攪拌器的機械設計

1、1第九章第九章 攪拌器的機械設計攪拌器的機械設計教學重點：教學重點：攪拌器的型式及選型攪拌器的型式及選型2一、作用一、作用 1、使物料、使物料混合均勻混合均勻 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 2 2、強化傳、強化傳熱、傳質(zhì)熱、傳質(zhì) 使氣體在液相中很好地分散使氣體在液相中很好地分散使固體粒子（如催化劑）在液相中使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻地懸浮均勻地懸浮使不相溶的另一液相均勻懸浮或充使不相溶的另一液相均勻懸浮或充分乳化分乳化強化相間的傳質(zhì)（如吸收等）強化相間的傳質(zhì)（如吸收等）強化傳熱強化傳熱31-攪拌器攪拌器 2-罐體罐體 3-夾套夾套 4-攪拌軸攪拌軸 5-壓出管壓出管 6-支座支座 7-人孔人

2、孔 8-軸封軸封 9-傳動裝置傳動裝置圖圖9-1攪拌設備結(jié)構(gòu)圖攪拌設備結(jié)構(gòu)圖二、結(jié)構(gòu)二、結(jié)構(gòu)4攪拌設備攪拌設備攪拌裝置攪拌裝置軸封軸封攪拌罐攪拌罐罐體罐體附件附件攪拌軸攪拌軸攪拌器攪拌器傳動裝置傳動裝置5第二節(jié)第二節(jié) 攪拌器的型式及選型攪拌器的型式及選型一、常見型式一、常見型式圖圖9-2典型的攪拌器圖典型的攪拌器圖6二、攪拌器的功能二、攪拌器的功能 提供攪拌過程所需要的能量和適宜的流動提供攪拌過程所需要的能量和適宜的流動狀態(tài)，以達到攪拌過程的目的。狀態(tài)，以達到攪拌過程的目的。 漿葉旋轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生能量，作用于液體，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，也與其它形成流動狀態(tài)

3、。關(guān)鍵在漿葉，也與其它因素有關(guān)，如介質(zhì)特性，攪拌器的工作因素有關(guān)，如介質(zhì)特性，攪拌器的工作環(huán)境等。環(huán)境等。 7三、選型三、選型 攪拌器選型攪拌器選型攪拌目的攪拌目的 物料粘度物料粘度 攪拌容器容積的大小攪拌容器容積的大小選用時除滿足工藝要求外，還應考慮功耗低、操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。作費用省，以及制造、維護和檢修方便等因素。8表表9-1 攪拌器型式適用條件表攪拌器型式適用條件表注表中空白為不適或不詳，為適合。注表中空白為不適或不詳，為適合。攪拌器型式攪拌器型式流動狀態(tài)流動狀態(tài)攪拌目的攪拌目的攪拌容攪拌容器容積器容積 (m3)轉(zhuǎn)速范轉(zhuǎn)

4、速范圍圍(r/min)最高最高粘度粘度(P)對對流流循循環(huán)環(huán)湍湍流流擴擴散散剪剪切切流流低低粘粘度度混混合合高粘高粘度液度液混合混合傳熱傳熱反應反應分分散散溶溶解解固固體體懸懸浮浮氣氣體體吸吸收收結(jié)結(jié)晶晶傳傳熱熱液液相相反反應應渦輪式渦輪式110010300500槳式槳式12001030020推進式推進式1100010500500折葉開啟渦輪式折葉開啟渦輪式1100010300500布爾馬金式布爾馬金式 110010300500錨式錨式 110011001000螺桿式螺桿式 1500.5501000螺帶式螺帶式 1500.55010009四、幾種常用攪拌器簡介四、幾種常用攪拌器簡介 槳式槳式、

5、推進式推進式、渦輪式渦輪式和和錨式錨式攪拌器在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)的攪拌器總數(shù)的7580。101. 槳式攪拌器槳式攪拌器 結(jié)構(gòu)最簡單結(jié)構(gòu)最簡單葉片用扁鋼制成，焊葉片用扁鋼制成，焊接或用螺栓固定在輪接或用螺栓固定在輪轂上，葉片數(shù)是轂上，葉片數(shù)是2 2、3 3或或4 4 片，葉片形式可片，葉片形式可分為平直葉式和折葉分為平直葉式和折葉式兩種。式兩種。圖圖9-3 槳式攪拌器槳式攪拌器11主要應用主要應用液液液系中用于防止分離、使罐的溫度均一，固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。液系中多用于防止固體

6、沉降。主要用于流體的循環(huán)，由于在同樣排量下，折葉式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，故比平直葉式的功耗少，操作費用低，故軸流槳葉使軸流槳葉使用較多。用較多。也用于高粘流體攪拌，促進流體的上下交換，代替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。價格高的螺帶式葉輪，能獲得良好的效果。主要應用主要應用12槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速一般為槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速一般為20100r/min ，最高粘度為最高粘度為20Pas 。缺點缺點不能用于以保持氣體和以細微化為目的不能用于以保持氣體和以細微化為目的的氣的氣液分散操作中。液分散操作中。13

7、2. 推進式攪拌器推進式攪拌器 推進式攪拌器（又稱船用推進器）推進式攪拌器（又稱船用推進器）常用于低粘流體中。常用于低粘流體中。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)標準推進式攪拌器有三瓣葉標準推進式攪拌器有三瓣葉片，其螺距與槳直徑片，其螺距與槳直徑d相等。相等。它直徑較小，它直徑較小，d/D=1/41/3，葉端速度一般為葉端速度一般為 710 m/s，最高達最高達15 m/s。圖圖9-4 推進式攪拌器推進式攪拌器14攪拌時攪拌時流體由槳葉上方吸入，下方以圓筒狀螺旋形排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，形出，流體至容器底再沿壁面返至槳葉上方，形 成軸向流動。成軸向流動。特點特點

8、 攪拌時流體的湍流程度不高，循環(huán)量大，結(jié)構(gòu)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。簡單，制造方便。 循環(huán)性能好，剪切作用不大，循環(huán)性能好，剪切作用不大，屬于循環(huán)型攪拌器。屬于循環(huán)型攪拌器。15粘度低、流量大的場合，用較小的攪拌功率，能獲得較好粘度低、流量大的場合，用較小的攪拌功率，能獲得較好的攪拌效果。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。中防止淤泥沉降等。改進改進容器內(nèi)裝擋板、攪拌軸偏心安裝、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。攪拌器傾斜，可防止漩渦形成。主要應用主要應

9、用163渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器 渦輪式攪拌器（又稱透渦輪式攪拌器（又稱透平式葉輪），是應用較平式葉輪），是應用較廣的一種攪拌器，能有廣的一種攪拌器，能有效地完成幾乎所有的攪效地完成幾乎所有的攪拌操作，并能處理粘度拌操作，并能處理粘度范圍很廣的流體范圍很廣的流體。圖圖9-5 渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器17 渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體微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團分散得很細，適用于低粘度到中等粘度流體的混合、液混合、液液分散、液液分散、液固懸浮，以及促進良好固懸浮，以及促進良好的傳熱、傳質(zhì)和化學反應。的傳熱、傳質(zhì)和化學反應。主要應用主

10、要應用184錨式攪拌器錨式攪拌器 結(jié)構(gòu)簡單。結(jié)構(gòu)簡單。適用于粘度在適用于粘度在100Pas以下的流體攪拌，當流以下的流體攪拌，當流體粘度在體粘度在10100Pas時，可在錨式槳中間加時，可在錨式槳中間加一橫槳葉，即為一橫槳葉，即為框式攪框式攪拌器，拌器，以增加容器中部以增加容器中部的混合。的混合。圖圖9-6 錨式攪拌器錨式攪拌器19錨式或框式槳葉的混合效果并不理想，只適用于對混合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。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、大，能得

11、到大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，故常用于傳熱、晶析操作。晶析操作。常用于攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿。常用于攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿。當攪拌粘度大于當攪拌粘度大于100Pas 的流體時，應采用螺帶的流體時，應采用螺帶式或螺桿式。式或螺桿式。主要應用主要應用20一、一、攪拌器功率和攪拌器作業(yè)功率攪拌器功率和攪拌器作業(yè)功率 1、定義、定義攪拌功率攪拌功率 攪拌器功率攪拌器功率 攪拌作業(yè)功率攪拌作業(yè)功率 第三節(jié)第三節(jié) 攪拌器的功率攪拌器的功率 最理想狀態(tài)：攪拌器功率攪拌作業(yè)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)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。地稱這一動力時叫

12、做攪拌功率。為使攪拌器連續(xù)運轉(zhuǎn)所需要為使攪拌器連續(xù)運轉(zhuǎn)所需要的功率稱為攪拌器功率。的功率稱為攪拌器功率。 攪拌器使攪拌槽中的液攪拌器使攪拌槽中的液體以最佳方式完成攪拌體以最佳方式完成攪拌過程所需要的功率。過程所需要的功率。212、影響攪拌器功率的因素、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)攪拌槽的幾何參數(shù) 攪拌介質(zhì)的物性參數(shù)攪拌介質(zhì)的物性參數(shù) 223、從攪拌作業(yè)功率的觀點決定攪拌過程的功率、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液體單位體積的平均攪拌功率的推薦值(表表92) 攪拌過程的種類攪拌過程的種類液體

13、單位體積的平均攪拌功率液體單位體積的平均攪拌功率/(Hp/m3)液體混合液體混合0.09固體有機物懸浮固體有機物懸浮0.2640.396固體有機物溶解固體有機物溶解0.3960.528固體無機物溶解固體無機物溶解1.32乳液聚合乳液聚合(間歇式間歇式)1.322.64懸浮聚合懸浮聚合(間歇式間歇式)1.5851.894氣體分散氣體分散3.96注注1Hp=735.499W表表9-2不同攪拌種類液體單位體積的平均攪拌功率不同攪拌種類液體單位體積的平均攪拌功率23按攪拌過程求攪拌功率的算圖按攪拌過程求攪拌功率的算圖圖圖9-7 由攪拌過程求攪拌功率的算圖由攪拌過程求攪拌功率的算圖24將該點與某一將該點

14、與某一攪拌過程連線，攪拌過程連線，交于攪拌功率線，交于攪拌功率線，即可求得該過程即可求得該過程的攪拌功率的攪拌功率 從液體容積值與液體粘度值連線，交于參考線從液體容積值與液體粘度值連線，交于參考線；由該點與液體由該點與液體比重連線，并交比重連線，并交于參考線于參考線上某上某點；點；圖圖9-7 由攪拌過程求攪拌功率的算圖由攪拌過程求攪拌功率的算圖25一、一、罐體的罐體的尺寸確定尺寸確定 罐體長徑比對攪拌功率的影響罐體長徑比對攪拌功率的影響 第四節(jié) 攪拌罐結(jié)構(gòu)設計 罐體長徑比對傳熱的影響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。需要較大攪拌功率的，長徑比可以選得小些。 體積一

15、定時，長徑比越大，表面積越大，越利于傳熱；并且體積一定時，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。比大一些。 1、罐體長徑比罐體長徑比26物料特性對罐體長徑比的要求物料特性對罐體長徑比的要求 表表93 幾種攪拌罐的長徑比幾種攪拌罐的長徑比種類種類設備內(nèi)物料類型設備內(nèi)物料類型長徑比長徑比一般攪拌罐一般攪拌罐液液-固相、液液相固相、液液相11.3氣液相氣液相12聚合釜聚合釜懸浮液、乳

16、化液懸浮液、乳化液2.083.85發(fā)酵罐類發(fā)酵罐類發(fā)酵液發(fā)酵液1.72.527裝料系數(shù)裝料系數(shù) 初步計算筒體內(nèi)徑初步計算筒體內(nèi)徑確定筒體直徑和高度確定筒體直徑和高度 一般取0.60.82、攪拌罐裝料量攪拌罐裝料量 VVg34igiDHVD28二、二、頂蓋的結(jié)構(gòu)頂蓋的結(jié)構(gòu)(自學自學) 29一、一、傳動裝置傳動裝置 第五節(jié)第五節(jié) 傳動裝置及攪拌軸傳動裝置及攪拌軸 一般包括電動機、減速裝置、聯(lián)軸節(jié)及一般包括電動機、減速裝置、聯(lián)軸節(jié)及攪拌軸攪拌軸 圖圖9-8 齒輪減速機齒輪減速機圖圖9-9 渦輪減速機渦輪減速機30二、軸的計算二、軸的計算 1、軸的強度計算、軸的強度計算 2、軸的剛度計算、軸的剛度計算

17、 kpTWd163000100180PJGT31二、軸封二、軸封 機械攪拌反應器機械攪拌反應器軸封軸封主要有兩種主要有兩種軸的密封裝置軸的密封裝置填料密封填料密封機械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)。雜質(zhì)滲入攪拌容器內(nèi)。目的目的321、填料密封、填料密封 圖圖9-10 填料密封的結(jié)構(gòu)填料密封的結(jié)構(gòu)1壓蓋壓蓋2雙頭螺柱雙頭螺柱3螺母螺母4墊圈墊圈5油杯油杯6油環(huán)油環(huán)7填料填料8本體本體9底環(huán)底環(huán)33工作原理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)

18、生徑向壓緊力。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。的滲入，達到密封的目的。342、機械密封、機械密封 把轉(zhuǎn)軸的密封面從軸向改為把轉(zhuǎn)軸的密封面從軸向改為徑向徑向，通過動環(huán)和靜，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，又稱的裝置，又稱端面密封端面密封。泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用壽命長，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。在攪拌反應器中得到廣泛地應用。定義定義特點特點35由固定在軸上的動環(huán)及彈簧壓緊裝置、固定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。在設備上的靜環(huán)以及輔助密封圈組成。機械密封的結(jié)構(gòu)