第二章 搅拌釜式反应器.ppt

常见搅拌器类型 常见搅拌器类型 二、搅拌器的选型 二、搅拌器的选型 二、搅拌器的选型 二、搅拌器的选型 搅拌装置的设计 搅拌装置的放大 放大准则 放大准则 a夹套同反应器器壁的间距 25～100mm b夹套高度 比釜内液面高出50—100mm左右 夹套传热的优点是结构简单、适应性广 C进口管安装 夹套上端 夹套底部 加热介质水蒸气 加热介质液体 (二)蛇管 当反应工艺需要的传热面积大，单靠夹套传热不能满足要求 它的传热系数比夹套大的多 甲苯混酸硝化 蛇管的传热系数为2100—2500V／(m2·h·℃) 夹套的传热系数为420—840 KJ／(m2·h.℃) 水平 竖直 沉浸再物料中，热损失小，传热效果好，起到导路流筒和挡板的作用，可以采用较高压力的传热介质。 检修麻烦，容易堆积和挂料，影响传热 25～70mm 优点： 缺点： 管径： 三、搅拌釜的传热计算 传热系数 釜侧传热膜系数 夹套/蛇管侧传热膜系数 间壁与垢层热阻之和 标准结构 非标准结构 通用关联式 通蒸汽 通冷却水 Re的范围 直管校正 管内介质 搅拌釜式反应器传热面积的计算 在间歇操作中，总的操作过程常常包括几个操作阶段。物料 在各阶段的温度以及各阶段的传热量都不相同。为了计算传热面 积，应作出整个操作过程的温度曲线，对各阶段分别进行热量街 算，求出各阶段需要的传热面积，并以计算的最大传热面积作为设 计搅拌釜式反应器的根据。 由于对流传热系数关联式有一定的误差，并且污垢热阻也不 易估计推确，所以计算得到的K值往往与实际值相差较大。所以 在采用计算得到的K值时，—定要慎重，最好与前两种方法加以 对照，以确定合适的K值。 说明： 第五节 间歇釜的工艺计算 一、反应釡的物料衡算 1. 物料衡算的基础 (加入系统的i的量)＝(在系统中积累的i的量)＋（在系统中转化的i的量)＋（离开系统的i的量) 质量守恒定律 间歇过程为分批操作，因此以一批物料为衡算基准，在微分时间dθ内： 3.螺带式搅拌器 旋转直径：0.9～0.98D 浆叶宽度：1/6～1/4D 叶端圆周速度：2m/s 常用转速：0.5～50r.min-1 进一步提高轴向混合效果 适用：中高粘度液体的混合，传热及反应等过程 双螺叶轮 1、低粘度液体的混合机理： 由于强剪切作用，大涡旋的分裂使液团分散成小尺度旋涡。 由于粘滞阻力，能量全部转化为热能而耗散。 叶轮附近剪切力大，湍动最为激烈，液体的混合作用主要发生在叶轮附近的混合区中。 对于低粘度的互溶液体的混合，提供足够的循环量是主要的，剪切强度次之。 推进式 涡轮式 浆式 最合用 不合理 小容量液体中应用 2、高粘度液体的混合机理： 在湍流区域，叶轮效率差。在滞流区域，混合作用依赖充分的总体流动。 应使用大直径搅拌器，如框式、锚式和螺带式等。 μ在0.1～1Pa.s μ在1～10Pa.s μ在2～500Pa.s 锚式 框式(竖横梁增加) 螺带式 3、不互溶的液-液体系统 一相为分散相(液滴) ，另一相为连续相。 叶轮附近，湍动程度高，剪切力大，液滴的破碎速率大于凝聚速率，液滴尺寸小。在远离叶轮区域，液滴的凝聚速率大于破碎速率，因而液滴的尺寸大。 液滴的分散、凝聚、再分散过程不仅增加了接触面积，更新了液滴的表面，而且也使连续相中扩散阻力减少，强化了相际传质。 涡轮式 效果最好 平直叶折叶、弯叶 4、气-液系统 气相为分散相，以气泡的形式分散于液相之中，其分散原理与液滴相同； 气-液界面张力大于液-液界面张力，分散更加困难，气泡的直径大于液滴直径； 气液密度差大，大气泡受到的浮升力大，易溢出液体表面； 气-液搅拌器一般应选择产生强剪切作用的搅拌器，但对于发酵罐等生化反应器，由于微生物细胞对剪切作用比较敏感，较强的剪切作用会损害微生物细胞结构，因此需采用产生较小剪切作用的搅拌器。 圆盘涡轮搅拌器 最适宜 推进式和浆式 不适用 5、固-液体系 搅拌目的一是使固体颗粒在液体中均匀悬浮，二是降低固体颗粒表面的液膜厚度，减少扩散阻力，加速固体颗粒的溶解以及化学反应。 悬浮临界转速：所有固体颗粒全部悬浮起来 (流化) 时的搅拌速度。它叶轮的大小和设计关系极大。 实际操作中，搅拌转速必须大于临界转速，保证固液两相的接触界面。 固体悬浮 开启涡轮式（弯叶） 固体溶解 涡轮式最合适 二、搅拌器的选型 6、传热体系 7、结晶体系 传热量小 中等传热 传热量大 夹套＋浆式搅拌器 夹套＋浆式搅拌器＋挡板 蛇管＋推进式/涡轮式＋挡板 小直径高转速搅拌器 微粒结晶 涡轮式 大直径低转速搅拌器 大颗粒定形结晶 浆式 第三节 搅拌功率 一、均相液体的搅拌功率 搅拌功率（轴功率） 搅拌时叶轮对流体做功并使之发生流动，为使流体在搅拌釜内发生循环流动及克服流体摩