攪拌器設(shè)計課件

第九章攪拌器的機械設(shè)計

教學(xué)重點：攪拌器的型式及選型1第九章攪拌器的機械設(shè)計

教學(xué)重點：1一、作用

1、使物料混合均勻

第一節(jié)概述2、強化傳熱、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化相間的傳質(zhì)（如吸收等）強化傳熱2一、作用1、使物料第一節(jié)概述2、強化傳熱、傳質(zhì)使氣1-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-傳動裝置圖9-1攪拌設(shè)備結(jié)構(gòu)圖二、結(jié)構(gòu)31-攪拌器2-罐體3-夾套4-攪拌軸5-壓出管6-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裝置4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裝置4第二節(jié)攪拌器的型式及選型一、常見型式5第二節(jié)攪拌器的型式及選型一、常見型式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狀態(tài)，以達(dá)到攪拌過程的目的。漿葉旋轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生能量，作用于液體，形成流動狀態(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狀態(tài)，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除滿足工藝要求外，還應(yīng)考慮功耗低、操作費用省，以及制造、維護和檢修方便等因素。7三、選型攪拌器選型攪拌目的表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)對流循環(huán)湍流擴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表9-1攪拌器型式適用條件表注表中空白為不適或不詳，○四、幾種常用攪拌器簡介

槳式、推進式、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)計約占攪拌器總數(shù)的75～80％。9四、幾種常用攪拌器簡介槳式、推進式、渦輪式和錨式攪拌1.槳式攪拌器

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9-3槳式攪拌器101.槳式攪拌器結(jié)構(gòu)最簡單圖9-3槳式攪拌器10主要應(yīng)用液—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。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。11主要應(yīng)用液—液系中用于防止分離、使罐的溫度均一，固—主要用于槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速一般為20～100r/min，最高粘度為20Pa·s。缺點不能用于以保持氣體和以細(xì)微化為目的的氣—液分散操作中。12槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速一般為20～100r/min，缺點不能用于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(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)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(dá)15m/s。圖9-4推進式攪拌器132.推進式攪拌器推進式攪拌器（又稱船用推進器）結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)推攪拌時——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。特點——攪拌時流體的湍流程度不高，循環(huán)量大，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。循環(huán)性能好，剪切作用不大，屬于循環(huán)型攪拌器。14攪拌時——流體由槳葉上方吸入，下方以圓筒狀螺旋形排特點——應(yīng)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(nèi)裝擋板、攪拌軸偏心安裝、攪拌器傾斜，可防止漩渦形成。15應(yīng)用粘度低、流量大的場合，用較小的攪拌功率，能獲得較好改進容3．渦輪式攪拌器

渦輪式攪拌器（又稱透平式葉輪），是應(yīng)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9-5渦輪式攪拌器163．渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器（又稱透圖9-5渦輪式攪拌器應(yīng)用

渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體微團分散得很細(xì)，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(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。17應(yīng)用渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體微團分4．錨式攪拌器

結(jié)構(gòu)簡單。適用于粘度在100Pa·s以下的流體攪拌，當(dāng)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9-6錨式攪拌器184．錨式攪拌器結(jié)構(gòu)簡單。圖9-6錨式攪拌器18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。應(yīng)用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?shù)，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(dāng)攪拌粘度大于100Pa·s的流體時，應(yīng)采用螺帶式或螺桿式。19錨式或框式槳葉的混合效果并不理想，只適用于對混合應(yīng)用由于錨式一、攪拌器功率和攪拌器作業(yè)功率

1、定義攪拌功率攪拌器功率攪拌作業(yè)功率第三節(jié)攪拌器的功率

最理想狀態(tài)：攪拌器功率＝攪拌作業(yè)功率

攪拌過程進行時需要動力，籠統(tǒng)地稱這一動力時叫做攪拌功率。為使攪拌器連續(xù)運轉(zhuǎn)所需要的功率稱為攪拌器功率。攪拌器使攪拌槽中的液體以最佳方式完成攪拌過程所需要的功率。20一、攪拌器功率和攪拌器作業(yè)功率1、定義攪拌功率攪拌器功率2、影響攪拌器功率的因素

攪拌器的幾何參數(shù)與運轉(zhuǎn)參數(shù)

攪拌槽的幾何參數(shù)攪拌介質(zhì)的物性參數(shù)212、影響攪拌器功率的因素攪拌器的幾何參數(shù)與運轉(zhuǎn)參數(shù)攪拌槽3、從攪拌作業(yè)功率的觀點決定攪拌過程的功率液體單位體積的平均攪拌功率的推薦值(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固體有機物懸浮0.264~0.396固體有機物溶解0.396~0.528固體無機物溶解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

不同攪拌種類液體單位體積的平均攪拌功率223、從攪拌作業(yè)功率的觀點決定攪拌過程的功率液體單位體積的平均按攪拌過程求攪拌功率的算圖圖9-7由攪拌過程求攪拌功率的算圖23按攪拌過程求攪拌功率的算圖圖9-7由攪拌過程求攪拌功率的算③將該點與某一攪拌過程連線，交于攪拌功率線，即可求得該過程的攪拌功率

①從液體容積值與液體粘度值連線，交于參考線Ⅰ；②由該點與液體比重連線，并交于參考線Ⅱ上某點；圖9-7由攪拌過程求攪拌功率的算圖24③將該點與某一攪拌過程連線，交于攪拌功率線，即可求得該過程的一、罐體的尺寸確定

罐體長徑比對攪拌功率的影響

第四節(jié)攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計

罐體長徑比對傳熱的影響

需要較大攪拌功率的，長徑比可以選得小些。體積一定時，長徑比越大，表面積越大，越利于傳熱；并且此時傳熱面距罐體中心近，物料的溫度梯度就越大，有利于傳熱效果。因此，單純從夾套傳熱角度考慮，一般希望長徑比大一些。1、罐體長徑比25一、罐體的尺寸確定罐體長徑比對攪拌功率的影響第四節(jié)攪物料特性對罐體長徑比的要求表9—3幾種攪拌罐的長徑比種類設(shè)備內(nèi)物料類型長徑比一般攪拌罐液-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物料特性對罐體長徑比的要求表9—3幾種攪拌罐的長徑比種類裝料系數(shù)

初步計算筒體內(nèi)徑確定筒體直徑和高度

一般取0.6～0.82、攪拌罐裝料量27裝料系數(shù)初步計算筒體內(nèi)徑確定筒體直徑和高度一般取0.6～二、頂蓋的結(jié)構(gòu)(自學(xué))

28二、頂蓋的結(jié)構(gòu)(自學(xué))28一、傳動裝置

第五節(jié)傳動裝置及攪拌軸一般包括電動機、減速裝置、聯(lián)軸節(jié)及攪拌軸圖9-8齒輪減速機圖9-9渦輪減速機29一、傳動裝置第五節(jié)傳動裝置及攪拌軸一般包括電動機、減二、軸的計算

1、軸的強度計算

2、軸的剛度計算

30二、軸的計算1、軸的強度計算2、軸的剛度計算30二、軸封

機械攪拌反應(yīng)器軸封主要有兩種軸的密封裝置填料密封機械密封避免介質(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)。目的：31二、軸封機械攪拌反應(yīng)器軸的密封裝置填料密封機械密封避免介質(zhì)1、填料密封

特點：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適用于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(shè)備。填料密封的結(jié)構(gòu)及工作原理組成：底環(huán)、本體、油環(huán)、填料、螺柱、壓蓋及油杯等。321、填料密封特點：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適用于非腐蝕性和弱腐工作原理在壓蓋壓力作用下，裝在攪拌軸與填料箱本體之間的填料，對攪拌軸表面產(chǎn)生徑向壓緊力。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(shè)備內(nèi)流體的逸出或外部流體的滲入，達(dá)到密封的目的。33工作原理在壓蓋壓力作用下，裝在攪拌軸與填料箱本體之間的填料，存在問題填料中的潤滑劑會在運轉(zhuǎn)中不斷消耗，通過設(shè)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(yīng)適當(dāng)調(diào)整壓蓋的壓緊力，并需定期更換填料。34存在問題填料中的潤滑劑會在運轉(zhuǎn)中不斷消耗，通過設(shè)置在填料中間圖9-10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)35圖9-10填料密封的結(jié)構(gòu)1—壓蓋35填料密封箱的特點

b.成型環(huán)狀填料盤狀填料裝配時尺寸公差很難保證，填料壓緊后不能完全保證每圈都與軸均勻良好接觸，受力狀態(tài)不好，易造成填料密封失效而泄漏。采用具有一定公差的成型環(huán)狀填料，密封效果可大為改善。填料一般在裁剪、壓制成填料環(huán)后使用。成型環(huán)狀填料的形狀見圖8—34。在填料箱的壓蓋上設(shè)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，保證填料密封在良好條件下進行工作。36填料密封箱的特點b.成型環(huán)狀填料在填料箱的壓蓋上設(shè)置襯套圖9-11壓制成型填料37圖9-11壓制成型填料37

當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸線速度大于1m/s時，摩擦熱大，填料壽命會降低，軸也易燒壞。措施：提高軸表面硬度和加工精度，提高填料自潤滑性能，如在軸表面堆焊硬質(zhì)；合金或噴涂陶瓷或采用水夾套等。軸表面的粗糙度應(yīng)控制在0.8-0.2μm。38當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸線速度大于1m/s時，摩擦熱大，填料措施：填料密封的選用b.根據(jù)填料的性能選用：當(dāng)密封要求不高時，選用一般石棉或油浸石棉填料，當(dāng)密封要求較高時，選用膨體聚四氟乙烯、柔性石墨等填料。各種填料材料的性能不同，按表8-13選用。

根據(jù)設(shè)計壓力、設(shè)計溫度及介質(zhì)腐蝕性選用當(dāng)介質(zhì)為非易燃、易爆、有毒的一般物料且壓力不高時，按表8－12選用填料密封。39填料密封的選用b.根據(jù)填料的性能選用：根據(jù)設(shè)計材料公稱壓力/MPa允許壓力范圍/MPa(負(fù)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9-4標(biāo)準(zhǔn)填料箱的允許壓力、溫度40材料公稱壓力/MPa允許壓力范圍/MPa允許溫度范圍/℃轉(zhuǎn)軸表9-5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(xué)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41表9-5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2、機械密封

把轉(zhuǎn)軸的密封面從軸向改為徑向，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(dá)到密封的裝置，又稱端面密封。泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用壽命長，在攪拌反應(yīng)器中得到廣泛地應(yīng)用。定義：特點：422、機械密封把轉(zhuǎn)軸的密封面從軸向改為徑向，通過動環(huán)和靜泄漏由固定在軸上的動環(huán)及彈簧壓緊裝置、固定在設(shè)備上的靜環(huán)以及輔助密封圈組成。機械密封的結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)43由固定在軸上的動環(huán)及彈簧壓緊裝置、固定在設(shè)備上的靜環(huán)以及輔助1—彈簧；2—動環(huán)；3—靜環(huán)圖9-12機械密封結(jié)構(gòu)441—彈簧；44釜用機械密

封基本結(jié)構(gòu)45釜用機械密

封基本結(jié)構(gòu)45圖9-13機械密封的基本結(jié)構(gòu)及組成46圖9-13機械密封的基本結(jié)構(gòu)及組成46當(dāng)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。工作原理動環(huán)與軸之間的密封，屬靜密封，密封件常用“O”形環(huán)。A點：圖中有四個密封點：47當(dāng)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B點：動密封,密封的關(guān)鍵動環(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。兩個密封端面的平面度和粗糙度要求較高，依靠介質(zhì)的壓力和彈簧力使兩端面保持緊密接觸，并形成一層極薄的液膜起密封作用。48B點：動密封,動環(huán)和靜環(huán)作相對旋轉(zhuǎn)運動時的端面密封，屬動密