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1、机械搅拌反应器(搅拌釜式反应器),适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条 件（温度、压力）的反应过程，应用于合成塑料、 合成纤维、合成橡胶、医药、农药、化肥、染料、 涂料、食品、冶金、废水处理等行业。,17 机械搅拌反应器,应用,化学反应、生物反应、混合、分散、溶解、 结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。,结构,组成搅拌容器和搅拌机两大部。,由筒体、换热元件 及内构件组成,由搅拌器、搅拌轴及其密封 装置、传动装置等组成,1电动机； 2减速机； 3机架； 4人孔； 5密封装置； 6进料口； 7上封头； 8筒体： 9联轴器； 10搅拌轴；,11夹套； 12载热介质出口； 13挡板； 14螺旋导
2、流板； 15轴向流搅拌器； 16径向流搅拌器； 17气体分布器； 18下封头； 19出料口； 20载热介质进口； 21气体进口,图17-1 通气式搅拌反应器 典型结构,17.1 搅拌容器,结构,圆筒体，封头（椭圆形、锥形和平盖，椭圆 形封头应用最广）。 各种接管，满足进料、出料、排气等要求。 加热、冷却装置：设置外夹套或内盘管。 上封头焊有凸缘法兰，用于搅拌容器与机架 的连接。,传感器，测量反应物的温度、压力、成分及其它参数。 支座，小型用悬挂式支座，大型用裙式支座或支承式支座。 7. 装料系数（对容积而言），通常取0.60.85。有 泡沫或呈沸腾状态取0.60.7；平稳时取0.80.85。,
3、容积,直立式搅拌容器,卧式搅拌容器,筒体和下封头两部分容积之和,筒体和左右两封头容积之和,表171 几种搅拌设备筒体的高径比,换热元件,换热元件,夹套,内盘管,优先采用夹套，减少 容器内构件，便于清 洗，不占有效容积。,一、夹套结构,夹套,在容器外侧，用焊接或法兰连接方式装设各种形 状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。 此空间内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容 器内的物料。,结构型式,表172 各种碳钢夹套的适用温度和压力范围,圆筒和下封头都包有夹套，传热面积大，最常用结构,1. 整体夹套,圆筒型,U型,传热面积较小，适用于换热量要求不大的场合,图17-2 整体夹套,(a) 圆筒型,(
4、b) U型,连接方式,可拆卸式,不可拆卸式,用于夹套内载热介质易结 垢、需经常清洗的场合。,夹套肩与筒体的联接处， 做成锥形的称为封口锥， 做成环形的称为封口环， 见图173。,图17-3 夹套肩与筒体的连接结构,(a)封口锥,(b)封口环,封口环,图17-4 夹套底与封头连接结构,封口锥,介质流通特点 载热介质流经夹套与筒体的环形面积，流道面积大、 流速低、传热性能差。,提高传热效率的措施：, 在筒体上焊接螺旋导流板，减小流道截面积， 增加冷却水流速，见图171； 进口处安装扰流喷嘴，使冷却水呈湍流状态， 提高传热系数； 夹套的不同高度处安装切向进口，提高冷却 水流速，增加传热系数。,2型钢
5、夹套,构成角钢与筒体焊接组成，见图175。,结构,沿筒体外壁轴向布置,沿筒体外壁螺旋布置,型钢的刚度大， 弯曲成螺旋形 时加工难度大,图17-5 型钢夹套结构,(a)螺旋形角钢互搭式,(b)角钢螺旋形缠绕,3半圆管夹套,特性,半圆管或弓形管由带材压制而成，加工方便。 当载热介质流量小时宜采用弓形管。,缺点：焊缝多，焊接工作量大， 筒体较薄时易造成焊接 变形。见图176。,结构,螺旋形缠绕在筒体外侧,沿筒体轴向平行焊在筒体外侧,沿筒体圆周方向平行焊接在筒体外侧,图17-7,图17-6 半圆管夹套二种结构,(a) 半圆管,图17-6 半圆管夹套二种结构,(a)螺旋形缠绕,图17-7 半圆管夹套的安
6、装,图17-6 半圆管夹套的安装,4蜂窝夹套,特点,以整体夹套为基础，采取折边或短管等加强措施； 提高筒体的刚度和夹套的承压能力，减少流道面积； 减薄筒体壁厚，强化传热效果。,结构,折边式,拉撑式,图17-8 折边式蜂窝夹套,用冲压的小锥体或钢管做拉撑体。蜂窝孔在筒体上呈正方形或三角形布置,图17-9 短管支撑式蜂窝夹套,二、内盘管,当反应器的热量仅靠外夹套传热，换热面积不够时,常采用 内盘管,结构特点,浸没在物料中，热量损失小，传热效果好，检修较困难。,分类,螺旋形盘管,竖式蛇管,图17-10,图17-11,图17-10 螺旋形盘管,对称布置的几组 竖式蛇管： 传热 挡板作用,图17-11竖
7、式蛇管,搅拌器,1、 搅拌器与流动特征,定义,功能,搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键 部件。,提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。,原理,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 体在搅拌容器内循环流动。,流型,流体循环流动的途径。,一、流型,流型与搅拌的关系,流型与搅拌效果、搅拌功 率的关系十分密切。搅拌 器的改进和新型搅拌器的 开发往往从流型着手。,流型决定因素,取决于搅拌器的形式、搅拌 容器和内构件几何特征，以 及流体性质、搅拌器转速等 因素。,搅拌机顶插式中心安装 立式圆筒的三种基本流型,径向流,轴向流,切向流,流型
8、,流体流动方向垂直于 搅拌轴，沿径向流动， 碰到容器壁面分成二 股流体分别向上、向 下流动，再回到叶端， 不穿过叶片，形成上、 下二个循环流动。,(a)径向流,图17-12 搅拌器与流型 (a) 径向流,流体流动方向平行于 搅拌轴，流体由桨叶 推动，使流体向下流 动，遇到容器底面再 向上翻，形成上下循环流。,(b)轴向流,图17-13 搅拌器与流型 (b) 轴向流,无挡板的容器内，流 体绕轴作旋转运动， 流速高时液体表面会 形成漩涡，流体从桨 叶周围周向卷吸至桨 叶区的流量很小，混 合效果很差。,(c)切向流,图17-14 搅拌器与流型 (c) 切向流,上述三种流型通常同时存在,轴向流与径向流
9、对混合起主要作用,切向流应加以抑制,采用挡板可削弱切向流， 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、侧插式、斜插式、卧式等安装方式，见图17-14。 不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。,图17-14 搅拌器在容器内的安装方式,(a) 垂直偏心式,(b) 底插式,(c) 侧插式,(d) 斜插式,(e) 卧式,挡板与导流筒,(1) 挡板,目的消除打漩和提高混合效果。,物料粘度小，搅拌转速高，液体随桨叶旋转，在离心力作用下涌向内壁面并上升，中心部分液面下降，形成漩涡，称为打漩区。,打漩,后果,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
10、减小，混合效果降低。,一般在容器内壁面均匀安装4块挡板 宽度为容器直径的1/121/10。,全挡板条件,当再增加挡板数和挡板宽度，而功率消耗不再增加 时，称为全挡板条件。 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 全部代替挡板，装有垂直换热管 时一般可不再安装挡板。,图17-15 挡板,(2) 导流筒,作用上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌 混合中起导流作用。,涡轮式或桨式搅拌器 导流筒置于桨叶的上方,(b)推进式搅拌器 导流筒套在桨 叶外面，或略 高于桨叶,图17-16 导流筒,结构,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，使下部开口小于搅拌
11、器的直径。,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。,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70%。,流动特性,搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。 搅拌器对流体产生二种作用，剪切作用和循环作用。,剪切作用与液液搅拌体系中液滴的细化、 固液搅拌体系中固体粒子的破碎以及气液 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 作用时，则称为剪切型叶轮，如径向涡轮式、 锯齿圆盘式等。,流动特性,搅拌器从电动机获得机械能，推动物料（流体）运动。 搅拌器对流体产生二种作用，剪切作用和循环作用。,循环作用与
12、混合时间、传热、固体的悬 浮等相关。 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、 螺带式、锚式、桨式、推进式等为循环型叶 轮。,2、 搅拌器分类、图谱及典型搅拌器特性,一、搅拌器分类,按流体流动形态,轴向流搅拌器,径向流搅拌器,按结构分为,平叶,折叶,螺旋面叶,桨式、涡轮式、框式和 锚式的桨叶都有平叶和 折叶两种结构,推进式、螺杆式和螺带 式的桨叶为螺旋面叶,混合流搅拌器,轴向流搅拌器,按搅拌 用途分为,低粘流体 用搅拌器,高粘流体 用搅拌器,低粘流体搅拌器有： 推进式、长薄叶螺旋桨、 桨式、开启涡轮式、圆盘 涡轮式、布鲁马金式、板 框桨式、三叶后弯式、MIG和
13、改进MIG等。,高粘流体搅拌器有： 锚式、框式、锯齿圆盘式、 螺旋桨式、螺带式（单螺带、 双螺带）、螺旋螺带式等。,图17-17 搅拌器流型分类图谱,桨式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在 搅拌反应设备中应用最为广泛，据统计约占 搅拌器总数的7580。,二、几种常用搅拌器：,1. 桨式搅拌器,结构最简单 叶片用扁钢制成，焊 接或用螺栓固定在轮 毂上，叶片数是2、3 或4 片，叶片形式可 分为平直叶式和折叶 式两种。,图17-18 桨式搅拌器,主要应用,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。,液液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固 液系中多用于防止固体
14、沉降。,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，故轴流桨叶使 用较多。,桨式搅拌器的转速一般为20100r/min ， 最高粘度为20Pas 。其常用参数见表17-5。,缺点,不能用于以保持气体和以细微化为目的 的气液分散操作中。,表17-5 桨式搅拌器常用参数,注：n转速； v叶端线速度； Bn叶片数； d搅拌器直径；D容器内径：折叶角。,2. 推进式搅拌器,推进式搅拌器（又称船用推进器） 常用于低粘流体中。,结构,标准推进式搅拌器有三瓣叶 片，其螺距与桨直径d相等。 它直径较小，d/D=1/41/3，叶端速度一般为 710 m/s，最高达15 m/s。
15、,图17-19 推进式搅拌器,特点 搅拌时流体的湍流程度不高，循环量大，结构 简单，制造方便。,搅拌时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 成轴向流动。,循环性能好，剪切作用不大， 属于循环型搅拌器,应用,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。 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,改进,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。,常用参数见表17-6,表17-6 推进式搅拌器常用参数,涡轮式搅拌器（又称透 平式叶轮），是应用较 广的一种搅拌器，能有 效地完成几乎所有的搅 拌操
16、作，并能处理粘度 范围很广的流体。见图 1720。,3涡轮式搅拌器,图17-20 涡轮式搅拌器,涡轮式搅拌器分为,开式,盘式,开式有： 平直叶、斜叶、弯叶等。 叶片数为2叶和4叶,盘式有： 圆盘平直叶、圆盘斜叶、 圆盘弯叶等。叶片数常 为6叶。,为改善流动状况， 有时把桨叶制成凹形或箭形,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、液液分散、 液固悬浮，以及促进良好的传热、传质和化学反应。,平直叶剪切作用较大，属剪切型搅拌器。 弯叶 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。,表17-7 涡轮式搅拌器常用参数,4锚式
17、搅拌器,结构简单。 适用于粘度在100Pas 以下的流体搅拌，当流 体粘度在10100Pas 时，可在锚式桨中间加 一横桨叶，即为框式搅 拌器，以增加容器中部 的混合。,图17-21 锚式搅拌器,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 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 大，能得到大的表面传热系数，故常用于传热、 晶析操作。 常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。 当搅拌粘度大于100Pas 的流体时，应采用螺带 式或螺杆式。,表17-8 锚式搅拌器常用参数,8.2.3.3 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 费用省，以及制造、维
18、护和检修方便等因素。,搅拌器选型一般从三个方面考虑,搅拌目的,物料粘度,搅拌容器容积的大小,仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表17-9。,一、按搅拌目的选型,常用的搅拌器选用方法：,表17-9 搅拌目的与推荐的搅拌器形式,表17-9 搅拌目的与推荐的搅拌器形式（续）,二、按搅拌器型式和适用条件选型,推进式搅拌器用于低粘度流体的混合，循环能力强， 动力消耗小，可应用到很大容积的搅 拌容器中。,桨式搅拌器 结构简单，在小容积的流体混合中应 用较广，对大容积的流体混合，循环 能力不足。,涡轮式搅拌器应用范围较广，各种搅拌操作都适用， 但流体粘度不宜超过50Pas。,表17-10 是以操作目的和搅拌器流动状态选用搅拌器的,锚式、螺杆式、螺带式适用于高粘流体的混合。,表17-10 搅拌器型式和适用条件,