部分容積之和攪拌設備筒體的高徑比:表8-3→確定筒體直徑、高度4裝料系數(shù):容積臥式攪拌容器:筒體和左右兩封頭容積之和直立式表8—3幾種攪拌設備筒體的高徑比種類罐內(nèi)物料類型高徑比一般攪拌罐液-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1.7～2.55表8—3幾種攪拌設備筒體的高徑比種類罐內(nèi)物料類型高徑比一般⒉換熱元件優(yōu)先采用夾套，減少容器內(nèi)構(gòu)件，便于清洗，不占有效容積。6⒉換熱元件優(yōu)先采用夾套，減少6表8—4各種碳鋼夾套的適用溫度和壓力范圍夾套型式最高溫度/℃最高壓力/MPa整體夾套U型圓筒型3503000.61.6型鋼夾套2002.5蜂窩夾套短管支撐式折邊錐體式2002502.54.0半圓管夾套3506.47表8—4各種碳鋼夾套的適用溫度和壓力范圍夾套型式最高溫度ttjDDDjDjttjDDDjDj圖8—8整體夾套(a)圓筒型(b)U型8ttjDDDjDjttjDDDjDj圖8—8整體夾套(a圖8—9夾套肩與筒體的連接結(jié)構(gòu)(a)封口錐(b)封口環(huán)DDjDjD9圖8—9夾套肩與筒體的連接結(jié)構(gòu)(a)封口錐(b)封口環(huán)Dt1t1t2t2t1d1d1封口環(huán)圖8—10夾套底與封頭連接結(jié)構(gòu)封口錐10t1t1t2t2t1d1d1封口環(huán)圖8—10夾套底與封頭圖8—11型鋼夾套結(jié)構(gòu)(a)螺旋形角鋼互搭式(b)角鋼螺旋形纏繞11圖8—11型鋼夾套結(jié)構(gòu)(a)螺旋形角鋼互搭式(b)角鋼螺旋圖8－12半圓管夾套結(jié)構(gòu)(a)半圓管半圓管橫截面重心r2t1Db2b1t2e212圖8－12半圓管夾套結(jié)構(gòu)(a)半圓管半圓管橫截面重心r圖8—12半圓管夾套結(jié)構(gòu)(b)弓形管弓形管橫截面重心t2e2r2b2b1Dt113圖8—12半圓管夾套結(jié)構(gòu)(b)弓形管弓形管橫截面重心t2bL3L2Lt1L3(a)螺旋形纏繞圖8—13半圓管夾套的安裝14bL3L2Lt1L3(a)螺旋形纏繞圖8—13半圓管夾套圖8—13半圓管夾套的安裝(b)平行排管Dt115圖8—13半圓管夾套的安裝(b)平行排管Dt115圖8—14折邊式蜂窩夾套夾套向內(nèi)折邊與筒體貼合好,再進行焊接的結(jié)構(gòu)D1t1D2t2bAA向16圖8—14折邊式蜂窩夾套夾套向內(nèi)折邊與筒D1t1D2t2D1t1D2edminb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8—15短管支撐式蜂窩夾套17D1t1D2edminb用沖壓的小錐體或鋼管做拉撐體。蜂窩孔圖8—16螺旋形盤管

dD18圖8—16dD18dD對稱布置的幾組豎式蛇管：

傳熱

擋板作用圖8－17豎式蛇管19dD對稱布置的幾組圖8－17豎式蛇管19三、攪拌器㈠攪拌器的功能和流動特征⒈功能—提供過程所需要的能量和適宜的流動狀態(tài)。⒉原理—攪拌器旋轉(zhuǎn)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(chǎn)生一股高速射流推動液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動。⒊影響攪拌器功能的因素—a.漿葉的形狀、尺寸、數(shù)量、轉(zhuǎn)速b.攪拌介質(zhì)的物性c.攪拌器的工作環(huán)境d.攪拌器在槽內(nèi)的安裝位置和方式20三、攪拌器㈠攪拌器的功能和流動特征⒈功能—提供過程所需要的⒋流型—流體循環(huán)流動的途徑。攪拌機頂插式中心安裝立式圓筒的三種基本流型：⑴徑向流:圖8-18(a)流體流動方向垂直于攪拌軸，沿徑向流動⑵軸向流:圖8-18(b)流體流動方向平行于攪拌軸⑶切向流:圖8-18(c)無擋板的容器內(nèi)，流體繞軸作旋轉(zhuǎn)運動。這個區(qū)域內(nèi)流體沒有相對運動→混合效果差。消除方法—加擋板→削弱切向流，增強軸向流和徑向流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21⒋流型—流體循環(huán)流動的途徑。消除方法—加擋板→削弱切向流，上影響流型的因素:攪拌器的形式、攪拌容器和內(nèi)構(gòu)件幾何特征、流體性質(zhì)、攪拌器轉(zhuǎn)速等。⒌攪拌器在容器內(nèi)安裝方式:圖8-19,除中心安裝的攪拌機外，還有偏心式、底插式、側(cè)插式、斜插式、臥式等安裝方式。不同方式安裝的攪拌機產(chǎn)生的流型也各不相同。22影響流型的因素:攪拌器的形式、攪拌容器和內(nèi)構(gòu)件幾何⒌攪拌器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8—18攪拌器與流型(a)徑向流23流體流動方向垂直于(a)徑向流圖8—1823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8—18攪拌器與流型(b)軸向流24流體流動方向平行于(b)軸向流圖8—1824無擋板的容器內(nèi)，流體繞軸作旋轉(zhuǎn)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8—18攪拌器與流型(c)切向流25無擋板的容器內(nèi)，流(c)切向流圖8—1825圖8—19攪拌器在容器內(nèi)的安裝方式(a)垂直偏心式(b)底插式(c)側(cè)插式(d)斜插式(e)臥式26圖8—19攪拌器在容器內(nèi)的安裝方式(a)垂直偏心式(b⒍流動特性:攪拌器→對流體產(chǎn)生剪切作用: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(guān)。循環(huán)作用:與混合時間、傳熱、固體的懸浮等相關(guān)。剪切型葉輪:輸入液體的能量主要用于對流體的剪切作用,如徑向渦輪式、鋸齒圓盤式等。循環(huán)型葉輪:輸入流體的能量主要用于對流體的循環(huán)作用,如框式、螺帶式、錨式、槳式、推進式等27⒍流動特性:攪拌器→對流體產(chǎn)生剪切作用:與液—液攪拌體系中液按流體流動形態(tài)軸向流攪拌器徑向流攪拌器按結(jié)構(gòu)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二種結(jié)構(gòu)推進式、螺桿式和螺帶式的槳葉為螺旋面葉㈡攪拌器類型及典型攪拌器特性⒈攪拌器分類:圖8-22混合流攪拌器28按流體流動形態(tài)軸向流攪拌器徑向流攪拌器按結(jié)構(gòu)分為平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。29按攪拌低粘流體高粘流體低粘流體攪拌器有：高粘流體攪拌器有：圖8—22攪拌器流型分類圖譜

軸流式混流式徑流式攪拌器30圖8—22攪拌器流型分類圖譜軸流式混流式徑流式攪拌器30

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(jù)統(tǒng)計約占攪拌器總數(shù)的75～80％。31槳式、推進式、渦輪式和錨式攪拌器在31⒉典型攪拌器特性及尺寸:⑴槳式攪拌器:圖8-23⑵推進式攪拌器:圖8-24⑶渦輪式攪拌器:圖8-25⑷錨式攪拌器:圖8-2632⒉典型攪拌器特性及尺寸:⑴槳式攪拌器:圖8-233結(jié)構(gòu)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(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8—23槳式攪拌器

33結(jié)構(gòu)最簡單圖8—23槳式攪拌器33表8－5槳式攪拌器常用參數(shù)常用尺寸常用運轉(zhuǎn)條件常用介質(zhì)粘度范圍流動狀態(tài)備注d/D=0.35～0.8b/d=0.1～0.25Bn=2折葉式有軸向、徑向和環(huán)向分流作用小于2Pa·s低轉(zhuǎn)速時水平環(huán)向流為主；轉(zhuǎn)速高時為徑向流；有擋板時為上下循環(huán)流當d/D=0.9以上，并設置多層槳葉時，可用于高粘度液體的低速攪拌。在層流區(qū)操作，適用的介質(zhì)粘度可達100Pa·s,v=1.0～3.0m/s折葉式θ=45°，60°折葉式有軸向、徑向和環(huán)向分流作用注：n－轉(zhuǎn)速；v－葉端線速度；Bn－葉片數(shù)；d－攪拌器直徑；D－容器內(nèi)徑：θ－折葉角。

34表8－5槳式攪拌器常用參數(shù)常用尺寸常用運轉(zhuǎn)條件常用介質(zhì)粘度推進式攪拌器（又稱船用推進器）常用于低粘流體中。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=1/4～1/3，葉端速度一般為7～10m/s，最高達15m/s。圖8—24推進式攪拌器35推進式攪拌器（又稱船用推進器）標準推進式攪拌器有三瓣葉圖8—表8－6推進式攪拌器常用參數(shù)常用尺寸常用運轉(zhuǎn)條件常用介質(zhì)粘度范圍流動狀態(tài)備注d/D=0.2～0.5(以0.33居多)p/d=1,2Bn=2,3,4(以3居多)p－螺距n=100～500r/minv=3～15m/s小于2Pa·s軸流型，循環(huán)速率高，剪切力小。采用擋板或?qū)Я魍矂t軸向循環(huán)更強最高轉(zhuǎn)速可達1750r/min:最高葉端線速度可達25m/s。轉(zhuǎn)速在500r/min以下，適用介質(zhì)粘度可達50Pa.s36表8－6推進式攪拌器常用參數(shù)常用尺寸常用運轉(zhuǎn)條件常用介質(zhì)粘度渦輪式攪拌器（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。圖8—25渦輪式攪拌器

37渦輪式攪拌器（又稱透圖8—25渦輪式攪拌器37表8－7渦輪式攪拌器常用參數(shù)型式常用尺寸常用運轉(zhuǎn)條件常用介質(zhì)粘度范圍流動狀態(tài)備注開式渦輪d/D=0.2～0.5(以0.33居多)b/d=0.2Bn=,3,4,6,8(以6居多)折葉式θ=30°,45°,60°后彎式?=30°,50°,60°?后彎角n=10～300r/minv=4～10m/s折葉式v=2～6m/s小于50Pa·s，折葉和后彎葉小于10Pa·s平直葉、后彎葉為徑向流型。在有擋板時以槳葉為界形成上下兩個循環(huán)流。折葉的還有軸向分流，近于軸流型最高轉(zhuǎn)速可達600r/min圓盤上下液體的混合不如開式渦輪盤式渦輪d:l:b=20:5:4d/D=0.2～0.5(以0.33居多)Bn=4,6,8θ=45°,60°?=45°n=10～300r/minv=4～10m/s折葉式v=2～6m/s小于50Pa·s，折葉和后彎葉小于10Pa·s38表8－7渦輪式攪拌器常用參數(shù)型式常用尺寸常用運轉(zhuǎn)條件常用結(jié)構(gòu)簡單。適用于粘度在100Pa·s以下的流體攪拌，當流體粘度在10～100Pa·s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8—26錨式攪拌器

39結(jié)構(gòu)簡單。圖8—26錨式攪拌器39常用尺寸常用運轉(zhuǎn)條件常用介質(zhì)粘度范圍流動狀態(tài)備注d/D=0.9～0.98b/D=0.1h/D=0.48-1.0n=1～100r/minv=1～5m/s小于100Pa·s不同高度上的水平環(huán)向流為了增大攪拌范圍，可根據(jù)需要在槳葉上增加立葉和橫梁表8－8錨式攪拌器常用參數(shù)40常用尺寸常用運轉(zhuǎn)條件常用介質(zhì)粘度范圍流動狀態(tài)備注d/D=n=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。攪拌器選型依據(jù)攪拌目的物料粘度攪拌容器容積的大?、鐢嚢杵鞯倪x型41選用時除滿足工藝要求外，還應考慮功耗低、操作攪拌器選型依據(jù)攪僅考慮攪拌目的時攪拌器的選型見表8－9。⒈按攪拌目的選型:42僅考慮攪拌目的時攪拌器的選型見表8－9。⒈按攪拌目的選型:4攪拌目的擋板條件推薦形式流動狀態(tài)互溶液體的混合及在其中進行化學反應無擋板三葉折葉渦輪、六葉折葉開啟渦輪、槳式、圓盤渦輪湍流(低粘流體)有導流筒三葉折葉渦輪、六葉折葉開啟渦輪、推進式有或無導流筒槳式、螺桿式、框式、螺帶式、錨式層流(高粘流體)固—液相分散及在其中溶解和進行化學反應有或無擋板槳式、六葉折葉開啟式渦輪湍流(低粘流體)有導流筒三葉折葉渦輪、六葉折葉開啟渦輪、推進式有或無導流筒螺帶式、螺桿式、錨式層流(高粘流體)液—液相分散（互溶的液體）及在其中強化傳質(zhì)和進行化學反應有擋板三葉折葉渦輪、六葉折葉開啟渦輪、槳式、圓盤渦輪式、推進式湍流(低粘流體)表8－9攪拌目的與推薦的攪拌器形式43攪拌目的擋板條件推薦形式流動狀態(tài)互溶液體的混合及在其中進行化液—液相分散（不互溶的液體）及在其中強化傳質(zhì)和進行化學反應有擋板圓盤渦輪、六葉折葉開啟渦輪湍流(低粘流體)有反射物三葉折葉渦輪有導流筒三葉折葉渦輪、六葉折葉開啟渦輪、推進式有或無導流筒螺帶式、螺桿式、錨式層流(高粘流體)氣—液相分散及在其中強化傳質(zhì)和進行化學反應有擋板圓盤渦輪、閉式渦輪湍流(低粘流體)有反射物三葉折葉渦輪有導流筒三葉折葉渦輪、六葉折葉開啟渦輪、推進式有導流筒螺桿式層流(高粘流體)無導流筒錨式、螺帶式表8－9攪拌目的與推薦的攪拌器形式（續(xù)）44液—液相分散（不互溶的液體）及在其中強化傳質(zhì)和進行化學反應有⒉按攪拌器型式和適用條件選型:表8-10推進式攪拌器——用于低粘度流體的混合，循環(huán)能力強，動力消耗小，可應用到很大容積的攪拌容器中。槳式攪拌器——結(jié)構(gòu)簡單，在小容積的流體混合中應用較廣，對大容積的流體混合，循環(huán)能力不足。渦輪式攪拌器——應用范圍較廣，各種攪拌操作都適用，但流體粘度不宜超過50Pa·s。錨式、螺桿式、螺帶式——適用于高粘流體的混合。45⒉按攪拌器型式和適用條件選型:表8-10推進式攪拌器——用表8－10攪拌器型式和適用條件注：有◆者為可用，空白者不詳或不合用46表8－10攪拌器型式和適用條件注：有◆者為可用，空白者不㈣生物反應物料特性及攪拌器⒈生物反應器特點:⑴都是在多相體系中進行的。

氣—液—固三相,即空氣或CO2等氣體產(chǎn)物、液態(tài)培養(yǎng)基和生物細胞及其載體顆粒，如青霉素、鏈霉素、頭孢菌素等醫(yī)藥產(chǎn)品。⑵大多數(shù)生物顆粒對剪切力非常敏感。

剪切作用可能影響細胞的生成速率和組成比例，因此對攪拌產(chǎn)生的剪切力要控制在一定的范圍內(nèi)。生物反應器中常常采用機械攪拌式反應器47㈣生物反應物料特性及攪拌器⒈生物反應器特點:⑴都是在多相體⑶大多數(shù)微生物發(fā)酵需要氧氣。氧氣對需氧菌的培養(yǎng)至關(guān)重要，只要短暫缺氧，就會導致菌體的失活或死亡。而氧在水中溶解度極低，因此氧氣的供應就成為十分突出的問題。⒉生物反應攪拌過程要求：

⑴打碎空氣氣泡，使氣泡細化以增加氣液接觸界面，提高氣液面的傳質(zhì)速率；⑵發(fā)酵液要有較大的流動循環(huán)量，使液體中的固形物保持懸浮狀態(tài)。48⑶大多數(shù)微生物發(fā)酵需要氧氣。⒉生物反應攪拌過程要求：48結(jié)論—攪拌器既要有較強剪切力，又要有較大的流體循環(huán)特性。往往采用徑向流和軸向流相結(jié)合的多層攪拌器組合式攪拌系統(tǒng)。49結(jié)論—攪拌器既要有較強剪切力，又要有49⒈擋板

目的—消除打漩和提高混合效果。物料粘度小，攪拌轉(zhuǎn)速高，液體隨槳葉旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下涌向內(nèi)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—四、攪拌附件作用—改善反應器內(nèi)液體流動狀態(tài)類型—擋板與導流筒作用—a.將切向流→變?yōu)檩S向流徑向流b.使被攪動液體的湍流程度↑

→改善攪拌效果↑50⒈擋板目的—消除打漩和提高混合效果。物料粘度小，攪拌轉(zhuǎn)速高打漩后果—a.打漩時幾乎不產(chǎn)生軸向混合，而是使多相系統(tǒng)分層或分離b.隨轉(zhuǎn)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。c.一部分葉輪在空氣中運轉(zhuǎn)→使流體對攪拌器振動阻尼作用↓→攪拌器振動↑擋板形式—縱向擋板，圖8-20擋板寬度w—容器直徑的1/12～1/10數(shù)量z—一般在容器內(nèi)壁面均勻安裝4塊擋板51打漩后果—a.打漩時幾乎不產(chǎn)生軸向混合，而是使多相系統(tǒng)擋板形全擋板條件—當再增加擋板數(shù)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(shù)量和寬度有關(guān)。永田冶進提出了全擋板條件:注意:a.傳熱蛇管可部分或全部代替擋板，b.裝有垂直換熱管時一般可不再安裝擋板。52全擋板條件—當再增加擋板數(shù)和擋板寬度，而功率消耗不再注意:圖8—20擋板

53圖8—20擋板53⒉導流筒作用—a.導流，可以為流體限定一個流動路線，防止短路b.使筒內(nèi)液體攪拌程度↑→混合效率↑

c.迫使流體高速流過加熱面→利于傳熱應用—常用于渦輪式、槳式、推進式攪拌器中，見圖8-2154⒉導流筒作用—a.導流，可以為流體限定一個流動路線，防止短路結(jié)構(gòu)—a.上下開口圓筒，安裝于容器內(nèi)b.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。c.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%。d.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。55結(jié)構(gòu)—a.上下開口圓筒，安裝于容器內(nèi)55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8—21導流筒56渦輪式或槳式攪拌器(b)推進式攪拌器圖8—21導流筒56定義:指攪拌器以一定轉(zhuǎn)速進行攪拌時，對液體做功并使之發(fā)生流動所需的功率。目的:a.設計或校核攪拌器和攪拌軸的強度和剛度b.選擇電機和減速機等傳動裝置。五、攪拌功率計算區(qū)分:攪拌器功率:即攪拌功率攪拌作業(yè)功率:攪拌器使攪拌槽內(nèi)的液體以最佳方式完成攪拌過程所需的功率57定義:指攪拌器以一定轉(zhuǎn)速進行攪拌時，對液體做功目的:a.影響攪拌功率的因素：a.攪拌器的幾何尺寸與轉(zhuǎn)速:攪拌器直徑、槳葉寬度、槳葉傾斜角、轉(zhuǎn)速、單個攪拌器葉片數(shù)、攪拌器距離容器底部的距離等b.攪拌容器的結(jié)構(gòu):容器內(nèi)徑、液面高度、擋板數(shù)、擋板寬度、導流筒的尺寸等。c.攪拌介質(zhì)的特性:液體的密度、粘度。d.重力加速度58影響攪拌功率的因素：a.攪拌器的幾何尺寸與轉(zhuǎn)速:攪拌器直徑、上述影響因素可用下式關(guān)聯(lián):（8—1）

式中B－槳葉寬度，m；

d－攪拌器直徑，m；

D－攪拌容器內(nèi)直徑，m；Fr－弗魯?shù)聹蕯?shù)，59上述影響因素可用下式關(guān)聯(lián):（8—1）式中B－槳葉寬h－液面高度，m；K－系數(shù)；n－轉(zhuǎn)速，1/s；ρ－密度，kg/m3；μ－粘度，Pa·s。Np－功率準數(shù)；P－攪拌功率，W；r,q－指數(shù)；

Re－雷諾數(shù)，；60h－液面高度，m；ρ－密度，kg/m3；Np－功率準數(shù)；P－一般情況下:弗魯?shù)聹蕯?shù)Fr的影響較小。容器內(nèi)徑D、擋板寬度b等幾何參數(shù)可歸結(jié)到系數(shù)K。由式（8－1）得攪拌功率P為：（8—2）

關(guān)鍵求(查圖8-27)61一般情況下:弗魯?shù)聹蕯?shù)Fr的影響較小。容器內(nèi)徑D、（8—2）圖8－27六種攪拌器的功率曲線(全擋板條件)

51051025103510451051005010510.5Re=d2nρ/μ62圖8－27六種攪拌器的功率曲線(全擋板條件)圖8－27六種攪拌器的功率曲線(全擋板條件)S/d=2D/d=2.5-6h/d=2-4h1/d=1B/d=1/5D/d=3h/d=3h1/d=1B/d=1/8D/d=3h/d=3h1/d=1B/d=1/8D/d=3h/d=3h1/d=1θ=45o曲線3-推進式曲線4-二葉平漿曲線5-六彎葉開式渦輪

曲線6-六斜葉開式渦輪曲線1-六直葉圓盤渦輪曲線2-六直葉開式渦輪d:l:B=20:5:4D/d=2-7h/d=2-4h1/d=0.7-1.6B/d=1/5D/d=3h/d=3h1/d=163圖8－27六種攪拌器的功率曲線(全擋板條件)S/d=2B低雷諾數(shù)(Re≤10)→層流區(qū):流體不會打漩，重力影響可忽略，功率曲線為斜率-1的直線；10≤Re≤10000→過渡流區(qū):功率曲線為一下凹曲線；Re＞10000→充分湍流區(qū):功率曲線呈一水平直線，即Np與Re無關(guān)，保持不變。由圖8－27可知:64低雷諾數(shù)(Re≤10)→層流區(qū):流體不會打漩，重力影響可忽注意:a.圖8－27所示功率曲線只適用于圖示六種攪拌器的幾何比例關(guān)系。如果比例關(guān)系不同，功率準數(shù)Np也不同b.上述功率曲線是在單一液體下測得的。對于非均相物系:液－液或液－固:用平均氣－液:通氣攪拌功率＜均相液體攪拌功率65注意:a.圖8－27所示功率曲線只適用于圖示六種攪拌器的幾六、攪拌軸設計型式實心軸空心軸軸設計包括強度剛度臨界轉(zhuǎn)速軸封處徑向位移設計步驟:計算d(危險截面)→d+C2→圓整為標準軸徑?？紤]上述因素計算所得66六、攪拌軸設計型式實心軸軸設計包括強度設計步驟:計算d⒈力學模型:圖8-28,8-29假設:（1）剛性聯(lián)軸器聯(lián)接的可拆軸視為整體軸；（2）攪拌器及軸上的其它零件(附件)的重力、慣性力、流體作用力均作用在零件軸套的中部；（3）軸受扭矩作用外，還考慮攪拌器上流體的徑向力以及攪拌軸和攪拌器(包括附件)在組合重心處質(zhì)量偏心引起的離心力的作用。67⒈力學模型:圖8-28,8-29（1）剛性聯(lián)軸器聯(lián)接的圖8—28懸臂軸受力模型

LeSFAm1FhiFh1FemiLiL1αd68圖8—28LeSFAm1FhiFh1FemiLiL1圖8-29單跨軸受力模型

LeFhiFh1FASm1miFedLiL1L69圖8-29LeFhiFh1FASm1miFedLi⒉按強度計算軸徑:攪拌軸的強度條件是：（8—6）70⒉按強度計算軸徑:攪拌軸的強度條件是：（8—6）70式中M—彎矩，M=MR+MAMA—由軸向力引起的軸的彎矩，N·m；Mn—扭矩，N·m；MR—水平推力引起的軸的彎矩，N·m；Mte—軸上扭轉(zhuǎn)和彎矩聯(lián)合作用時的當量扭矩，，N·m；71式中M—彎矩，M=MR+MA71Wp—抗扭截面模量，對空心圓軸，m3[τ]—軸材料的許用剪應力，Paτmax—截面上最大剪應力，Pa；—軸材料的抗拉強度，Pa。則攪拌軸的直徑：（8—7）

72Wp—抗扭截面模量，對空心圓軸，⒊按剛度計算軸徑:目的:防止軸產(chǎn)生過大扭轉(zhuǎn)變形→以免在運轉(zhuǎn)中引起軸的振動,使軸封失效。應將軸單位長度最大扭轉(zhuǎn)角γ限制在允許范圍內(nèi)。（8—3）軸扭矩的剛度條件為:73⒊按剛度計算軸徑:目的:防止軸產(chǎn)生過大扭轉(zhuǎn)變形→以免在運轉(zhuǎn)中式中d—攪拌軸直徑，m；G—軸材料剪切彈性模量，Pa；Mnmax—軸傳遞的最大扭矩，N·m；n—攪拌軸轉(zhuǎn)速，r/min；Pn—電機功率，kW；α—空心軸內(nèi)徑和外徑的比值；η—傳動裝置效率；[γ]—許用扭轉(zhuǎn)角，對于懸臂梁[γ]=0.350/m，

對于單跨梁[γ]=0.70/m。

74式中d—攪拌軸直徑，m；G—軸材料剪切彈性模量，Pa；Mn故攪拌軸的直徑為（8—4）75故攪拌軸的直徑為（8—4）75⒋按臨界轉(zhuǎn)速校核軸徑:臨界轉(zhuǎn)速nc—攪拌軸的轉(zhuǎn)速達到軸自振頻率，發(fā)生強烈振動，并出現(xiàn)很大彎曲時的轉(zhuǎn)速。工作轉(zhuǎn)速應避開臨界轉(zhuǎn)速:剛性軸—工作轉(zhuǎn)速低于第一臨界轉(zhuǎn)速的軸,要求n≤0.7nc

柔性軸—工作轉(zhuǎn)速大于第一臨界轉(zhuǎn)速的軸,要求n≥1.3nc臨界轉(zhuǎn)速nc=f(支承方式,支承點距離,軸徑)計算方法小軸—把軸理想化為無質(zhì)量的帶有圓盤的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)來計算軸的臨界轉(zhuǎn)速。大軸—采用等效質(zhì)量方法76⒋按臨界轉(zhuǎn)速校核軸徑:臨界轉(zhuǎn)速nc—攪拌軸的轉(zhuǎn)速達到軸自振頻等效質(zhì)量方法:把軸本身的分布質(zhì)量和軸上各個攪拌器的質(zhì)量按等效原理,分別轉(zhuǎn)化到一個特定點上(如對懸臂軸為軸末端S),累加組成一個集中的等效質(zhì)量。把原來復雜多自由度轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)簡化為無質(zhì)量軸上只有一個集中等效質(zhì)量的單自由度問題。77等效質(zhì)量方法:把軸本身的分布質(zhì)量和軸上各個攪拌器的質(zhì)量77懸臂軸:按上述方法可,簡化為圖8-28的模型,一階臨界轉(zhuǎn)速nc：（8—5）α—懸臂軸兩支點間距離，m；式中

E—軸材料的彈性模量，Pa；I—軸的慣性矩，m4L1—第1個攪拌器懸臂長度，m；nc—臨界轉(zhuǎn)速，r/min；ms—軸及攪拌器有效質(zhì)量在s點的等效質(zhì)量之和，z—攪拌器的數(shù)量。78懸臂軸:按上述方法可,簡化為圖8-28的模型,一階臨界轉(zhuǎn)速等直徑懸臂軸、單跨軸的臨界轉(zhuǎn)速詳細計算見文獻[64]第91～99頁。不同型式的攪拌器、攪拌介質(zhì)，剛性軸和柔性軸的工作轉(zhuǎn)速n與臨界轉(zhuǎn)速nc的比值可參考表8-11。79等直徑懸臂軸、單跨軸的臨界轉(zhuǎn)速詳細計算見文獻[64]不同型式攪拌介質(zhì)剛性軸柔性軸攪拌器(葉片式攪拌器除外)葉片式攪拌器高速攪拌器氣體n/nc≤0.7不推薦液體—液體液體—固體n/nc≤0.7和n/nc(0.45～0.55)n/nc=1.3～1.6液體—氣體n/nc≤0.6n/nc≤0.4不推薦表8—11攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速的選取注：葉片式攪拌器包括：槳式、開啟渦輪式、圓盤渦輪式、三葉后掠式、推進式；不包括：錨式、框式、螺帶式。80攪拌介質(zhì)剛性軸柔性軸攪拌器(葉片式攪拌器除外)葉片式攪拌器高軸封處徑向位移的大小直接影響密封的性能，徑向位移大，易造成泄漏或密封的失效。⒌按軸封處允許徑向位移驗算軸徑:

（1）軸承的徑向游隙；（2）流體形成的水平推力；（3）攪拌器及附件組合質(zhì)量不均勻產(chǎn)生的離心力。軸封處的徑向位移原因：力學模型:圖8-3081軸封處徑向位移的大小直接影響密封的性能，⒌按軸封處允許徑向位圖8—30徑向位移計算模型S’/2S’’/2FhiFh1L1LiL082圖8—30S’/2S’’/2FhiFh1L1LiL08計算:分別計算其徑向位移，然后疊加，使總徑向位移

小于允許的徑向位移，即（8—8）式中—軸封處的允許徑向位移，

mm通常K3—徑向位移系數(shù)，當設計壓力p＝0.1～0.6MPa，n＞100r/min時,一般物料K3＝0.3。83計算:分別計算其徑向位移，然后疊加，使總徑向位移（8攪拌軸軸徑必須滿足強度和臨界轉(zhuǎn)速的要求。當有要求時，還應滿足扭轉(zhuǎn)變形、徑向總位移的要求。有關(guān)攪拌軸的詳細計算及參數(shù)的選取見文獻[64]第82頁至第103頁。84攪拌軸軸徑必須滿足強度和臨界轉(zhuǎn)速的要求。當有要求時，還應滿足⒍減小軸端撓度、提高攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速的措施:(1)縮短懸臂段攪拌軸的長度

受到端部集中力作用的懸臂梁，其端點撓度與懸臂長度的三次方成正比?？s短攪拌軸懸臂長度，可以降低梁端的撓度，這是減小撓度最簡單的方法，但會改變設備的高徑比，影響攪拌效果。85⒍減小軸端撓度、提高攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速的措施:(1)縮短懸臂段(2)增加軸徑軸徑越大，軸端撓度越小。但軸徑增加，與軸連接的零部件均需加大規(guī)格，如軸承、軸封、聯(lián)軸器等，導致造價增加。(3)設置底軸承或中間軸承設置底軸承或中間軸承改變了軸的支承方式，可減小攪拌軸的撓度。但底軸承和中間軸承浸沒在物料中，潤滑不好，如物料中有固體顆粒，更易磨損，需經(jīng)常維修，影響生產(chǎn)。發(fā)展趨勢是盡量避免采用底軸承和中間軸承。86(2)增加軸徑軸徑越大，軸端撓度越小。(3)設置底軸承或(4)設置穩(wěn)定器

工作原理：穩(wěn)定器受到介質(zhì)阻尼作用力的方向與攪拌器對攪拌軸施加的水平作用力的方向相反，減少軸的擺動量。

穩(wěn)定器擺動時，阻尼力與承受阻尼作用的面積有關(guān)，迎液面積越大，阻尼作用越明顯，穩(wěn)定效果越好。采用穩(wěn)定器可改善攪拌設備的運行性能，延長軸承的壽命87(4)設置穩(wěn)定器工作原理：穩(wěn)定器受到介質(zhì)阻尼作用力的方向穩(wěn)定器分類圓筒型:圖8-31葉片型:圖8-3288穩(wěn)定器分類圓筒型:圖8-31葉片型:圖8-3288空心圓筒，安裝在攪拌器下面圖8—31穩(wěn)定筒89空心圓筒，安裝在攪拌器下面圖8—31穩(wěn)定筒89（a）葉片切向布置在攪拌器下面圖8—32葉片型穩(wěn)定器90（a）葉片切向布置圖8—32葉片型穩(wěn)定器90圖8—32葉片型穩(wěn)定器(b)葉片安裝在軸上，并與軸垂直91圖8—32葉片型穩(wěn)定器(b)葉片安裝在軸91圖8—32葉片型穩(wěn)定器(c)(d)葉片安裝在軸上，并與軸垂直92圖8—32葉片型穩(wěn)定器(c)(d)葉片安裝在軸92七、密封裝置(軸封)作用:a.保證攪拌設備內(nèi)處于一定正壓或真空b.避免介質(zhì)通過轉(zhuǎn)軸從攪拌容器內(nèi)泄漏或外部雜質(zhì)滲入攪拌容器內(nèi)。型式填料密封:圖8-33機械密封:圖8-3593七、密封裝置(軸封)作用:a.保證攪拌設備內(nèi)處于一定正壓㈠填料密封特點:結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適用:低壓、低轉(zhuǎn)速，非腐蝕性和弱腐蝕性介質(zhì)，密封要求不高，并允許定期維護的攪拌設備。⒈結(jié)構(gòu)及工作原理：圖8-33組成：底環(huán)、本體、油環(huán)、填料、螺柱、壓蓋及油杯等。94㈠填料密封特點:結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，組成：底環(huán)、本體、油工作原理：靠擰緊壓蓋螺栓的軸向力使填料產(chǎn)生徑向變形而起密封作用。填料中含有潤滑劑，在對攪拌軸產(chǎn)生徑向壓緊力的同時，形成一層極薄的液膜，一方面使攪拌軸得到潤滑，另一方面阻止設備內(nèi)流體的逸出或外部流體的滲入，達到密封的目的。95工作原理：靠擰緊壓蓋螺栓的軸向力使填料產(chǎn)生徑向變形而起95存在問題：填料中的潤滑劑會在運轉(zhuǎn)中不斷消耗，通過設置在填料中間的油環(huán)向填料內(nèi)加油，保持潤滑。填料密封不可能絕對不漏。增加壓緊力，填料緊壓在轉(zhuǎn)動軸上，會加速軸與填料間的磨損，使密封更快失效。在操作過程中應適當調(diào)整壓蓋的壓緊力，并需定期更換填料。96存在問題：填料中的潤滑劑會在運轉(zhuǎn)中不斷消耗，通過設置在填料中8—33填料密封的結(jié)構(gòu)1—壓蓋2—雙頭螺柱3—螺母4—墊圈5—油杯6—油環(huán)7—填料8—本體9—底環(huán)dD1D2D3123456789978—33填料密封的結(jié)構(gòu)1—壓蓋dD1D2D3123456⒉填料⑴對材料要求：①有足夠的彈性→能吸收實際不可避免的振動②有足夠的塑性→壓蓋壓緊下能產(chǎn)生塑性變形③耐磨性↑→使用壽命↑

④耐蝕性↑→耐介質(zhì)及潤滑劑浸泡和腐蝕⑤在填料函壓蓋壓得過緊情況下具有運轉(zhuǎn)自如，不產(chǎn)生破壞性摩擦和熱的性能。⑵常用材料非金屬:多用。石棉、聚四氟乙稀、石墨等金屬:用于高溫、高壓。鋁、紫銅、不銹鋼等98⒉填料⑵常用材料非金屬:多用。石棉、聚四氟乙稀、石墨等9⑶填料選用:(表8-13)⑷潤滑劑:①作用:a.潤滑攪拌軸b.阻止設備內(nèi)流體的逸出或外部流體的滲入而達到密封②要求:a.含油足以提供恰當?shù)臐櫥琤.不溶解于所接觸的介質(zhì)c.不會污染設備內(nèi)物料d.對所接觸的金屬不腐蝕e.在高溫下使用時不易熔出③常用潤滑劑:油脂、蓖麻油、甘油、石蠟、石墨等99⑶填料選用:⒊填料密封箱⑴特點:①在填料箱的壓蓋上設置襯套→可提高裝配精度，使軸有良好對中填料壓緊時受力均勻,保證填料良好密封

②成型環(huán)狀填料→密封效果↑（圖-34）⑵填料箱體高度:由填料圈環(huán)數(shù)確定⑶填料壓蓋:高度h→保證在填料磨損后擰緊螺栓仍能壓緊填料⑷填料組承受壓緊力分布情況:最大軸向力作用在與壓蓋相鄰的填料環(huán)上,隨后的填料環(huán)的軸向力則逐個減小。∴一個填料組只需二、三個填料環(huán)就可達到密封。但為減輕軸的磨損和保護起密封的環(huán),可多加一些填料環(huán)。100⒊填料密封箱可提高裝配精度，使軸有良好對中②成型環(huán)狀填料→圖8—34壓制成型填料101圖8—34壓制成型填料101材料公稱壓力/MPa允許壓力范圍/MPa(負值指真空)允許溫度范圍/℃轉(zhuǎn)軸線速度/(m/s)碳鋼填料箱常壓＜0.1＜200＜10.6－0.03～0.6≤2001.6－0.03～1.6－20～300不銹鋼填料箱常壓＜0.1＜200＜10.6－0.03～0.6≤2001.6－0.03～1.6－20～300表8—12標準填料箱的允許壓力、溫度102材料公稱壓力/MPa允許壓力范圍/MPa允許溫度范圍/℃轉(zhuǎn)軸8—13填料材料的性能填料名稱介質(zhì)極限溫度/0C介質(zhì)極限壓力/MPa線速度/(m/s)適用條件（接觸介質(zhì)）油浸石棉填料4506蒸汽、空氣、工業(yè)用水、重質(zhì)石油產(chǎn)品、弱酸液等聚四氟乙烯纖維編結(jié)填料250302強酸、強堿、有機溶劑聚四氟乙烯石棉盤根260251酸堿、強腐蝕性溶液、化學試劑等石棉線或石棉線與尼龍線浸漬聚四氟乙烯填料300302弱酸、強堿、各種有機溶劑、液氨、海水、紙漿廢液等柔性石墨填料250～300202醋酸、硼酸、檸檬酸、鹽酸、硫化氫、乳酸、硝酸、硫酸、硬脂酸、水鈉、溴、礦物油料、汽油、二甲苯、四氯化碳等膨體聚四氟乙烯石墨盤根25042強酸、強堿、有機溶液1038—13填料材料的性能填料名稱介質(zhì)極限溫度/0C介質(zhì)極限通過動環(huán)和靜環(huán)兩個端面的相互貼合，并作相對運動達到密封的裝置，又稱端面密封。㈡機械密封把轉(zhuǎn)軸的密封面從軸向改為徑向。泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用壽命長，在攪拌反應器中得到廣泛地應用。定義：特點：104通過動環(huán)和靜環(huán)兩個端面的相互貼合，并作相對運動達到密封的裝置⒈結(jié)構(gòu)及工作原理:⑴結(jié)構(gòu):圖8-35,由固定在軸上的動環(huán)及彈簧壓緊裝置、固定在設備上的靜環(huán)以及輔助密封圈組成。⑵工作原理:當轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，動環(huán)和固定不動的靜環(huán)緊密接觸，并經(jīng)軸上彈簧壓緊力的作用，阻止容器內(nèi)介質(zhì)從接觸面上泄漏。105⒈結(jié)構(gòu)及工作原理:⑴結(jié)構(gòu):圖8-35,由固定在軸上的動環(huán)1—彈簧；2—動環(huán)；3—靜環(huán)圖8—35機械密封結(jié)構(gòu)1061—彈簧；圖8—35106有四個密封點：A點:動環(huán)與軸之間的密封，屬靜密封B點:動環(huán)和靜環(huán)作相對旋轉(zhuǎn)運動時的端面密封，屬動密封，是機械密封的關(guān)鍵C點:靜環(huán)與靜環(huán)座之間的密封，屬靜密封D點:靜環(huán)座與設備之間的密封，屬靜密封密封面:動環(huán)和靜環(huán)之間的摩擦面端面比壓:密封面上單位面積所受的力比壓↑→摩擦↑,功耗↑,壽命↓比壓↓→密封面因壓不緊而泄漏，密封失效107有四個密封點：A點:動環(huán)與軸之間的密封，屬靜密封密封面:⒉分類機械密封分類按密封面負荷平衡情況分為按密封面數(shù)目分為單端面雙端面平衡型:K＜1,圖8-36(a)非平衡型:K≥1,圖8-36(b)(c)一對密封面,圖8-35二對密封面108⒉分類機械密封按密封面負荷按密封面單端面雙端面經(jīng)過適當?shù)某叽邕x擇，可使機械密封設計成K＜1，K=1或K＞1。平衡型機械密封平衡型密封由于液壓負荷面積減小，使接觸面上的凈負荷也越小。K=0.6～0.9K＜1時：圖8—36（a）機械密封的K值D2D1dpK＜1109經(jīng)過適當?shù)某叽邕x擇，可使機械密封設計成K＜1，K=1或K＞1非平衡型。K=1.1～1.2K≥1時：圖8—36(b)、(c)機械密封的K值D2D1dpD2D1dpK=1K>1110非平衡型。K=1.1～1.2K≥1時：圖8—36(b)機械密封已標準化，其使用的壓力和溫度范圍見表8—14。⒊機械密封的選用:

表8—14機械密封許用的壓力和溫度范圍密封面對數(shù)壓力等級/MPa使用溫度/℃最大線速度/(m/s)介質(zhì)端材料單端面0.6-20～1503碳鋼不銹鋼雙端面1.6-20～3002～3當介質(zhì)為易燃、易爆、有毒物料時，宜選用機械密封。111機械密封已標準化，其使用的壓力和溫度范圍見表8—14。⒊機⒋對材料要求:⑴動環(huán)、靜環(huán):它們是一對摩擦副,且在運轉(zhuǎn)時與被密封介質(zhì)接觸∴考慮耐磨性及耐腐蝕性。一般:動環(huán)硬度＞靜環(huán)硬度,且不宜用脆性材料.動環(huán)、靜環(huán)及密封圈材料的組合推薦見表8—15。⑵靜密封元件:密封圈112⒋對材料要求:112介質(zhì)性質(zhì)介質(zhì)溫度/℃介質(zhì)側(cè)彈簧結(jié)構(gòu)件大氣側(cè)動環(huán)靜環(huán)輔助密封圈動環(huán)靜環(huán)輔助密封圈一般＜80石墨浸漬樹脂碳化鎢丁睛橡膠鉻鎳鋼鉻鋼石墨浸漬樹脂碳化鎢丁睛橡膠＞80氟橡膠氟橡膠腐蝕性強＜80橡膠包復聚四氟乙烯鉻鎳鉬鋼鉻鎳鋼＞80表8—15機械密封常用動環(huán)和靜環(huán)材料組合113介質(zhì)溫度/℃介質(zhì)側(cè)彈簧結(jié)構(gòu)件大氣側(cè)動環(huán)靜環(huán)輔助密封圈動環(huán)靜環(huán)㈢機械密封與填料密封比較:填料密封機械密封密封面性質(zhì)密封力軸和填料是圓柱形表面接觸靠擰緊壓蓋螺栓,使填料發(fā)生徑向膨脹而產(chǎn)生。軸運轉(zhuǎn)時,軸和填料摩擦發(fā)生磨損→密封力↓,引起泄漏動環(huán)和靜環(huán)是環(huán)形平面接觸靠彈簧壓蓋動環(huán)和靜環(huán)產(chǎn)生。兩環(huán)有微小磨損→密封力基本不變,介質(zhì)不易泄漏∴機械密封比填料密封優(yōu)越114㈢機械密封與填料密封比較:填料密封機械密封密封面性質(zhì)密封力比較項目填料密封機械密封泄漏量180~450ml/h一般平均為填料密封的1%摩擦功損失為填料密封的10~15%軸磨損有磨損,用久后需換軸幾乎無磨損維護及壽命需經(jīng)常更換填料很少需要維護高參數(shù)高壓.高溫.高真空.高轉(zhuǎn)速.大直徑軸封很難解決可以加工及安裝加工要求一般填料更換方便動、靜環(huán)表面光潔度及平直度要求高,不易加工,成本高,裝拆不便對材料要求一般動、靜環(huán)要求較高減磨性能115比較項目填料密封機械密封泄漏量180~450ml/h一般㈣全封閉密封(磁力攪拌)⒈適用:介質(zhì)為劇毒、易然、易爆、昂貴的物料，高純度物資以及在高真空下操作；密封要求很高，采用填料密封和機械密封均無法滿足時的場合。⒉工作原理:套裝在輸入機械能轉(zhuǎn)子上的外磁轉(zhuǎn)子，和套裝在攪拌軸上的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子，用隔離套使內(nèi)外轉(zhuǎn)子隔離，靠內(nèi)外磁場進行傳動，隔離套起到全封閉密封作用。套在內(nèi)外軸上的渦磁轉(zhuǎn)子稱為磁力聯(lián)軸器。磁力聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)平面式聯(lián)軸器:圖8-37套筒式聯(lián)軸器:圖8-38116㈣全封閉密封(磁力攪拌)⒈適用:介質(zhì)為劇毒、易然、易爆由裝在攪拌軸上的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子和裝在電機軸上的外磁轉(zhuǎn)子組成1－外軸2－外磁轉(zhuǎn)子3－隔離套4－內(nèi)磁轉(zhuǎn)子5－內(nèi)軸

圖8—37平面式聯(lián)軸器平面隔離套117由裝在攪拌軸上的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子和裝在電機軸上的外磁轉(zhuǎn)子組成1－外軸1－外磁轉(zhuǎn)子2－內(nèi)磁轉(zhuǎn)子3－隔離套4－反應器筒體5－軸承套筒隔離套圖8—38套筒式聯(lián)軸器1181－外磁轉(zhuǎn)子套筒隔離套圖8—38套筒式聯(lián)軸器118⒊內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子:磁力傳動關(guān)鍵,一般采用永久磁鋼→陶瓷型金屬型稀土鈷a.無接觸和摩擦，功耗小，效率高；b.超載時內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子相對滑脫，可保護電機過載；c.可承受較高壓力，且維護工作量小。a.筒體內(nèi)軸承與介質(zhì)直接接觸影響了軸承的壽命；b.隔離套的厚度影響傳遞力矩，且轉(zhuǎn)速高時造成較大的渦流和磁滯等損耗；c.溫度較高時會造成磁性材料嚴重退磁而失效，使用溫度受到限制。⒋優(yōu)、缺點：119⒊內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子:磁力傳動關(guān)鍵,一般采用永久磁鋼→陶瓷型㈤氣體潤滑機械密封⒈基本原理：在動環(huán)或靜環(huán)的密封面上開有螺旋形的槽及孔。當旋轉(zhuǎn)時利用緩沖氣，密封面之間引入氣體，使動環(huán)和靜環(huán)之間產(chǎn)生氣體動壓及靜壓，密封面不接觸，分離微米級距離，起到密封作用。⒉特點:a.與常規(guī)機械密封相比，使用壽命長，可達4年以上，不需要潤滑油系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)，維護方便，避免了產(chǎn)品的污染

b.與全封閉密封相比，運行費用少，傳遞功率不受限制，投資成本低，維護方便。120㈤氣體潤滑機械密封⒈基本原理：在動環(huán)或靜環(huán)的密封面上開有⒊應用:適合于反應設備內(nèi)無菌、無油的工藝要求，特別適用于高溫、有毒氣體等特殊要求的場合。121⒊應用:適合于反應設備內(nèi)無菌、無油的工藝要求，特別適用于1包括電動機減速機聯(lián)軸器機架八、傳動裝置圖8-39122包括電動機減速機聯(lián)軸器機架八、傳動裝置圖8-391221—電動機；2—減速機；3—聯(lián)軸器；4—支架；5—攪拌軸；6—軸封裝置；7—凸緣；8—上封頭圖8—39傳動裝置軸承1231—電動機；圖8—39傳動裝置軸承123㈠電機⒈電機功率:（8—10）式中Ps—軸封消耗功率，kW；

η—傳動系統(tǒng)的機械效率。

P—攪拌功率⒉選型：124㈠電機（8—10）式中Ps—軸封消耗功率，kW根據(jù)功率、轉(zhuǎn)速。選用時應優(yōu)先考慮傳動效率高的齒輪減速機和擺線針輪行星減速機。㈡減速機選型考慮：載荷變化、有振動、連續(xù)生產(chǎn)。常用：擺線針輪行星減速機、齒輪減速機、三角皮帶減速機以及圓柱蝸桿減速機。表8-16選用原則：125根據(jù)功率、轉(zhuǎn)速。㈡減速機選型考慮：載荷變化、有振動、連續(xù)特性參數(shù)減速機類型擺線針輪行星減速機齒輪減速機三角皮帶減速機圓柱蝸桿減速機傳動比i87～912～64.53～2.9680～15輸出軸轉(zhuǎn)速/(r/min)17～16065～250200～50012～100輸入功率/kW0.04～550.55～3150.55～2000.55～55傳動效率0.9～0.950.95～0.960.95～0.960.80～0.93傳動原理利用少齒差內(nèi)嚙合行星傳動兩級同中距并流式斜齒輪傳動單級三角皮帶傳動圓弧齒圓柱蝸桿傳動表8—16四種常用減速機的基本特性126特性參數(shù)減速機類型擺線針輪行星減速機齒輪減速機三角皮帶減速機表8—16四種常用減速機的基本特性（續(xù)）主要特點傳動效率高，傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，壽命長，重量輕，體積小，承載能力高，工作平穩(wěn)。對過載和沖擊載荷有較強的承受能力，允許正反轉(zhuǎn)，可用于防爆要求。在相同傳動比范圍內(nèi)具有體積小，傳動效率高，制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，裝配檢修方便，可以正反轉(zhuǎn)，不允許承受外加軸向載荷，可用于防爆要求。結(jié)構(gòu)簡單，過載時能打滑，可起安全保護作用，但傳動比不能保持精確，不能用于防爆要求。凹凸圓弧齒廓嚙合，磨損小，發(fā)熱低，效率高，承載能力高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，廣泛用于搪玻璃反應罐，可用于防爆要求。特性參數(shù)減速機類型擺線針輪行星減速機齒輪減速機三角皮帶減速機圓柱蝸桿減速機127表8—16四種常用減速機的基本特性（續(xù)）主要特點傳動效㈢機架

⒈類型無支點機架單支點機架（圖8—40）雙支點機架（圖8—41）一般僅適用于傳遞小功率和小的軸向載荷的條件適用于電動機或減速機可作為一個支點，或容器內(nèi)可設置中間軸承和底軸承的情況適用于懸臂軸128㈢機架⒈類型無支點機架單支點機架（圖8—40）雙支點機機架軸承圖8—40單支點機架129機架軸承圖8—40單支點機架129圖8—41雙支點機架機架上軸承下軸承130圖8—41雙支點機架機架上軸承下軸承130由于筒體內(nèi)不設置中間軸承或底軸承，維護檢修方便，特別對衛(wèi)生要求高的生物反應器，減少了筒體內(nèi)的構(gòu)件，應優(yōu)先采用懸臂軸。⒉攪拌軸支承懸臂式單跨式131由于筒體內(nèi)不設置中間軸承或底軸承，維護檢修方便，特別對衛(wèi)生要8.2機械攪拌反應器一、基本結(jié)構(gòu)1328.2機械攪拌反應器一、基本結(jié)構(gòu)11—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(lián)軸器；10—攪拌軸；11—夾套；12—載熱介質(zhì)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(zhì)進口；21—氣體進口圖8-7通氣式攪拌反應器典型結(jié)構(gòu)1331—電動機；11—夾套；圖8-72二、攪拌容器作用:為物料反應提供合適的空間.結(jié)構(gòu):⒈攪拌容器134二、攪拌容器作用:為物料反應提供合適的空間.結(jié)構(gòu):⒈攪裝料系數(shù):一般取0.6~0.85如物料在反應過程中呈泡沫或沸騰狀態(tài)→取0.6~0.7如物料在反應過程中比較平穩(wěn)→取0.8~0.85容積臥式攪拌容器:筒體和左右兩封頭容積之和直立式攪拌容器:筒體和下封頭兩部分容積之和攪拌設備筒體的高徑比:表8-3→確定筒體直徑、高度135裝料系數(shù):容積臥式攪拌容器:筒體和左右兩封頭容積之和直立式表8—3幾種攪拌設備筒體的高徑比種類罐內(nèi)物料類型高徑比一般攪拌罐液-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1.7～2.5136表8—3幾種攪拌設備筒體的高徑比種類罐內(nèi)物料類型高徑比一般⒉換熱元件優(yōu)先采用夾套，減少容器內(nèi)構(gòu)件，便于清洗，不占有效容積。137⒉換熱元件優(yōu)先采用夾套，減少6表8—4各種碳鋼夾套的適用溫度和壓力范圍夾套型式最高溫度/℃最高壓力/MPa整體夾套U型圓筒型3503000.61.6型鋼夾套2002.5蜂窩夾套短管支撐式折邊錐體式2002502.54.0半圓管夾套3506.4138表8—4各種碳鋼夾套的適用溫度和壓力范圍夾套型式最高溫度ttjDDDjDjttjDDDjDj圖8—8整體夾套(a)圓筒型(b)U型139ttjDDDjDjttjDDDjDj圖8—8整體夾套(a圖8—9夾套肩與筒體的連接結(jié)構(gòu)(a)封口錐(b)封口環(huán)DDjDjD140圖8—9夾套肩與筒體的連接結(jié)構(gòu)(a)封口錐(b)封口環(huán)Dt1t1t2t2t1d1d1封口環(huán)圖8—10夾套底與封頭連接結(jié)構(gòu)封口錐141t1t1t2t2t1d1d1封口環(huán)圖8—10夾套底與封頭圖8—11型鋼夾套結(jié)構(gòu)(a)螺旋形角鋼互搭式(b)角鋼螺旋形纏繞142圖8—11型鋼夾套結(jié)構(gòu)(a)螺旋形角鋼互搭式(b)角鋼螺旋圖8－12半圓管夾套結(jié)構(gòu)(a)半圓管半圓管橫截面重心r2t1Db2b1t2e2143圖8－12半圓管夾套結(jié)構(gòu)(a)半圓管半圓管橫截面重心r圖8—12半圓管夾套結(jié)構(gòu)(b)弓形管弓形管橫截面重心t2e2r2b2b1Dt1144圖8—12半圓管夾套結(jié)構(gòu)(b)弓形管弓形管橫截面重心t2bL3L2Lt1L3(a)螺旋形纏繞圖8—13半圓管夾套的安裝145bL3L2Lt1L3(a)螺旋形纏繞圖8—13半圓管夾套圖8—13半圓管夾套的安裝(b)平行排管Dt1146圖8—13半圓管夾套的安裝(b)平行排管Dt115圖8—14折邊式蜂窩夾套夾套向內(nèi)折邊與筒體貼合好,再進行焊接的結(jié)構(gòu)D1t1D2t2bAA向147圖8—14折邊式蜂窩夾套夾套向內(nèi)折邊與筒D1t1D2t2D1t1D2edminb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8—15短管支撐式蜂窩夾套148D1t1D2edminb用沖壓的小錐體或鋼管做拉撐體。蜂窩孔圖8—16螺旋形盤管

dD149圖8—16dD18dD對稱布置的幾組豎式蛇管：

傳熱

擋板作用圖8－17豎式蛇管150dD對稱布置的幾組圖8－17豎式蛇管19三、攪拌器㈠攪拌器的功能和流動特征⒈功能—提供過程所需要的能量和適宜的流動狀態(tài)。⒉原理—攪拌器旋轉(zhuǎn)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(chǎn)生一股高速射流推動液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動。⒊影響攪拌器功能的因素—a.漿葉的形狀、尺寸、數(shù)量、轉(zhuǎn)速b.攪拌介質(zhì)的物性c.攪拌器的工作環(huán)境d.攪拌器在槽內(nèi)的安裝位置和方式151三、攪拌器㈠攪拌器的功能和流動特征⒈功能—提供過程所需要的⒋流型—流體循環(huán)流動的途徑。攪拌機頂插式中心安裝立式圓筒的三種基本流型：⑴徑向流:圖8-18(a)流體流動方向垂直于攪拌軸，沿徑向流動⑵軸向流:圖8-18(b)流體流動方向平行于攪拌軸⑶切向流:圖8-18(c)無擋板的容器內(nèi)，流體繞軸作旋轉(zhuǎn)運動。這個區(qū)域內(nèi)流體沒有相對運動→混合效果差。消除方法—加擋板→削弱切向流，增強軸向流和徑向流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152⒋流型—流體循環(huán)流動的途徑。消除方法—加擋板→削弱切向流，上影響流型的因素:攪拌器的形式、攪拌容器和內(nèi)構(gòu)件幾何特征、流體性質(zhì)、攪拌器轉(zhuǎn)速等。⒌攪拌器在容器內(nèi)安裝方式:圖8-19,除中心安裝的攪拌機外，還有偏心式、底插式、側(cè)插式、斜插式、臥式等安裝方式。不同方式安裝的攪拌機產(chǎn)生的流型也各不相同。153影響流型的因素:攪拌器的形式、攪拌容器和內(nèi)構(gòu)件幾何⒌攪拌器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8—18攪拌器與流型(a)徑向流154流體流動方向垂直于(a)徑向流圖8—1823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8—18攪拌器與流型(b)軸向流155流體流動方向平行于(b)軸向流圖8—1824無擋板的容器內(nèi)，流體繞軸作旋轉(zhuǎn)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8—18攪拌器與流型(c)切向流156無擋板的容器內(nèi)，流(c)切向流圖8—1825圖8—19攪拌器在容器內(nèi)的安裝方式(a)垂直偏心式(b)底插式(c)側(cè)插式(d)斜插式(e)臥式157圖8—19攪拌器在容器內(nèi)的安裝方式(a)垂直偏心式(b⒍流動特性:攪拌器→對流體產(chǎn)生剪切作用: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(guān)。循環(huán)作用:與混合時間、傳熱、固體的懸浮等相關(guān)。剪切型葉輪:輸入液體的能量主要用于對流體的剪切作用,如徑向渦輪式、鋸齒圓盤式等。循環(huán)型葉輪:輸入流體的能量主要用于對流體的循環(huán)作用,如框式、螺帶式、錨式、槳式、推進式等158⒍流動特性:攪拌器→對流體產(chǎn)生剪切作用:與液—液攪拌體系中液按流體流動形態(tài)軸向流攪拌器徑向流攪拌器按結(jié)構(gòu)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二種結(jié)構(gòu)推進式、螺桿式和螺帶式的槳葉為螺旋面葉