銅粉洗滌攪拌器設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、前言一. 課題的意義 在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，混合設(shè)備處于一個(gè)重要的地位。在化工、冶金、醫(yī)藥、造紙、化妝品、涂飾材料、食品、飼料及廢水處理等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在化學(xué)工業(yè)中使用最多。 混合設(shè)備的作用是使體系內(nèi)物料的不均一度不斷降低，從而使物料混合。在許多的場(chǎng)合，攪拌設(shè)備是作為反應(yīng)器來(lái)使用的，例如、在合成橡膠、合成纖維、合成塑料這三大合成材料的生產(chǎn)中，絕大多數(shù)的聚合反應(yīng)器是攪拌設(shè)備。但是大多數(shù)的攪拌設(shè)備中不進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，只用于物料的摻混、傳熱、傳質(zhì)，以及用于制備乳液，懸浮液等。 二. 課題的研究方向 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)攪拌混合技術(shù)的要求越來(lái)越高。攪拌混合技術(shù)也在不斷的發(fā)展。主要表現(xiàn)在兩方面，一方

2、面是開(kāi)發(fā)新型、高效的攪拌設(shè)備，另一方面是快速和正確地選擇和設(shè)計(jì)攪拌設(shè)備。 在新型攪拌設(shè)備方面，高分子工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)攪拌設(shè)備的發(fā)展產(chǎn)生了強(qiáng)大的推動(dòng)力。對(duì)于這些聚合反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，需要良好的混合性能，對(duì)物料提供足夠大的剪切，高的傳熱能力。這使得一大批新型攪拌設(shè)備出現(xiàn)。另外，工業(yè)陶瓷和磁記錄產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展也推動(dòng)了攪拌設(shè)備的發(fā)展，這些產(chǎn)業(yè)需要獲得非常細(xì)、粒度分布非常窄的粉末，有時(shí)還需將這些粉末均勻的分布于高粘液體中，于是產(chǎn)生了高效的砂磨機(jī)和混練機(jī)。2 / 15三. 課題的特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是要設(shè)計(jì)一臺(tái)銅粉洗滌攪拌器。由于銅粉在制備后含有殘酸，需要通過(guò)攪拌，用堿來(lái)中和酸，達(dá)到洗滌銅粉的目的。由于銅的密度比

3、水大得多，因此，在攪拌時(shí)很難使得銅粉與堿液充分混合，一部分銅粉會(huì)沉降在槽體的底部。如果依靠增大攪拌器的功率來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，則消耗的功率將增大好多倍，使用成本太高。因此，解決這個(gè)因固、液密度懸殊而造成的混合不均勻問(wèn)題要靠?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)完成。在能滿足使用要求的前提下，要求設(shè)備節(jié)約能源，安裝、維修方便，費(fèi)用低，制造成本低。在完成攪拌器的設(shè)計(jì)后,還應(yīng)進(jìn)行攪拌器的費(fèi)用估算.因?yàn)樵跐M足工藝要求的條件下,花費(fèi)最低的總費(fèi)用是評(píng)價(jià)攪拌器性能和檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理的重要指標(biāo)之一,以達(dá)到設(shè)計(jì)最佳化.完整的費(fèi)用估算包括以下幾點(diǎn):1. 設(shè)備加工與安裝費(fèi)用.包括設(shè)備材料、定型設(shè)備購(gòu)置等所需的費(fèi)用。2. 操作費(fèi)用。包括動(dòng)力消耗、載

4、熱劑消耗、操作管理人員配備等所需的費(fèi)用。3. 維修費(fèi)用。包括按生產(chǎn)周期進(jìn)行維修時(shí)對(duì)耗用材料、更新零部件、人工、器材等所需的費(fèi)用。4. 整體設(shè)備折舊費(fèi)用的估算。5. 列出費(fèi)用估算明細(xì)表。攪拌的混合機(jī)理在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，應(yīng)知道攪拌的混合機(jī)理，攪拌器之所以能起到液液分散，固液分散，氣液分散等攪拌效果，主要在于攪拌器的混合作用。攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪把能量傳給它周圍的液體，使這些液體以很高的速度運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。當(dāng)這些高速運(yùn)動(dòng)的液體掠過(guò)靜止或運(yùn)動(dòng)速度較低的液體時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切作用，在這種剪應(yīng)力的作用下，靜止或運(yùn)動(dòng)速度較低的液體也跟著以很高的速度運(yùn)動(dòng)起來(lái)，從而帶動(dòng)所有的液體在設(shè)備范圍內(nèi)流動(dòng)。這種設(shè)備范圍內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)

5、稱為“宏觀流動(dòng)”。由此造成的設(shè)備范圍內(nèi)的擴(kuò)散混合作用稱為“主體對(duì)流擴(kuò)散”。在產(chǎn)生宏觀流動(dòng)的同時(shí)，處于高速液流和靜止或低速液流界面的液體，由于受到強(qiáng)烈的剪切作用，被卷起而形成漩渦。這種高速旋轉(zhuǎn)的漩渦有對(duì)它周圍的液體造成強(qiáng)烈的剪切作用，從而產(chǎn)生更多的漩渦。眾多的漩渦一方面把更多的液體帶到作宏觀流動(dòng)的主流液體中去，同時(shí)形成局部范圍內(nèi)液體快速而紊亂的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，即局部的湍流流動(dòng)。這種局部范圍內(nèi)漩渦運(yùn)動(dòng)稱為“微觀運(yùn)動(dòng)”。 由此造成的局部范圍內(nèi)的擴(kuò)散混合作用稱為“渦流對(duì)流擴(kuò)散”。攪拌設(shè)備里不僅存在渦流對(duì)流擴(kuò)散和主體對(duì)流擴(kuò)散，還存在分子擴(kuò)散，其強(qiáng)弱程度依此減小。實(shí)際的混合作用是上述三種擴(kuò)散作用的綜合。但從混合

6、的范圍和混合的均勻程度來(lái)看，三種擴(kuò)散作用對(duì)實(shí)際的混合過(guò)程的貢獻(xiàn)是不同的。主體對(duì)流擴(kuò)散只能把物料破碎分裂成“微團(tuán)”，并把這些微團(tuán)在設(shè)備范圍內(nèi)分布均勻。而通過(guò)微團(tuán)之間的渦流對(duì)流擴(kuò)散，可以把微團(tuán)的尺寸降低到漩渦本身的大小。攪拌越激烈，渦輪運(yùn)動(dòng)就越劇烈，湍流程度就越大，分散程度就越高，即漩渦的尺寸就越小。在通常的攪拌條件下，漩渦的最小尺寸為幾十微米。然而，這種最小的漩渦也比分子大得多。因此，主體對(duì)流擴(kuò)散和渦流對(duì)流擴(kuò)散都不能達(dá)到分子水平上的完全均勻混合。水平上的完全均勻混合程度只有通過(guò)分子擴(kuò)散才能達(dá)到。我們把在設(shè)備范圍內(nèi)呈微團(tuán)均勻分布的混合過(guò)程稱為“宏觀混合”，把達(dá)到分子規(guī)模分布均勻的混合稱為“微觀混合

7、”?？梢?jiàn)，主體對(duì)流擴(kuò)散和渦流對(duì)流擴(kuò)散只能進(jìn)行宏觀混合，只有分子擴(kuò)散才能進(jìn)行微觀混合。但是，漩渦運(yùn)動(dòng)不斷更新微團(tuán)的表面，大大增加分子擴(kuò)散的表面積，減小了分子擴(kuò)散的距離，因此提高了微觀混合的速度。不同的攪拌過(guò)程對(duì)宏觀混合和微觀混合的要求是不同的。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程要求達(dá)到微觀混合，否則就不可避免地發(fā)生反應(yīng)物的局部濃集，其后果是對(duì)主反應(yīng)不利，收率下降。對(duì)于液液分散或固液分散，不存在相間的分子擴(kuò)散，只能達(dá)到宏觀混合，由于分子擴(kuò)散速率很快，混合速率受宏觀混合控制，應(yīng)設(shè)法提高宏觀混合速率。攪拌液體的流動(dòng)特性液體在設(shè)備范圍內(nèi)作循環(huán)流動(dòng)的途徑稱作液體的“流動(dòng)模型”，簡(jiǎn)稱“流型”。攪拌設(shè)備內(nèi)液體的流型主要有以下幾

8、種：軸向流液體從攪拌器的軸向流入，并從軸向流出，這樣的流型稱為“軸向流”。凡是葉輪的葉片與葉輪的旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角小于的攪拌器轉(zhuǎn)速較快時(shí)所產(chǎn)生的流型主要就是軸向流。通常，軸向流的循環(huán)速率較大，有利于宏觀混合，適合于均相液體混合、沉降速度低的固體懸浮、傳熱等攪拌操作。徑向流流體從攪拌器的軸向流入，并從葉輪的徑向流出，這樣的流型稱為“徑向流”。徑向流的流體由于是從葉輪的尾端甩出，速度快，產(chǎn)生的剪切力大、造成的局部漩渦運(yùn)動(dòng)劇烈。因此，它特別適合于需要高剪切作用的攪拌過(guò)程，如液液分散、氣液分散和固體溶解。另一方面，徑向流的循環(huán)速率也較大，所以，它也適合于像均相液體混和這樣的需要高混合速率的攪拌過(guò)程。切

9、向流流體沿?cái)嚢杵魅~輪的切向方向作圓周循環(huán)運(yùn)動(dòng)的流型稱為“切向流”切向流除了能提高釜內(nèi)壁給熱系數(shù)以外，對(duì)其他的攪拌過(guò)程幾乎都是不利的。切向流嚴(yán)重時(shí)，液體在離心力作用下涌向器壁，使器壁周圍的液面上升，中心部分的液面下降，形成一個(gè)大漩渦。這種現(xiàn)象叫“打漩”。打漩時(shí)幾乎不產(chǎn)生軸向混合作用，它還能使不互溶的液液相分層，使液體顆粒沉降。所以，一般情況下應(yīng)制止打漩。 方 案 設(shè) 計(jì)一攪拌器的選型攪拌器的作用是使兩種或兩種以上的物料混合均勻，接觸良好。他能強(qiáng)化罐內(nèi)物料的傳質(zhì)和傳熱效果，改善操作情況。傳質(zhì)增強(qiáng)可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，強(qiáng)化傳熱。對(duì)于放熱反應(yīng)可使反應(yīng)放出的熱量通過(guò)夾套的冷卻劑順利帶走；對(duì)于吸熱反應(yīng)，同樣可

10、使載熱體順利供熱。當(dāng)反應(yīng)器里的液體含有懸浮的固體時(shí)，如不進(jìn)行攪拌，這些懸浮的固體就會(huì)沉降下來(lái)，使操作難以正常進(jìn)行。也有一些聚合過(guò)程，反應(yīng)的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一些粘稠的物料，這些物料會(huì)粘附在筒壁上，叫做“掛料”。掛料對(duì)筒壁的傳熱有不利影響，因此也要進(jìn)行攪拌以防止或減少這種掛料的發(fā)生。攪拌器的選型好壞直接影響著整個(gè)攪拌反應(yīng)器的造價(jià)和操作費(fèi)用。對(duì)于給定的攪拌過(guò)程，攪拌裝置的形式和操作條件的選擇還沒(méi)有成熟的方法。目前多數(shù)依靠過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)、相似工業(yè)實(shí)例分析和對(duì)放大技術(shù)的掌握程度。一般，攪拌器選用應(yīng)滿足下列要求：保證物料的混合，消耗最少的功率，所需費(fèi)用最低，操作方便，易于制造和維修。攪拌器的選型主要根據(jù)物料性質(zhì)。攪

11、拌目的及各種攪拌器的選型特征來(lái)進(jìn)行。對(duì)于銅粉洗滌攪拌器來(lái)說(shuō)，液體的粘度屬于低粘度，可以考慮選用推進(jìn)式或渦輪式。攪拌的目的是使銅粉與堿液充分混合，屬于固體懸浮操作。對(duì)于固體懸浮操作，必須讓固體顆粒均勻懸浮與液體之中。當(dāng)固體與液體的密度懸殊大時(shí)，應(yīng)選用開(kāi)啟式渦輪攪拌器。因?yàn)橥七M(jìn)式攪拌器會(huì)把固體顆粒推向釜底，使固體顆粒不易浮起來(lái)，而開(kāi)啟式渦輪攪拌器可以把固體顆粒抬舉起來(lái)。在釜底呈錐形或半圓形時(shí)更應(yīng)選用開(kāi)啟式渦輪攪拌器。開(kāi)啟式渦輪攪拌器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有中間的圓盤部分，不會(huì)阻礙漿葉上下的液體混合。綜上所述，攪拌器選用開(kāi)啟式渦輪攪拌器。二攪拌附件從攪拌液體的流動(dòng)特性可知，渦輪式攪拌器會(huì)產(chǎn)生一定的切向流，

12、當(dāng)切向流嚴(yán)重時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“打漩”現(xiàn)象，致使不互溶的液體分層，固體顆粒沉降。當(dāng)漩渦達(dá)到葉輪以后，葉輪會(huì)吸入大量氣體，使攪拌物料密度下降，還會(huì)加劇攪拌器的振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)攪拌器無(wú)法正常工作。因此，一般情況下都必須制止切向流和“打漩”現(xiàn)象。消除切向流和“打漩”現(xiàn)象的最有效、也是最簡(jiǎn)單的方法就是在釜內(nèi)安裝擋板。擋板可以控制攪拌槽內(nèi)液體的流動(dòng)，也就是增強(qiáng)攪拌槽內(nèi)液體的湍動(dòng)。強(qiáng)化混合和促進(jìn)固-液懸浮。擋板能消除固體回轉(zhuǎn)部的不良混合區(qū)。而固體回轉(zhuǎn)部的直與葉輪直徑之比和攪拌雷諾數(shù)之間有如下關(guān)系：.²中葉輪直徑葉輪轉(zhuǎn)速液體密度液體粘度可知，當(dāng)時(shí)，等于.，而當(dāng)在范圍時(shí)，急劇減少以至接近于零。因此，在小于時(shí)，可不用設(shè)擋板。如果設(shè)了擋板，則擋板的數(shù)量、大小以及安裝方式都會(huì)影響攪拌槽內(nèi)液體的流動(dòng)狀態(tài)和攪拌功率。擋板寬度通常為槽徑的至。擋板的數(shù)量由槽徑的大小決定。小直徑槽用個(gè)，大直徑槽用個(gè)。擋板直立沿槽壁周向均勻安裝。綜合以上所述，結(jié)合本設(shè)計(jì)的要求。由于銅粉的密度比水大得多，在攪拌時(shí)銅粉容易沉降。為了能把銅粉攪拌均勻，使用擋板，并且采用全擋板條件，即擋板的數(shù)目是4。擋板的寬度W=D/10=100MM。由于本設(shè)