搅拌器的选择和设计

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1、|维普險讯 nw|第1期15 *搅拌器的选择和设计张平亮1无镉市造祿广，无鶴市JU04 J摘要本文对搅捋器选择和设讣方法进行了分析提出了亶用于各种粘度的主要乱拌番叶轮的应用实例和经脸，讨论了搅芒器设计和放大时各参败的逸择胡关系，为梳拌瞎的选型和玫计提真了基础数据。 关键词按洋器叶空整透择斟彳匕工心炭命|维普險讯 nw|第1期15 *|维普險讯 nw|第1期15 *最近，化学产品正向高精度、髙品质化发展，这 迫切要求化学系统的高效率、经济性和安全可靠。由 于搅拌器在化学操作和化学反应中起着重要的;作 用，因此，选择和设计好搅拌器尤为重要。1攬拌装置的组成及搅拌目的一般搅拌装置的组成；（谨拌叶轮J

2、搅荐器J搅拌轴电拌装賣（攜禅嗜1电机I其它在对物料的搅拌操作中，人忙I希望达到多种搅 拌目的.得到合适的液悴流动状态，以发挥其搅拌 效果流体流动所产生的搅拌作用主要有以下几种* （1）混合和分散均一化作用亍G）凝架和破坏细分化 作用,流动、浮游化作用；在异相接触界面 上促迸物质移动和热移动導尊作用因此.为了使搅拌达到我们所希望的要求就必 殖选择适当的叶轮型式.设计出符合流动状态特性 的搅拌器n2搅拌器的主要类型及其发展概况抿据搅幷器叶轮的形状可旦分成直叶桨式、开 启涡轮式、推进试、圓盘涓轮式r锚式、螺带式、螺旋 式等$根据处理的液休粘度不同可以分为低粘度液 搅拌器。如图所示，低粘度液搅拌器，如

3、*三 叶推进式，折叶桨叶、6直叶浜轮式超级混合叶轮 式HR 100 tHV 1001中高粘度液搅拌器，如：锚 式、螺杆叶轮式、双螺旋螺带叶轮型，MR 205,305 超混合搅拌器等尊。嗣为了使产品达到高精度、高品质化要求，国外. 特别是日本开发了适合丁高粘度物料生产的新型搅 拌器，如三菱重工（株）的竖型闊圆锥形螺带叶轮|维普險讯 nw|第1期15 *|维普險讯 nw|第1期15 *值定义为接管的内直铉，而且由于所采用的补强准 则不同而不必引入应力校正系数，对各个不同載面 都应取规范所规定的同一补强要求蛊标准参照了 ASMEI-2,对等面积补强允许 开设描圆孔，但未按Jfft ASME-2对开有

4、稱圆孔 时等面积补飆计算中引入所必须采用的应力校正系 数口对补强计算中日值的定义，既参照ASMEH-2 在等面积补强计算中的规定，又参蔣ASMEO2 ASME Boiler and Pressnte Vessel Code, Seelioit W, DiTisicn 2199丁怕民.新版（92fie）ASMEa-2的主烫变动一 定性附录九 和附素乩化工设备设计，1曲4年第1期|维普險讯 nw|第1期15 *| 维普资讯 h ttp:/第1期1.7| 维普资讯 h ttp:/第1期1.7 16*化工设备设计年第話卷a三叶攪趙盘i叩逹I乩DS滬轮式I高;i -L- &折卜何盘祸轮式c.屯折叶桨就低

5、速匚轮式直L1S湄轮型讥超混合祸轮式HR1D0HV 200g. S匹楞轮型k. V型螺带式、礬fife理皆式L超翘合器CMR茨)5初引1.锚型| 维普资讯 h ttp:/第1期1.7團1主要搅拌器的娄塑| 维普资讯 h ttp:/第1期1.7lit 10*为湍流狀态流动 这时痂劫惯性力作用大；当50.其粘性效果是由层流状态决定，惯性力作用小。如图犁苟所示，根据LglL(a) 埋旄策式 c)超iSCMR2W,M6) (e)折叶輩式(b)摞旋戟带式(d) 1式图电根据搅拌的粘度增加对应的搅拌叶轮的变化粘度的大小来选择搅拌叶辂口当叶轮直径/植道桎* 叶辂宽/液体深度的比值大时，在槽内全部范围内产 生

6、捷拌作用3.2帳据操作目的和主莞影响因素乗述型抿据化学工程手册推荐tlJ?Parker依振操作目 的(加热、袴却r溶解、结晶、分散.萃取等利搅摊效 果(传热速率、均匀性、粒度大小竽)选痒了湍流搅 拌设备的叶轮型式和几何尺寸，亦作为选型参考。3,3根据主要搅拌叶轮的特性来选型搅拌叶轮在合理条件下运行时所产生的液悴流 型有径向型、轴向型和幅流型如图$所示，由于搅 捋叶轮形状不同，所产生的搅拌作用也不同折叶桨(a)議流型(b)医流型(c)弭旅型13搅拌叶轮形状不同对应撿拌作用苗娈化式攬捋器桨叶怖背面产生剥离少，流出为轴流。而 涡轮式搅拌器叶轮的边鎌产生涡流.背面曙成剥离 流，产生压力和剪切作用，半径

7、方向产生离心力而得 到强大的辐流。上述图1所示的主要搅撐器叶轮的类型,其性 能、持性和用逢如下，以供选型参考。(町 三叶推进式(中7-lOm/s)多用在低 粘厦液湍流状况下搅拌，具有高排出量氐剪切型- 健转部分产生高速轴流客器内桦随着循环流。适用 于途人液液混合、低浓度悬浮浆料、除低粘度以外 的通气搅拌。(b) 叶轮式(中庫曲直倾诺型。高性能涡轮 式，整个圆周方向流戲h汇集到軸方向.为高速轴 流型。适用于固-液混合、鞍-懑和其它低粘度郝 合a(c) 4折叶菜式(低速)丘方形板式桨叶，安 装成角度影成辐流和轴流.结构简单，制作容易，适 用于槽径)/叶轮与槽底距离(F)直大的、且与椎 进式相反的低

8、压排岀流的场合。其用途足固液悬浊 操作。W) DS祸轮式(鬲速)盘的外周带齿圧状， 盛速回转产生强力剪力作用，同时产生辐就，容器 内有很强循环流在犬容劇场合下，推进式与溜轮 式叶轮组合使用。适用于粉怵分畝、溶解，酒-液乳 忙、分数，气休分散(e) 折叶圆盘祸轮式 桨叶倾斜，形成轴流 和辐流能消除容器内上下不均一性，效率良好，搅 拌混合效果好具有独特的流佯形状中适用于液液 分散固液悬浊分散、气怵分敵等等中容量场合m(0 &直叶圆盘涡轮式典型辐流式移动，中 低速转动时得到强力搅拌，用于通气攬拌和大容量 浓度浆液的轴流运动。适用于大容量浓度浆料怖疣 动、分散，髙通气量气怵分散。 LlSjg轮型能控制

9、排出流方向，形成强 力的轴方向流站c适用于低液位运动、槽直径(D 叶轮与槽底距离值大的要求。(1)超混合涡轮型HR100? HV200)t曲折的 桨叶，具有节能的排出性能，槽高(Q/枱直径 适用于深的搅拌槽的底部侧壁产生剪切柞 用大的上下循环流的场合。(j)超混合器(M2a57 M305)具有带齿的多 层辅助板组成，槽屮心部有强力的上升流，(壁部 有旋回下降流，璐成植内上下循环沛，叶轮尖端速 度比1S内上升速度大，因此剪切性能大适用于中 髙粘度用搅拌器低粘度时有挡板的悄况1=10 左右的高粘度层流域和不能使用挡板的场合。(k)螺旋螺带式 结构为螺旋雀带状的叶轮， 艇转轴沿着容器內壁为螺旋螺带式

10、，有单双之分口适 用于粘度高达2Pa-s,甚至更高。1)锚型 适用于届粘度臧与非牛檢液的搅拌 和泯合.其叶轮与容器壁间隙很小，传热时客器内 部使用刮板円还特别适用于低粘度液位任盍变动，宜 于搅挥排放操作。4搅拌器的设计4.1搅拌器程液体流动下的有关特性mm 4J.1搅拌所需的动力尸=讯盯月沖屮/10kW|维普法讯 nup: www. |化工设备谏计|维普法讯 nup: www. |维普法讯 nup: www. |T = 一殛T = N丁囲由 Nm （其中N厂式）4.1,3液体流出流矍Qd -m*/sJ9内上下循环流流量q. = N 眄口涉 mB/s4J.4裁体涼出流速j= ArvlJ-KHp-

11、 Nnnd tn/sU 4fB = W 靶=卩N z.4J-5撞捋權内的液体循环时间*T = N 丫心 j 料 s（a）因橹壁部上升流最大速度匕，为基准來表 示均一液相系搅拌混合槽内液体循环时间：丁QQ = N Fqo/并 S（b）以排出流量如为基准表示槽内液休运动 结束后所需循环时间；7d = N reif/ S以全循环流量五为基准表示槽内液体运 动结束后所需循环时间t丁 爾=N tejo/r $式中 * Np、Nt、Nd、Nq。、N0Q、N址（）、N帕、 Nmo = Nth、Ntq（j对应于P、丁卫、玄、卩4丁0、丁的、 TaT的特性系数。n搅拌转速1/巧d叶轮 直径 m,Kp叶轮尖端周速

12、度 m/巧P为流悴 重度N/m4,2 根据以前经验总结设计憧拌器搅拌装置要求多样的功能，要发挥其十二分的 作用，就需要具备必要的流动状态，搅拌方式、槽和 搅样叶轮的形狀，运转条杵等等知识液休的流动 狀态与搅拌作用、槽和搅拌叶轮的形状等育关，设 计搅拌器除考虑流动理论外，必须对U前的务种 经验进行总结，以指导实际的搅拌。各种搅拌器的 性能如表1、監3所示它表示低粘度 湍流搅拌）以及中高粘度用搅捋器的特性系数 值*|维普法讯 nup: www. |维普法讯 nup: www. |表各种攪拌叶轮的性能（低粘度液、湍流揽挥用也丼叶轮負度& 勺叶轮直極(ffllrttl功力数 %排出流量系数最大排岀流速

13、的速度系数寻叶推进式251471, as x io1o.ae0.51293叶推进式301471-08X TO40.57o.a甜3叶推尊3K1471.C8X10*0.820.02414折叶集式351471.C8X1040*72Q(2334折叶桨式40147lOAXlO0.910.6&304折叶架式451471.06X10*工価0.5343羽折叶桨式451471.08X10*o.sa40抵叶装式4L5147l,0SX10B0*550.48盟林武叶谒轮式沁1471.0SX10*S.060.8071HR100M1他1.11X100.44fl.7033HV1C0叶駅层叶轮）1吕布150I.13XT011

14、.13ft,9750HVBOfl 佔叶3K层叶轮）15 6D1H0l.n xio41.56l.l523疥叶桨式 （上下附带间隙叶轮）451J501.13 X10B1.901,02523折叶菜鑑（上部附带同顒叶轮451501-iaxio11,170.S3473折叶桨式了下部附带问厭叶轮451E01.1SX1C41.830”8tf45HR1OT （帀部附带间團（叶轮）1.5恥1491.11X10*1.05o,sn曲测定条件：D490minf 4 块挡板灌休肚；d=0,3Df ntfe300r/niin 叶轮尖端速度rp2/SiD/s第工期表2各种搅捋叶轮的特性值搅拌叶玲N.g%gKotfp)-(-

15、Kyp)I-如0.U0/700.22331.71*822,340.120.24cai基折叶桨式1.IC0.&30.334313.42.ao3,45CLIO0.24oaiHV跖0超混合润轮式1.661.010.2SB310*81-732.610.13C.U0.11疗平直叶農轮式容器上部5.CA0.S00.S3757-001.735,220.120.11容器下部5.0fi0.S00-4576乩903.399.15G.W4.240.116折叶涡轮式1.950.430.30E0皈82.SI2.62000.蚀0.11DS満轮型容器上郡0,350.370-0号朋21.01.313.640.110.24o.

16、ll客器下韶0350-37034627.51.472,86C.1S0.创o.nMR20G涓轮式j3*000.B0 |0.234.261*10M.0.S40.370,35 (0.24-0.430.20撓拌叶艳D5m)Z (XDID)d (mni)Jo (mm)s(moi)5其它Be%NgN“Ntz护=K0*do)A-带有通网营轮型155170100(-0.645U)104130l.OdOZ叶轮宽b=(h43J尹feEi= 1-Cd 吓轮 3fcfr=0.43d 轴长;赴乓30100)=330“Re=-翻00.1410.1270.0740-0B6161811.04B*双練旋娠带叶轮型2402402

17、1fl(0嗣)-1-Od叶轮宽bO.ld（标准） 轴 Kii=*ld 叶轮宽h-0-2J 給杞&=ldW3ON9Re 265-3060跚0,1390.1110.12584M1.151,10C- AfRSOS混 合叶範型24(124DISO(-C.75D)叶轮安毬位置C=10tnflj 叶轮宽 =183miD2020A 200JN/土 2553.62疋0.1330.212 0*3朝 0.538C.3782-0 .555 0*0904 0.1300.1440,16135心127.55.24.74.21-0損拌叶轮叙讥。）DQ（殊恥）共同条件：摘栓卫=$490mit* Z=Dj d=Q.3D 理块挡

18、板（MR205除外）MR206 rfi 轮式：J5 24Cnir!i f Z=Dt d=O-7D . J?g庐10*胡块拦板。議中：D:槽直亀Zt槽内植层探度.dr叶轮直軽. 血：叶轮尖端直屋 5 槽高S,叶轮距槽底 也置B:描扳宽度口A.带有逋凤裁 空旗履杆叶 轮型1.420.320,290.168B.双蛭廡螺带 叶轮型K11.10.3850*3650,380.400,210*20C. MR205jgja 合叶耗型1-1?CL5B50-350.BC3|维普法讯 nup: www. |4,3 1S極和辅助多用板的设计和应用1）搅拌擠内安装挡板是消除打漩现象的有效 方法之-%些板的作用在于转换流

19、型，增强了液体 的对渡*循环流强度.同时更充分地利用叶轮加入的能童，增大宽度为（磊徭）料板*闿板直接焊在槽内壁上，适用于低粘度与内墜有一间距 刀/60,适用于搅拌中等粘度流体|当拦板与槽有一|维普法讯 nup: www. | 维普资讯 h ttp:/化工设备设计| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/定间隙且恤斟或采用横挡板，适用于高粘度液体。(2)如图川在搅拌桨上増加辅助板成为辅助多 板的搅拌掘.它能产生高排出性能，对丁中高粘度 的J?e100以下的混合不良部分特别有用*因为 搅拌桨尖端有高的剪切利合流的效果。J *客器底部5放大搅样界型罠的选择比较慎亜，文献资落所提供 的敷

20、摇和生产经验还远远不能瀟足实际尘产的需 要，因此必须通过小型模拟试验取得敷揺,再柞放大 设计，按几何相似原则来决定大型搅拌器的形状和 尺寸，根摇放大准则来决定搅莞器的转速等参数。对进行模型试验或中试用的小型搅拌器.如叶 轮、拦扳形式，相对尺寸等等的选择馳设计，应具有 很大的适应性和正确性*这对放大或合理设计尢型 设备有更大的意义。文献资料介绍的放大场合肘各特性值匚动力回 转数、叶轮的排出流博、叶轮尖端速度.宵诺数验之 间的平衡关系，以柞为放大的依据如图5由15ms 的聚合釜放大到却川的实例，表4为排岀流曲增 加时各种参数的变化#提供选择制设计搅拌器的鏗| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯

21、h ttp:/1血1，聚合盖图5聚合釜的放大实例图d补助多用板的利用实例(3)在轴嶽型的折叶桨式.园備檳上设置偏心 轴搅拌，在液深的槽内产生循坏流，达到混合均一 化目的口 而对一些必需设置膨张节的场書*哭用預应力投术右，可以不必设置能漲节并隠低 管叛的宜为氷平，从而可以提高换鶴器的废劳寿命，减薄管板庫度*本文哄我国莉制管壳式换致器为宴例.提出上述且在降低管極应力术平前预应力技术的设计理论与制造工艺“1“预应力即技术的提出固定管扳式换热器的管板是毘靈要的部杵是 应力分析和设计控制的主要对象。如何降低管板的 应力水平，从而提髙疲劳寿命减薄管板厚度则成 为换热器研究和设甘的中心内容口本文提出的“预应

22、力技术是基于下面些相黄 槪念而提出的乂(1) 对于大多数固定管板式换热器，在流程的 设计选择上总是依照将禹压流体配置在管程为原则 的-这样的安排可避免壳稈承受较大的流休压力而 增大髦厚，因而设备费用可以降低，从而带来相应 的鏡济效益。(2) 在戸凡条杵下，且及 WP.的条件 下，对于换热器的管板而言#都是以厲作为设计的 控制条件的。(3) 尽管在上述工况下固定骨板式换热器的设 计控制条件是管稈压力F.但在工作时，由于壳程压 力凡的存在，必然会抵消一部分由于几作用而产 主时營扳应力。当然，假设管子的缱膨胀系数大于 或等于壳悴的线膨张系数，即如並，当骨子的温 度大于売体的温度(此处均指管子与壳休的

23、金厲温 度),即0沁时，也同样会降低管板因骨程压丈Pt 而产生的应力水平& 根据上述概念，为了降低管板在工作吋的 综合应力水平，只要在固定管板式换热器的“壳体- 管板-管予刃系统中，加上一亍与管程压力尸*载荷 的影响相反的出预应力”便能实现口见然，这个詹预应 力是同壳程压力Pt载荷对管板的影响相個的*如果在固定管板式换热器制作吋，使壳休 相对于管子缩短一定的长度，就可以在固定管扳式 换热器中形成这个与管程压力P*载荷的烤响相反的 “預应力-这种降低彗板综合应力水平的翼预应力”， 只妾依靠壳体最后一个环向焊缝的纵向收轄效应便 可实现好“顼应力固定管扳式换热器的制趟工艺程 序,本文将在下面具体论述

24、*2衣预应力”固定管板式换热赛的理论分析妙响固定管扳式换热器世扳理度与刚度的因素 很复杂，因此各国现行规范的管板计算公式，都是 对实际工程彗扳作了一定的简化假设后得到的近似 公式。由于所采用的简化假设餐不相同，颉在同样| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/參考丈献1盐原克己.化学然置VoUfl,四94年”No522眈B傅擴街尊，化学工程手册第2总第五篇*搅拌与混合化学 工牝田脈社年3閤田唾文等.化学H学，Vol53t 19曲年第8号4 Janes Y Old*he, Chem Eng Pro, Vol 前,1W Maf, 33-425张平亮化工进展，10帕年第咗期，44496大本节男琴.化学絲置* VolMh1994年N(5才酣强7 大建龙晋化学載章，站竝年Nq!J, 1(W104S 佐藤一省，別册化学工比，VflJ33, mflNoijW199盐更克己*祀学慕直年 g 剋SB1村上泰弧*别ffH匕学工此 133, lfi86 No4,1561911 Rlchaid V Cftlabree 等Cibtiq. Eng Pro, Vol 185, 1 聘9： Ma/j 45-50