搅拌器在化工单元设备中的选用_华依青

设计技术搅拌器在化工单元设备中的选用华依青上海化工设计院有限公司上海200032摘要通过对搅拌目的、搅拌机理及搅拌器的类型的介绍,分析在化工工艺设计中应如何选用搅拌器,以达到工艺要求。关键词搅拌器选用在化工,特别是精细化工生产中,搅拌设备的应用是非常广泛的。搅拌器选用是否合理,将直接影响到化学反应的转化率、收率、能耗等,因此合理的选用搅拌器在工程设计中是不可忽视的。1目的和机理要合理的选用搅拌器,首先要了解搅拌目的和搅拌的混合机理。在化工生产中,经常有以下几种情况要进行搅拌。1.1均相液体混合把互溶液体混合。通过搅拌尽可能达到分子规模均匀程度。如混酸配制、石油产品混合等。1.2非均相液体混合把互不相溶的两种液体混合起来,使其中的一相以微小液滴状均匀分散到另一相液体中去。比如在精细化工制药和食品工业中常会碰到乳化过程,通过搅拌,使第一液相以极小的液滴形式分散于第二液相,形成稳定的混合物。又如溶剂萃取过程中,为了增大液液两相间的界面,实现相间传质,可通过搅拌来完成。1.3固液混合让固体颗粒在液体中悬浮。如在以固体作为催化剂的液相反应中,用搅拌器可以防止固体沉降,提供反应所需的固液传质环境。1.4气液混合在氧化、加氢和生物发酵等工业操作中,搅拌时,把大气泡打碎成微小气泡并使之均匀分散到整个液相中,以增大气液接触面。1.5强化液体与器壁的传热为了强化流体与器壁之间的传热,在器壁处的流体应有足够的流速,使介质和器壁面有一个较大的传热系数,通过搅拌可达此目的。以上几种情况是化工生产中常见的。在实际的搅拌操作过程中,常常同时要达到好几种目的。搅拌之所以能达到以上几种目的是因为物料在搅拌作用下相互掺合,形成具有某种均匀程度混合的缘故。搅拌器旋转,推动液体高速流动,同时又带动周围液体,使全部液体在釜内循环流动,形成宏观上的总体流动。搅拌器有两大功能:①使液体产生强大的总体流动,以保证装置内不存在静止区,达到宏观均匀;②产生强大的湍动,使液体微团尺寸减小。湍流的强弱在搅拌器的选用过程中是较为重要的一个环节。因为总体流动中高速旋转的旋涡与液体微团之间会产生很大的相对运动和剪切力,搅拌器选用得当,搅拌效果越好时,液团分割得就越细小,使得混合的组分之间接触面不断增大,分子扩散速率增加,混合物的分离强度下降,也即混合效果越好。2分类化工生产过程中,通常用到的搅拌器种类有桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、推进式搅拌器、锚式搅拌器、框式搅拌器、螺带式搅拌器等。各类搅拌器由于其构造,性能等差异,使其能够分别适用于化工生产中各种不同的工况。以下就各种10CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2004,14(6)华依青:工程师。1994年毕业于华东理工大学精细化工专业。一直从事工艺管道设计工作。联系电话:(021)64286762。DOI:10.15910/j.cnki.1007-6247.2004.06.002类型的搅拌器作一简单介绍。2.1桨式桨式搅拌器如图1所示。图1桨式搅拌器桨式搅拌器又可分为平直叶和折叶搅拌器两种。这类搅拌器的结构和加工都比较简单。搅拌器直径d与釜径D之比d/D为0.35～0.8,其运转速度为10～100r/min,为大型低速搅拌器,适用于低、中等粘度物料的混合及促进传热,可溶固体的混合与溶解等场合。运转时以剪切力为主。就平直叶和折叶两种相比较而言,由于折叶桨式搅拌器的叶片与旋转平面形成夹角,因此在旋转时产生的轴向流要大于平直式,其宏观混合效果更好些。在实际生产中,会遇到釜深液高的情况,此时单层桨式搅拌器难以搅拌均匀,通常采用的方法是装几层桨叶,相邻二层桨叶间成90°角交错安装。由于桨式搅拌器制造和更换方便,因此常用于化工生产中有防腐蚀和金属污染要求的工况。2.2涡轮式涡轮式搅拌器如图2所示。图2涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器又可分为开启涡轮式和圆盘涡轮式两类,每类又可分为平直叶、折叶、后弯叶三种。涡轮式搅拌器外形结构上与桨式搅拌器类似,只是叶片较多。搅拌器直径d与釜径D之比d/D为0.17～0.5,转速为30～500r/min。旋转时有较高的局部剪切作用,能得到高分散度微团,适用于气液混合及液液混合或强烈搅拌的场合,常用于低中等粘度物料(μ<5×104cP)。就开启式和圆盘式相比较而言,其构造上差异造成开启式比圆盘式循环流量更大,轴向混合效果更好。涡轮式搅拌器的叶片形状除了有平直叶和折叶外,还有一种弯叶,在搅拌中,此种叶片受损程度、消耗功率都低,适用于固体悬浮、固体溶解等搅拌场合。2.3推进式推进式搅拌器如图3所示。图3推进式搅拌器推进式搅拌器也常被称为旋桨式搅拌器。顾名思义,其叶片形式类似于轮船上的螺旋桨。搅拌器直径d与釜径D之比d/D为0.2～0.5,转速较高,为100～800r/min。运转时产生较大的轴向循环流量,宏观混合