机械搅拌反应器(搅拌釜式反应器).ppt
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1、机械搅拌反应器机械搅拌反应器(搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器)适用于各种物性(如粘度、密度)和各种操作条适用于各种物性(如粘度、密度)和各种操作条件(温度、压力)的反应过程,应用于合成塑料、件(温度、压力)的反应过程,应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、化肥、染料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、化肥、染料、涂料、食品、冶金、废水处理等行业。涂料、食品、冶金、废水处理等行业。17 机械搅拌反应器机械搅拌反应器应用应用化学反应、生物反应、混合、分散、溶解、化学反应、生物反应、混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。结构结构组成组成搅拌容
2、器搅拌容器和和搅拌机搅拌机两大部。两大部。由筒体、换热元件由筒体、换热元件及内构件组成及内构件组成由搅拌器、搅拌轴及其密封由搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等组成装置、传动装置等组成1电动机;电动机;2减速机;减速机;3机架;机架;4人孔;人孔;5密封装置;密封装置;6进料口;进料口;7上封头;上封头;8筒体:筒体:9联轴器;联轴器;10搅拌轴;搅拌轴;11夹套夹套;12载热介质出口;载热介质出口;13挡板;挡板;14螺旋导流板;螺旋导流板;15轴向流搅拌器;轴向流搅拌器;16径向流搅拌器;径向流搅拌器;17气体分布器;气体分布器;18下封头;下封头;19出料口;出料口;20载热介质进口;
3、载热介质进口;21气体进口气体进口图图17-1 通气式搅拌反应器通气式搅拌反应器典型结构典型结构17.1 搅拌容器搅拌容器 结构结构1.圆筒体,封头(椭圆形、锥形和平盖,椭圆圆筒体,封头(椭圆形、锥形和平盖,椭圆2.形封头应用最广)。形封头应用最广)。2.各种接管,满足进料、出料、排气等要求。各种接管,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。加热、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上封头焊有凸缘法兰,用于搅拌容器与机架5.的连接。的连接。5.传感器,测量反应物的温度、压力、成分及其它参传感器,测量反应物的温度、压力、成分及其它参
4、数。数。6.支座,小型用悬挂式支座,大型用裙式支座或支承支座,小型用悬挂式支座,大型用裙式支座或支承式支座。式支座。7.装料系数(对容积而言),通常取装料系数(对容积而言),通常取0.60.85。有。有 泡沫或呈沸腾状态取泡沫或呈沸腾状态取0.60.7;平稳时取;平稳时取0.80.85。容积容积直立式搅拌容器直立式搅拌容器卧式搅拌容器卧式搅拌容器筒体和下封头两部分容积之和筒体和下封头两部分容积之和筒体和左右两封头容积之和筒体和左右两封头容积之和表表171 几种搅拌设备筒体的高径比几种搅拌设备筒体的高径比换热元件换热元件换热元件换热元件夹套夹套内盘管内盘管优先采用夹套,减少优先采用夹套,减少容器
5、内构件,便于清容器内构件,便于清洗,不占有效容积。洗,不占有效容积。一、夹套结构一、夹套结构夹套夹套在容器外侧,用焊接或法兰连接方式装设各种形在容器外侧,用焊接或法兰连接方式装设各种形状的钢结构,状的钢结构,使其与容器外壁形成密闭的空间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,可此空间内通入加热或冷却介质,可加热或冷却加热或冷却容容器内的物料。器内的物料。结构型式结构型式整体夹套整体夹套型钢夹套型钢夹套半圆管夹套半圆管夹套蜂窝夹套等蜂窝夹套等表表172 各种碳钢夹套的适用温度和压力范围各种碳钢夹套的适用温度和压力范围圆筒和下封头都包有夹套,传圆筒和下封头都包有夹套,传热面积大,
6、最常用结构热面积大,最常用结构1.整体夹套整体夹套 圆筒型圆筒型U型型传热面积较小,适用于换热传热面积较小,适用于换热量要求不大的场合量要求不大的场合ttjDDDjDjttjDDDjDj图图17-2 整体夹套整体夹套(a)圆筒型圆筒型(b)U型型连接方式连接方式可拆卸式可拆卸式不可拆卸式不可拆卸式用于夹套内载热介质易结用于夹套内载热介质易结垢、需经常清洗的场合。垢、需经常清洗的场合。夹套肩与筒体的联接处,夹套肩与筒体的联接处,做成锥形的称为封口锥,做成锥形的称为封口锥,做成环形的称为封口环,做成环形的称为封口环,见图见图173。图图17-3 夹套肩与筒体的连接结构夹套肩与筒体的连接结构(a)封
7、口锥封口锥(b)封口环封口环t1t1t2t2t1d1d1封口环封口环图图17-4 夹套底与封头连接结构夹套底与封头连接结构封口锥封口锥介质流通特点介质流通特点 载热介质流经夹套与筒体的环形面积,流道面积大、载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。流速低、传热性能差。提高传热效率的措施:提高传热效率的措施:在筒体上焊接螺旋导流板,减小流道截面积,在筒体上焊接螺旋导流板,减小流道截面积,增加冷却水流速,见图增加冷却水流速,见图171;进口处安装扰流喷嘴,使冷却水呈湍流状态,进口处安装扰流喷嘴,使冷却水呈湍流状态,提高传热系数;提高传热系数;夹套的不同高度处安装切向进口,提
8、高冷却夹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。水流速,增加传热系数。2型钢夹套型钢夹套 构成构成角钢与筒体焊接组成,见图角钢与筒体焊接组成,见图175。结构结构沿筒体外壁轴向布置沿筒体外壁轴向布置沿筒体外壁螺旋布置沿筒体外壁螺旋布置型钢的刚度大,型钢的刚度大,弯曲成螺旋形弯曲成螺旋形时加工难度大时加工难度大图图17-5 型钢夹套结构型钢夹套结构(a)螺旋形角钢互搭式螺旋形角钢互搭式(b)角钢螺旋形缠绕角钢螺旋形缠绕3半圆管夹套半圆管夹套 特性特性半圆管或弓形管由带材压制而成,加工方便。半圆管或弓形管由带材压制而成,加工方便。当载热介质流量小时宜采用弓形管。当载热介质流量小
9、时宜采用弓形管。缺点:焊缝多,焊接工作量大,缺点:焊缝多,焊接工作量大,筒体较薄时易造成焊接筒体较薄时易造成焊接 变形。见图变形。见图176。结构结构螺旋形缠绕在筒体外侧螺旋形缠绕在筒体外侧沿筒体轴向平行焊在筒体外侧沿筒体轴向平行焊在筒体外侧沿筒体圆周方向平行焊接在筒体外侧沿筒体圆周方向平行焊接在筒体外侧图图17-7图图17-6 半圆管夹套二种结构半圆管夹套二种结构(a)半圆半圆管管图图17-6 半圆管夹套二种结构半圆管夹套二种结构bL3L2Lt1L3(a)螺旋形缠绕螺旋形缠绕图图17-7 半圆管夹套的安装半圆管夹套的安装图图17-6 半圆管夹套的安装半圆管夹套的安装(b)平行排管平行排管Dt
10、14蜂窝夹套蜂窝夹套 特点特点以整体夹套为基础,采取折边或短管等加强措施;以整体夹套为基础,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;提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。减薄筒体壁厚,强化传热效果。结构结构折边式折边式拉撑式拉撑式图图17-8 折边式蜂窝夹套折边式蜂窝夹套夹套向内折边与筒夹套向内折边与筒体贴合好体贴合好,再进行再进行焊接的结构焊接的结构 D1t1D2t2bAA向向D1t1D2edminb用冲压的小锥体用冲压的小锥体或钢管做拉撑体。或钢管做拉撑体。蜂窝孔在筒体上蜂窝孔在筒体上呈正方形或三角呈正方形或三角形布置形布
11、置 图图17-9 短管支撑式蜂窝夹套短管支撑式蜂窝夹套二、内盘管二、内盘管当反应器的热量仅靠外夹套传热,换热面积不够时当反应器的热量仅靠外夹套传热,换热面积不够时常采用常采用内盘管内盘管结构特点结构特点浸没在物料中,热量损失小,传热效果好,检修较困难。浸没在物料中,热量损失小,传热效果好,检修较困难。分类分类螺旋形盘管螺旋形盘管竖式蛇管竖式蛇管 图图17-10图图17-11图图17-10 螺旋形盘管螺旋形盘管 dDdD对称布置的几组对称布置的几组竖式蛇管:竖式蛇管:传热传热 挡板作用挡板作用图图17-11竖式蛇管竖式蛇管搅拌器搅拌器 1、搅拌器与流动特征搅拌器与流动特征 定义定义功能功能搅拌器
12、又称搅拌桨或搅拌叶轮,是搅拌反应器的关键搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮,是搅拌反应器的关键部件。部件。提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。原理原理搅拌器旋转时把机械能传递给流体,在搅拌器附近形搅拌器旋转时把机械能传递给流体,在搅拌器附近形成高湍动的充分混合区,并产生一股高速射流推动液成高湍动的充分混合区,并产生一股高速射流推动液体在搅拌容器内循环流动。体在搅拌容器内循环流动。流型流型 流体循环流动的途径。流体循环流动的途径。一、流型一、流型流型与搅拌的关系流型与搅拌的关系流型与搅拌效果、搅拌功流型与搅拌效果、搅拌功率的关系十分密切。搅拌率的关系十分密切。搅拌
13、器的改进和新型搅拌器的器的改进和新型搅拌器的开发往往从流型着手。开发往往从流型着手。流型决定因素流型决定因素取决于搅拌器的形式、搅拌取决于搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何特征,以容器和内构件几何特征,以及流体性质、搅拌器转速等及流体性质、搅拌器转速等因素。因素。搅拌机顶插式中心安装搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型立式圆筒的三种基本流型径向流径向流轴向流轴向流切向流切向流流型流型流体流动方向垂直于流体流动方向垂直于搅拌轴,搅拌轴,沿径向流动沿径向流动,碰到容器碰到容器壁面壁面分成二分成二股流体分别向上、向股流体分别向上、向下流动,再回到叶端,下流动,再回到叶端,不穿过叶片,形成上、不
14、穿过叶片,形成上、下二个循环流动。下二个循环流动。(a)径向流径向流图图17-12搅拌器与流型搅拌器与流型(a)径向流径向流流体流动方向流体流动方向平行于平行于搅拌轴搅拌轴,流体由桨叶,流体由桨叶推动,使流体向下流推动,使流体向下流动,遇到容器底面再动,遇到容器底面再向上翻,形成上下循向上翻,形成上下循环流。环流。(b)轴向流轴向流图图17-13 搅拌器与流型搅拌器与流型(b)轴向流轴向流无挡板无挡板的容器内,流的容器内,流体体绕轴作旋转运动绕轴作旋转运动,流速高时液体表面会流速高时液体表面会形成漩涡,流体从桨形成漩涡,流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小,混叶区的流量很
15、小,混合效果很差。合效果很差。(c)切向流切向流图图17-14 搅拌器与流型搅拌器与流型(c)切向流切向流上述三种流型通常同时存在上述三种流型通常同时存在轴向流与径向流对混合起主要作用轴向流与径向流对混合起主要作用切向流应加以抑制切向流应加以抑制采用挡板可削弱切向流,采用挡板可削弱切向流,增强轴向流和径向流增强轴向流和径向流除中心安装的搅拌机外,还有偏心式、底插式、侧除中心安装的搅拌机外,还有偏心式、底插式、侧插式、斜插式、卧式等安装方式,见图插式、斜插式、卧式等安装方式,见图17-14。不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。图图17-14 搅拌器
16、在容器内的安装方式搅拌器在容器内的安装方式(a)垂直垂直偏心式偏心式(b)底插式底插式(c)侧插式侧插式(d)斜插式斜插式(e)卧式卧式挡板与导流筒挡板与导流筒(1)挡板挡板 目的目的消除打漩消除打漩和提高混合效果。和提高混合效果。物料粘度小,搅拌转速高,物料粘度小,搅拌转速高,液体随桨叶旋转,在离心液体随桨叶旋转,在离心力作用下涌向内壁面并上力作用下涌向内壁面并上升,中心部分液面下降,升,中心部分液面下降,形成漩涡,称为打漩区。形成漩涡,称为打漩区。打漩打漩后果后果随转速增加,漩涡中心下凹到与桨叶接触,外面空气进随转速增加,漩涡中心下凹到与桨叶接触,外面空气进入桨叶被吸到液体中,使其密度减小
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