铜粉洗涤搅拌器设计说明书.doc

前言一. 课题的意义 在现代化生产中，混合设备处于一个重要的地位。在化工、冶金、医药、造纸、化妆品、涂饰材料、食品、饲料及废水处理等行业中得到了广泛的应用，尤其在化学工业中使用最多。 混合设备的作用是使体系内物料的不均一度不断降低，从而使物料混合。在许多的场合，搅拌设备是作为反应器来使用的，例如、在合成橡胶、合成纤维、合成塑料这三大合成材料的生产中，绝大多数的聚合反应器是搅拌设备。但是大多数的搅拌设备中不进行化学反应，只用于物料的掺混、传热、传质，以及用于制备乳液，悬浮液等。 二. 课题的研究方向 随着生产的发展，对搅拌混合技术的要求越来越高。搅拌混合技术也在不断的发展。主要表现在两方面，一方面是开发新型、高效的搅拌设备，另一方面是快速和正确地选择和设计搅拌设备。 在新型搅拌设备方面，高分子工业的飞速发展对搅拌设备的发展产生了强大的推动力。对于这些聚合反应器来说，需要良好的混合性能，对物料提供足够大的剪切，高的传热能力。这使得一大批新型搅拌设备出现。另外，工业陶瓷和磁记录产业的高速发展也推动了搅拌设备的发展，这些产业需要获得非常细、粒度分布非常窄的粉末，有时还需将这些粉末均匀的分布于高粘液体中，于是产生了高效的砂磨机和混练机。三. 课题的特点本次设计的任务是要设计一台铜粉洗涤搅拌器。由于铜粉在制备后含有残酸，需要通过搅拌，用碱来中和酸，达到洗涤铜粉的目的。由于铜的密度比水大得多，因此，在搅拌时很难使得铜粉与碱液充分混合，一部分铜粉会沉降在槽体的底部。如果依靠增大搅拌器的功率来解决这个问题，则消耗的功率将增大好多倍，使用成本太高。因此，解决这个因固、液密度悬殊而造成的混合不均匀问题要靠优化设计来完成。在能满足使用要求的前提下，要求设备节约能源，安装、维修方便，费用低，制造成本低。在完成搅拌器的设计后,还应进行搅拌器的费用估算.因为在满足工艺要求的条件下,花费最低的总费用是评价搅拌器性能和检验设计是否合理的重要指标之一,以达到设计最佳化.完整的费用估算包括以下几点:1. 设备加工与安装费用.包括设备材料、定型设备购置等所需的费用。2. 操作费用。包括动力消耗、载热剂消耗、操作管理人员配备等所需的费用。3. 维修费用。包括按生产周期进行维修时对耗用材料、更新零部件、人工、器材等所需的费用。4. 整体设备折旧费用的估算。5. 列出费用估算明细表。搅拌的混合机理在进行设计之前，应知道搅拌的混合机理，搅拌器之所以能起到液液分散，固液分散，气液分散等搅拌效果，主要在于搅拌器的混合作用。搅拌器运转时，叶轮把能量传给它周围的液体，使这些液体以很高的速度运转起来。当这些高速运动的液体掠过静止或运动速度较低的液体时，产生强烈的剪切作用，在这种剪应力的作用下，静止或运动速度较低的液体也跟着以很高的速度运动起来，从而带动所有的液体在设备范围内流动。这种设备范围内的循环流动称为“宏观流动”。由此造成的设备范围内的扩散混合作用称为“主体对流扩散”。在产生宏观流动的同时，处于高速液流和静止或低速液流界面的液体，由于受到强烈的剪切作用，被卷起而形成漩涡。这种高速旋转的漩涡有对它周围的液体造成强烈的剪切作用，从而产生更多的漩涡。众多的漩涡一方面把更多的液体带到作宏观流动的主流液体中去，同时形成局部范围内液体快速而紊乱的对流运动，即局部的湍流流动。这种局部范围内漩涡运动称为“微观运动”。 由此造成的局部范围内的扩散混合作用称为“涡流对流扩散”。搅拌设备里不仅存在涡流对流扩散和主体对流扩散，还存在分子扩散，其强弱程度依此减小。实际的混合作用是上述三种扩散作用的综合。但从混合的范围和混合的均匀程度来看，三种扩散作用对实际的混合过程的贡献是不同的。主体对流扩散只能把物料破碎分裂成“微团”，并把这些微团在设备范围内分布均匀。而通过微团之间的涡流对流扩散，可以把微团的尺寸降低到漩涡本身的大小。搅拌越激烈，涡轮运动就越剧烈，湍流程度就越大，分散程度就越高，即漩涡的尺寸就越小。在通常的搅拌条件下，漩涡的最小尺寸为几十微米。然而，这种最小的漩涡也比分子大得多。因此，主体对流扩散和涡流对流扩散都不能达到分子水平上的完全均匀混合。水平上的完全均匀混合程度只有通过分子扩散才能达到。我们把在设备范围内呈微团均匀分布的混合过程称为“宏观混合”，把达到分子规模分布均匀的混合称为“微观混合”。可见，主体对流扩散和涡流对流扩散只能进行宏观混合，只有分子扩散才能进行微观混合。但是，漩涡运动不断更新微团的表面，大大增加分子扩散的表面积，减小了分子扩散的距离，因此提高了微观混合的速度。不同的搅拌过程对宏观混合和微观混合的要求是不同的。对于化学反应过程要求达到微观混合，否则就不可避免地发生反应物的局部浓集，其后果是对主反应不利，收率下降。对于液液分散或固液分散，不存在相间的分子扩散，只能达到宏观混合，由于分子扩散速率很快，混合速率受宏观混合控制，应设法提高宏观混合速率。搅拌液体的流动特性液体在设备范围内作循环流动的途径称作液体的“流动模型”，简称“流型”。搅拌设备内液体的流型主要有以下几种：轴向流液体从搅拌器的轴向流入，并从轴向流出，这样的流型称为“轴向流”。凡是叶轮的叶片与叶轮的旋转平面之间的夹角小于的搅拌器转速较快时所产生的流型主要就是轴向流。通常，轴向流的循环速率较大，有利于宏观混合，适合于均相液体混合、沉降速度低的固体悬浮、传热等搅拌操作。径向流流体从搅拌器的轴向流入，并从叶轮的径向流出，这样的流型称为“径向流”。径向流的流体由于是从叶轮的尾端甩出，速度快，产生的剪切力大、造成的局部漩涡运动剧烈。因此，它特别适合于需要高剪切作用的搅拌过程，如液液分散、气液分散和固体溶解。另一方面，径向流的循环速率也较大，所以，它也适合于像均相液体混和这样的需要高混合速率的搅拌过程。切向流流体沿搅拌器叶轮的切向方向作圆周循环运动的流型称为“切向流”切向流除了能提高釜内壁给热系数以外，对其他的搅拌过程几乎都是不利的。切向流严重时，液体在离心力作用下涌向器壁，使器壁周围的液面上升，中心部分的液面下降，形成一个大漩涡。这种现象叫“打漩”。打漩时几乎不产生轴向混合作用，它还能使不互溶的液液相分层，使液体颗粒沉降。所以，一般情况下应制止打漩。 方 案 设 计一搅拌器的选型搅拌器的作用是使两种或两种以上的物料混合均匀，接触良好。他能强化罐内物料的传质和传热效果，改善操作情况。传质增强可以促进化学反应，强化传热。对于放热反应可使反应放出的热量通过夹套的冷却剂顺利带走；对于吸热反应，同样可使载热体顺利供热。当反应器里的液体含有悬浮的固体时，如不进行搅拌，这些悬浮的固体就会沉降下来，使操作难以正常进行。也有一些聚合过程，反应的结果会产生一些粘稠的物料，这些物料会粘附在筒壁上，叫做“挂料”。挂料对筒壁的传热有不利影响，因此也要进行搅拌以防止或减少这种挂料的发生。搅拌器的选型好坏直接影响着整个搅拌反应器的造价和操作费用。对于给定的搅拌过程，搅拌装置的形式和操作条件的选择还没有成熟的方法。目前多数依靠过去的经验、相似工业实例分析和对放大技术的掌握程度。一般，搅拌器选用应满足下列要求：保证物料的混合，消耗最少的功率，所需费用最低，操作方便，易于制造和维修。搅拌器的选型主要根据物料性质。搅拌目的及各种搅拌器的选型特征来进行。对于铜粉洗涤搅拌器来说，液体的粘度属于低粘度，可以考虑选用推进式或涡轮式。搅拌的目的是使铜粉与碱液充分混合，属于固体悬浮操作。对于固体悬浮操作，必须让固体颗粒均匀悬浮与液体之中。当固体与液体的密度悬殊大时，应选用开启式涡轮搅拌器。因为推进式搅拌器会把固体颗粒推向釜底，使固体颗粒不易浮起来，而开启式涡轮搅拌器可以把固体颗粒抬举起来。在釜底呈锥形或半圆形时更应选用开启式涡轮搅拌器。开启式涡轮搅拌器的另一个优点是没有中间的圆盘部分，不会阻碍浆叶上下的液体混合。综上所述，搅拌器选用开启式涡轮搅拌器。二搅拌附件从搅拌液体的流动特性可知，涡轮式搅拌器会产生一定的切向流，当切向流严重时，会出现“打漩”现象，致使不互溶的液体分层，固体颗粒沉降。当漩涡达到叶轮以后，叶轮会吸入大量气体，使搅拌物料密度下降，还会加剧搅拌器的振动，严重时搅拌器无法正常工作。因此，一般情况下都必须制止切向流和“打漩”现象。消除切向流和“打漩”现象的最有效、也是最简单的方法就是在釜内安装挡板。挡板可以控制搅拌槽内液体的流动，也就是增强搅拌槽内液体的湍动。强化混合和促进固-液悬浮。挡板能消除固体回转部的不良混合区。而固体回转部的直与叶轮直径之比和搅拌雷诺数之间有如下关系：.中叶轮直径叶轮转速液体密度液体粘度可知，当时，等于.，而当在范围时，急剧减少以至接近于零。因此，在小于时，可不用设挡板。如果设了挡板，则挡板的数量、大小以及安装方式都会影响搅拌槽内液体的流动状态和搅拌功率。挡板宽度通常为槽径的至。挡板的数量由槽径的大小决定。小直径槽用个，大直径槽用个。挡板直立沿槽壁周向均匀安装。综合以上所述，结合本设计的要求。由于铜粉的密度比水大得多，在搅拌时铜粉容易沉降。为了能把铜粉搅拌均匀，使用挡板，并且采用全挡板条件，即挡板的数目是4。挡板的宽度W=D/10=100MM。由于本设计