1、1.1 物體的受力分析及其平衡條件第第6章章 攪拌設備選型攪拌設備選型6.1 概述概述26.2 攪拌的目的攪拌的目的n以液體為主體的攪拌操作以液體為主體的攪拌操作，常常將被攪物料分為液，常常將被攪物料分為液-液、液、氣氣-液、固液、固-液、氣液、氣-液液-固等四種情況。固等四種情況。n攪拌的目的攪拌的目的n促進混合促進混合液液-液混合、固液混合、固-液懸浮、氣液懸浮、氣-液分散、液液分散、液-液分散、液分散、液液-液乳化；液乳化；n促進傳熱、傳質、化學反應促進傳熱、傳質、化學反應加熱、冷卻、萃取、吸收、溶加熱、冷卻、萃取、吸收、溶解、結晶、聚合；解、結晶、聚合；n攪拌設備的操作目的主要表現為攪

2、拌設備的操作目的主要表現為n使不互溶的液體混合均勻，制備均勻混和液、乳化液，強化使不互溶的液體混合均勻，制備均勻混和液、乳化液，強化傳質過程；傳質過程；n使氣體在液體中充分分散，強化傳質或化學反應；使氣體在液體中充分分散，強化傳質或化學反應；n制備均勻懸浮液，促使固體加速溶解、浸取或液固化學反制備均勻懸浮液，促使固體加速溶解、浸取或液固化學反應；應；n強化傳熱，防止局部過熱或過冷。強化傳熱，防止局部過熱或過冷。36.3 攪拌設備的基本結構攪拌設備的基本結構46.3 攪拌設備的基本結構攪拌設備的基本結構n1-電動機；n2-減速機；n3-機架；n4-人孔；n5-密封裝置；n6-進料口；n7-上封頭

3、；n8-筒體；n9-聯軸器；n10-攪拌軸；n11-夾套；n12-載熱介質出口；n13-擋板；n14-螺旋導流板；n15-軸向流攪拌器；n16-徑向流攪拌器；n17-氣體分布器；n18-下封頭；n19-出料口；n20-載熱介質進口；n21-氣體進口56.4 攪拌容器攪拌容器1. 內容器（釜體）內容器（釜體）n組成結構組成結構n筒體：圓筒形筒體：圓筒形n封頭：碟形或橢球形封頭、錐形封頭、平蓋封頭：碟形或橢球形封頭、錐形封頭、平蓋n開孔接管：進料、出料、排氣、測溫、測壓、凸緣法蘭（焊開孔接管：進料、出料、排氣、測溫、測壓、凸緣法蘭（焊在上封頭，用于攪拌容器與機架的連接）在上封頭，用于攪拌容器與機架

4、的連接）66.4 攪拌容器攪拌容器n安放方式安放方式n立式釜立式釜n常壓：平底釜（容易產生應力集中，故而不應用于壓力釜）常壓：平底釜（容易產生應力集中，故而不應用于壓力釜）n物料對環境無污染，且對塵埃不敏感：敞口物料對環境無污染，且對塵埃不敏感：敞口n淤漿：錐形封頭（出料方便）淤漿：錐形封頭（出料方便）n臥式釜（通常半釜操作）臥式釜（通常半釜操作）n常用于氣液傳質過程（氣液接觸面積大）：氣常用于氣液傳質過程（氣液接觸面積大）：氣-液吸收、聚合液吸收、聚合物（高粘系）脫揮物（高粘系）脫揮n常用于粉體混合常用于粉體混合n臥式設備有單軸的也有雙軸的臥式設備有單軸的也有雙軸的自清潔效果自清潔效果n當攪

5、拌高粘液體時，若葉輪端部與槽壁有一定的間隙，則高粘液當攪拌高粘液體時，若葉輪端部與槽壁有一定的間隙，則高粘液體會滯流于間隙中體會滯流于間隙中刮壁式攪拌設備刮壁式攪拌設備76.4 攪拌容器攪拌容器86.4 攪拌容器攪拌容器n幾何尺寸的確定幾何尺寸的確定n容積容積V由裝料系數決定由裝料系數決定 直立式攪拌容器直立式攪拌容器指內筒體和下封頭兩部分容積之和；指內筒體和下封頭兩部分容積之和； 臥式攪拌容器臥式攪拌容器指筒體和左右兩封頭容積之和。指筒體和左右兩封頭容積之和。n沸騰或起泡：沸騰或起泡：0.6-0.7n平穩：平穩：0.8-0.8596.4 攪拌容器攪拌容器n筒體的高徑比筒體的高徑比H/D由裝液

6、高徑比由裝液高徑比HL/D和裝料系數決定和裝料系數決定n裝液高徑比對攪拌功率、傳熱和物料攪拌反應特征均有影響裝液高徑比對攪拌功率、傳熱和物料攪拌反應特征均有影響n物料性質物料性質n攪拌特性攪拌特性n攪拌器層數攪拌器層數n反應特征反應特征n傳熱特性傳熱特性聚合釜為何聚合釜為何HL/D這么大？這么大？n壁厚壁厚 由強度決定由強度決定106.4 攪拌容器攪拌容器2. 換熱元件：夾套和內盤管換熱元件：夾套和內盤管n當夾套的換熱面積能夠滿足傳熱要求時，應優先選用當夾套的換熱面積能夠滿足傳熱要求時，應優先選用夾套，以減少容器的內構件，便于清洗，且不占用有夾套，以減少容器的內構件，便于清洗，且不占用有效體積

7、效體積n夾套夾套n整體夾套整體夾套n型鋼夾套型鋼夾套n半管夾套半管夾套n蜂窩夾套蜂窩夾套n螺旋板式夾套螺旋板式夾套116.4 攪拌容器攪拌容器n整體夾套整體夾套n冷卻水下進上出、加熱蒸氣上進下出冷卻水下進上出、加熱蒸氣上進下出n在用液體作為傳熱介質時，為強化傳熱效果，還可在夾套空間設在用液體作為傳熱介質時，為強化傳熱效果，還可在夾套空間設置螺旋導流板置螺旋導流板n搪玻璃釜，夾套內不能安置螺旋導流板，為了強化傳熱，在水的搪玻璃釜，夾套內不能安置螺旋導流板，為了強化傳熱，在水的入口處安裝擾流噴嘴，促使水進行湍動入口處安裝擾流噴嘴，促使水進行湍動n半管夾套半管夾套（耐壓，表面傳熱系數提高（耐壓，表面

8、傳熱系數提高1/3，且提高了夾套的，且提高了夾套的強度）強度）n蜂窩夾套蜂窩夾套（減小筒體壁厚，強化傳熱）（減小筒體壁厚，強化傳熱）n螺旋板式夾套螺旋板式夾套n對于大型攪拌釜式反應器而言，其單位容積的生產能力往往對于大型攪拌釜式反應器而言，其單位容積的生產能力往往由反應器的傳熱能力所決定。由反應器的傳熱能力所決定。126.4 攪拌容器攪拌容器空心夾套螺旋導流板夾套噴嘴半管夾套內部夾套136.4 攪拌容器攪拌容器n氯乙烯懸浮聚合釜氯乙烯懸浮聚合釜n間歇分批式操作間歇分批式操作規模效應規模效應反應器大型化（反應器大型化（200M3）n聚合壓力聚合壓力8個大氣壓個大氣壓n常規釜（國產常規釜（國產80

9、M3） 釜壁釜壁31mmn蜂窩夾套（日本神鋼泛技術公司蜂窩夾套（日本神鋼泛技術公司 內部夾套）內部夾套）n雙殼夾套（住友重機）雙殼夾套（住友重機）146.4 攪拌容器攪拌容器n盤管盤管156.4 攪拌容器攪拌容器n螺旋形盤管螺旋形盤管n夾套無法滿足傳熱要求夾套無法滿足傳熱要求 或或 無法采用夾套傳熱（釜內壁襯有橡無法采用夾套傳熱（釜內壁襯有橡膠等隔熱材料）時，可利用盤管傳熱膠等隔熱材料）時，可利用盤管傳熱n豎式蛇管豎式蛇管n浸沒在物料中，熱量損失小，傳熱效果好，對稱布置的豎式蛇管浸沒在物料中，熱量損失小，傳熱效果好，對稱布置的豎式蛇管還能起到擋板的作用還能起到擋板的作用n內冷管數量多時，檢修麻

10、煩，尤其是物料含有較多固體顆粒或比內冷管數量多時，檢修麻煩，尤其是物料含有較多固體顆粒或比較粘稠時，容易形成堆積和掛料，嚴重影響傳熱效率較粘稠時，容易形成堆積和掛料，嚴重影響傳熱效率n然而當反應物系不易產生粘附物時，使用大量內冷管撤去反應熱然而當反應物系不易產生粘附物時，使用大量內冷管撤去反應熱是非常有效的手段。是非常有效的手段。n生產丁苯橡膠的乳液聚合反應釜，容積生產丁苯橡膠的乳液聚合反應釜，容積30M3，32根根13組組416根內冷管，傳熱面積根內冷管，傳熱面積114M2166.5 攪拌器攪拌器1. 流型流型n軸向流、徑向流和切向流軸向流、徑向流和切向流n軸向流與徑向流對混合起主要作用，而

11、切向流應加以軸向流與徑向流對混合起主要作用，而切向流應加以抑制。抑制。采用擋板可削弱切向流，增強軸向流和徑向流采用擋板可削弱切向流，增強軸向流和徑向流176.5 攪拌器攪拌器2. 攪拌器的分類攪拌器的分類n按攪拌器的槳葉結構分類按攪拌器的槳葉結構分類n平葉、斜（折）葉、彎葉、螺旋面葉式攪拌器平葉、斜（折）葉、彎葉、螺旋面葉式攪拌器n按攪拌器的用途分類按攪拌器的用途分類n低粘流體用攪拌器、高粘流體用攪拌器低粘流體用攪拌器、高粘流體用攪拌器n按流體流動形態分類按流體流動形態分類n軸向流攪拌器、徑向流攪拌器以及混合流攪拌器軸向流攪拌器、徑向流攪拌器以及混合流攪拌器186.5 攪拌器攪拌器n攪拌器圖譜

12、攪拌器圖譜196.5 攪拌器攪拌器3. 攪拌器的選用原則攪拌器的選用原則n攪拌操作涉及流體的流動、傳質和傳熱，所進行的物攪拌操作涉及流體的流動、傳質和傳熱，所進行的物理和化學過程對攪拌效果的要求也不同，至今對攪拌理和化學過程對攪拌效果的要求也不同，至今對攪拌器的選用仍帶有很大的器的選用仍帶有很大的經驗性經驗性。n選型一般從三個方面考慮選型一般從三個方面考慮攪拌目的、物料攪拌目的、物料粘度和粘度和攪拌容器的容積大小攪拌容器的容積大小。n此外，還應考慮功耗低、操作費用省，以及制造、維此外，還應考慮功耗低、操作費用省，以及制造、維護和檢修方便等因素護和檢修方便等因素206.5 攪拌器攪拌器4. 攪拌

13、器的選用舉例攪拌器的選用舉例n如按介質的如按介質的粘度選型粘度選型n對于低對于低粘粘度介質，用小直徑高轉速的攪拌器就能帶動周圍的度介質，用小直徑高轉速的攪拌器就能帶動周圍的流體循環，并至遠處流體循環，并至遠處；可選用傳統的推進式、槳式、渦輪式可選用傳統的推進式、槳式、渦輪式等攪拌器。等攪拌器。n而高而高粘粘度介質的流體則不然，需直接用攪拌器來推動度介質的流體則不然，需直接用攪拌器來推動；可選可選用錨式和框式等攪拌器。用錨式和框式等攪拌器。216.5 攪拌器攪拌器流動狀態流動狀態攪拌目的攪拌目的攪拌器型攪拌器型式式對對流流循循環環湍湍流流擴擴散散剪剪切切流流低粘低粘度液度液混合混合高粘高粘度液度

14、液混合混合傳熱傳熱反應反應分分散散溶溶解解固固體體懸懸浮浮氣氣體體吸吸收收結結晶晶傳傳熱熱液液相相反反應應槽容積槽容積范圍范圍m3轉速范圍轉速范圍 r/min最高粘度最高粘度Pa.s渦輪式渦輪式11001030050槳式槳式12001030050推進式推進式110001005002折葉開啟折葉開啟渦輪式渦輪式110001030050布爾馬布爾馬金式金式11001030050錨式錨式11001100100螺桿式螺桿式1500.550100螺帶式螺帶式1500.55010022推推進進式式齒齒片片式式槳槳式式、渦渦輪輪式式三三葉葉后后掠掠式式螺螺帶帶和和螺螺桿桿式式INTERMIG、MIG傳傳統統

15、葉葉輪輪錨錨式式、框框式式新新軸軸向向流流葉葉輪輪泛泛能能式式、最最大大葉葉片片式式、葉葉片片組組合合式式超超級級葉葉片片式式EKATO 同同軸軸前前進進式式（AR）錐錐螺螺帶帶（VCR）扭扭格格子子式式復復動動式式多多臂臂行行星星式式均均質質器器新新立立式式攪攪拌拌器器真真空空乳乳化化釜釜砂砂磨磨機機新新臥臥式式攪攪拌拌器器LIST-APBIVOLAKSCRHVRCONTERNA捏捏和和機機三三輥輥輾輾磨磨機機雙雙螺螺桿桿擠擠出出機機橡橡塑塑機機械械密密煉煉機機6.5 攪拌器攪拌器低粘度低粘度高粘度高粘度10410310210110-110-210-3粘度粘度(Pas)日常生活中各種日常生活

16、中各種物質的粘度范圍物質的粘度范圍水：約水：約1mPas低粘乳液：約數低粘乳液：約數 mPas重油：約數十重油：約數十 mPas潤滑油：約潤滑油：約 0.1Pas蜂蜜：約蜂蜜：約 1 Pas涂料：約數涂料：約數 Pas油墨：約數十油墨：約數十 Pas牙膏：約牙膏：約 50 Pas口香糖：約口香糖：約 100 Pas嵌縫膠：約嵌縫膠：約 千千 Pas塑料熔體：近萬塑料熔體：近萬Pas橡膠混合物：近萬橡膠混合物：近萬Pas攪拌器的粘度適用范圍攪拌器的粘度適用范圍236.5 攪拌器攪拌器5. 攪拌功率的計算攪拌功率的計算n攪拌功率是指攪拌器以一定轉速進行攪拌時，對液體攪拌功率是指攪拌器以一定轉速進行

17、攪拌時，對液體做功并使之發生流動所需的功率。做功并使之發生流動所需的功率。n計算攪拌功率的目的，一是用于設計或校核攪拌器和計算攪拌功率的目的，一是用于設計或校核攪拌器和攪拌軸的強度和剛度；二是用于選擇電機和減速機等攪拌軸的強度和剛度；二是用于選擇電機和減速機等傳動裝置。傳動裝置。n影響攪拌功率的因素影響攪拌功率的因素n攪拌器的幾何尺寸與轉速攪拌器的幾何尺寸與轉速n攪拌容器的結構攪拌容器的結構n攪拌介質的特性攪拌介質的特性n重力加速度重力加速度246.5 攪拌器攪拌器6. 攪拌附件攪拌附件n攪拌附件主要有擋板、導流筒和穩定器攪拌附件主要有擋板、導流筒和穩定器n設置原因：設置原因：攪拌器轉速高時易

18、產生漩渦流，影響攪拌攪拌器轉速高時易產生漩渦流，影響攪拌效果，劇烈打旋的液體結合漩渦作用效果，劇烈打旋的液體結合漩渦作用, 對攪拌軸產生沖對攪拌軸產生沖擊作用，從而影響攪拌器的使用壽命擊作用，從而影響攪拌器的使用壽命n插入容器內的進出料管、溫度計、氣體分布器等也具插入容器內的進出料管、溫度計、氣體分布器等也具有擋板或導流筒類似的作用。有擋板或導流筒類似的作用。256.5 攪拌器攪拌器n擋板擋板n擋板作用：將回轉的切向流改變為徑向流和軸向流，較大地擋板作用：將回轉的切向流改變為徑向流和軸向流，較大地增加了流體的剪切強度，從而改善攪拌效果。增加了流體的剪切強度，從而改善攪拌效果。n設置方法：一般在

19、容器內壁面均勻安裝設置方法：一般在容器內壁面均勻安裝4塊擋板，其寬度為容塊擋板，其寬度為容器直徑的器直徑的1/121/10。n效果：消除漩渦，改善主體循環；增大湍動程度；降低攪拌效果：消除漩渦，改善主體循環；增大湍動程度；降低攪拌載荷的波動，使功率消耗保持穩定載荷的波動，使功率消耗保持穩定n全擋板條件全擋板條件：當再增加擋板數和擋板寬度，功率消耗不再增：當再增加擋板數和擋板寬度，功率消耗不再增加時，稱為全擋板條件。全擋板條件與擋板的數量和寬度有加時，稱為全擋板條件。全擋板條件與擋板的數量和寬度有關。關。266.5 攪拌器攪拌器276.5 攪拌器攪拌器n導流筒導流筒n導流筒結構：上下開口的圓筒，

20、安裝于容器內導流筒結構：上下開口的圓筒，安裝于容器內n作用：既可提高容器內流體的攪拌強度，加強攪拌器對流體作用：既可提高容器內流體的攪拌強度，加強攪拌器對流體的直接剪切作用，又造成一定的循環流，的直接剪切作用，又造成一定的循環流， 使容器內流體均可使容器內流體均可通過導流筒內強烈混合區，提高混合效率；限定了循環路徑，通過導流筒內強烈混合區，提高混合效率；限定了循環路徑，減少了流體短路的機會。減少了流體短路的機會。n設置：導流筒主要用于推進式、螺桿式以及渦輪式攪拌器的設置：導流筒主要用于推進式、螺桿式以及渦輪式攪拌器的導流導流286.5 攪拌器攪拌器296.6 攪拌軸攪拌軸n功能：主要用來固定攪

21、拌器，并從減速裝置的輸出軸功能：主要用來固定攪拌器，并從減速裝置的輸出軸取得動力，在帶動攪拌器轉動的同時，將功率傳遞給取得動力，在帶動攪拌器轉動的同時，將功率傳遞給攪拌器以克服其旋轉時遇到的阻力偶矩而對流體作功攪拌器以克服其旋轉時遇到的阻力偶矩而對流體作功n要求：攪拌軸軸徑要求：攪拌軸軸徑d必須滿足強度和臨界轉速要求，當必須滿足強度和臨界轉速要求，當有特殊要求時，還應滿足扭轉或徑向位移的要求，還有特殊要求時，還應滿足扭轉或徑向位移的要求，還應有合理的結構、較高的加工精度和配合公差應有合理的結構、較高的加工精度和配合公差n組成組成：n軸頸：支承部分軸頸：支承部分（必須成為靜定梁）（必須成為靜定梁

22、）；n軸頭：安裝攪拌器軸頭：安裝攪拌器；n軸身：桿件部分軸身：桿件部分306.6 攪拌軸攪拌軸316.7 軸封軸封n功能：主要用來保證攪拌設備內處于一定的正壓或真功能：主要用來保證攪拌設備內處于一定的正壓或真空狀態，防止被攪物料逸出和雜質的滲入空狀態，防止被攪物料逸出和雜質的滲入n軸封類型：主要有填料密封和機械密封軸封類型：主要有填料密封和機械密封n特點：攪拌軸與靜止釜體之間存在一個相對運動的密特點：攪拌軸與靜止釜體之間存在一個相對運動的密封面，故這種密封裝置屬于動密封封面，故這種密封裝置屬于動密封n填料密封與機械密封比較填料密封與機械密封比較：n機械密封的泄漏量僅為填料密封的機械密封的泄漏量

23、僅為填料密封的1%；n機械密封的摩擦功率損耗僅為填料密封的機械密封的摩擦功率損耗僅為填料密封的10%50%；n填料密封結構簡單，加工要求較低，成本低廉填料密封結構簡單，加工要求較低，成本低廉。326.7 軸封軸封n全封閉密封全封閉密封 磁力傳動攪拌裝置磁力傳動攪拌裝置n結構：由磁力聯軸器傳結構：由磁力聯軸器傳遞扭矩遞扭矩n特點：與傳統的軸封相特點：與傳統的軸封相比，采用磁力攪拌裝置比，采用磁力攪拌裝置最突出的優勢是最突出的優勢是可完全可完全消除攪拌設備內的氣體消除攪拌設備內的氣體通過軸封向外泄漏通過軸封向外泄漏。336.8 傳動裝置傳動裝置n組成：包括電動機、減速機、聯軸器、組成：包括電動機、減速機、聯軸器、攪拌軸、機架及凸緣法蘭等攪拌軸、機架及凸緣法蘭等。n1-電動機；電動機；n2-減速機；減速機；n3-單支點機架；單支點機架；n