欢迎访问亚游娱乐 | 首页!

主页 > 新闻动态 >

亚游娱乐化工搅拌器设计指导

发布时间:2020-05-13 10:24

  化工搅拌器设计指导 第一节 一、作用 1、使物料 混合均匀 概述 使气体在液相中很好地分散 使固体粒子(如催化剂)在液相中 均匀地悬浮 使不相溶的另一液相均匀悬浮或充 分乳化 2、强化传 热、传质 强化相间的传质(如吸收等) 强化传热 2 二、结构 图9-1 搅拌设备结构图 1-搅拌器 2-罐体 3-夹套 4-搅拌轴 5-压出管 3 6-支座 7-人孔 8-轴封 9-传动装置 第二节 搅拌器的型式及选型 一、常见型式 4 二、搅拌器的功能 提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动 状态,以达到搅拌过程的目的。 浆叶旋转运动,产生能量,作用于液体, 形成流动状态。关键在浆叶,也与其它 因素有关,如介质特性,搅拌器的工作 环境等。 5 三、选型 搅拌目的 搅拌器选型 物料粘度 搅拌容器容积的大小 选用时除满足工艺要求外,还应考虑功耗低、 操作费用省,以及制造、维护和检修方便等因素。 6 表9-1 搅拌器型式适用条件表 流动状态 搅拌器型式 对 流 循 环 湍 剪 低 流 切 粘 扩 流 度 散 混 合 高粘 度液 混合 传热 反应 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 分 散 搅拌目的 溶 解 固 体 悬 浮 ○ ○ ○ ○ 气 体 吸 收 ○ 结 晶 传 热 液 相 反 应 ○ ○ ○ ○ ○ 搅拌容 器容积 (m3) 转速范 围(r/min) 最高 粘度 (P) 涡轮式 桨式 推进式 折叶开启涡轮式 布尔马金式 锚式 螺杆式 螺带式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1~100 1~200 1~1000 1~1000 1~100 1~100 10~300 10~300 10~500 10~300 10~300 1~100 500 20 500 500 500 1000 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1~50 1~50 0.5~50 0.5~50 1000 1000 注 表中空白为不适或不详,○为适合。 7 四、几种常用搅拌器简介 桨式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在 搅拌反应设备中应用最为广泛,据统计约占 搅拌器总数的75~80%。 8 1. 桨式搅拌器 结构最简单 叶片用扁钢制成,焊 接或用螺栓固定在轮 毂上,叶片数是2、3 或4 片,叶片形式可 分为平直叶式和折叶 式两种。 图9-3 桨式搅拌器 9 主要应用 液—液系中用于防止分离、使罐的温度均一,固— 液系中多用于防止固体沉降。 主要用于流体的循环,由于在同样排量下,折叶式 比平直叶式的功耗少,操作费用低,故轴流桨叶使 用较多。 也用于高粘流体搅拌,促进流体的上下交换,代替 价格高的螺带式叶轮,能获得良好的效果。 10 桨式搅拌器的转速一般为20~100r/min , 最高粘度为20Pa· s。 缺点 不能用于以保持气体和以细微化为目的 的气—液分散操作中。 11 2. 推进式搅拌器 推进式搅拌器(又称船用推进器) 常用于低粘流体中。 结构 标准推进式搅拌器有三瓣叶 片,其螺距与桨直径d相等。 它直径较小,d/D=1/4~1/3,叶端速度 一般为 7~10 m/s,最高达15 m/s。 12 图9-4 推进式搅拌器 搅拌时——流体由桨叶上方吸入,下方以圆筒状螺旋形排 出,流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方,形 成轴向流动。 特点 ——搅拌时流体的湍流程度不高,循环量大,结构 简单,制造方便。 循环性能好,剪切作用不大, 属于循环型搅拌器。 13 应用 粘度低、亚游娱乐流量大的场合,用较小的搅拌功率,能获得较好 的搅拌效果。 主要用于液-液系混合、使温度均匀,在低浓度固-液系 中防止淤泥沉降等。 改进 容器内装挡板、搅拌轴偏心安装、 搅拌器倾斜,可防止漩涡形成。 14 3.涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器(又称透 平式叶轮),是应用较 广的一种搅拌器,能有 效地完成几乎所有的搅 拌操作,并能处理粘度 范围很广的流体。 15 图9-5 涡轮式搅拌器 应用 涡轮式搅拌器有较大的剪切力,可使流体微团 分散得很细,适用于低粘度到中等粘度流体的混 合、液—液分散、液—固悬浮,以及促进良好的 传热、传质和化学反应。 16 4.锚式搅拌器 结构简单。 适用于粘度在100Pa· s 以下的流体搅拌,当流 体粘度在10~100Pa· s 时,可在锚式桨中间加 一横桨叶,即为框式搅 拌器,以增加容器中部 的混合。 17 图9-6 锚式搅拌器 应用 锚式或框式桨叶的混合效果并不理想,只适用于对混合 要求不太高的场合。 由于锚式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器 大,能得到大的表面传热系数,故常用于传热、 晶析操作。 常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。 当搅拌粘度大于100Pa·s 的流体时,应采用螺带 式或螺杆式。 18 第三节 搅拌器的功率 一、搅拌器功率和搅拌器作业功率 搅拌过程进行时需要动力,笼统地称这一动 搅拌功率 力时叫做搅拌功率。 1、定义 为使搅拌器连续运转所需要的功率称 搅拌器功率 为搅拌器功率。 搅拌器使搅拌槽中的液体以最佳 搅拌作业功率 方式完成搅拌过程所需要的功率。 最理想状态:搅拌器功率=搅拌作业功率 19 2、影响搅拌器功率的因素 搅拌器的几何参数与运转参数 搅拌槽的几何参数 搅拌介质的物性参数 20 3、从搅拌作业功率的观点决定搅拌过程的功率 液体单位体积的平均搅拌功率的推荐值(表9-2) 表9-2 液体混合 不同搅拌种类液体单位体积的平均搅拌功率 液体单位体积的平均搅拌功率/(Hp/m3) 0.09 0.264~0.396 0.396~0.528 1.32 1.32~2.64 1.585~1.894 3.96 搅拌过程的种类 固体有机物悬浮 固体有机物溶解 固体无机物溶解 乳液聚合(间歇式) 悬浮聚合(间歇式) 气体分散 注 1Hp=735.499W 21 按搅拌过程求搅拌功率的算图 22 图9-7 由搅拌过程求搅拌功率的算图 ①从液体容积值与液体粘度值连线,交于参考线Ⅰ; ②由该点与液体 比重连线,并交 于参考线Ⅱ上某 点; ③将该点与某一 搅拌过程连线, 交于搅拌功率线, 即可求得该过程 的搅拌功率 图9-7 由搅拌过程求搅拌功率的算图 23 第四节 搅拌罐结构设计 一、罐体的尺寸确定 1、罐体长径比 罐体长径比对搅拌功率的影响 需要较大搅拌功率的,长径比可以选得小些。 罐体长径比对传热的影响 体积一定时,长径比越大,表面积越大,越利于传热;并且 此时传热面距罐体中心近,物料的温度梯度就越大,有利于 传热效果。因此,单纯从夹套传热角度考虑,一般希望长径 比大一些。 24 物料特性对罐体长径比的要求 表9—3 几种搅拌罐的长径比 种类 一般搅拌罐 聚合釜 发酵罐类 设备内物料类型 液-固相、液-液相 气-液相 悬浮液、乳化液 发酵液 长径比 1~1.3 1~2 2.08~3.85 1.7~2.5 25 2、搅拌罐装料量 装料系数 Vg ? V ? ? 初步计算筒体内径 一般取0.6~0.8 Di ? 3 4Vg ?H ?? ?D ? i ? ? ?? ? 确定筒体直径和高度 26 第五节 传动装置及搅拌轴 一、传动装置 一般包括电动机、减速装置、联轴节及 搅拌轴 图9-8 齿轮减速机 27 图9-9 涡轮减速机 二、轴的计算 1、轴的强度计算 ?d 3 16 2、轴的刚度计算 ? Wp ? ?? ?k T? T? 180 0 ? ? ? ? 100 ? ? G0 J P ? 0 ? ? 28 二、轴封 填料密封 机械搅拌反应器 轴封主要有两种 机械密封 轴的密封装置 目的: 避免介质通过转轴从搅拌容器内泄漏或外部 杂质渗入搅拌容器内。 29 1、填料密封 特点: 结构简单,制造容易,适用于非腐蚀性和弱腐蚀性介质、 密封要求不高、并允许定期维护的搅拌设备。 填料密封的结构及工作原理 组成: 底环、本体、油环、填料、螺柱、压盖及油杯等。 30 工作原理 在压盖压力作用下,装在搅拌轴与填料箱本体之间的填料,对搅拌轴 表面产生径向压紧力。 填料中含有润滑剂,在对搅拌轴产生径向压紧力的 同时,形成一层极薄的液膜,一方面使搅拌轴得到 润滑,另一方面阻止设备内流体的逸出或外部流体 的渗入,达到密封的目的。 31 存在问题 填料中的润滑剂会在运转中不断消耗,通过设置在填料中间的油环向填料 内加油,保持润滑。 填料密封不可能绝对不漏。增加压紧力,填料紧压在转动轴上,会加速轴 与填料间的磨损,使密封更快失效。 在操作过程中应适当调整压盖的压紧力,并需定期更换填料。 32 1—压盖 2—双头螺柱 3—螺母 4—垫圈 5—油杯 6—油环 7—填料 8—本体 9—底环 图9-10 填料密封的结构 33 填料密封箱的特点 a. 在填料箱的压盖上设置衬套,可提高装配精度,使轴有良好对中,填料压 紧时受力均匀,保证填料密封在良好条件下进行工作。 b. 成型环状填料 盘状填料装配时尺寸公差很难保证,填料压紧后不能 完全保证每圈都与轴均匀良好接触,受力状态不好, 易造成填料密封失效而泄漏。采用具有一定公差的成 型环状填料,密封效果可大为改善。填料一般在裁 剪、压制成填料环后使用。 成型环状填料的形状见图8—34。 34 图9-11 压制成型填料 35 当旋转轴线m/s时,摩擦热大,填料 寿命会降低,轴也易烧坏。 措施: 提高轴表面硬度和加工精度,提高填料自 润滑性能,如在轴表面堆焊硬质; 合金或喷涂陶瓷或采用水夹套等。轴表面 的粗糙度应控制在0.8-0.2?m。 36 填料密封的选用 a. 根据设计压力、设计温度及介质腐蚀性选用当介 质为非易燃、易爆、有毒的一般物料且压力不高 时,按表8-12选用填料密封。 b. 根据填料的性能选用: 当密封要求不高时,选用一般石棉或油浸石棉填 料,当密封要求较高时,选用膨体聚四氟乙烯、 柔性石墨等填料。各种填料材料的性能不同,按 表8-13选用。 37 表9-4 标准填料箱的允许压力、温度 材料 公称压力 /MPa 常压 允许压力范围 /MPa (负值指线 允许温度 范围/℃ <200 转轴线 速度/ (m/s) <1 碳钢填料箱 0.6 1.6 常压 -0.03~0.6 -0.03~1.6 <0.1 ≤200 -20~300 <200 <1 不锈钢填料箱 0.6 1.6 -0.03~0.6 -0.03~1.6 ≤200 -20~300 38 表9-5 填料材料的性能 介质极限 温度/0C 450 250 260 300 介质极 限压力 /MPa 6 30 25 30 2 1 2 线速 度 /(m/s) 填料名称 油浸石棉填料 聚四氟乙烯纤维编 结填料 聚四氟乙烯石棉盘 根 石棉线或石棉线与 尼龙线浸渍聚四氟 乙烯填料 适用条件(接触介质) 蒸汽、空气、工业用水、重质 石油产品、弱酸液等 强酸、强碱、有机溶剂 酸碱、强腐蚀性溶液、化学试 剂等 弱酸、强碱、各种有机溶剂、 液氨、海水、纸浆废液等 醋酸、硼酸、柠檬酸、盐酸、 硫化氢、乳酸、硝酸、硫酸、 硬脂酸、 水钠、溴、矿物油料、 汽油、二甲苯、四氯化碳等 强酸、强碱、有机溶液 柔性石墨填料 250~300 20 2 膨体聚四氟乙烯石 墨盘根 250 4 39 2 2、机械密封 定义: 把转轴的密封面从轴向改为径向,通过动环和静 环两个端面的相互贴合,并作相对运动达到密封 的装置,又称端面密封。 特点: 泄漏率低,密封性能可靠,功耗小,使用寿命长, 在搅拌反应器中得到广泛地应用。 40 机械密封的结构及工作原理 结构 由固定在轴上的动环及弹簧压紧装置、固定 在设备上的静环以及辅助密封圈组成。 41 1—弹簧; 2—动环; 3—静环 图9-12 机械密封结构 42 釜用机械密 封基本结构 43 图9-13 机械密封的基本结构及组成 44 工作原理 当转轴旋转时,动环和固定不动的静环紧密接触,并经轴上弹簧压紧力的作 用,阻止容器内介质从接触面上泄漏。 图中有四个密封点: A点: 动环与轴之间的密封,属静密封,密封件常用“O”形环。 45 B点: 动密封, 密封的关键 动环和静环作相对旋转运动时的端面密封,属动密 封,是机械密封的关键。 两个密封端面的平面度和粗糙度要求较高,依靠介 质的压力和弹簧力使两端面保持紧密接触,并形成 一层极薄的液膜起密封作用。 46 C点: 静环与静环座之间的密封,属静密封。 D点: 静环座与设备之间的密封,属静密封。 通常设备凸缘做成凹面,静环座做成凸面, 中间用垫片密封。 47 动环和静环之间的摩 端面比压: 擦面称为密封面 密封面上单位面积所受的力称为端面比压。 它是动环受介质压力和弹簧力的共同作用下,紧压在静环上引起的,是 操作时保持密封所必需的净压力。 端面比压过大: 造成摩擦面发热,摩擦加剧, 端面比压过小: 功率消耗增加,使用寿命缩 短 48 密封面因压不紧而泄漏, 密封失效 机械密封分类 一对密封面 单端面 按密封面 数目分为 双端面 机械密封 分类 平衡型 按密封面负荷 平衡情况分为 非平衡型 49 二对密封面 a. 单端面与双端面 图8—35所示的单端面密封结构简单、制造容易、维修方便、应用广泛。 双端面密封有二个密封面,且可在二密封面之间的空腔中注入中性液体, 使其压力略大于介质的操作压力,起到堵封及润滑的双重作用,故密封效 果好。但结构复杂,制造、拆装比较困难,需一套封液输送装置,且不便 于维修。 50 b. 平衡型与非平衡型 根据密封面负荷平衡情况分为平衡型和非平 衡型。 平衡型与非平衡型是以液体压力负荷面积对 端面密封面积的比值大小判别的。 51