第二十章攪拌反應(yīng)設(shè)備

1、,化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ),制作與設(shè)計 徐龍貴,第二十章 攪拌反應(yīng)設(shè)備,主要內(nèi)容：,概述 斧體與傳熱裝置 攪拌裝置 傳動裝置 軸封裝置,20-1 概述,反應(yīng)釜,為反應(yīng)提供反應(yīng)空間和反應(yīng)條件的反應(yīng)設(shè)備,攪拌方法,機(jī)械攪拌、氣流攪拌、射流攪拌、靜態(tài)（管道）攪拌和電磁攪拌,機(jī)械攪拌應(yīng)用最早，機(jī)械攪拌反應(yīng)釜簡稱攪拌反應(yīng)釜,應(yīng) 用,各種物性（如粘度、密度）和各種操作條件（溫度、壓力）的反應(yīng)過程 合成塑料、合成纖維、合成橡膠、醫(yī)藥、農(nóng)藥化肥、染料涂料、食品、冶金等行業(yè) 混合、分散、溶解、結(jié)晶、萃取、吸收等操作,攪拌的目的,使不相溶液體混合均勻，制備均勻混合液、 乳化液，強(qiáng)化傳質(zhì)過程 使氣體在液體中充分分散，強(qiáng)化傳

2、質(zhì)或化學(xué)反應(yīng) 制備均勻懸浮液，促使固體加速溶解、浸取 或液-固化學(xué)反應(yīng) 強(qiáng)化傳熱，防止局部過熱或過冷,攪拌反應(yīng)釜的基本結(jié)構(gòu),攪拌反應(yīng)釜,反應(yīng)釜,提供反應(yīng)空間和反應(yīng)條件的部件如蛇管、夾套等,攪拌裝置,由攪拌軸和攪拌器組成,傳動裝置,為攪拌器提供攪拌動力和相應(yīng)的條件,軸封裝置,封住釜體內(nèi)的液體不致泄露,攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計的依據(jù),工藝要求：包括反應(yīng)釜的容積、最大工作壓力、工作溫度、工作介 質(zhì)及腐蝕情況、傳熱面積、換熱方式、攪拌形式、轉(zhuǎn)速及功率、接口管方位與尺寸的 確定等。,攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計的內(nèi)容,確定攪拌反應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式和尺寸； 選擇材料； 計算強(qiáng)度或穩(wěn)定性； 選用主要零部件； 繪制圖樣 提出技術(shù)要

3、求。,20-2 釜體與傳熱裝置,常用傳熱方式有兩種：夾套式壁外傳熱結(jié)構(gòu)和釜體內(nèi)部蛇管傳熱結(jié)構(gòu),釜體幾何尺寸的確定,一、選取反應(yīng)釜的h/ di,二、選取反應(yīng)釜的裝料系數(shù),一般可取0.60.8 反應(yīng)過程產(chǎn)生泡沫或呈沸騰狀態(tài) 取0.60.7 反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn) 取0.80.85,釜體的容積v與操作容積vo應(yīng)有如下關(guān)系：vo= v,三、確定反應(yīng)釜的內(nèi)徑 di 和高度 h,夾套的結(jié)構(gòu)與尺寸,夾套的主要結(jié)構(gòu)形式有整體夾套、型鋼夾套、半圓管夾套和蜂窩夾套等，其適用的溫度和壓力范圍如表20-2所示.,一、整體夾套,(1)整體夾套的結(jié)構(gòu)形式,圖20-4（a）為圓筒型夾套，傳熱面積小，適用于換熱量不大的場合；圖20-4

4、（b）為u形夾套，是最常用的典型結(jié)構(gòu)；圖20-4（c)為分段式夾套，適用于釜體細(xì)長的場合；圖20-4（d）為全包式夾套，傳熱面積最大。,(2)夾套與釜體的連接方式,連接方式有可拆式連接和不可拆式連接,（a）可拆式連接適應(yīng)于需要檢修內(nèi)筒外表面以及定期更換夾 套，或者由于特殊要求夾套與內(nèi)筒之間不能焊接的場合圖。,(b)較常用，加工簡單，密封可靠,(3)夾套上介質(zhì)的進(jìn)出口,用蒸汽作為載熱體時，蒸汽從上端進(jìn)入夾套，冷凝液從底部排除；用液體作為冷凝液時，從下端進(jìn)，上端出，為加強(qiáng)傳熱效果，可在釜體外壁焊接螺旋導(dǎo)流板。,(4)夾套的尺寸,hj-夾套筒體高度 dj -夾套內(nèi)徑,當(dāng)反應(yīng)釜筒體與上封頭采用法蘭連接

5、時，夾套頂 折應(yīng)在法蘭下150200mm處（參見圖20-5（b） 當(dāng)反 應(yīng)釜具有懸掛短座時應(yīng)考慮避免因夾套頂部位置而影響短座的焊接。,還應(yīng)考慮,二、型鋼夾套,優(yōu)點(diǎn)：能承受更高的壓力 缺點(diǎn)：制造難度增加,三、半圓管夾套,優(yōu)點(diǎn)：加工方便 缺點(diǎn)：焊縫多，焊接工作量大，筒體較薄時 易造成焊接變形,四、蜂窩夾套,蜂窩夾套是以整體夾套為基礎(chǔ)采取折邊或短管等加強(qiáng)措施以提高筒體的剛度和夾套的承載能力，減小流道面積，從而減小筒體厚度，強(qiáng)化傳熱效果。,釜體和夾套壁厚的確定,一、釜體,（1）壁厚確定,不帶夾套受內(nèi)壓時，筒體與上下封頭均按內(nèi)壓容器設(shè)計 真空反應(yīng)器按承受外壓設(shè)計 帶夾套時，按承受內(nèi)壓和外壓分別計算,（2

6、）水壓試驗(yàn),二、夾套,蛇管的布置,蛇管優(yōu)點(diǎn)：熱量損失小，傳熱效果 缺點(diǎn)：檢修麻煩,一、蛇管的長度與排布,蛇管不宜太長，長徑比可按表20-4選取,為減小蛇管長度，又不影響傳熱面積，可采用多根蛇管串級使用，形成同心圓的蛇管組,二、蛇管的固定,蛇管中心圓直徑較小或圈數(shù)不多時，無需另設(shè)短架固管 中心圓直徑較大或有振動時，安裝短架固管。短架結(jié)構(gòu)如圖,工藝接管,工藝接管包括進(jìn)、出料接管，儀表接管，溫度計及壓力表接管等，其結(jié)構(gòu)與容器接管結(jié)構(gòu)基本相同。,一、進(jìn)料管,進(jìn)料管從頂端引入，在管端開45切口 結(jié)構(gòu)有固定式、可拆式、內(nèi)伸式三種,二、出料管,出料有上出料和下出料兩種方式 采用上出料：反應(yīng)釜內(nèi)液體物料需要被

7、輸送到位置更 高或與它并列的另一設(shè)備 采用下出料：反應(yīng)釜內(nèi)物料需放入位置較低的設(shè)備以及物料粘稠或物料含有固體顆粒,20-3 攪拌裝置,攪拌器的形式與選用,結(jié)構(gòu)簡單，漿頁一般以扁鋼制造，有平直頁和折頁兩種，折頁比平直頁攪拌更均勻,一、槳式攪拌器,二、渦輪式攪拌器,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，并能處理黏度范圍很廣的流體。,三、錨式和框式攪拌器,適用于有固體沉淀或容易掛料的場合,四、推進(jìn)式攪拌器及其他形式攪拌器,攪拌器的選型,一、攪拌目的選型,一、按攪拌器形式和試用條件選型,流型,攪拌器旋轉(zhuǎn)時把機(jī)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

8、流體在攪拌釜內(nèi)循環(huán)流動。這種循環(huán)流動的途徑稱為流型。,流型概念,對 于頂插入式中心安裝的立式圓筒有三種基本流型 ：徑向流、軸向流、切向流,擋板附件,攪拌附件通常指擋板和導(dǎo)流筒,一、擋 板,為了消除“圓柱回旋區(qū)”和“打旋”現(xiàn)象，在反應(yīng)釜中設(shè)置擋板。 擋板分為豎擋板和橫擋板兩種，豎擋板較常用,二、導(dǎo)流筒,提高了對筒內(nèi)液體的攪拌程度，加強(qiáng)了攪拌器對液體的直接機(jī)械剪切作用； 確定了充分循環(huán)的流型，使反應(yīng)釜內(nèi)所有物料均能通過導(dǎo)流筒內(nèi)的強(qiáng)烈混合區(qū)，減小了走短路的機(jī)會。,結(jié)論：提高混合效率,攪拌軸,一、攪拌軸直徑的確定,根據(jù)強(qiáng)度條件和剛度條件初步確定攪拌軸直徑,（1）攪拌軸的強(qiáng)度計算,（2）攪拌軸的剛度計算

9、,二、攪拌軸的臨界轉(zhuǎn)速,臨界轉(zhuǎn)速nc,三、攪拌軸的支承,20-4 傳動裝置,電動機(jī),pe為電動機(jī)功率， kw ； pa 為攪拌功率 ，kw； pf 為軸封摩擦損失功率，kw； 為傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率,減速器,反應(yīng)釜用立式減速器主要有兩級齒輪減速器、帶減速器和擺線針輪 、行星減速器、諧波減速器。,20-5 軸封裝置,概 念,防止介質(zhì)從轉(zhuǎn)動軸與封頭之間的間隙泄漏的密封裝置,分 類,填料密封,機(jī)械密封,結(jié)構(gòu)簡單，宜于制造，適用于低溫低壓場合,填料密封耗功小、泄露量低、密封可靠，廣泛應(yīng)用于攪拌反應(yīng)釜密封,一、填料密封,（1）填料的結(jié)構(gòu)和工作原理,填料中含有一定量的潤滑劑，在對攪拌軸產(chǎn)生徑向壓緊力的同時形

10、成一層極薄的液膜，它一方面使攪拌軸得到潤滑，另一方面阻止設(shè)備內(nèi)流體逸出或外部流體滲入而達(dá)到密封作用。,工作原理,基本要求,（1）富有彈性 （2）良好的耐磨性。 （3）與攪拌軸的摩擦因數(shù)小 （4）良好的導(dǎo)熱性 （5）耐介質(zhì)及潤滑劑的浸和 腐蝕。,具體選用參見填料材料選用表20-9，p125,（2）填 料,（3）填 料 箱,使用條件按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)hg 21537.18,二、機(jī)械密封,1、機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)和工作原理,由于彈簧的作用，使動環(huán)緊緊壓在靜環(huán)上，而靜環(huán)靜止不動，這樣?xùn)|環(huán)和靜環(huán)相接觸的環(huán)形端面就阻止了介質(zhì)的泄露。,2、機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)形式,（1）單端面和雙端面,單端面,結(jié)構(gòu)簡單，制造拆卸容易，適用于操作壓力低和密封要求一般的場合,單端面,適用于密封要求嚴(yán)格和操作壓力較高的場合,（2）大彈簧和小彈簧,大彈簧,又稱單彈簧，結(jié)構(gòu)簡單，用于軸徑小于22mm的情況,小彈簧,又稱多彈簧，彈簧力分布均勻，用于軸徑大于28mm和密封力較高時的情況,（3）內(nèi)裝式和外裝式,攪拌反應(yīng)釜所用機(jī)械密封多為外裝式 優(yōu)點(diǎn)