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1、1,第九章 搅拌器的机械设计,教学重点：搅拌器的型式及选型,2,一、作用,1、使物料混合均匀,第一节 概述,2、强化传热、传质,3,1-搅拌器 2-罐体 3-夹套 4-搅拌轴 5-压出管 6-支座 7-人孔 8-轴封 9-传动装置,图9-1搅拌设备结构图,二、结构,4,搅拌设备,搅拌装置,轴封,搅拌罐,罐体,附件,搅拌轴,搅拌器,传动装置,5,第二节 搅拌器的型式及选型,一、常见型式,6,二、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。,7,三、选
2、型,搅拌器选型,搅拌目的,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。,8,表9-1 搅拌器型式适用条件表,注表中空白为不适或不详，为适合。,9,四、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7580。,10,1.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,11,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
3、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。,12,桨式搅拌器的转速一般为20100r/min，最高粘度为20Pas。,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。,13,2.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=1/41/3，叶端速度一般为 710 m/s，最高达15 m/s。,图9-4 推进式搅拌器,14,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
4、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。,15,应用,粘度低、流量大的场合，用较小的搅拌功率，能获得较好的搅拌效果。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。,16,3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。,图9-5 涡轮式搅拌器,17,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
5、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。,18,4锚式搅拌器,结构简单。适用于粘度在100Pas以下的流体搅拌，当流体粘度在10100Pas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。,图9-6 锚式搅拌器,19,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100Pas 的流体时，应采用螺带式或螺杆式。,20,一、搅拌器功率和搅拌器作业功率,1、定义,搅拌功率,搅拌器功率
6、,搅拌作业功率,第三节 搅拌器的功率,最理想状态：搅拌器功率搅拌作业功率,搅拌过程进行时需要动力，笼统地称这一动力时叫做搅拌功率。,为使搅拌器连续运转所需要的功率称为搅拌器功率。,搅拌器使搅拌槽中的液体以最佳方式完成搅拌过程所需要的功率。,21,2、影响搅拌器功率的因素,22,3、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92),注1Hp=735.499W,表9-2不同搅拌种类液体单位体积的平均搅拌功率,23,按搅拌过程求搅拌功率的算图,图9-7 由搅拌过程求搅拌功率的算图,24,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,从液体容积
7、值与液体粘度值连线，交于参考线；,由该点与液体比重连线，并交于参考线上某点；,图9-7 由搅拌过程求搅拌功率的算图,25,一、罐体的尺寸确定,罐体长径比对搅拌功率的影响,第四节 搅拌罐结构设计,罐体长径比对传热的影响,需要较大搅拌功率的，长径比可以选得小些。,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。,1、罐体长径比,26,物料特性对罐体长径比的要求,表93 几种搅拌罐的长径比,27,装料系数,初步计算筒体内径,确定筒体直径和高度,一般取0.60.8,2、搅拌罐装料量,2
8、8,二、顶盖的结构(自学),29,一、传动装置,第五节 传动装置及搅拌轴,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,图9-9 涡轮减速机,30,二、轴的计算,1、轴的强度计算,2、轴的刚度计算,31,二、轴封,机械搅拌反应器轴封主要有两种,轴的密封装置,填料密封,机械密封,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。,目的：,32,1、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。,33,工作原理,在压盖压力作用下，装
9、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。,34,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。,35,图9-10 填料密封的结构,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,36,填料密封箱的特点,b.成型环状填
10、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834。,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。,37,图9-11 压制成型填料,38,当旋转轴线速度大于1m/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
11、.8-0.2m。,39,填料密封的选用,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。,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812选用填料密封。,40,表9-4 标准填料箱的允许压力、温度,41,表9-5 填料材料的性能,42,2、机械密封,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。,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
12、地应用。,定义：,特点：,43,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。,机械密封的结构及工作原理,结构,44,1弹簧；2动环；3静环,图9-12 机械密封结构,45,釜用机械密封基本结构,46,图9-13 机械密封的基本结构及组成,47,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。,工作原理,动环与轴之间的密封，属静密封，密封件常用“O”形环。,A点：,图中有四个密封点：,48,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
13、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。,49,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。,C点：,静环与静环座之间的密封，属静密封。,D点：,50,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。,造成摩擦面发热，摩擦加剧，功率消耗增加，使用寿命缩短,端面比压：,密封面因压不紧而泄漏，密封失效,端面比压过大：,端面比压过小：,动环和静环之间的摩擦面称为密封面,51,机械密封分类,机械密封分类,按密封面负荷平衡情况分为,按密封面 数目分为,单端面,双端面,平衡型,非平衡型,一对密封面,二对密封面,52,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。,a.单端面与双端面,图835所示的单端面密封结构简单、制造容易、维修方便、应用广泛。,53,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。,54,总复习提示,先复习作业,复习书上例题,全面复习，重点掌握,
