搅拌器的选择

1、1釜式反应器的结构 搅拌器的选择化学反应过程与设备2能力目标能力目标1能选择合适的搅拌器能选择合适的搅拌器3知识目标知识目标1理解搅拌釜中的流动与混和理解搅拌釜中的流动与混和2理解搅拌器的种类特点理解搅拌器的种类特点3理解搅拌器的选型原则理解搅拌器的选型原则 4主要内容主要内容1搅拌液体的流动特性搅拌液体的流动特性2搅拌器的型式选择搅拌器的型式选择5搅拌器搅拌器 1、 搅拌器与流动特征搅拌器与流动特征 定义定义功能功能搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件。部件。提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。提供过程所需要的能量和适宜的流动状态

2、。原理原理搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近形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。体在搅拌容器内循环流动。流型流型 流体循环流动的途径。流体循环流动的途径。一、流型一、流型流型与搅拌的关系流型与搅拌的关系流型与搅拌效果、搅拌功流型与搅拌效果、搅拌功率的关系十分密切。搅拌率的关系十分密切。搅拌器的改进和新型搅拌器的器的改进和新型搅拌器的开发往往从流型着手。开发往往从流型着手。流型决定因素流型决定因素取决于搅拌器的形式、搅拌取决于搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何

3、特征，以容器和内构件几何特征，以及流体性质、搅拌器转速等及流体性质、搅拌器转速等因素。因素。搅拌机顶插式中心安装搅拌机顶插式中心安装立式圆筒的三种基本流型立式圆筒的三种基本流型径向流径向流轴向流轴向流切向流切向流流型流型流体流动方向垂直于流体流动方向垂直于搅拌轴，搅拌轴，沿径向流动沿径向流动，碰到容器壁面分成二碰到容器壁面分成二股流体分别向上、向股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、不穿过叶片，形成上、下二个循环流动。下二个循环流动。(a)径向流径向流图图1搅拌器与流型搅拌器与流型(a) 径向流径向流流体流动方向流体流动方向平行于平行于搅拌轴搅拌轴，流体

4、由桨叶，流体由桨叶推动，使流体向下流推动，使流体向下流动，遇到容器底面再动，遇到容器底面再向上翻，形成上下循向上翻，形成上下循环流。环流。(b)轴向流轴向流图图2 搅拌器与流型搅拌器与流型(b) 轴向流轴向流无挡板的容器内，流无挡板的容器内，流体体绕轴作旋转运动绕轴作旋转运动，流速高时液体表面会流速高时液体表面会形成漩涡，流体从桨形成漩涡，流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混叶区的流量很小，混合效果很差。合效果很差。(c)切向流切向流图图3 搅拌器与流型搅拌器与流型(c) 切向流切向流上述三种流型通常同时存在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轴向流

5、与径向流对混合起主要作用切向流应加以抑制切向流应加以抑制采用挡板可削弱切向流，采用挡板可削弱切向流，增强轴向流和径向流增强轴向流和径向流除中心安装的搅拌机外，还有偏心式、底插式、侧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，见图插式、斜插式、卧式等安装方式，见图4。不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。11图图4 搅拌器在容器内的安装方式搅拌器在容器内的安装方式(a) 垂直垂直偏心式偏心式(b) 底插式底插式(c) 侧插式侧插式(d) 斜插式斜插式(e) 卧式卧式挡板与导流筒挡板与导流筒(1) 挡板挡板 目的目的消除打

6、漩和提高混合效果。消除打漩和提高混合效果。物料粘度小，搅拌转速高，物料粘度小，搅拌转速高，液体随桨叶旋转，在离心液体随桨叶旋转，在离心力作用下涌向内壁面并上力作用下涌向内壁面并上升，中心部分液面下降，升，中心部分液面下降，形成漩涡，称为打漩区。形成漩涡，称为打漩区。打漩打漩后果后果随转速增加，漩涡中心下凹到与桨叶接触，外面空气进随转速增加，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，混合效果降低。入桨叶被吸到液体中，使其密度减小，混合效果降低。一般在容器内壁面均匀安装一般在容器内壁面均匀安装4块挡板块挡板宽度为容器直径的宽度为容器直径的1/121/10。全挡板条件全挡

7、板条件当再增加挡板数和挡板宽度，而功率消耗不再增加当再增加挡板数和挡板宽度，而功率消耗不再增加时，称为时，称为全挡板条件全挡板条件。全挡板条件与挡板数量和宽度有关。全挡板条件与挡板数量和宽度有关。搅拌容器中的传热蛇管可部分或搅拌容器中的传热蛇管可部分或全部代替挡板，装有垂直换热管全部代替挡板，装有垂直换热管时一般可不再安装挡板。时一般可不再安装挡板。图图5 挡板挡板 (2) 导流筒导流筒作用作用上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌 混合中起导流作用。混合中起导流作用。(a) 涡轮式或桨涡轮式或桨式搅拌器式搅拌器 导流筒置于导流筒置于桨叶的桨叶的上方上方(b)推进

8、式搅拌器推进式搅拌器 导流筒套在桨导流筒套在桨 叶叶外面外面，或略，或略 高于桨叶高于桨叶图图6 导流筒导流筒结构结构当搅拌器置于导流筒之下，且容器直径又较大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。于搅拌器的直径。通常导流筒上端低于静液面，筒身上开孔或槽，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。当液面降落后流体仍可从孔或槽进入导流筒。导流筒将搅拌容器截面分成面积相等的两部分，导流筒将搅拌容器截面分成面积相等的两部分，导流筒直径约为容器直径的导流筒直径约为容器

9、直径的70%70%。流动特性流动特性搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。搅拌器对流体产生二种作用，搅拌器对流体产生二种作用，剪切剪切作用和作用和循环循环作用。作用。 剪切作用与液剪切作用与液液搅拌体系中液滴的细化、液搅拌体系中液滴的细化、固固液搅拌体系中固体粒子的破碎以及气液搅拌体系中固体粒子的破碎以及气液液搅拌体系中气泡的细微化有关。搅拌体系中气泡的细微化有关。 当输入液体的能量主要用于对流体的剪切当输入液体的能量主要用于对流体的剪切作用时，则称为剪切型叶轮，如径向涡轮式、作用时，则称为剪切型叶轮，如径向涡轮式、锯齿圆盘式等。锯齿圆

10、盘式等。流动特性流动特性搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。搅拌器对流体产生二种作用，搅拌器对流体产生二种作用，剪切剪切作用和作用和循环循环作用。作用。 循环作用与混合时间、传热、固体的悬循环作用与混合时间、传热、固体的悬浮等相关。浮等相关。 当搅拌器输入流体的能量主要用于流体当搅拌器输入流体的能量主要用于流体的循环作用时，称为循环型叶轮，如框式、的循环作用时，称为循环型叶轮，如框式、螺带式、锚式、桨式、推进式等为循环型叶螺带式、锚式、桨式、推进式等为循环型叶轮。轮。 2、 搅拌器分类、图谱及典型搅拌器特性搅拌器分类、图谱及典型搅拌器

11、特性 一、搅拌器分类一、搅拌器分类按流体流动形态按流体流动形态轴向流搅拌器轴向流搅拌器径向流搅拌器径向流搅拌器按结构分为按结构分为平叶平叶 折叶折叶 螺旋面叶螺旋面叶桨式、涡轮式、框式和桨式、涡轮式、框式和锚式的桨叶都有平叶和锚式的桨叶都有平叶和折叶两种结构折叶两种结构推进式、螺杆式和螺带推进式、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶式的桨叶为螺旋面叶混合流搅拌器混合流搅拌器轴向流搅拌器轴向流搅拌器 按搅拌按搅拌用途分为用途分为低低粘流体粘流体用搅拌器用搅拌器高高粘流体粘流体用搅拌器用搅拌器低粘流体搅拌器有：低粘流体搅拌器有：推进式、长薄叶螺旋桨、推进式、长薄叶螺旋桨、桨式、开启涡轮式、圆盘桨式、开启

12、涡轮式、圆盘涡轮式、布鲁马金式、板涡轮式、布鲁马金式、板框桨式、三叶后弯式、框桨式、三叶后弯式、MIG和改进和改进MIG等。等。高粘流体搅拌器有：高粘流体搅拌器有：锚式、框式、锯齿圆盘式、锚式、框式、锯齿圆盘式、螺旋桨式、螺带式（单螺带、螺旋桨式、螺带式（单螺带、双螺带）、螺旋双螺带）、螺旋螺带式等。螺带式等。图图7 搅拌器流型分类图谱搅拌器流型分类图谱 轴流式轴流式混流式混流式径流式径流式搅拌器搅拌器24 桨式、推进式、涡轮式桨式、推进式、涡轮式和和锚式锚式搅拌器在搅拌器在搅拌反应设备中应用最为广泛，据统计约占搅拌反应设备中应用最为广泛，据统计约占搅拌器总数的搅拌器总数的7580。25二、几

13、种常用搅拌器：二、几种常用搅拌器：1. 桨式搅拌器桨式搅拌器 结构最简单结构最简单叶片用扁钢制成，焊叶片用扁钢制成，焊接或用螺栓固定在轮接或用螺栓固定在轮毂上，叶片数是毂上，叶片数是2、3或或4 片，叶片形式可片，叶片形式可分为平直叶式和折叶分为平直叶式和折叶式两种。式两种。图图8 桨式搅拌器桨式搅拌器 26浆式搅拌器浆式搅拌器27主要应用主要应用也用于高粘流体搅拌，促进流体的上下交换，代替也用于高粘流体搅拌，促进流体的上下交换，代替价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。液液液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固液系中

14、多用于防止固体沉降。液系中多用于防止固体沉降。主要用于流体的循环，由于在同样排量下，折叶式主要用于流体的循环，由于在同样排量下，折叶式比平直叶式的功耗少，操作费用低，故比平直叶式的功耗少，操作费用低，故轴流桨叶使轴流桨叶使用较多用较多。28桨式搅拌器的转速一般为桨式搅拌器的转速一般为20100r/min ，最高粘度为最高粘度为20Pas 。其常用参数见表其常用参数见表17-5。缺点缺点不能用于以保持气体和以细微化为目的不能用于以保持气体和以细微化为目的的气的气液分散操作中。液分散操作中。表表1 桨式搅拌器常用参数桨式搅拌器常用参数常用尺寸常用尺寸常用运转常用运转条件条件常用介质常用介质粘度范围

15、粘度范围流动状态流动状态备注备注d/D=0.350.8b/d=0.10.25Bn=2n=1100r/minv=1.05.0m/s小于小于2Pas低转速时水平环低转速时水平环向流为主；转速向流为主；转速高时为径向流；高时为径向流；有挡板时为上下有挡板时为上下循环流循环流当当d/D=0.9以上，以上，并设置多层桨叶并设置多层桨叶时，可用于高粘时，可用于高粘度液体的低速搅度液体的低速搅拌。在层流区操拌。在层流区操作，适用的介质作，适用的介质粘度可达粘度可达100Pas,v=1.03.0m/s折叶式折叶式=45，60折叶式有轴向、折叶式有轴向、径向和环向分流径向和环向分流作用作用 注：注：n转速；转速

16、； v叶端线速度；叶端线速度； Bn叶片数；叶片数； d搅拌器直径；搅拌器直径；D容器内径：容器内径：折叶角。折叶角。 302. 推进式搅拌器推进式搅拌器 推进式搅拌器（又称船用推进器）推进式搅拌器（又称船用推进器）常用于低粘流体中。常用于低粘流体中。结构结构标准推进式搅拌器有三瓣叶标准推进式搅拌器有三瓣叶片，其螺距与桨直径片，其螺距与桨直径d相等。相等。它直径较小，它直径较小，d/D=1/41/3，叶端速度一般为叶端速度一般为 710 m/s，最高达最高达15 m/s。图图9 推进式搅拌器推进式搅拌器 31旋桨式搅拌器旋桨式搅拌器特点特点 搅拌时流体的湍流程度不高，循环量大，结构搅拌时流体的

17、湍流程度不高，循环量大，结构 简单，制造方便。简单，制造方便。 搅拌时搅拌时流体由桨叶上方吸入，下方以圆筒状螺旋形排流体由桨叶上方吸入，下方以圆筒状螺旋形排 出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形 成轴向流动。成轴向流动。循环性能好，剪切作用不大，循环性能好，剪切作用不大，属于属于循环型循环型搅拌器搅拌器应用应用粘度低、流量大的场合，用较小的搅拌功率，能获得较好粘度低、流量大的场合，用较小的搅拌功率，能获得较好的搅拌效果。的搅拌效果。主要用于液液系混合、使温度均匀，在低浓度固液系主要用于液液系混合、使温度均匀，在低浓度固液系中防止淤泥沉降等中防止淤泥沉

18、降等改进改进容器内装挡板、搅拌轴偏心安装、容器内装挡板、搅拌轴偏心安装、搅拌器倾斜，可防止漩涡形成。搅拌器倾斜，可防止漩涡形成。常用参数见表常用参数见表17-6表表2 推进式搅拌器常用参数推进式搅拌器常用参数常用尺寸常用尺寸常用运常用运转条件转条件常用介质常用介质粘度范围粘度范围流动状态流动状态备注备注d/D=0.20.5(以以0.33居多居多)p/d=1,2Bn=2,3,4(以以3居多居多)p螺距螺距n=100500r/minv=315m/s小于小于2Pas轴流型，循轴流型，循环速率高，环速率高，剪切力小。剪切力小。采用挡板或采用挡板或导流筒则轴导流筒则轴向循环更强向循环更强最高转速可达最高

19、转速可达1750r/min:最高最高叶端线速度可达叶端线速度可达25m/s。转速在转速在500r/min以下，以下，适用介质粘度可适用介质粘度可达达50Pa.s 35涡轮式搅拌器（又称透涡轮式搅拌器（又称透平式叶轮），是应用较平式叶轮），是应用较广的一种搅拌器，能有广的一种搅拌器，能有效地完成几乎所有的搅效地完成几乎所有的搅拌操作，并能处理粘度拌操作，并能处理粘度范围很广的流体。见图范围很广的流体。见图10。3涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 图图10 涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 36涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器分为涡轮式搅拌器分为开式开式盘式盘式开式有：开式有：平直叶、斜叶、弯叶等。平直叶、斜

20、叶、弯叶等。叶片数为叶片数为2叶和叶和4叶叶盘式有：盘式有：圆盘平直叶、圆盘斜叶、圆盘平直叶、圆盘斜叶、圆盘弯叶等。叶片数常圆盘弯叶等。叶片数常为为6叶。叶。为改善流动状况，为改善流动状况，有时把桨叶制成凹形或箭形有时把桨叶制成凹形或箭形应用应用 涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微团分散得涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微团分散得很细，适用于低粘度到中等粘度流体的混合、液很细，适用于低粘度到中等粘度流体的混合、液液分散、液分散、液液固悬浮，以及促进良好的传热、传质和化学反应。固悬浮，以及促进良好的传热、传质和化学反应。平直叶平直叶剪切作用较大，属剪切型搅拌器。剪切作用较大，属剪切型搅拌

21、器。弯叶弯叶 指叶片朝着流动方向弯曲，可降低功率指叶片朝着流动方向弯曲，可降低功率 消耗，适用于含有易碎固体颗粒的流体搅拌。消耗，适用于含有易碎固体颗粒的流体搅拌。表表3 涡轮式搅拌器常用参数涡轮式搅拌器常用参数型式型式常用尺寸常用尺寸常用运转常用运转条件条件常用介质粘常用介质粘度范围度范围流动状态流动状态备注备注开式开式涡轮涡轮d/D=0.20.5(以以0.33居多居多)b/d=0.2Bn=,3,4,6,8(以以6居多居多)折叶式折叶式=30,45,60后弯式后弯式=30,50,60后弯角后弯角n=10300r/minv=410m/s折叶式折叶式v=26m/s小于小于50Pas，折叶和后弯折

22、叶和后弯叶小于叶小于10Pas平直叶、平直叶、后弯叶为后弯叶为径向流型。径向流型。在有挡板在有挡板时以桨叶时以桨叶为界形成为界形成上下两个上下两个循环流。循环流。折叶的还折叶的还有轴向分有轴向分流，近于流，近于轴流型轴流型最高转速最高转速可达可达600r/min圆盘上下圆盘上下液体的混液体的混合不如开合不如开式涡轮式涡轮盘式盘式涡轮涡轮d:l:b=20:5:4d/D=0.20.5(以以0.33居多居多)Bn=4,6,8=45,60=45n=10300r/minv=410m/s折叶式折叶式v=26m/s小于小于50Pas，折叶和折叶和后弯叶后弯叶小于小于10Pas404锚式搅拌器锚式搅拌器 结构

23、简单。结构简单。适用于粘度在适用于粘度在100Pas以下的流体搅拌，当流以下的流体搅拌，当流体粘度在体粘度在10100Pas时，可在锚式桨中间加时，可在锚式桨中间加一横桨叶，即为一横桨叶，即为框式搅框式搅拌器，拌器，以增加容器中部以增加容器中部的混合。的混合。图图11 锚式搅拌器锚式搅拌器 41锚式搅拌器锚式搅拌器应用应用锚式或框式桨叶的混合效果并不理想，只适用于对混合锚式或框式桨叶的混合效果并不理想，只适用于对混合要求不太高的场合。要求不太高的场合。由于锚式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器由于锚式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器大，能得到大的表面传热系数，故常用于传热、大，能得到大的表面

24、传热系数，故常用于传热、晶析操作。晶析操作。常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。当搅拌粘度大于当搅拌粘度大于100Pas 的流体时，应采用螺带的流体时，应采用螺带式或螺杆式。式或螺杆式。常用尺寸常用尺寸常用运转条常用运转条件件常用介质常用介质粘度范围粘度范围流动状态流动状态备注备注d/D=0.90.98b/D=0.1h/D=0.48 1.0n=1100r/minv=15m/s小于小于100Pas不同高度不同高度上的水平上的水平环向流环向流为了增大搅为了增大搅拌范围，可拌范围，可根据需要在根据需要在桨叶上增加桨叶上增加立叶立叶和和横梁横梁表表4 锚式搅拌器常用参数

25、锚式搅拌器常用参数443.搅拌器的选用搅拌器的选用选用时除满足工艺要求外，还应考虑功耗低、操作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。费用省，以及制造、维护和检修方便等因素。搅拌器选型一般从三个方面考虑搅拌器选型一般从三个方面考虑搅拌目的搅拌目的 物料粘度物料粘度 搅拌容器容积的大小搅拌容器容积的大小45仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表5。一、按搅拌目的选型一、按搅拌目的选型常用的搅拌器选用方法：常用的搅拌器选用方法：搅拌目的搅拌目的挡板条件挡板条件推荐形式推荐形式流动状态流动状态互溶液体的混合及互溶液体的混合及在其中

26、进行化学反在其中进行化学反应应无挡板无挡板三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、桨式、圆盘涡轮桨式、圆盘涡轮 湍流湍流( (低粘流体低粘流体) )有导流筒有导流筒三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式推进式有或无导流筒有或无导流筒桨式、螺杆式、框式、螺带式、锚桨式、螺杆式、框式、螺带式、锚式式层流层流( (高粘流体高粘流体) )固固液相分散及在液相分散及在其中溶解和进行化其中溶解和进行化学反应学反应有或无挡板有或无挡板桨式、六叶折叶开启式涡轮桨式、六叶折叶开启式涡轮湍流湍流( (低粘流体低粘流体) )有导流筒有导流筒三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式推进式有或无导流筒有或无导流筒螺带式、螺杆式、锚式螺带式、螺杆式、锚式层流层流( (高粘流体高粘流体) )液液液相分散（互液相分散（互溶的液体）及在其溶的液体）及在其中强化传质和进行中强化传质和进行化学反应化学反应有挡板有挡板三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、桨式、圆盘涡轮式、推进式桨式、圆盘涡轮式、推进式湍流湍流( (低粘流体低粘流体) )表表5