第八章反应设备

第八章反应设备 第二节机械搅拌反应器第三节机械搅拌设备技术进展概述

新型搅拌器的开发:图8-42,8-43 图8-44 组合搅拌器的应用改变搅拌器的传动方式搅拌器结构优化与组合技术进展搅拌设备的多功能化与智能化:图8-47

一、搅拌器结构优化与组合 ⒈ 新型搅拌器的开发 (a) A310 (b) A315 (c) HPM 图8—42 新型轴向流搅拌器

高效径向流型 特点：弧形叶片形状可消除叶片后面的气穴，使通气功率下降较小，常用于发酵罐的底层搅拌，提高气体分散能力。图8—43 Scaba搅拌器

(a)最大叶片式 (b)泛能式 (c)叶片组合式图8—44 三种新型搅拌器

⒉ 组合式搅拌器的应用 在一个搅拌容器内设置不同构形、不同转速的搅拌器以达到全罐搅拌与混合的目的。组合式搅拌器可减少混合时间，大量节省能耗，提高产品质量。例如用于化妆品、牙膏等生产的搅拌设备，其介质为高粘物料，含有大量固体粉末，混合要求较高，常在一个容器内设有齿片式、锚式和螺杆式三个不同转速搅拌轴。

⒊ 改变搅拌器传动方式→实现高效节能 ⑴回转兼上下往复运动的搅拌器 1—搅拌轴 2—万向节 3—小伞齿轮 4—大伞齿轮 5—电机 6—曲轴 7—连杆 8—搅拌器图8—45 回转兼上下往复

每转一圈的相位滞后 转一圈后的位置浆叶高度冲程第第第三二一圈圈圈 0 90o 180o 270o 360o 浆叶方向图8—46 桨叶端部的运动路线

⑵双轴异桨复动式搅拌设备 传统搅拌设备中，搅拌器的旋转是固定在一根轴上，只能是一种转速。研究开发的双轴异桨复动式搅拌设备，由低速的大循环量搅拌器和高速高剪切的齿盘式搅拌器组成，双搅拌器绕各自的轴相反方向旋转的同时，由液压活塞带动下作上下往复运动，该搅拌设备处理的物料粘度可达50Pa·S，含固量达70%，混合效果好节省能耗 20%以上，已应用在涂料、壁纸、油墨、橡胶等行业。

二、搅拌设备的多功能化与智能化 搅拌设备操作灵活方便，特别适合于批量小、更新快、工艺流程用计算机控制的间歇操作的精细化工生产。对于干扰因素多的搅拌反应器，应用传感器测控，对反应过程进行预测图控制和模糊控制，使设备运行更加稳定可靠，产品质量更好。

搅拌操作往往与反应、蒸发、真空等过程相联系。搅拌操作往往与反应、蒸发、真空等过程相联系。对特定的工艺，可以把几个功能集中在一起，在同一个搅拌设备内完成，实现多功能一体化。这种设备具有结构紧凑，无连接管道，损耗少，效率高，易于满足卫生要求等优点。这类集多功能于一体的搅拌装置已在制药行业中获得应用。实例:图8—47用于聚合反应上的组合式搅拌设备，已实现计算机控制

1—框式搅拌器 2—涡轮式搅拌器 3—刮板图8—47 多功能化搅拌设备

三、现状 搅拌反应器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一。目前，反应器的选型和内构件的设计还强烈地依赖于实验和经验，对放大规律还缺乏深入的认识，对于能耗和生产成本只能在一定规模的生产装置上对比后才能得出结论。

由于对产品的回收率和质量要求越来越高，对搅拌由于对产品的回收率和质量要求越来越高，对搅拌反应器的研究日趋深入。早期：对搅拌功率和混合时间的研究；八十年代：对反应釜内的流体速度场分布的研究；九十年代：搅拌釜内三维流场的数值模拟研究。流场数值模拟必须在深入进行流体力学研究的基础上，综合考虑其流动的三维性、随机性、非线性和边界条件不确定性。通过数值模拟不但可以解决反应器的放大机理，而且可以优化设计开发新型高效搅拌器，使机械搅拌反应器的设计理论更加完善。

思考题 • 反应设备有哪几种分类方法？简述几种常见反 • 应设备的特点。 • 2. 机械搅拌反应器由哪些主要部件组成的？ • 3. 搅拌容器的传热元件有哪几种？各有什么特点？ • 搅拌器在容器内的安装方法有哪几种？ • 对于搅拌机顶插式中心安装的情况，其流型有 • 什么特点？ • 5. 涡轮式搅拌器在容器中的流型及其应用范围？ • 6. 生物反应器中选用搅拌器时应考虑的因素? • 7. 搅拌轴的设计需要考虑哪些因素？ • 8. 搅拌轴的密封装置有几种？各有什么特点？

第八章 反应设备