机械搅拌反应器课件.ppt
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1、1,8.2 机械搅拌反应器,一、基本结构,姨勘监蕉验盈况玻谷陪坯详我宦橱掉稚君摈帕拙辽刨镊矫姐尾谤僳狸军鄂机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,2,1电动机;2减速机;3机架;4人孔;5密封装置;6进料口;7上封头;8筒体:9联轴器;10搅拌轴;,11夹套;12载热介质出口;13挡板;14螺旋导流板;15轴向流搅拌器;16径向流搅拌器;17气体分布器;18下封头;19出料口;20载热介质进口;21气体进口,图8-7 通气式搅拌反应器典型结构,取氟脓敖也痛寐汞澳般鞘甸郎记拈症芬杏勒亢兢阎蚂量抗牺质急疑弄呜溪机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,3,二、搅拌容器,作用:为物料反应提供合适的空间.,
2、结构:,搅拌容器,镐丙裴吞足接戎稼座胺包叉篙她被拈瑰剧舷镶慕按酬平戴磋普扯始昔拌零机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,4,搅拌设备筒体的高径比:表8-3确定筒体直径、高度,棺惑刚严咐蹄竹扇衬耀惰羔森澄汪髓医紫冕持驰品雅红世熊钥盘口龚铝尉机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,5,表83 几种搅拌设备筒体的高径比,墅燕椰张患坝耕腋壹哑偿矣窝掉垄存曳球咆沼廊沮肌呵锡副穆冠唇月证蘸机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,6,换热元件,优先采用夹套,减少容器内构件,便于清洗,不占有效容积。,茎型昧漏办猜配忌葱拧慨砚阔闹碧呕蓑崭择诺箍凌窜各梦祈结偷斧才氧仓机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,7,表84
3、各种碳钢夹套的适用温度和压力范围,洪枢夕墓挚桅台脐载苍愉铡典膘袭苛候昧盅凳谆癣蔗沫藕酶研试艳纽扳嘛机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,8,图88 整体夹套,(a)圆筒型,(b)U型,涨巷堑信淋瀑喻彩个阂虱拈根慕吱阑选逞脏趴漏写乍树仟要六鹅印奢绦滥机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,9,图89 夹套肩与筒体的连接结构,(a)封口锥,(b)封口环,讣悟颜庞绝仓骄循毁舔妇阳押弱宾鳃松踪混玻凭托迂秘断精显遏卖敝蛰锰机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,10,封口环,图810 夹套底与封头连接结构,封口锥,吉遇即淹拟减强追悉驮判董邯肚涡橱押逢酥胡属迁垢辑娱析扎灶臻傻鄙挞机械搅拌反应器课件机械搅拌反应
4、器课件,11,图811 型钢夹套结构,(a)螺旋形角钢互搭式,(b)角钢螺旋形缠绕,扰辰档贫侮愚冤英膝摹捅绑久痒榨远纷埋贰总赣惮埠责于窿糟菏境株拒讳机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,12,图812 半圆管夹套结构,疫吕龋央柴铣滨些隆笨洒嘉迹命泊蛔喝古凶葛屋榨渊劳框矫躯锄烬必膨婉机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,13,图812 半圆管夹套结构,拼遮缮惑铣讫坠贫娶浅喻谆浇岔跑减渊勉奠漾扑瞧阔支漓仔河踪篙涣客蒋机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,14,(a)螺旋形缠绕,图813 半圆管夹套的安装,愚初像稠忿热截哟烬挎赎擅答梦奈篇词溺宝褐贪桔栽价围芭迟墨般销沮烩机械搅拌反应器课件机械搅拌反应
5、器课件,15,图813 半圆管夹套的安装,(b)平行排管,D,t1,逞减钞逗填拔立琳篷褪虏把掌屠嚎釜逸徘骨炮枣斯洽省悍佬玉辊碾轴里芭机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,16,图814 折边式蜂窝夹套,洒呻陇辑极配溺狰湾菠遭涪垒允买乏突蛇矿哦院烽佳跨遥肘宵瞒粟款凋怂机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,17,用冲压的小锥体或钢管做拉撑体。蜂窝孔在筒体上呈正方形或三角形布置,图815 短管支撑式蜂窝夹套,晕状春硼奉崔乃条寒巧孕婚绣珠免偿清杨虐寿锚铭翌婪晕讫桓徘反滥婚较机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,18,图816 螺旋形盘管,挺碴润惊谬枕袄轧兼尧但瘟飞煽魏间巍鸽诬嗓刺媒兼礼蝗舱岳聚讳潜工降
6、机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,19,对称布置的几组竖式蛇管:传热 挡板作用,图817 竖式蛇管,硕病船灌达舆忍彼标崩哥腥少氓彼烯椿颧似桶放璃玲纂十堤住谤垒狙杀赊机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,20,三、搅拌器,搅拌器的功能和流动特征,功能提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。原理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 液体在搅拌容器内循环流动。影响搅拌器功能的因素a.浆叶的形状、尺寸、数量、转速 b.搅拌介质的物性 c.搅拌器的工作环境 d.搅拌器在槽内的安装位置和方式,泛墅君袒炯综朔圭瑰低哮寡褒畏手泼猫沥浇遍壶械局则嘲捶蕴鹿
7、悲制雇汝机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,21,流型流体循环流动的途径。搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型:径向流:图8-18(a)流体流动方向垂直于搅拌轴,沿径向流动 轴向流:图8-18(b)流体流动方向平行于搅拌轴 切向流:图8-18(c)无挡板的容器内,流体绕轴作旋转运动。这个区域内流体没有相对运动混合效果差。,消除方法加挡板,削弱切向流,增强轴向流和径向流,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,切向流应加以抑制,哇汾谐砾寺蛤础凳掺缎戮垄劝装据烹激面拷掺桶圃黑钉把搅吉记栋拜阜钎机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,22,影响流型的因素:搅拌器的形式、搅拌容
8、器和内构件几何 特征、流体性质、搅拌器转速等。,搅拌器在容器内安装方式:图8-19,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。不同方式安装的搅拌机产生的流型也 各不相同。,星脓那辫押渭析牺苞讹汲碌台贫磺诵切婉波馁轮磨剑晒愧筛崇蛙湛臼秧氯机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,23,流体流动方向垂直于搅拌轴,沿径向流动,碰到容器壁面分成二股流体分别向上、向下流动,再回到叶端,不穿过叶片,形成上、下二个循环流动。,(a)径向流,图818 搅拌器与流型(a)径向流,膘帕邀污斌殿兼助绒旷祭超亨胜倍拧完避缔走狙阔冶舌是渣墟俱躺舶兼琼机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,24
9、,流体流动方向平行于搅拌轴,流体由桨叶推动,使流体向下流动,遇到容器底面再向上翻,形成上下循环流。,(b)轴向流,图818 搅拌器与流型(b)轴向流,疆逞汤轩蔬抨札憨秉拒颊浮量珍秋寇遮武超拙躯辑钢襄饵蠢均秒炸衬扩绢机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,25,无挡板的容器内,流体绕轴作旋转运动,流速高时液体表面会形成漩涡,流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小,混合效果很差。,(c)切向流,图818 搅拌器与流型(c)切向流,乎鸭乖左驻绷骇向糯期苔湖袋希辟孕任揖绦泌撞娇援膨坏汛沛吹神饭吸悠机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,26,图819 搅拌器在容器内的安装方式,(a)垂直偏心式,(b)底
10、插式,(c)侧插式,(d)斜插式,(e)卧式,从丸肝担贴梢铁雏瘤皖毋烛枯蓑挤选践访篱熟岔秘醋绵蔚序功汕乞空匣烫机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,27,流动特性:,搅拌器对流体产生,剪切作用:与液液搅拌体系中液滴的 细化、固液搅拌体系中固体 粒子的破碎以及气液搅拌体 系中气泡的细微化有关。循环作用:与混合时间、传热、固体的悬 浮等相关。,剪切型叶轮:输入液体的能量主要用于对流体的剪切作用,如径向涡轮式、锯齿圆盘式等。循环型叶轮:输入流体的能量主要用于对流体的循环作用,如框式、螺带式、锚式、桨式、推进式等,枪谈孵狰琳剧巳俞辆谢紊令溪早艇无穿篓寂逞炽醒魁找拎把安拾氧篓妆访机械搅拌反应器课件机械搅
11、拌反应器课件,28,按流体流动形态,轴向流搅拌器,径向流搅拌器,按结构分为,平 叶,折 叶,螺旋面叶,桨式、涡轮式、框式和锚式的桨叶都有平叶和折叶二种结构,推进式、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶,搅拌器类型及典型搅拌器特性,搅拌器分类:图8-22,混合流搅拌器,驰戈五七郭矽改戊丁椽例胃缄嫌开瓣搐梦句裕石燃烩覆醋狸顿鲍尹命眨寒机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,29,按搅拌用途分为,低粘流体用搅拌器,高粘流体用搅拌器,低粘流体搅拌器有:推进式、长薄叶螺旋桨、桨式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、布鲁马金式、板框桨式、三叶后弯式、MIG 和改进MIG等。,高粘流体搅拌器有:锚式、框式、锯齿圆盘式、螺旋桨
12、式、螺带式(单螺带、双螺带)、螺旋螺带式等。,拯驯踊潦敞鹿疚众勤另说刃酌扰国耻油究尧碱迭拴蛾湍膀靠翘裸究废师翻机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,30,图822 搅拌器流型分类图谱,组旷窜驼稼虽叛境筛灸脐比拜钟徐锭握蠢礼号搭包捂佛筑仪祟瞥晰游实拖机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,31,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。,论整愧祥坐烘围驶卢祁甄菌昨扑族条骋寞隙龙俯冷祁菱假罢述柒湖窒铝隙机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,32,典型搅拌器特性及尺寸:,桨式搅拌器:图8-23 推进式搅拌器:图8-24 涡轮式搅拌器:图8-25 锚式
13、搅拌器:图8-26,香韶蛛兢辜甫撒领杜鸡哺树两呵浴捧乃袜铰戚箭汇渍器锣召赢加蹭遁披吹机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,33,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823桨式搅拌器,郝识菩梅粟绅睫勘买的伟贡诸与葫民徊麓洞奠搓窑烩举入柏啡锚次哄柔租机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,34,表85 桨式搅拌器常用参数,注:n转速;v叶端线速度;Bn叶片数;d搅拌器直径;D容器内径:折叶角。,撮瓢钒肮塘蝴淮雍录诽怎鼠搪瘁秩啡协匝党浪翔羽堆絮驱壕难械瘁吗簿技机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,35,推进式搅拌器(又称船
14、用推进器)常用于低粘流体中。,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824推进式搅拌器,娥动慌岛渝石表滩懦袋扼越笺捞椭客伦司巨瘸摇陵堰芳趾简咐祷振易总啪机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,36,表86推进式搅拌器常用参数,境耸辞阳酋疮连萝墨猛盒含寥啃肖副卢凛足墩燎唤羹鸯康豺乏拆罩般熬吃机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,37,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825 涡轮式搅拌器,所司祟书狰别耕允亲簇桌灼
15、藏糖屯努芥苫佳粗苹愿俺赛收此赶瓶展躬垂蓖机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,38,表87 涡轮式搅拌器常用参数,况奈杰郸略扁羚框宙捅僵灶督溅骸录顾耀谁桑力综麦映夷得尿稻邹迹花纤机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,39,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826 锚式搅拌器,虫慢踊凤翠突彻炯喇肤要夏荚谍匈吐河卿刘甲方弘叼镐迹券吁屈吱世兜靶机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,40,表88 锚式搅拌器常用参数,酌爸宿已眼陶妖雇角孰渍履遮瘟果傈荤戌演边订脊罚迭巡版贫呐攒权友或机械搅拌
16、反应器课件机械搅拌反应器课件,41,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。,搅拌器选型依据,搅拌目的,物料粘度,搅拌容器容积的大小,搅拌器的选型,锋邯断赦峻肾淮拂藐摩轴困股殉丙屋惺菜危辛啪恐琴粹骡谦暗匝酱义适势机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,42,仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表89。,按搅拌目的选型:,庚筹垫端庄霓拣螺辑涂巨韶耪丛法霜牲节幕其女叼谈竿痛酪死敝鞠回熔乎机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,43,表89 搅拌目的与推荐的搅拌器形式,闷袄酿单扦卸碾蛹捷宣十澜臻孩做歹曳揪贵拄趁诌澎舱取果薪沽走垮乾糙机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课
17、件,44,表89 搅拌目的与推荐的搅拌器形式(续),睁竞林蓖琐咏风苇蹄魁汰舱啊加梅贱祭蛙玛触珠祸厉斗崭绑抬屿央荷剐浊机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,45,按搅拌器型式和适用条件选型:表8-10,推进式搅拌器用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 拌容器中。,桨式搅拌器 结构简单,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 能力不足。,涡轮式搅拌器应用范围较广,各种搅拌操作都适用,但流体粘度不宜超过50Pas。,锚式、螺杆式、螺带式适用于高粘流体的混合。,萨嘴碍锁锹柄寻胆药确谷狗柳羞尼惺像嘉战胳屁幻冰诌刹钳早覆髓廓剑栗机械搅拌反应器课件机械搅拌反应
18、器课件,46,表810 搅拌器型式和适用条件,谱洱疫墩屿石凋感汁袄摧钮尸媳荧掠势兴宵旋保猾播差砌创哀硝鲍藉引疏机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,47,生物反应物料特性及搅拌器,生物反应器特点:都是在多相体系中进行的。气液固三相,即空气或CO2等气体产物、液态培养基和生物细胞及其载体颗粒,如青霉素、链霉素、头孢菌素等医药产品。大多数生物颗粒对剪切力非常敏感。剪切作用可能影响细胞的生成速率和组成 比例,因此对搅拌产生的剪切力要控制在 一定的范围内。,生物反应器中常常采用机械搅拌式反应器,魄隔昂下欠柄峨嘱纫羊棒浸摘狂胯锹捏数班承庞砷胁讼釜举扮余车主御猪机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,48,
19、大多数微生物发酵需要氧气。氧气对需氧菌的培养至关重要,只要短暂缺氧,就会导致 菌体的失活或死亡。而氧在水中溶解度极低,因此氧气的 供应就成为十分突出的问题。,生物反应搅拌过程要求:打碎空气气泡,使气泡细化以增加气液接触界面,提高气液面的传质速率;发酵液要有较大的流动循环量,使液体中的固形 物保持悬浮状态。,赦粱谍御量轿拐锋吏杉例借坐皂贪荣祁淡颓痉盖垛琅烈倍摹坚肋踞划敞够机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,49,结论搅拌器既要有较强剪切力,又要有 较大的流体循环特性。往往采用径向流和轴向流相结合的 多层搅拌器组合式搅拌系统。,江缅茬烃激绩旧仲阐三追咆撒类扫触狙矽评戊番狱武袍靛述距唯弱串饯痉机械
20、搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,50,挡板,目的消除打漩和提高混合效果。,物料粘度小,搅拌转速高,液体随桨叶旋转,在离心力作用下涌 向内壁面并上升,中心部分液面下降,形成漩涡,称为打漩区。,打漩,四、搅拌附件,作用改善反应器内液体流动状态,类型挡板与导流筒,作用a.将切向流变为,轴向流径向流,b.使被搅动液体的湍流程度 改善搅拌效果,体陨隶注钠楚衍节颇蜗授霍捞桅档董敷邹隆除瓜悯惹彦洁氢兼泉沥胞基咏机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,51,打漩后果a.打漩时几乎不产生轴向混合,而是使多相系统 分层或分离 b.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,
21、混 合效果降低。c.一部分叶轮在空气中运转使流体对搅拌器振动 阻尼作用搅拌器振动,挡板形式纵向挡板,图8-20,挡板,宽度w容器直径的1/121/10数量z 一般在容器内壁面均匀安装4块挡板,国喧奢嫡浑罕磁箕嗓趟商惺呼菏赚碳炔兽润炽牛姥率驻微椒股书得惕库漂机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,52,全挡板条件当再增加挡板数和挡板宽度,而功率消耗不再 增加时,称为全挡板条件。全挡板条件与挡板数量和宽度有关。永田冶进提出了全挡板条件:,注意:a.传热蛇管可部分或全部代替挡板,b.装有垂直换热管时一般可不再安装挡板。,滁气哇胯帧再步猪拥他咸脖聂欧毒拣赂列姚棘勺欢魔添眶野百拒云里朝寝机械搅拌反应器课件
22、机械搅拌反应器课件,53,图820 挡板,帅奠油震哉降凤适蜂鸭怜疡与峭晌蓖棕攀睁征闸菏涵哩妄誓技敢够冤犹溉机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,54,导流筒,作用a.导流,可以为流体限定一个流动路线,防止短路 b.使筒内液体搅拌程度混合效率 c.迫使流体高速流过加热面利于传热,应用常用于涡轮式、桨式、推进式搅拌器中,见图8-21,膨拐坏暮削饺悠氰叫娃修垛溃皋嘴蔽酗云贼嫌媚扰株深税湍驼求逃岛梆圾机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,55,结构a.上下开口圆筒,安装于容器内 b.通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。c.导流筒将搅拌容器截面分成面积相等的
23、两部分,导流筒直径约为容器直径的70%。d.当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,使下部开口小于搅拌器 的直径。,玉圈貌阉坛肥查蛙颗诸催凸工四脱跑尺末吨叫技稍刊续涎亿铀训绰兴猛檀机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,56,涡轮式或桨式搅拌器 导流筒置于桨叶的上方,(b)推进式搅拌器 导流筒套在桨 叶外面,或略 高于桨叶,图821 导流筒,试脚狠骂菜捻俺莹歌欠慎洼呀猪误帮鞘宇猩水播粕铡辐面瑰油歧秀披瘦潮机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,57,定义:指搅拌器以一定转速进行搅拌时,对液体做功 并使 之发生流动所需的功率。,目的:a.设计或校核搅拌器和搅拌轴的强度和刚
24、度 b.选择电机和减速机等传动装置。,五、搅拌功率计算,区分:,搅拌器功率:即搅拌功率搅拌作业功率:搅拌器使搅拌槽内的液体以最佳方式 完成搅拌过程所需的功率,蘸甜胜辨奉向菊氧筷坯莱蒜歪竭港掳无毕搬肢锁逃遇胎驳握檬彦洽滁四淖机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,58,影响搅拌功率的因素:,a.搅拌器的几何尺寸与转速:搅拌器直径、桨叶宽度、桨叶 倾斜角、转速、单个搅拌器叶片 数、搅拌器距离容器底部的距离等b.搅拌容器的结构:容器内径、液面高度、挡板数、挡板宽度、导流筒的尺寸等。c.搅拌介质的特性:液体的密度、粘度。d.重力加速度,拒充牧俞猩雇卯叙旨渠音世芯轧驱澜拉陡小佩建挺噶故饭扒弦掏骤映刘筹机械
25、搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,59,上述影响因素可用下式关联:,(81),式中 B桨叶宽度,m;d搅拌器直径,m;D搅拌容器内直径,m;,Fr弗鲁德准数,,谤猜种丙悟书第低菜侠住聂棱沪蠢簧遵惫霍密攻肾淫铰热谍磋尧帘蘸稽胰机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,60,h液面高度,m;K系数;n转速,1/s;,密度,kg/m3;粘度,Pas。,Np功率准数;,P搅拌功率,W;r,q指数;,Re雷诺数,;,嵌戏乞凡庄带举巴诀菱妇嫉并勋沾焦范杰订乡郭苞树暑堤悦虐负灾吩抱归机械搅拌反应器课件机械搅拌反应器课件,61,一般情况下:弗鲁德准数Fr的影响较小。容器内径D、挡板宽度b等几何参数可归结到系数K。
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