搅拌釜式反应器.doc

搅拌釜式反应器 ?2.0 主要搅拌反应釜 ?2.1 搅拌釜中的流动与混和 ?2.2 搅拌器的选型与放大 ?2.3 搅拌功率 ?2.4 搅拌釜的传热 ?2.5 间歇反应釜的工艺计算 ?2.6 反应釜的热稳定性 搅拌釜是药厂生产中最普通使用的反应器，主要有：碳钢、不锈钢、搪玻璃等三大类。其结构一般如Fig 2-1所示，主要有釜体、釜盖、搅拌器、减速机和传热装置等组成，在釜盖上有各种接管口、温度计口、人孔、手孔、视镜等部件。 2.1 搅拌釜中的流动与混和 2.1.1 混和效果的度量 2.1.1.1 均匀度 将A、B二种流体各取体积为VA、VB置于一容器中，则其平均浓度为（体积浓度）为： ， （不可压缩液体）， 经过一段时间搅拌后，进行取料，测CA、CB的浓度。如果CA、CB与CA0、CB0的偏差越大，则认为混和越不均匀。令 I：均匀度。 显然，1、当混和均匀时，I = 1 2、当混和不均匀时，I 1，越不均匀，I值越小。 如果同时在混合液中取m个样品，测CA值，并求得I值，则混合液的平均均匀度为： 2.1.1.2 宏观均匀与微观均匀 图2-2中，均将A分布于B中，但微团A的尺寸相差很大，如果取样体积远大于微团尺寸时，会发现；而当取样体积小到与B中微团尺寸相似时，会发现；则我们称之为宏观均匀： 1.从设备尺度上来说是均匀的；2.从微团尺度上来说，是不均匀的。 被称之为宏观均匀。如b。 只有当微团消失，才能达到分子尺度上的均匀。 微观均匀。如a。 对互溶液体：在强烈搅拌下，可以达到微观均匀。 对不互溶液体：搅拌越强烈，液滴尺寸越小，但不能达到微观均匀。 2.1.2 混和机理 1. 搅拌：使物料产生总体流动。 2. 湍流程度：湍流程度越高，剪切力越大， 微团尺寸越小。 3. 分子扩散：使微团最终消失， 微观均匀。 如果对于不互溶液体，则需加入少量保护胶或表面活性剂，使液滴在碰撞时难以合并，则经一定时间搅拌后，液滴尺寸将趋于一致（宏观均匀）。 2.1.3 提高混和效果的措施 2.1.3.1 消除打旋现象 液体作圆周运动， 在离心力作用下，液面在釜壁处上升，搅拌轴中心处下凹，打旋。 打旋严重时，会使空气吸入， 使搅拌功率下降，混和效果下降，操作不稳定。 消除打旋措施：a. 加挡板。板宽≌0.4D（即0.1D*4块），效果较好。 b. 偏心安装搅拌桨，破坏循环回路的对称性。 2.1.3.2 加设导流筒 使物料在导流筒内形成强烈混和区，提高了混和效果，又消除了死角和短路。 螺旋桨搅拌器：导流筒套在叶轮外面。 涡轮式搅拌器：导流筒置于叶轮的上方。 导流筒直径一般为0.7D。 2.1.4 搅拌功率与混和效果 要达到宏观上地均匀，则要有足够大的流量，即总体流动强度大。 要达到小尺度上的均匀，则要提高总流动的湍动程度，即压头要大。 搅拌的目的：是将能量输入到流体中，达到所需要的混和效果。 单位体积液体的功率消耗，是判断搅拌过程进行得好坏的重要依据。但同时，还存在一个能量的合理分配问题。 如果：宏观混和，则较大的V、较小的H。 如果需要快速分散成微小液团，则V小，而H大。 因为 搅拌器流量 （流量 ∝ 桨面积*速度） 搅拌器在湍流区的功率 （n：转速； d：桨叶直径； H：搅拌压头(m) 同时，功率 得到 (2-1) 在搅拌功率P一定情况下， n3d5 = Const. ， 得到： n ∝ d-5/3 d ∝ n-3/5 ，代入 （2-1）中，有： （2-2） （2-3） 从式（2-2）、（2-3）中，得出： 1、P一定时，d大，n小，V/H大，总体流动强， 有利于宏观混和。 2、P一定时，d小，n大，V/H小，湍动强度小， 有利于小尺度上的混和。 上述的推论是从湍流的前提下导出的，故不合适于层流的操作情况。 但在实际生产过程中，大多数属于湍流情况。 2.1.5 混和时间 根据研究，混和时间大致等于釜内物料循环时间的4倍，即 (2-4) tm：混和时间；VR：装料容积； V：搅拌器的流量（泵送能力） m3/s or m3/hr。 因为 V ∝ nd3 = Kv nd3 （2-5）