不銹鋼反應釜過程工業中常用的攪拌裝置是機械攪拌裝置,典型的機械攪拌裝置它包括下列主要部分:應指出,螺旋漿式攪拌器的幾何尺寸:是指當液體與葉片間無滑動時,葉片旋轉一周將液體在軸向上推進的距離。
(1)攪拌器,包括旋轉的軸和裝在軸上的葉輪;
(2)輔助部件和附件,包括密封裝置、減速箱、攪拌電機、支架、擋板和導流筒等。
攪拌器是實現攪拌操作的主要部件,其主要的組成部分是葉輪,它隨旋轉軸運動將機械能施加給液體,并促使液體運動。針對不同的物料系統和不同攪拌目的,出現了許多類型的葉輪和攪拌器。1葉輪的型式
攪拌器的主要部件是葉輪。針對不同的物料系統和不同的攪拌目的,出現了許多結構型式的葉輪。應指出,螺旋漿式攪拌器的幾何尺寸:是指當液體與葉片間無滑動時,葉片旋轉一周將液體在軸向上推進的距離。
葉輪的作用是通過其自身的旋轉將機械能傳送給液體,使葉輪附近區域的流體湍動,同時所產生的高射流推動全部液體在器內沿一定的途徑作循環流動。考慮釜型、擋板及葉輪在釜中位置等因素對流體流型的影響,一般以液體流人、流出葉輪的方式來區分葉輪。當液體從葉輪軸向流人并流出時,此葉輪稱為軸向葉輪;液體從葉輪軸向流人、從半徑方向流出時,此葉輪稱為徑向葉輪,
1)徑向葉輪
不銹鋼反應釜六個平片的渦輪葉輪是徑向葉輪的代表。其工作時,葉輪的葉片對液體施以徑向離心力,液體在慣性離心力作用下沿葉輪的半徑方向流出并在釜內循環。由于渦輪的轉速高,葉片比較寬,除了能對液體產生較高的剪切作用外,還能在釜內造成較大的液體循環量。正是由于這種特點,渦輪葉輪能有效地完成幾乎所有的化工生產過程對攪拌操作的要求,并能處理a度范圍很廣的液體。
平葉片槳式攪拌器也屬于徑向葉輪,其葉片長、轉速慢、液體的徑向速度小、產生的壓頭也較低,適用于以宏觀調勻為目的的攪拌過程,如簡單的液體混合、固體溶解、結晶和沉淀等操作。錨式攪拌器、框式攪拌器實際上是平葉片槳式攪拌器的變形,但轉動半徑更大。這幾種攪拌器不產生高速液流,適用于較高a度的液體的攪拌。
2)軸向葉輪
螺旋槳式攪拌器是一種高速旋轉且能引起軸向流動的攪拌器,其工作原理與軸流泵的葉輪相似,具有流量大、壓頭低的特點。液體在器內作軸向和切向運動,產生高度湍流。由于液流能持久且滲人,因此對攪拌低黏度的大量液體有良好效果。它主要用于互溶液體混合、釜內傳熱等。螺帶式攪拌器的工作原理與螺旋槳式相似。風扇形渦輪或有兩個傾斜葉片槳式葉輪,除能產生軸向流動外,還能造成一定程度上的徑向流動。
當攪拌器置于容器中心攪拌黏度不高的液體時,只要葉輪旋轉速度足夠高,液體便會在離心力的作用下形成漩渦。攪拌器轉速越大,漩渦越深,不發生軸向的混合作用,且當物料是多相系統時,還會發生分層或分離,甚至產生從表面吸進氣體的現象,使被攪拌物料的表觀密度和攪拌效率降低,加劇了攪拌器的振動,因此必須制止這種打漩現象的產生。可在釜內裝設擋板,使切向流動變為軸向和徑向流動,同時體湍動的程度,可消除打漩,改善攪拌效果。2攪拌器的型式
工業上較為常用的攪拌器有以下幾種。
1)槳式攪拌器
其結構簡單,一般由兩塊平槳葉組成,攪拌器直徑d與釜內徑D之比為0.35一08;轉速一般為10一100r/min,可以在較寬的赫度范圍內使用,貓度高的可達100Pa·s,也可用于勃度小于2Pa"s的液體的攪拌。平直葉槳式攪拌器在低速運轉時,產生的主要是切線流;轉速高時以徑向流為主。對于折葉槳式攪拌器,由于葉片與旋轉平面的夾角小于900,因此會產生軸向流,宏觀混合效果較好。
2)渦輪式攪拌器
按照有無圓盤可分為圓盤渦輪攪拌器和開啟渦輪攪拌器;其中又可分為平直葉、折葉和后彎葉渦輪攪拌器,渦輪攪拌器直徑d與釜內徑D之比為0.2-0.5,以0.33居多,轉速一般為10 -- 300r/min,適用于低私度或中等私度液體的攪拌(勃度小于50Pa·s)o
禍輪式攪拌器的循環速度高,剪切作用也大。它既產生很強的徑向流,又產生較強的軸向流。圓盤渦輪式攪拌器與開啟攪拌器比較,由于圓盤的存在使得圓盤渦輪攪拌器的循環速度低于開啟渦輪攪拌器。折葉渦輪攪拌器與平直渦輪攪拌器比較,在于折葉渦輪攪拌器軸向流強而剪切作用相對較小。彎葉渦輪與平直渦輪攪拌器比較,’主要在于彎葉渦輪攪拌器不易磨損,且功率消耗低。3)推進式攪拌器
又名螺旋槳式攪拌器推進式攪拌器的循環速度高。當轉速高時,剪切作用也很大,能產生很強的軸向流。推進式攪拌器直徑d與攪拌釜內徑D:之比為0.2一0.5,攪拌轉速100一500r/min,適用于低翁度(勃度小于2Pa·s)液體的攪拌
。4)錨式攪拌器
不銹鋼反應釜錨式攪拌器的直徑d和攪拌釜的內徑D之比為0.9一0.98,常用轉速為I一100r/min。錨式攪拌器的循環速度及剪切作用都較小,主要產生切線流。當物料a度高時,可產生一定的徑向流和軸向流。它適用于高鉆度物料的攪拌和傳熱。
5)螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器
這兩種攪拌器主要產生軸向流,加上導流筒后,可形成筒內外的上下循環流動。它們的轉速都較低,通常不超過50r/min,主要用于高貓度液體的攪拌。3攪拌附件
1)擋板
如前所述,平槳式攪拌器在轉速低時以切線流為主,即使是推進式或渦輪式攪拌器也會產生一定的切線流。當切線流嚴重時,會出現打漩現象,‘致使不互溶的液體分層,’固體顆粒沉降。當漩渦達到葉輪以后,葉輪會吸人大量氣體,使攪拌物料密度下降,還會加劇攪拌器的振動,嚴重時攪拌器無法正常運轉。因此,一般情況下,都必須制止切線流和打漩現象。消除切線流和打漩現象的有效、也是簡單的方法就是在釜內安裝擋板。
擋板一般是指豎向固定在釜內壁的長條形板,沿釜內壁周向均勻分布,擋板寬度W為(1/2一1/10) D。作圓周運動的液體碰到擋板后改變900,或順著擋板作軸向運動或垂直于擋板作徑向運動。因此,擋板可把切線流轉變為軸向流和徑向流,提高了宏觀混合速率和剪切性能,從而改善了攪拌效果。
擋板的數目視釜徑而定,一般為2-4塊。實驗表明,具有一定數目擋板的攪拌釜,當再增加擋板也不會進一步改善攪拌效果時,此一定數目的擋板稱作“全擋板條件”。除非特別說明,“全擋板條件”一般是4塊。
應該指出的是,在層流狀態,擋板不起作用。因為層流下擋板并不影響流體的流動.所以.對于低速攪拌高M度液體的錨式和框式攪拌器來說,安裝擋板是毫無意義的。
對于低豁度液體攪拌,可將擋板垂直縱向地安裝在釜的內壁上,擋板寬度w一般為釜徑D的1/10, 4塊均勻。對于中等勃度液體的攪拌,擋板與器壁間距為0.1-0.15倍板寬,用以防止固體在擋板后積聚和形成停滯區。對于高勃度液體,可使擋板離開釜壁并與壁面傾斜。擋板下端伸到釜底,上端伸出液面。對錐形釜底,當使用徑向流葉輪時,若葉輪位置較低,需把擋板伸到錐形部分內,寬度減半。
由于液體的粘性力可抑制打漩,因此當液體的貓度在5 - 12Pa一時,可減少擋板寬度,當薪度大于12 Pa一后,不需安裝擋板。2)導流筒
攪拌操作中有時需要控制流體的流型,就要用導流筒。對于渦輪式攪拌器,導流筒安置在葉輪的上方,使葉輪上方的軸向流得到加強。對于螺旋槳推進式攪拌器,導流筒安置在葉輪的外面,使推進式攪拌器所產生的軸向流得到進一步加強。導流筒除了能控制流型以外,還能使釜內液體均通過導流筒內的強烈混合區,提高混合效果。
3)葉輪的位置及層數
攪拌葉輪一般總是對中安裝在釜的中心線上,葉輪到釜底的距離C一般為一倍葉輪直徑,但在攪拌快速沉降的固體懸浮液時,常將葉輪更靠近釜底。葉輪的層數視液體的深度而定。由于推進式和渦輪式攪拌器在垂直方向上的有效攪拌距離一般為(3 -4)d,亦即一倍釜內徑D,所以,同一攪拌軸上安裝的葉輪數目可由下式決定:葉輪層數=液體的當量深度/攪拌釜內徑
液體的當量深度是不銹鋼反應釜 內實際液體深度與其平均密度的乘積。若上式的計算結果不是整數,則圓整取較大的整數值。
(1)攪拌器,包括旋轉的軸和裝在軸上的葉輪;
(2)輔助部件和附件,包括密封裝置、減速箱、攪拌電機、支架、擋板和導流筒等。
攪拌器是實現攪拌操作的主要部件,其主要的組成部分是葉輪,它隨旋轉軸運動將機械能施加給液體,并促使液體運動。針對不同的物料系統和不同攪拌目的,出現了許多類型的葉輪和攪拌器。1葉輪的型式
攪拌器的主要部件是葉輪。針對不同的物料系統和不同的攪拌目的,出現了許多結構型式的葉輪。應指出,螺旋漿式攪拌器的幾何尺寸:是指當液體與葉片間無滑動時,葉片旋轉一周將液體在軸向上推進的距離。
葉輪的作用是通過其自身的旋轉將機械能傳送給液體,使葉輪附近區域的流體湍動,同時所產生的高射流推動全部液體在器內沿一定的途徑作循環流動。考慮釜型、擋板及葉輪在釜中位置等因素對流體流型的影響,一般以液體流人、流出葉輪的方式來區分葉輪。當液體從葉輪軸向流人并流出時,此葉輪稱為軸向葉輪;液體從葉輪軸向流人、從半徑方向流出時,此葉輪稱為徑向葉輪,
1)徑向葉輪
不銹鋼反應釜六個平片的渦輪葉輪是徑向葉輪的代表。其工作時,葉輪的葉片對液體施以徑向離心力,液體在慣性離心力作用下沿葉輪的半徑方向流出并在釜內循環。由于渦輪的轉速高,葉片比較寬,除了能對液體產生較高的剪切作用外,還能在釜內造成較大的液體循環量。正是由于這種特點,渦輪葉輪能有效地完成幾乎所有的化工生產過程對攪拌操作的要求,并能處理a度范圍很廣的液體。
平葉片槳式攪拌器也屬于徑向葉輪,其葉片長、轉速慢、液體的徑向速度小、產生的壓頭也較低,適用于以宏觀調勻為目的的攪拌過程,如簡單的液體混合、固體溶解、結晶和沉淀等操作。錨式攪拌器、框式攪拌器實際上是平葉片槳式攪拌器的變形,但轉動半徑更大。這幾種攪拌器不產生高速液流,適用于較高a度的液體的攪拌。
2)軸向葉輪
螺旋槳式攪拌器是一種高速旋轉且能引起軸向流動的攪拌器,其工作原理與軸流泵的葉輪相似,具有流量大、壓頭低的特點。液體在器內作軸向和切向運動,產生高度湍流。由于液流能持久且滲人,因此對攪拌低黏度的大量液體有良好效果。它主要用于互溶液體混合、釜內傳熱等。螺帶式攪拌器的工作原理與螺旋槳式相似。風扇形渦輪或有兩個傾斜葉片槳式葉輪,除能產生軸向流動外,還能造成一定程度上的徑向流動。
當攪拌器置于容器中心攪拌黏度不高的液體時,只要葉輪旋轉速度足夠高,液體便會在離心力的作用下形成漩渦。攪拌器轉速越大,漩渦越深,不發生軸向的混合作用,且當物料是多相系統時,還會發生分層或分離,甚至產生從表面吸進氣體的現象,使被攪拌物料的表觀密度和攪拌效率降低,加劇了攪拌器的振動,因此必須制止這種打漩現象的產生。可在釜內裝設擋板,使切向流動變為軸向和徑向流動,同時體湍動的程度,可消除打漩,改善攪拌效果。2攪拌器的型式
工業上較為常用的攪拌器有以下幾種。
1)槳式攪拌器
其結構簡單,一般由兩塊平槳葉組成,攪拌器直徑d與釜內徑D之比為0.35一08;轉速一般為10一100r/min,可以在較寬的赫度范圍內使用,貓度高的可達100Pa·s,也可用于勃度小于2Pa"s的液體的攪拌。平直葉槳式攪拌器在低速運轉時,產生的主要是切線流;轉速高時以徑向流為主。對于折葉槳式攪拌器,由于葉片與旋轉平面的夾角小于900,因此會產生軸向流,宏觀混合效果較好。
2)渦輪式攪拌器
按照有無圓盤可分為圓盤渦輪攪拌器和開啟渦輪攪拌器;其中又可分為平直葉、折葉和后彎葉渦輪攪拌器,渦輪攪拌器直徑d與釜內徑D之比為0.2-0.5,以0.33居多,轉速一般為10 -- 300r/min,適用于低私度或中等私度液體的攪拌(勃度小于50Pa·s)o
禍輪式攪拌器的循環速度高,剪切作用也大。它既產生很強的徑向流,又產生較強的軸向流。圓盤渦輪式攪拌器與開啟攪拌器比較,由于圓盤的存在使得圓盤渦輪攪拌器的循環速度低于開啟渦輪攪拌器。折葉渦輪攪拌器與平直渦輪攪拌器比較,在于折葉渦輪攪拌器軸向流強而剪切作用相對較小。彎葉渦輪與平直渦輪攪拌器比較,’主要在于彎葉渦輪攪拌器不易磨損,且功率消耗低。3)推進式攪拌器
又名螺旋槳式攪拌器推進式攪拌器的循環速度高。當轉速高時,剪切作用也很大,能產生很強的軸向流。推進式攪拌器直徑d與攪拌釜內徑D:之比為0.2一0.5,攪拌轉速100一500r/min,適用于低翁度(勃度小于2Pa·s)液體的攪拌
。4)錨式攪拌器
不銹鋼反應釜錨式攪拌器的直徑d和攪拌釜的內徑D之比為0.9一0.98,常用轉速為I一100r/min。錨式攪拌器的循環速度及剪切作用都較小,主要產生切線流。當物料a度高時,可產生一定的徑向流和軸向流。它適用于高鉆度物料的攪拌和傳熱。
5)螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器
這兩種攪拌器主要產生軸向流,加上導流筒后,可形成筒內外的上下循環流動。它們的轉速都較低,通常不超過50r/min,主要用于高貓度液體的攪拌。3攪拌附件
1)擋板
如前所述,平槳式攪拌器在轉速低時以切線流為主,即使是推進式或渦輪式攪拌器也會產生一定的切線流。當切線流嚴重時,會出現打漩現象,‘致使不互溶的液體分層,’固體顆粒沉降。當漩渦達到葉輪以后,葉輪會吸人大量氣體,使攪拌物料密度下降,還會加劇攪拌器的振動,嚴重時攪拌器無法正常運轉。因此,一般情況下,都必須制止切線流和打漩現象。消除切線流和打漩現象的有效、也是簡單的方法就是在釜內安裝擋板。
擋板一般是指豎向固定在釜內壁的長條形板,沿釜內壁周向均勻分布,擋板寬度W為(1/2一1/10) D。作圓周運動的液體碰到擋板后改變900,或順著擋板作軸向運動或垂直于擋板作徑向運動。因此,擋板可把切線流轉變為軸向流和徑向流,提高了宏觀混合速率和剪切性能,從而改善了攪拌效果。
擋板的數目視釜徑而定,一般為2-4塊。實驗表明,具有一定數目擋板的攪拌釜,當再增加擋板也不會進一步改善攪拌效果時,此一定數目的擋板稱作“全擋板條件”。除非特別說明,“全擋板條件”一般是4塊。
應該指出的是,在層流狀態,擋板不起作用。因為層流下擋板并不影響流體的流動.所以.對于低速攪拌高M度液體的錨式和框式攪拌器來說,安裝擋板是毫無意義的。
對于低豁度液體攪拌,可將擋板垂直縱向地安裝在釜的內壁上,擋板寬度w一般為釜徑D的1/10, 4塊均勻。對于中等勃度液體的攪拌,擋板與器壁間距為0.1-0.15倍板寬,用以防止固體在擋板后積聚和形成停滯區。對于高勃度液體,可使擋板離開釜壁并與壁面傾斜。擋板下端伸到釜底,上端伸出液面。對錐形釜底,當使用徑向流葉輪時,若葉輪位置較低,需把擋板伸到錐形部分內,寬度減半。
由于液體的粘性力可抑制打漩,因此當液體的貓度在5 - 12Pa一時,可減少擋板寬度,當薪度大于12 Pa一后,不需安裝擋板。2)導流筒
攪拌操作中有時需要控制流體的流型,就要用導流筒。對于渦輪式攪拌器,導流筒安置在葉輪的上方,使葉輪上方的軸向流得到加強。對于螺旋槳推進式攪拌器,導流筒安置在葉輪的外面,使推進式攪拌器所產生的軸向流得到進一步加強。導流筒除了能控制流型以外,還能使釜內液體均通過導流筒內的強烈混合區,提高混合效果。
3)葉輪的位置及層數
攪拌葉輪一般總是對中安裝在釜的中心線上,葉輪到釜底的距離C一般為一倍葉輪直徑,但在攪拌快速沉降的固體懸浮液時,常將葉輪更靠近釜底。葉輪的層數視液體的深度而定。由于推進式和渦輪式攪拌器在垂直方向上的有效攪拌距離一般為(3 -4)d,亦即一倍釜內徑D,所以,同一攪拌軸上安裝的葉輪數目可由下式決定:葉輪層數=液體的當量深度/攪拌釜內徑
液體的當量深度是不銹鋼反應釜 內實際液體深度與其平均密度的乘積。若上式的計算結果不是整數,則圓整取較大的整數值。