机械搅拌反应器搅拌釜式反应器辩析

  适用在所有物性用于各种物性,如粘度粘度、密度度,和各种操作条各种操作条件,温度度、压力力,的反应过程反应过程,应用于合成塑料用于合成塑料、合成纤维成纤维、合成橡胶成橡胶、医药药、农药药、化肥肥、染料料、涂料料、食品品、冶金金、废污水处理等行业水处理等行业。

  应用用 化学反应学反应、生物反应物反应、混合合、分散散、溶解解、晶晶、萃取取、吸收或解吸收或解吸、传热等操作热等操作。

  1. 圆筒体,封头,椭圆形、锥形和平盖,椭圆筒体,封头,椭圆形、锥形和平盖,椭圆形封头应用最广, 。封头应用最广, 。

  2. 各种接管,满足进料、出料、排气等要求。种接管,满足进料、出料、排气等要求。

  3. 加热、冷却装置,设置外夹套或内盘管。热、冷却装置,设置外夹套或内盘管。

  4. 上封头焊有凸缘法兰,用于搅拌容器与机架封头焊有凸缘法兰,用于搅拌容器与机架

  5. 传感器,测量反应物的温度、压力、成分及其它参感器,测量反应物的温度、压力、成分及其它参

  6. 支座,小型用悬挂式支座,大型用裙式支座或支承座,小型用悬挂式支座,大型用裙式支座或支承

  7..装料系数,对容积而言, ,通常取料系数,对容积而言, ,通常取0.6.6,0.85.85。有有

  优先采用夹套,减少先采用夹套,减少容器内构件,便于清器内构件,便于清洗,不占有效容积。,不占有效容积。

  在容器外侧,用焊接或法兰连接方式装设各种形容器外侧,用焊接或法兰连接方式装设各种形状的钢结构,使其与容器外壁形成密闭的空间。的钢结构,使其与容器外壁形成密闭的空间。此空间内通入加热或冷却介质,可加热或冷却容空间内通入加热或冷却介质,可加热或冷却容器内的物料。内的物料。

  蜂窝夹套等窝夹套等表17—27—2各种碳钢夹套的适用温度和压力范围种碳钢夹套的适用温度和压力范围

  夹套型式套型式 最高温度高温度/℃℃ 最高压力高压力/MPaPa 整体夹套体夹套U型筒型筒型 350500000 0.6.6.6.6型钢夹套钢夹套 20000 2.5.5蜂窝夹套窝夹套短管支撑式管支撑式边锥体式边锥体式 200005050 2.5.5.0.0半圆管夹套圆管夹套 35050 6.4.4圆筒和下封头都包有夹套,传筒和下封头都包有夹套,传热面积大,最常用结构面积大,最常用结构

  传热面积较小,适用于换热热面积较小,适用于换热量要求不大的场合要求不大的场合

  用于夹套内载热介质易结于夹套内载热介质易结垢、需经常清洗的场合经常清洗的场合。

  夹套肩与筒体的联接处套肩与筒体的联接处,做成锥形的称为封口锥成锥形的称为封口锥,做成环形的称为封口环成环形的称为封口环,见图图17—3。7—3。

  图17-37-3夹套肩与筒体的连接结构套肩与筒体的连接结构a))封口锥口锥 (b))封口环口环t1

  图17-47-4夹套底与封头连接结构套底与封头连接结构介质流通特点质流通特点

  载热介质流经夹套与筒体的环形面积,流道面积大、热介质流经夹套与筒体的环形面积,流道面积大、流速低、传热性能差。速低、传热性能差。

  ①在筒体上焊接螺旋导流板,减小流道截面积,筒体上焊接螺旋导流板,减小流道截面积,增加冷却水流速,见图加冷却水流速,见图17(17)1,

  ②进口处安装扰流喷嘴,使冷却水呈湍流状态,口处安装扰流喷嘴,使冷却水呈湍流状态,提高传热系数,高传热系数,

  ③夹套的不同高度处安装切向进口,提高冷却套的不同高度处安装切向进口,提高冷却水流速,增加传热系数。流速,增加传热系数。

  构成成———角钢与筒体焊接组成钢与筒体焊接组成,见图图17—5。7—5。

  型钢的刚度大钢的刚度大,弯曲成螺旋形曲成螺旋形时加工难度大加工难度大图17-57-5型钢夹套结构钢夹套结构a))螺旋形角钢互搭式旋形角钢互搭式 (b))角钢螺旋形缠绕钢螺旋形缠绕特性性———半圆管或弓形管由带材压制而成圆管或弓形管由带材压制而成,加工方便工方便。当载热介质流量小时宜采用弓形管载热介质流量小时宜采用弓形管。

  缺点点,焊缝多缝多,焊接工作量大接工作量大,筒体较薄时易造成焊接体较薄时易造成焊接变形形。见图图17—6。7—6。

  沿筒体圆周方向平行焊接在筒体外侧筒体圆周方向平行焊接在筒体外侧(a))半圆管圆管

  图17-67-6半圆管夹套二种结构圆管夹套二种结构图17-67-6半圆管夹套二种结构圆管夹套二种结构(a))螺旋形缠绕旋形缠绕

  以整体夹套为基础,采取折边或短管等加强措施,整体夹套为基础,采取折边或短管等加强措施,提高筒体的刚度和夹套的承压能力,减少流道面积,高筒体的刚度和夹套的承压能力,减少流道面积,减薄筒体壁厚,强化传热效果。薄筒体壁厚,强化传热效果。

  拉撑式撑式夹套向内折边与筒套向内折边与筒体贴合好贴合好,再进行进行焊接的结构接的结构

  图17-87-8折边式蜂窝夹套边式蜂窝夹套图17-97-9短管支撑式蜂窝夹套管支撑式蜂窝夹套

  当反应器的热量仅靠外夹套传热,换热面积不够时反应器的热量仅靠外夹套传热,换热面积不够时

  浸没在物料中没在物料中,热量损失小量损失小,传热效果好热效果好,检修较困难修较困难。

  定义义搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮,是搅拌反应器的关键搅拌反应器的核心部件件。

  功能能 提供过程所需要的能量和适宜的流动状态供过程所需要的能量和适宜的流动状态。

  原理理搅拌器旋转时把机械能传递给流体拌器旋转时把机械能传递给流体,在搅拌器附近形搅拌器附近形成高湍动的充分混合区高湍动的充分混合区,并产生一股高速射流推动液产生一股高速射流推动液体在搅拌容器内循环流动在搅拌容器内循环流动。

  流型与搅拌效果、搅拌功型与搅拌效果、搅拌功率的关系十分密切。搅拌的关系十分密切。搅拌器的改进和新型搅拌器的的改进和新型搅拌器的开发往往从流型着手。发往往从流型着手。

  取决于搅拌器的形式决于搅拌器的形式、搅拌拌容器和内构件几何特征器和内构件几何特征, 以及流体性质流体性质、搅拌器转速等拌器转速等因素素。

  搅拌机顶插式中心安装拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型式圆筒的三种基本流型

  绕轴作旋转运动轴作旋转运动上述三种流型通常同时存在述三种流型通常同时存在

  除中心安装的搅拌机外,还有偏心式、底插式、侧中心安装的搅拌机外,还有偏心式、底插式、侧插式、斜插式、卧式等安装方法,见图式、斜插式、卧式等安装方法,见图17-147-14。

  不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。(a))垂直直心式心式 (b))插式插式 (c))插式插式 (d))插式插式 (e))式式

  图17-147-14搅拌器在容器内的安装方法拌器在容器内的安装方法挡板与导流筒板与导流筒

  物料粘度小,搅拌转速高,料粘度小,搅拌转速高,液体随桨叶旋转,在离心体随桨叶旋转,在离心力作用下涌向内壁面并上作用下涌向内壁面并上升, 中心部分液面下降,, 中心部分液面下降,形成漩涡,称为打漩区。成漩涡,称为打漩区。后果果

  随转速增加转速增加,漩涡中心下凹到与桨叶接触涡中心下凹到与桨叶接触,外面空气进面空气进入桨叶被吸到液体中桨叶被吸到液体中,使其密度减小其密度减小,混合效果降低合效果降低。全挡板条件挡板条件

  当再增加挡板数和挡板宽度,而功率消耗不再增加再增加挡板数和挡板宽度,而功率消耗不再增加时,称为,称为全挡板条件挡板条件。

  搅拌容器中的传热蛇管可部分或拌容器中的传热蛇管可部分或全部代替挡板部代替挡板,装有垂直换热管有垂直换热管时一般可不再安装挡板一般可不再安装挡板。

  作用用———上下开口圆筒,安装于容器内,在搅拌下开口圆筒,安装于容器内,在搅拌混合中起导流作用。合中起导流作用。

  通常导流筒上端低于静液面,筒身上开孔或槽,常导流筒上端低于静液面,筒身上开孔或槽,当液面降落后流体仍可从孔或槽进入导流筒。液面降落后流体仍可从孔或槽进入导流筒。

  导流筒将搅拌容器截面分成面积相等的两部分,流筒将搅拌容器截面分成面积相等的两部分,导流筒直径约为容器直径的流筒直径约为容器直径的70%0%。

  当搅拌器置于导流筒之下,且容器直径又较大搅拌器置于导流筒之下,且容器直径又较大时,导流筒的下端直径应缩小,使下部开口小,导流筒的下端直径应缩小,使下部开口小于搅拌器的直径。搅拌器的直径。

  搅拌器从电动机获得机械能,推动物料,流体,运动。拌器从电动机获得机械能,推动物料,流体,运动。搅拌器对流体产生二种作用,拌器对流体产生二种作用,剪切切作用和用和循环环作用。用。流动特性动特性

  搅拌器从电动机获得机械能,推动物料,流体,运动。拌器从电动机获得机械能,推动物料,流体,运动。搅拌器对流体产生二种作用,拌器对流体产生二种作用,剪切切作用和用和循环环作用。用。

  循环作用与混合时间、传热、固体的悬环作用与混合时间、传热、固体的悬浮等相关。等相关。

  当搅拌器输入流体的能量大多数都用在流体搅拌器输入流体的能量大多数都用在流体的循环作用时,称为循环型叶轮,如框式、循环作用时,称为循环型叶轮,如框式、螺带式、锚式、桨式、推进式等为循环型叶带式、锚式、桨式、推进式等为循环型叶轮。。

  桨式式、涡轮式轮式、框式和式和锚式的桨叶都有平叶和式的桨叶都有平叶和折叶两种结构叶两种结构

  推进式、长薄叶螺旋桨、进式、长薄叶螺旋桨、桨式、开启涡轮式、圆盘式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、布鲁马金式、板轮式、布鲁马金式、板框桨式、三叶后弯式、桨式、三叶后弯式、MIGIG和改进改进MIGIG等。。

  锚式、框式、锯齿圆盘式、式、框式、锯齿圆盘式、螺旋桨式、螺带式,单螺带、旋桨式、螺带式,单螺带、双螺带, 、螺旋螺带, 、螺旋—螺带式等。带式等。搅拌器拌器

  桨式、推进式、涡轮式式、推进式、涡轮式和锚式式搅拌器在拌器在搅拌反应设备中应用最为广泛,据统计约占拌反应设备中应用最为广泛,据统计约占搅拌器总数的拌器总数的755(800)。。

  叶片用扁钢制成,焊片用扁钢制成,焊接或用螺栓固定在轮或用螺栓固定在轮毂上,叶片数是上,叶片数是2、 3或4片,叶片形式可,叶片形式可分为平直叶式和折叶为平直叶式和折叶式两种。两种。

  液—液系中用于防止分离、使罐的温度均一, 固系中用于防止分离、使罐的温度均一, 固—液系中多用于防止固体沉降。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,故平直叶式的功耗少,操作费用低,故轴流桨叶使流桨叶使用较多较多。

  也用于高粘流体搅拌,促进流体的上下交换,代替用于高粘流体搅拌,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。格高的螺带式叶轮,能获得良好的效果。

  不能用于以保持气体和以细微化为目的能用于以保持气体和以细微化为目的的气气—液分散操作中分散操作中。

  常用尺寸用尺寸 常用运转用运转件件 常用介质用介质度范围度范围 流动状态动状态 备注注d/D=0.35/D=0.35,0.8.8/d=0. 1/d=0. 1,0.25.25n=22 n=1=1,00r/min00r/min=1.0=1.0,.0m/s.0m/s 小于于2Pa· sa· s低转速时水平环转速时水平环流为主,转速流为主,转速时为径向流,时为径向流,挡板时为上下挡板时为上下环流环流 当d/D=0.9/D=0.9以上,上,设置多层桨叶设置多层桨叶,可用于高粘,可用于高粘液体的低速搅液体的低速搅。在层流区操。在层流区操,适用的介质,适用的介质度可达度可达10000Paa· s,,=1.0=1.0,3.0m/s.0m/s叶式叶式=4545° , , 600° 折叶式有轴向、叶式有轴向、向和环向分流向和环向分流用用

  注,( n),转速,速( v),叶端线速度,端线速度( Bn)n,叶片数,片数(d),搅拌器直径,拌器直径( D),容器内径,器内径, θ,折叶角。叶角。

  推进式搅拌器进式搅拌器,又称船用推进器称船用推进器,常用于低粘流体中用于低粘流体中。

  标准推进式搅拌器有三瓣叶准推进式搅拌器有三瓣叶片,其螺距与桨直径,其螺距与桨直径d相等。等。它直径较小,直径较小, d/D=1/4/D=1/4,1/3/3,叶端速度一般为端速度一般为7,100m/s/s,最高达高达155m/s/s。

  图17-197-19推进式搅拌器进式搅拌器特点点———搅拌时流体的湍流程度不高,循环量大,结构拌时流体的湍流程度不高,循环量大,结构相对比较简单,制造方便。单,制造方便。

  粘度低、流量大的场合,用较小的搅拌功率,能获得较好度低、流量大的场合,用较小的搅拌功率,能获得较好的搅拌效果。搅拌效果。

  主要用于液要用于液,液系混合、使温度均匀,在低浓度固系混合、使温度均匀,在低浓度固,液系系中防止淤泥沉降等防止淤泥沉降等

  改进进 容器内装挡板、搅拌轴偏心安装、器内装挡板、搅拌轴偏心安装、搅拌器倾斜,可防止漩涡形成。拌器倾斜,可防止漩涡形成。

  涡轮式搅拌器,又称透轮式搅拌器,又称透平式叶轮, ,是应用较式叶轮, ,是应用较广的一种搅拌器,能有的一种搅拌器,能有效地完成几乎所有的搅地完成几乎所有的搅拌操作,并能处理粘度操作,并能处理粘度范围很广的流体。见图围很广的流体。见图

  圆盘平直叶、圆盘斜叶、盘平直叶、圆盘斜叶、圆盘弯叶等。叶片数常盘弯叶等。叶片数常为6叶。。

  涡轮式搅拌器有较大的剪切力轮式搅拌器有较大的剪切力,可使流体微团分散得使流体微团分散得很细细,适用于低粘度到中等粘度流体的混合用于低粘度到中等粘度流体的混合、液—液分散分散、液—固悬浮悬浮, 以及促进良好的传热及促进良好的传热、传质和化学反应质和化学反应。

  平直叶直叶———剪切作用较大,属剪切型搅拌器。切作用较大,属剪切型搅拌器。

  弯叶叶———指叶片朝着流动方向弯曲,可降低功率叶片朝着流动方向弯曲,可降低功率消耗,适用于含有易碎固体颗粒的流体搅拌。耗,适用于含有易碎固体颗粒的流体搅拌。表17-77-7涡轮式搅拌器常用参数轮式搅拌器常用参数

  适用于粘度在用于粘度在10000Pa· sa· s 以下的流体搅拌,当流下的流体搅拌,当流体粘度在粘度在100,10000Pa· sa· s 时,可在锚式桨中间加,可在锚式桨中间加一横桨叶, 即为横桨叶, 即为框式搅式搅拌器,器, 以增加容器中部增加容器中部的混合。混合。

  锚式或框式桨叶的混合效果并不理想式或框式桨叶的混合效果并不理想, 只适用于对混合适用于对混合要求不太高的场合求不太高的场合。

  选用时除满足工艺技术要求外,还应考虑功耗低、操作用时除满足工艺技术要求外,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。用省, 以及制造、维护和检修方便等因素。常用的搅拌器选用方法用的搅拌器选用方*,

  仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表17-97-9。

  表17-97-9搅拌目的与推荐的搅拌器形式拌目的与推荐的搅拌器形式,续,

  推进式搅拌器进式搅拌器———用于低粘度流体的混合,循环能力强,于低粘度流体的混合,循环能力强,动力消耗小,可应用到很大容积的搅力消耗小,可应用到很大容积的搅拌容器中。容器中。

  涡轮式搅拌器轮式搅拌器———应用场景范围较广,各种搅拌操作都适用,用范围较广,各种搅拌操作都适用,但流体粘度不宜超过流体粘度不宜超过500Pa· sa· s。

  桨式搅拌器式搅拌器———结构相对比较简单,在小容积的流体混合中应构简单,在小容积的流体混合中应用较广,对大容积的流体混合,循环较广,对大容积的流体混合,循环能力不够。力不足。

  表17-107-10是以以操作目的作目的和搅拌器搅拌器流动状态动状态选用搅用搅拌器的器的