均相反應(yīng)器的選擇-釜式反應(yīng)器應(yīng)用與分類

模塊一釜式反應(yīng)器的認(rèn)識(shí)項(xiàng)目1釜式反應(yīng)器的總體結(jié)構(gòu)項(xiàng)目2釜體與傳熱裝置項(xiàng)目3反應(yīng)釜的攪拌裝置項(xiàng)目4傳動(dòng)裝置項(xiàng)目5軸封裝置

項(xiàng)目1釜式反應(yīng)器的總體結(jié)構(gòu)一、釜式反應(yīng)器的用途二、釜式反應(yīng)器的總體結(jié)構(gòu)三、釜式反應(yīng)器的分類一、釜式反應(yīng)器的用途裝有攪拌器的釜式設(shè)備（或槽、罐）通常稱為攪拌釜式反應(yīng)器，是化工行業(yè)廣泛采用的反應(yīng)器。用途——通用反應(yīng)器、用途很廣泛，普遍應(yīng)用于石油化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥等行業(yè)。液液均相反應(yīng)；非均相反應(yīng)（液固相、氣液相、氣液固相）等；可用來(lái)完成磺化、硝化、氫化、聚合等，聚合反應(yīng)有90%采用釜式反應(yīng)器；精細(xì)化工生產(chǎn)中，幾乎所有的單元操作都可以用釜式反應(yīng)器。二、釜式反應(yīng)器的總體結(jié)構(gòu)釜式反應(yīng)器主要由釜體、攪拌器、密封裝置和換熱裝置構(gòu)成。1-攪拌器；2-釜體；3-夾套；4-攪拌軸；5-壓料管；6-支座；7-人孔；8-軸封；9-傳動(dòng)裝置釜式反應(yīng)器各構(gòu)件作用釜體攪拌器密封裝置換熱裝置★漿式，框式，錨式旋漿式，渦輪式，螺旋釜式★防止內(nèi)物料泄漏★填料密封機(jī)械密封★

筒體★上、下封頭橢圓形錐形平板形★加熱或冷卻內(nèi)反應(yīng)中的物料★夾套式，蛇管式，列管式，外部循環(huán)式，電感加熱式三、釜式反應(yīng)器的分類按操作方式分類按材質(zhì)分類按操作壓力分類按操作方式分類★釜式反應(yīng)器可以進(jìn)行單釜或多釜串聯(lián)連續(xù)操作，連續(xù)加入反應(yīng)物和取出產(chǎn)物，設(shè)備利用率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于自動(dòng)控制，適合大規(guī)模生產(chǎn)。按材質(zhì)分類釜式反應(yīng)器Text靜態(tài)攪拌電磁攪拌Text鑄鐵釜式反應(yīng)器鋼制釜式反應(yīng)器機(jī)械攪拌氣流攪拌射流攪拌搪瓷釜式反應(yīng)器玻璃釜式反應(yīng)器按材質(zhì)分類鋼制反應(yīng)器：普通碳鋼、不銹鋼，可以耐一般酸性介質(zhì)，經(jīng)過(guò)鏡面拋光的不銹鋼釜適用于高粘度體系聚合反應(yīng)。鑄鐵反應(yīng)器：鑄鐵，在硝化、磺化、縮合、硫酸增濃等反應(yīng)過(guò)程應(yīng)用較多。搪瓷反應(yīng)器：在碳鋼鍋的內(nèi)表面上涂含二氧化硅的玻璃釉，經(jīng)過(guò)高溫?zé)?，形成玻璃搪層。具有耐腐蝕性、耐熱性、耐沖擊性。K型：鍋體和鍋蓋分開(kāi)，可以裝置尺寸大的攪拌器。F型：蓋體不分，密封性好。特別適用于帶壓的工況（高壓、真空）。

按操作壓力分類低壓釜：0.1-1.6MPa（動(dòng)力攪拌器），常見(jiàn)的攪拌釜式反應(yīng)器，在攪拌軸與殼體之間采用動(dòng)密封結(jié)構(gòu)。中壓釜：

1.6-10MPa高壓釜：

10-100MPa，動(dòng)密封難以保證不泄漏，高壓時(shí)采用磁力攪拌器，使釜式反應(yīng)器在全密封狀態(tài)下工作。適合各種毒性、易燃、易爆等工藝過(guò)程。超高壓：>100MPa常壓釜：<0.1MPa項(xiàng)目2釜體與傳熱裝置各種換熱裝置的選擇主要視傳熱表面是否易被污染而需要清洗，所需傳熱面積的大小，傳熱介質(zhì)的泄露可能造成的后果以及傳熱介質(zhì)的溫度和壓力等因素決定。一般在需要較大傳熱面積時(shí)，采用蛇管或列管式換熱器；反應(yīng)在沸騰下進(jìn)行時(shí)，采用釜外回流冷凝器取走熱量；在需要較小傳熱面積，傳熱介質(zhì)壓力又較低的情況下，采用簡(jiǎn)單的夾套式換熱器比較適宜。項(xiàng)目2釜體與傳熱裝置攪拌反應(yīng)釜體的主要部分是一圓柱形容器，其結(jié)構(gòu)形式與傳熱方式有關(guān)。常用的傳熱形式有兩種：夾套式壁外傳熱結(jié)構(gòu)和釜體內(nèi)部蛇管傳熱結(jié)構(gòu),必要時(shí)也可將夾套和蛇管聯(lián)合使用。根據(jù)工藝要求，釜體上還需安裝各種工藝接管。攪拌反應(yīng)釜體和傳熱裝置設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容:釜體的結(jié)構(gòu)形式和各部分尺寸、傳熱形式和結(jié)構(gòu)、各種工藝接管的安設(shè)等。釜體與傳熱裝置夾套式壁外傳熱結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的傳熱形式釜體內(nèi)部蛇管傳熱結(jié)構(gòu)一、釜體的幾何尺寸的確定釜體的幾何尺寸是指筒體的內(nèi)徑Di、高度H。對(duì)于攪拌釜式反應(yīng)釜，容積v為主要決定參數(shù)。

攪拌功率與攪拌器直徑的五次方成正比，而攪拌器直徑往往需隨釜體直徑的增加而增大。因此，在同樣的容積下，太大的筒體直徑不適宜。對(duì)于發(fā)酵類物料的反應(yīng)，為使通入的空氣能與發(fā)酵液充分接觸，需要有一定的液位高度，故筒體的高度不宜太矮。采用夾套傳熱結(jié)構(gòu)，單從傳熱角度考慮，一般也希望筒體高一些。

釜體的幾何尺寸要求化工工藝要求H/Di▼一般反應(yīng)釜

○液-液相或液-固相物料1～1.3○氣-液相物料1～2▼發(fā)酵罐類

○氣-液相物料1.7～2.5裝料系數(shù)

為了滿足反應(yīng)所需要的空間，工藝計(jì)算已經(jīng)確定了反應(yīng)釜所需的容積V0，但實(shí)際操作時(shí)，反應(yīng)介質(zhì)可能呈泡沫狀或沸騰狀，故實(shí)際容積V應(yīng)該大于理論計(jì)算的所需容積V0，這種差異就用裝料系數(shù)η來(lái)考慮。釜體的幾何尺寸要求化工工藝要求H/Di▼一般反應(yīng)釜

○液-液相或液-固相物料1～1.3○氣-液相物料1～2▼發(fā)酵罐類

○氣-液相物料1.7～2.5裝料系數(shù)Vo＝ηV

▼通常情況0.6～0.85▼反應(yīng)過(guò)程中有泡沫或沸騰0.6～0.7▼反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn)0.8～0.851反應(yīng)釜體積計(jì)算（1）間歇反應(yīng)釜（2）連續(xù)反應(yīng)釜2確定封頭型式3確定封頭與筒體的連接方式4反應(yīng)釜直徑D0與筒體高度H的確定5?計(jì)算并選擇釜體內(nèi)徑。?計(jì)算釜體直邊高度。

6應(yīng)用舉例

我釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì)程序及計(jì)算方法a.根據(jù)年產(chǎn)量確定日產(chǎn)量Wd

，kg·d-1b.確定生產(chǎn)周期或每天生產(chǎn)批數(shù)

τT=τR+τa(6-1)式中τT——一個(gè)生產(chǎn)周期的時(shí)間，h；

τR——反應(yīng)達(dá)到預(yù)期轉(zhuǎn)化率所需反應(yīng)時(shí)間，h；

τa——輔助操作時(shí)間，h。則：每天生產(chǎn)批數(shù)α＝24/τT(6-2)c.選擇反應(yīng)器裝料系數(shù)

φ＝VR/VT(6-3)

式中VR——反應(yīng)物料所占體積，m3

VT——反應(yīng)器實(shí)際體積，m3。攪拌釜反應(yīng)器，φ取0.7～0.8，有起泡或沸騰時(shí)，取0.4～0.6。間歇釜式反應(yīng)器容積計(jì)算方法d.計(jì)算反應(yīng)器體積及臺(tái)數(shù)間歇釜式反應(yīng)器容積計(jì)算方法多臺(tái)反應(yīng)器并聯(lián)使用或Wd——日產(chǎn)量，kg·d-1τT——一個(gè)生產(chǎn)周期的時(shí)間，hα——每天生產(chǎn)批數(shù)Φ

——反應(yīng)器裝料系數(shù)VR——反應(yīng)物料所占體積，m3

VT——反應(yīng)器實(shí)際體積，m3a.根據(jù)年產(chǎn)量確定每小時(shí)處理物料量ωd,kg·h-1；b.確定物料平均停留時(shí)間τ，(無(wú)輔助操作時(shí)間)，h；c.確定裝料系數(shù)Ф(同間歇操作);d.計(jì)算反應(yīng)器體積及臺(tái)數(shù)。連續(xù)操作反應(yīng)液體積計(jì)算公式如下：連續(xù)釜式反應(yīng)器容積計(jì)算方法a.標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭(standardellipsehead)

b.碟封頭(dishedhead)c.錐形封頭（conicalhead)d.球面封頭（sphericalhead)

封頭(endplate)是化工設(shè)備的重要組成部分，它與圓形直筒部分一起組成設(shè)備的外殼，如儲(chǔ)罐、塔設(shè)備、換熱器、反應(yīng)器等設(shè)備的釜體均是由筒體與封頭組成的。確定封頭型式封頭的設(shè)計(jì)參數(shù)及特點(diǎn)封頭名稱封頭高度（h）封頭側(cè)面積(s)封頭體積(V)特點(diǎn)半球封頭0.5D1.571D20.2618D3標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭0.25D1.083D20.131D3應(yīng)力分布均勻，封頭與筒體的強(qiáng)度相等，應(yīng)用最廣碟封頭0.225D1.063D20.122D3曲面連接處存在彎曲應(yīng)力，強(qiáng)度不如標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭球面封頭0.134D0.842D20.0539D3一般用于臥式容器的兩端封頭平封頭0D0.785D20D3600錐封頭0.866D1.571D20.2267D3應(yīng)力分布不均勻，加工簡(jiǎn)單，造價(jià)低，排料容易，可用于低壓反應(yīng)器。如間歇縮聚反應(yīng)，產(chǎn)物粘度高，采用1200錐封頭作為下封頭便于出料。1200錐封頭0.375D1.123D20.1397D3900錐封頭0.5D1.111D20.1309D3各種封頭的外形尺寸?封頭與筒體的連接形式有兩種:焊接連接和法蘭連接。法蘭連接便于設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安裝與檢修，但造價(jià)較高，密封性能較差;焊接連接設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、密封性能好，但不利于設(shè)備安裝與檢修，為此常在釜體上封頭上開(kāi)設(shè)人孔。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于攪拌釜反應(yīng)器，若反應(yīng)器直徑較大，對(duì)密封要求較高時(shí)，應(yīng)采用焊接連接。若直徑較小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)安裝和檢修要求較明確時(shí)，可采用法蘭連接。確定封頭與筒體的連接方式H——釜體總高度(Height，包括封頭高度)，m；D——釜體直徑(Diameter)，m。H/D小(矮胖型)，釜內(nèi)液體比表面積大，表面更新容易，小分子組分易汽化;攪拌軸相對(duì)較短，攪拌裝置旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定；攪拌槳直徑大，需要攪拌功率高；對(duì)傳熱面積的增加不利;傳熱距離較長(zhǎng)，傳熱效果差。H/D大(瘦高型)，釜內(nèi)液體比表面積小，有利于氣體吸收;攪拌軸較長(zhǎng)，加工困難，且旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定;單位反應(yīng)器體積夾套傳熱面積較大，傳熱距離較短，傳熱效果較好。反應(yīng)釜直徑D0與筒體高度H的確定反應(yīng)釜直徑D0與筒體高度H的確定例6-1

有一變?nèi)莘磻?yīng)體系，采用攪拌釜反應(yīng)器，日產(chǎn)量Wd=26.6t·d-1,間歇操作。τR＝3h、τa=0.5h、ρm＝970kg·m-3、體積收縮系數(shù)ε＝-0.2、φ＝0.6、H/D＝1.5～2，上下封頭均用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，如本題附圖所示，確定反應(yīng)器幾何外形尺寸?？梢匀=12M3查表6-1標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的體積為0.131D3、h封＝D/4。令：h為釜體直邊高度、H為反應(yīng)器釜體總高度，則：

H＝h+2×h封＝h+D/2=1.5D反應(yīng)液體積：若取H/D＝1.5，則有：h＝D反應(yīng)器總體積應(yīng)為：

間歇操作周期：

雖然反應(yīng)器屬于非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，但用于制造反應(yīng)器的上下封頭仍應(yīng)該選用標(biāo)準(zhǔn)封頭（參見(jiàn)附錄）。因?yàn)镠/D取得較小，所以此處按公稱尺寸選定釜體直徑為1.8m。釜體的直邊高度為：

釜體實(shí)際高度為：

二、夾套的結(jié)構(gòu)與尺寸

1、夾套的結(jié)構(gòu)形式①圓筒部分有夾套，用于加熱面積不大的場(chǎng)合②圓筒一部分和下封頭包有夾套③在圓筒部分的夾套中間設(shè)置支撐或加強(qiáng)環(huán)④全包式夾套，傳熱面積最大在容器外側(cè)，用焊接或法蘭連接方式裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與容器外壁形成密閉的空間。此空間內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，可加熱或冷卻容器內(nèi)的物料。夾套是攪拌反應(yīng)釜最常用的傳熱結(jié)構(gòu)，由圓柱形殼體和底封頭組成?？刹疬B接結(jié)構(gòu)用于操作條件較差，或要求進(jìn)行定期檢查內(nèi)筒外表面和需經(jīng)常清洗夾套的場(chǎng)合。可拆連接是將內(nèi)筒和夾套通過(guò)法蘭來(lái)連接的。不可拆連接主要用于碳鋼制反應(yīng)釜。通過(guò)焊接將夾套連接在內(nèi)筒上。夾套肩與筒體的連接處，做成錐形的稱為封口錐，做成環(huán)形的稱為封口環(huán)。不可拆連接密封可靠、制造加工簡(jiǎn)單。

2、整體夾套與釜體連接方式☆適應(yīng)于需要檢修內(nèi)筒外表面☆定期更換夾套

☆?yuàn)A套與內(nèi)筒之間不能焊接的場(chǎng)合☆常用的不可拆式連接結(jié)構(gòu)☆?yuàn)A套與內(nèi)筒之間采用焊接，加工簡(jiǎn)單，密封可靠

夾套上設(shè)有蒸汽、冷卻水或其他加熱、冷卻介質(zhì)的進(jìn)出口。當(dāng)加熱介質(zhì)是蒸汽時(shí)，進(jìn)口管應(yīng)靠近夾套上端，冷凝液從底部排出；當(dāng)加熱(冷卻)介質(zhì)是液體時(shí)，則進(jìn)口管應(yīng)設(shè)在底部，使液體下進(jìn)上出，有利于排出氣體和充滿液體。三、釜體及夾套壁厚的確定釜體內(nèi)壓

不帶夾套，則筒體與上、下封頭均按內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)帶夾套的反應(yīng)器，按承受內(nèi)壓和外壓分別進(jìn)行計(jì)算。三、釜體及夾套壁厚的確定釜體和夾套的強(qiáng)度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)可按內(nèi)、外壓容器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行。對(duì)于釜體，當(dāng)受內(nèi)壓時(shí)，若不帶夾套，則筒體與上、下封頭均按內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)。真空反應(yīng)器按承受外壓設(shè)計(jì)。帶夾套的反應(yīng)器，按承受內(nèi)壓和外壓分別進(jìn)行計(jì)算。按內(nèi)壓計(jì)算時(shí)，最大壓力差為釜體內(nèi)的工作壓力；按外壓計(jì)算時(shí)，最大壓力差為夾套內(nèi)的工作壓力或夾套內(nèi)工作壓力加0.1MPa（當(dāng)釜體內(nèi)為真空操作時(shí)）。若上封頭不被夾套包圍，則不承受外壓作用，只按內(nèi)壓設(shè)計(jì)，但通常取與下封頭相同的壁厚。夾套的簡(jiǎn)體和封頭壁厚則完全按照內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行四、蛇管的布置

如果所需傳熱面積較大，而夾套傳熱不能滿足要求或不宜采用夾套傳熱時(shí)，可采用蛇管傳熱。

優(yōu)點(diǎn)：蛇管置于釜內(nèi)，沉浸在介質(zhì)中，熱量能充分利用，傳熱效果比夾套結(jié)構(gòu)好。

缺點(diǎn)：但蛇管檢修困難，還可能因冷凝液積聚而降低傳熱效果。釜體與傳熱裝置對(duì)稱布置的幾組豎式蛇管：1傳熱2擋板作用

蛇管和夾套可同時(shí)采用，以增加傳熱效果。蛇管一般由公稱直徑為25-70mm的無(wú)縫鋼管繞制而成。常用結(jié)構(gòu)形狀有圓形螺旋狀、平面環(huán)形、U形立式、彈簧同心圓組并聯(lián)形式等。

蛇管在筒體內(nèi)需要固定，固定形式有多種。當(dāng)蛇管中心直徑較小，圈數(shù)較少時(shí)，蛇管可利用進(jìn)出口管固定在釜蓋或釜底上；若中心直徑較大、圈數(shù)較多、重量較大時(shí)，則應(yīng)設(shè)立固定支架支撐。蛇管的進(jìn)出口最好設(shè)在同一端，一般設(shè)在上封頭處，以使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便。

蛇管的固定形式蛇管的固定蛇管優(yōu)點(diǎn)：制造方便缺點(diǎn)：擰緊時(shí)易偏斜，難于擰緊優(yōu)點(diǎn)：安裝方便，伸縮自由缺點(diǎn)：經(jīng)不起振動(dòng)安全可靠，適用于劇烈振動(dòng)的場(chǎng)合性能很好的固定蛇管蛇管的結(jié)構(gòu)形式蛇管的進(jìn)出口結(jié)構(gòu)(a）型用于蛇管和封頭可以一起抽出的情況；(b)型用于蛇管需要經(jīng)常拆卸，而釜體內(nèi)部有足夠空間允許裝卸法蘭;(c)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠;(d)型為有襯里的蛇管進(jìn)出口結(jié)構(gòu)；（e）型管端法蘭采用螺紋連接，五、工藝接管工藝接管出料接管溫度計(jì)壓力表接管進(jìn)料接管儀表接管

1．進(jìn)料管進(jìn)料管一般設(shè)在頂部。進(jìn)料管的下端一般成的切口，以防物料沿壁面流動(dòng)。圖(a)為一般常用結(jié)構(gòu)。圖(b)為套管式結(jié)構(gòu)，便于裝拆更換和清洗，適用于易腐蝕、易磨損、易堵塞的介質(zhì)。圖(c)管子較長(zhǎng)，沉浸于料液中，可減少進(jìn)料時(shí)產(chǎn)生的飛濺和對(duì)液面的沖擊，并可起液封作用。為避免虹吸，在管子上部開(kāi)有小孔。2．出料管

出料管分為上出料管和下出料管兩種形式。下部出料適用于粘性大或含有固體顆粒的介質(zhì)。常見(jiàn)的下部出料接管形式如圖。圖中(a)用于不帶夾套的筒體，圖(b)和圖(c)適用于帶夾套的簡(jiǎn)體。其中圖(c)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，多用在內(nèi)筒與夾套溫差較大的場(chǎng)合。當(dāng)物料需要輸送到較高位置或需要密閉輸送時(shí)，必須裝設(shè)壓料管，使物料從上部排出。壓料管及固定方式如圖示。上部出料常采用壓縮空氣或其他惰性氣體，將物料從釜內(nèi)經(jīng)壓料管壓送到下一工序設(shè)備。為使物料排除干凈，應(yīng)使壓出管下端位置盡可能低些，且底部作成與釜底相似形狀。項(xiàng)目3反應(yīng)釜的攪拌裝置提供攪拌過(guò)程所需要的能量和適宜的流動(dòng)狀態(tài)，以達(dá)到攪拌過(guò)程的目的。漿葉旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生能量，作用于液體，形成流動(dòng)狀態(tài)。關(guān)鍵在漿葉，也與其它因素有關(guān)，如介質(zhì)特性，攪拌器的工作環(huán)境等。

槳式、推進(jìn)式、渦輪式和錨式攪拌器在攪拌反應(yīng)設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)約占攪拌器總數(shù)的75～80％。一、流型流型與攪拌的關(guān)系流型與攪拌效果、攪拌功率的關(guān)系十分密切。攪拌器的改進(jìn)和新型攪拌器的開(kāi)發(fā)往往從流型著手。流型決定因素取決于攪拌器的形式、攪拌容器和內(nèi)構(gòu)件幾何特征，以及流體性質(zhì)、攪拌器轉(zhuǎn)速等因素。攪拌機(jī)頂插式中心安裝立式圓筒的三種基本流型徑向流流體流動(dòng)方向垂直于攪拌軸，沿徑向流動(dòng)，碰到容器壁面分成二股流體分別向上、向下流動(dòng)，再回到葉端，不穿過(guò)葉片，形成上、下二個(gè)循環(huán)流動(dòng)。(a)徑向流圖1攪拌器與流型(a)徑向流流體流動(dòng)方向平行于攪拌軸，流體由槳葉推動(dòng)，使流體向下流動(dòng)，遇到容器底面再向上翻，形成上下循環(huán)流。(b)軸向流圖2攪拌器與流型(b)軸向流無(wú)擋板的容器內(nèi)，流體繞軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，流速高時(shí)液體表面會(huì)形成漩渦，流體從槳葉周?chē)芟蚓砦翗~區(qū)的流量很小，混合效果很差。(c)切向流圖3攪拌器與流型(c)切向流上述三種流型通常同時(shí)存在軸向流與徑向流對(duì)混合起主要作用切向流應(yīng)加以抑制采用擋板可削弱切向流，增強(qiáng)軸向流和徑向流除中心安裝的攪拌機(jī)外，還有偏心式、底插式、側(cè)插式、斜插式、臥式等安裝方式，見(jiàn)圖4。不同方式安裝的攪拌機(jī)產(chǎn)生的流型也各不相同。(a)垂直偏心式(b)底插式(c)側(cè)插式(d)斜插式(e)臥式一、攪拌器的形式攪拌器的形式漿式攪拌器渦輪式攪拌器錨式框式攪拌器推進(jìn)式攪拌器1.槳式攪拌器

結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單葉片用扁鋼制成，焊接或用螺栓固定在輪轂上，葉片數(shù)是2、3或4片，葉片形式可分為平直葉式和折葉式兩種。圖

槳式攪拌器主要應(yīng)用液—液系中用于防止分離、使罐的溫度均一，固—液系中多用于防止固體沉降。主要用于流體的循環(huán)，由于在同樣排量下，折葉式比平直葉式的功耗少，操作費(fèi)用低，故軸流槳葉使用較多。也用于高粘流體攪拌，促進(jìn)流體的上下交換，代替價(jià)格高的螺帶式葉輪，能獲得良好的效果。槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速一般為20～100r/min

，最高粘度為20Pa·s

。缺點(diǎn)不能用于以保持氣體和以細(xì)微化為目的的氣—液分散操作中。平直葉槳式斜葉槳式2.推進(jìn)式攪拌器

推進(jìn)式攪拌器（又稱船用推進(jìn)器）常用于低粘流體中。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)式攪拌器有三瓣葉片。它直徑較小，d/D=1/4～1/3，葉端速度一般為

7～10m/s，最高達(dá)15m/s。(d槳葉直徑D筒體內(nèi)徑）圖9-4推進(jìn)式攪拌器攪拌時(shí)——流體由槳葉上方吸入，下方以圓筒狀螺旋形排出，流體至容器底再沿壁面返至槳葉上方，形成軸向流動(dòng)。特點(diǎn)——攪拌時(shí)流體的湍流程度不高，循環(huán)量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。循環(huán)性能好，剪切作用不大，屬于循環(huán)型攪拌器。應(yīng)用粘度低、流量大的場(chǎng)合，用較小的攪拌功率，能獲得較好的攪拌效果。主要用于液－液系混合、使溫度均勻，在低濃度固－液系中防止淤泥沉降等。改進(jìn)容器內(nèi)裝擋板、攪拌軸偏心安裝、攪拌器傾斜，可防止漩渦形成。3．渦輪式攪拌器

渦輪式攪拌器（又稱透平式葉輪），是應(yīng)用較廣的一種攪拌器，能有效地完成幾乎所有的攪拌操作，并能處理粘度范圍很廣的流體。圖9-5渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器分為開(kāi)式盤(pán)式開(kāi)式有：平直葉、斜葉、彎葉等。葉片數(shù)為2葉和4葉盤(pán)式有：圓盤(pán)平直葉、圓盤(pán)斜葉、圓盤(pán)彎葉等。葉片數(shù)常為6葉。應(yīng)用

渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體微團(tuán)分散得很細(xì)，適用于低粘度到中等粘度流體的混合、液—液分散、液—固懸浮，以及促進(jìn)良好的傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。平直葉——剪切作用較大，屬剪切型攪拌器。彎葉

——指葉片朝著流動(dòng)方向彎曲，可降低功率消耗，適用于含有易碎固體顆粒的流體攪拌。圓盤(pán)平直葉渦輪式圓盤(pán)彎葉渦輪式圓盤(pán)箭葉渦輪式開(kāi)啟彎葉渦輪式開(kāi)啟直葉渦輪式

錨式攪拌器是由垂直槳葉和形狀與底封頭形狀相同的水平槳葉所組成。整個(gè)旋轉(zhuǎn)體可鑄造而成，也可用扁鋼或鋼板煨制。攪拌器可先用鍵固定在軸上，然后從軸的下端擰上軸端蓋帽即可。若在錨式攪拌器的槳葉上加固橫梁即成為框式攪拌器，見(jiàn)圖(b)和(c)。其中(b)為單級(jí)式，(c)為多級(jí)式。錨式和框式攪拌器的共同特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)部分的直徑較大，可達(dá)簡(jiǎn)體內(nèi)徑的0．9倍以上。由于直徑較大，能使釜內(nèi)整個(gè)液層形成湍動(dòng)，減小沉淀或結(jié)塊，故在反應(yīng)釜中應(yīng)用較多。

4．錨式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。適用于粘度在100Pa·s以下的流體攪拌，當(dāng)流體粘度在10～100Pa·s時(shí)，可在錨式槳中間加一橫槳葉，即為框式攪拌器，以增加容器中部的混合。圖9-6錨式攪拌器錨式或框式槳葉的混合效果并不理想，只適用于對(duì)混合要求不太高的場(chǎng)合。應(yīng)用由于錨式攪拌器在容器壁附近流速比其它攪拌器大，能得到大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，故常用于傳熱、晶析操作。常用于攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿。當(dāng)攪拌粘度大于100Pa·s的流體時(shí)，應(yīng)采用螺帶式或螺桿式。錨式攪拌器框式攪拌器螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器

螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器的結(jié)構(gòu)示意如圖所示。這兩種攪拌器主要產(chǎn)生軸向流，加上導(dǎo)流筒后，可形成筒內(nèi)外的上下循環(huán)流動(dòng)。它們的轉(zhuǎn)速都較低，通常不超過(guò)50轉(zhuǎn)/min，主要用于高粘度液體的攪拌。由螺旋帶、軸套和支撐桿所組成的螺帶式攪拌器如圖所示。其槳葉是一定寬度和一定螺矩的螺旋帶，通過(guò)橫向拉桿與攪拌軸連接。螺旋帶外直徑接近筒體內(nèi)直徑，攪動(dòng)時(shí)液體呈現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，混合和傳質(zhì)效果較好。螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器攪拌器選型攪拌目的

物料粘度

攪拌容器容積的大小選用時(shí)除滿足工藝要求外，還應(yīng)考慮功耗低、操作費(fèi)用省，以及制造、維護(hù)和檢修方便等因素。流動(dòng)狀態(tài)二、攪拌器的選型攪拌器的選型攪拌器的選型物料粘度攪拌目的推進(jìn)式，渦輪式錨式，框式和漿式低粘度液體：小直徑，高轉(zhuǎn)速攪拌器高粘度液體：大直徑，低轉(zhuǎn)速攪拌器低粘度均相液體混合：推進(jìn)式攪拌器

非均相液–液分散過(guò)程

：渦輪式攪拌器氣-液分散過(guò)程：平直葉圓盤(pán)渦輪攪拌器流型流型與攪拌的關(guān)系流型與攪拌效果、攪拌功率的關(guān)系十分密切。攪拌器的改進(jìn)和新型攪拌器的開(kāi)發(fā)往往從流型著手。流型決定因素取決于攪拌器的形式、攪拌容器和內(nèi)構(gòu)件幾何特征，以及流體性質(zhì)、攪拌器轉(zhuǎn)速等因素。攪拌機(jī)頂插式中心安裝立式圓筒的三種基本流型徑向流流體流動(dòng)方向垂直于攪拌軸，沿徑向流動(dòng)，碰到容器壁面分成二股流體分別向上、向下流動(dòng)，再回到葉端，不穿過(guò)葉片，形成上、下二個(gè)循環(huán)流動(dòng)。(a)徑向流圖攪拌器與流型(a)徑向流流體流動(dòng)方向平行于攪拌軸，流體由槳葉推動(dòng)，使流體向下流動(dòng)，遇到容器底面再向上翻，形成上下循環(huán)流。(b)軸向流圖攪拌器與流型(b)軸向流無(wú)擋板的容器內(nèi)，流體繞軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，流速高時(shí)液體表面會(huì)形成漩渦，流體從槳葉周?chē)芟蚓砦翗~區(qū)的流量很小，混合效果很差。(c)切向流圖17-14攪拌器與流型(c)切向流上述三種流型通常同時(shí)存在軸向流與徑向流對(duì)混合起主要作用切向流應(yīng)加以抑制采用擋板可削弱切向流，增強(qiáng)軸向流和徑向流除中心安裝的攪拌機(jī)外，還有偏心式、底插式、側(cè)插式、斜插式、臥式等安裝方式。不同方式安裝的攪拌機(jī)產(chǎn)生的流型也各不相同。三、攪拌附件攪拌附件

擋板目的——消除打漩和提高混合效果。物料粘度小，攪拌轉(zhuǎn)速高，液體隨槳葉旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下涌向內(nèi)壁面并上升，中心部分液面下降，形成漩渦，稱為打漩區(qū)。打漩——后果隨轉(zhuǎn)速增加，漩渦中心下凹到與槳葉接觸，外面空氣進(jìn)入槳葉被吸到液體中，使其密度減小，混合效果降低。一般在容器內(nèi)壁面均勻安裝4塊擋板寬度為容器直徑的1/12～1/10。擋板作用：

釜體內(nèi)安裝擋板后，可使流體的切向流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向與徑向流動(dòng)，同時(shí)增大液體的湍動(dòng)程度，從而改善攪拌效果。全擋板條件當(dāng)再增加擋板數(shù)和擋板寬度，而功率消耗不再增加時(shí)，稱為全擋板條件。全擋板條件與擋板數(shù)量和寬度有關(guān)。攪拌容器中的傳熱蛇管可部分或全部代替擋板，裝有垂直換熱管時(shí)一般可不再安裝擋板。

導(dǎo)流筒是一個(gè)圓筒，安裝在攪拌器外面，常用于推進(jìn)式和渦輪式攪拌器(見(jiàn)圖)。導(dǎo)流筒的作用是使從攪拌器排出的液體在導(dǎo)流筒內(nèi)部和外部形成上下循環(huán)的流動(dòng)，以增加流體湍動(dòng)程度，減少短路機(jī)會(huì)，增加循環(huán)流量和控制流型。導(dǎo)流筒渦輪式或槳式攪拌器

導(dǎo)流筒置于槳葉的上方(b)推進(jìn)式攪拌器導(dǎo)流筒套在槳葉外面，或略

高于槳葉結(jié)構(gòu)當(dāng)攪拌器置于導(dǎo)流筒之下，且容器直徑又較大時(shí)，導(dǎo)流筒的下端直徑應(yīng)縮小，使下部開(kāi)口小于攪拌器的直徑。通常導(dǎo)流筒上端低于靜液面，筒身上開(kāi)孔或槽，當(dāng)液面降落后流體仍可從孔或槽進(jìn)入導(dǎo)流筒。導(dǎo)流筒將攪拌容器截面分成面積相等的兩部分，導(dǎo)流筒直徑約為容器直徑的70%。攪拌軸

攪拌軸是連接減速機(jī)和攪拌器而傳遞動(dòng)力的構(gòu)件。攪拌軸屬于非標(biāo)準(zhǔn)件，需要自行設(shè)計(jì)。攪拌軸的材料常用45鋼，對(duì)于要求較低的攪拌軸可采用普通碳素鋼（Q235-A)。當(dāng)介質(zhì)具有腐蝕性或不允許鐵離子污染時(shí)，可采用不銹耐酸鋼或采取防腐措施。攪拌軸的結(jié)構(gòu)與一般機(jī)械傳動(dòng)軸相同。攪拌軸一般采用圓截面實(shí)心軸或空心軸。其結(jié)構(gòu)形式視軸上安裝的攪拌器類型、軸的支承形式、軸與聯(lián)軸器聯(lián)接等要求而定。

攪拌軸通常依靠減速箱內(nèi)的一對(duì)軸承支承，支承形式為懸臂梁。由于攪拌軸往往細(xì)而長(zhǎng)，而且要帶動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌操作。攪拌軸工作時(shí)承受著彎扭聯(lián)合作用，如變形過(guò)大，將產(chǎn)生較大離心力而不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至使軸遭受破壞。攪拌軸收到扭轉(zhuǎn)和彎曲的組合作用，其中以扭轉(zhuǎn)為主，所以工程上采用近似的方法來(lái)確定攪拌軸的直徑，即假設(shè)攪拌軸只承受扭矩的作用，然后用增加安全系數(shù)以降低材料許用應(yīng)力的方法來(lái)彌補(bǔ)由于忽略受彎曲作用所引起的誤差。攪拌軸直徑、剛度支承臨界轉(zhuǎn)速攪拌軸的直徑同時(shí)滿足強(qiáng)度和剛度條件，取兩者較大值。攪拌軸直徑應(yīng)按計(jì)算直徑適當(dāng)增大，并圓整到適當(dāng)?shù)妮S徑當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速較快而密封性能要求較高時(shí)，可考慮安裝中間軸承或底軸承增大軸徑，增加一個(gè)支撐點(diǎn)或縮短攪拌軸的長(zhǎng)度，降低軸的質(zhì)量，都會(huì)提高軸的剛性，即提高軸的臨界轉(zhuǎn)速思考題1、簡(jiǎn)述攪拌反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)2、攪拌反應(yīng)釜的傳熱裝置有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？3、內(nèi)筒的直徑和高度是怎么確定的？4、常見(jiàn)的攪拌器有哪幾種？錨式攪拌器錨式攪拌器的直徑d和攪拌釜的內(nèi)徑之比為0.9～0.98，常用轉(zhuǎn)速為l～100轉(zhuǎn)/min。錨式攪拌器的循環(huán)速度及剪切作用都較小，主要產(chǎn)生切線流。當(dāng)物料粘度高時(shí)，可產(chǎn)生一定的徑向流和軸向流。它適用于高粘度物料的攪拌和傳熱。推進(jìn)式攪拌器（螺旋槳式攪拌器）推進(jìn)式攪拌器又名螺旋槳式攪拌器，推進(jìn)式攪拌器的循環(huán)速度高。當(dāng)轉(zhuǎn)速高時(shí)，剪切作用也很大，能產(chǎn)生很強(qiáng)的軸向流。推進(jìn)式攪拌器直徑d與攪拌釜內(nèi)徑之比為0.2～0.5，攪拌轉(zhuǎn)速為100～500轉(zhuǎn)/min，適用于低粘度（粘度小于2Pa·s）液體的攪拌。渦輪式攪拌器（圓盤(pán)式）渦輪式攪拌器按照有無(wú)圓盤(pán)可分為圓盤(pán)渦輪攪拌器和開(kāi)啟渦輪攪拌器；按照葉輪可分為：平直葉、折葉和后彎葉渦輪攪拌器，渦輪攪拌器直徑d與釜內(nèi)徑之比為0.2～0.5，以0.33居多。轉(zhuǎn)速一般為10～300轉(zhuǎn)／min。適用于低粘度或中等粘度液體的攪拌（粘度小于50Pa·s）。產(chǎn)生的效果槳式攪拌器槳式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般由兩塊平槳葉組成，攪拌器直徑d與釜內(nèi)徑之比為0.35～0.8；轉(zhuǎn)速一般為10～100轉(zhuǎn)／min，可以在較寬的粘度范圍內(nèi)適用，粘度高的可達(dá)100Pa·s，也可用于粘度小于2Pa·s的液體的攪拌。平直葉槳式攪拌器在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的主要是切線流；轉(zhuǎn)速高時(shí)以徑向流為主。對(duì)于折葉槳式攪拌器，由于葉片與旋轉(zhuǎn)平面的夾角小于90o，因此會(huì)產(chǎn)生軸向流，宏觀混合效果較好。項(xiàng)目4傳動(dòng)裝置攪拌反應(yīng)釜傳動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)減速機(jī)機(jī)座底座傳動(dòng)裝置的作用：將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)減速器，調(diào)整至工藝要求所需的攪拌轉(zhuǎn)速，再通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)攪拌軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)攪拌器工作。一、電動(dòng)機(jī)的選用

反應(yīng)釜的電動(dòng)機(jī)大多與減速器配套使用，因此電動(dòng)機(jī)的選用一般可與減速器的選用配套進(jìn)行。在許多場(chǎng)合下，電動(dòng)機(jī)與減速器一并配套供應(yīng)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)選定的減速器選用配套的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)型號(hào)應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率和工作環(huán)境等因素選擇。工作環(huán)境包括防爆、防護(hù)等級(jí)、腐蝕情況等。電動(dòng)機(jī)選用主要是確定系列、功率、轉(zhuǎn)速、安裝方式等內(nèi)容。YBS(DSB、JDSB)系列輸送機(jī)用防爆型三相異步電動(dòng)機(jī)YB2系列防爆型三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對(duì)稱交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同.三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1定子：指其固定不動(dòng)部分，主要包括：（1）定子鐵心（2）定子繞組（3）機(jī)座與端蓋等

2轉(zhuǎn)子：指其旋轉(zhuǎn)部分，主要包括：（1）轉(zhuǎn)子鐵心（2）轉(zhuǎn)子繞組（3）轉(zhuǎn)軸等三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低廉，使用和維修方便，運(yùn)行可靠且效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各種機(jī)床，水泵，通風(fēng)機(jī)，傳送帶及家用電器和實(shí)驗(yàn)設(shè)備中。轉(zhuǎn)子二、減速器的選用作用：傳遞運(yùn)動(dòng)和改變轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以滿足工藝條件的要求。減速器：又稱減速機(jī)、減速箱。是一臺(tái)獨(dú)立的傳動(dòng)裝置。組成：由密閉的箱體、相互嚙合的一對(duì)或幾對(duì)齒輪（或蝸輪蝸桿）、傳動(dòng)軸及軸承等所組成。反應(yīng)釜用減速器常用的有擺線針輪行星減速器、齒輪減速器、V帶減速器以及圓柱蝸桿減速器。擺線針輪行星減速器常見(jiàn)的混合齒輪減速器蝸輪蝸桿減速器原理：電機(jī)帶動(dòng)蝸桿軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)蝸桿與蝸輪齒之間的齒合使蝸輪軸旋轉(zhuǎn)，由于齒數(shù)的不同，而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)速度的降低。三、機(jī)架(機(jī)座)攪拌反應(yīng)釜的傳動(dòng)裝置是通過(guò)機(jī)架安裝在釜體頂蓋上的。機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式要考慮安裝聯(lián)軸器、軸封裝置以及與之配套的減速器輸出軸徑和定位結(jié)構(gòu)尺寸的需要。釜用機(jī)架的常用結(jié)構(gòu)有單支點(diǎn)機(jī)架(圖1)和雙支點(diǎn)機(jī)架(圖2)兩種。雙支點(diǎn)

單支點(diǎn)支架用以支承減速器和攪拌軸，適合電動(dòng)機(jī)或減速器可作為一個(gè)支點(diǎn)，或容器內(nèi)可設(shè)置中間軸承和可設(shè)置底軸承的情況。攪拌軸的軸徑應(yīng)在30～160mm范圍。

當(dāng)減速器中的軸承不能承受液體攪拌所產(chǎn)生的軸向力時(shí)，應(yīng)選用雙支點(diǎn)機(jī)架，由機(jī)架上的兩個(gè)支點(diǎn)承受全部的軸向載荷。對(duì)于大型設(shè)備，或?qū)嚢杳芊庖筝^高的場(chǎng)合，一般都采用雙支點(diǎn)機(jī)架。單支點(diǎn)機(jī)架和雙支點(diǎn)機(jī)架都已有標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)架的用途和適應(yīng)范圍、結(jié)構(gòu)形式、基本參數(shù)和尺寸、主要技術(shù)要求等做出了相應(yīng)規(guī)定。單支點(diǎn)機(jī)架標(biāo)準(zhǔn)為HG21566—95；雙支點(diǎn)機(jī)架標(biāo)準(zhǔn)為HG21567—95。機(jī)座焊接機(jī)座常見(jiàn)機(jī)座常見(jiàn)傳動(dòng)裝置的機(jī)座四、底座底座焊接在釜體的上封頭上，減速機(jī)的機(jī)座和軸封裝置的定位安裝面均在底座