搅拌设备的工艺设计计算.docx
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搅拌设备的工艺设计计算
搅拌设备的工艺设计计算
搅拌设备的工艺设计计算卢赤杰
（河北省石油化工规划设计院）
摘
要
文中给出T-艟搅拌设备的工艺设计计算程序，介绍了常用备的谩计有一定的参考价值.
及墨堕拳型，及箕
工艺足寸的计算，净功率的计算.井附有经验参教与图表.对于化工工艺谩计人员进行托拌设
刖
蓦
浓缩、加工系统化，并给出其一般设
计程序，力图使化工工艺人员在设计常用搅拌是化工生产中常见的单元操作之一
搅拌设备时，能采用较简便的方法及程序，快速地选择搅拌器型式，正确地确定搅拌设备的工艺尺寸及需要的功率.一
通过搅拌可以加快两种或两种以上具
有不同性质的物质相互问的分散速度，从而达到快速均匀混合的目的，因此搅拌设备在传质及传热过程中有着广泛的用途.搅拌过程是一个涉及流体力学、传质、传热等多学科的复杂过程，至今对其理论研究还进行得很不够，对于某一搅拌
、
搅拌装置的分类
（一）依据搅拌器结构型式的不同分类r平桨式――桨r平直叶
过程，怎样的搅拌装置（型式及结构尺寸）是摄适宜的？
至少需要多大的动力才能最经济地完成这一过程？
还不能作出完全、准确地回答.口前在设计中主要要解决的问题是尽可能选择适宜的搅拌器型式及结构尺寸，并依据介质的选择性及已确
L折叶桨
广开启涡轮式叶折叶嘏轮式后弯叶
l锚式框式螺旋带式齿轮圆盘式其它改型式
r平直叶L后弯叶
推进式L圃盘涡轮T斗折叶
定的转速来求取需要的功率.即使这样.各种文献“j”中报道的关于搅拌功率的计算式或图表搅拌器型式的选择依据、以及其它工艺尺寸的计算式，都很零碎、不系统，且不完全一致，这样就给化工工艺设汁人员快速合理地确定搅拌型式、正确地计算搅拌功率，以致确定整个搅拌设
尽管搅拌器的型式多种多样，但最常用的有三种：
平直叶桨式、平直叶圆盘涡
备的_J二艺尺寸都带来很多不便.。
本文结合前人总结的计算公式及图表，进一
步将之
轮式和推进式，其主要参数与结构型式见表l
表l
常见搅拌器的结构型式及重要参数
S/dj:
IZ3n=IO0~5￣rpm
产生的作用主要为轴向流.循环速
推最大可达进n。
:
I500rpm
式V=3~l5m/s
度高.剪切力小
最大可选t
V一：
25m/s
洼：
丧1中特性参数一.来加注明的字母及代号的意义z――桨叶个数：
n――每分转速：
V――桨叶端点线进度；S――螺距。
一
2l一
对于带压操作过程，搅拌槽型式常选
（二）依据搅拌器在槽中安装形择椭筒形封头或90。
折边焊接椭圆盖的搅式的不同分类
闭广立式容器中心搅拌I拌I卜立式容器偏心搅拌
拌槽。
般情况下，搅拌槽多为开盖式，这样搅拌装置的安装检修及槽内其它作业都比较方便，但具体某一过程的搅拌槽做成一
lj器安『卜斗可卜固定变角度倾斜搅拌I装l}_旁人搅拌I形I卜底搅拌L卧式容器的搅拌各种安装形式都有其独特的效果，最常见的为立式容器的中心搅拌。
它具有结构简单、运行平稳等优点，本文讨论的主要内容为此类搅拌没备的问题。
开盖或焊接型式，可视具体情况而定.如
果搅拌槽的容积比较小（V2.5m）,为了满足搅拌装置的安装检修或槽内的清理、防腐及其它要求，应设置开盖型。
相反，搅拌槽很大，已设置了搅拌器的安装检修孔及槽内其它作业孔.即使制成盖型，盖的重量太大，操作亦很不易，这种情况下，应采用焊接盖的型式。
常用搅拌槽的选型可参见表2.
二、常用搅拌槽型式的选择及其主要结构尺寸的确定
（一）搅拌槽客积的确定搅拌槽全容积的确定，主要依据公称
（三）搅拌槽直径与高度的确定计算搅拌槽的直径与高度.首先要确定搅拌槽的高径比.这需要考虑三个方面的困索：
1.对搅拌功率的影响；2.过程特
容积（即操作时盛装物料的容积）及该物质的装填系数来进。
性对高径比的要求：
3
.占地面积与空间的要求（对技改工程此条件很蕈要）.我们知道，槽径与浆径之间有一定的
V’
（1）
式中
v――搅拌槽的全容积m;V。
――搅拌槽的公称容积m;
比例关系，搅拌槽眷积一定，高径比太小，则槽径增大，桨径也应随之增大，在固定转速的情况下，搅拌功率与浆径的5次方成正比“’,这样，随着槽径浆径的
“――
装填系数，一般取O.6~
085,对j易起泡或呈沸腾状态的介质可
取0.6~0.7;物料粘度较大，搅拌平稳的过程可取0.8~0.85。
扩大，搅拌功率也将随之增大。
除此之外，【地面积也会随之增大，设备过于粗
矮，也不美观。
相反，高径比过大，表面看起来搅拌功率是小了，其实不热，由于液体深度的增加，单层搅拌器已经不能满
（二）搅拌槽的结构选型搅拌槽的结构式主要取决j:
过程的作用、容积以及过程的其它工参数，如：
』K力，温度等
足过程的要求，故还需增加搅拌层数，这样功率非但没有减少多少，反而增加了搅拌装置的复杂程度，另外设备过于细高，要求空问高度大，也不年1J于操作与维修。
对f常操怍过程，可采用甲底平盖
或9O。
无折边焊接下盖的搅拌槽。
一
22一
在确定了全容积v及高径比H/D后，就可以汁算简体的直径和高度。
三、常用搅拌器的选择、结构尺寸及安装高度的确定迄今为止，怎样正确地选择某一搅拌过程所最适宜的搅拌型式，在很大程度上还取决于实验与经验，在缺乏实验数据的
对于平底搅拌机来说，筒体的直径可由下式计算厂■D#
（H/D1
_一
（2）
情况F,可依据介质粘度及槽内介质的容并将计算结果进行圆整，即得简体直径a
积来选择搅拌型式，参见图4及表4.
简体高度为Ⅳ:
一一l（31,D一
:
xDl立
莲轮式、
对于椭圆底或锥底的搅拌槽来说，由F圆柱简体下的小部分容积不知道，为
一
7一
l】
/0z
了便r汁算，在汁算简体直径时常忽略这部分容积，而仍采用
（2）式计算。
而圆整
哪0P.
（!
0"
计算结果时，尽量特D向下圆整.当得知D后，也就可以算出上述未知小体积的容积v~
这样筒体高度为（41
H=―――×D
图4搅拌型式与搅拌容量及介质粘度的关系
平直叶涡轮式1推进式
0.1~50一400
5￣000I
10~300
径向流I
●
lO0~1500I
轴向流
在一般情况F,推进式搅拌器耗能最少，因此，若此系统中没有特殊要求，最好选择推进式。
选择产生轴向流强烈的搅拌装置为宜.如：
推进式、折叶桨式或折叶涡轮式，因为在消耗同等功率的情况下，轴向流搅拌器比轻向流搅拌器能造成更太的流体循环量，这就是说，要达到同样的固体悬浮状
对r固体的悬浮过程，主要是对槽内液体的循环速度敏感，在一般情况_F,要
一
24一
态，采用轴向流搅拌器更经济.在另一类
;
（5）
分散搅拌操作中，如：
气体在液体中的分散吸收，及互不相溶的两液相的分散混合
式中
――转速d广一桨径
1/sm;
操作，搅拌效果主要取决于搅拌装置在流体中产生的剪切力的大小及其分布.在消耗同样的功率时，径向流装置比轴向流装
p――密度――
kg/m;kg/ms.
粘度
计算功率的公式、图表很多，而且很繁琐.将这些常用搅拌装置功率的计算式及图表进行归纳、拟合，使之成为多项式的形式（见表6）,这样运用起来就比较方便。
置能产生更强的流体剪切作用.如：
平直叶桨式及平直叶涡轮式等.桨径可参照下列参数确定：
对』平直叶桨式搅拌器，其桨径槽径比（d;/D）一般为：
di/D0.35~080
根据雷诺准数值，即可查出计算净搅拌功率的公式，带人数值进行计算，即可得单层桨净搅拌功率P的值.工艺专业确定电机功率可用下式：
=
对于平直ii}^圆盘涡轮式'
di/D
。
0.2~05
P
（6）
（以d./D=0.33居多）对于推进式dj/D==0.2~0.5
式中――减速能动装置的机械效率.将（6）式的计算结果，向上圆整到电机的功率系列即得电机的额定功率。
（以d。
/D=033居多）其它参数的确定见表1日对f单层桨叫的搅拌器.其桨¨I安装高度见表5。
五、搅拌设备的设计程序一
般情况下，搅拌设备的工艺设计计
表5桨叶的安装高度型式桨叶匝槽底高度H一‘备注
算程序为：
I.确定搅拌槽的全容积；2.根据介质性质、过程要求、搅拌槽
檠
式
1~I.5dJI~1.5djI/3H
常取HJ;d,常取HJ=d,H为槽高
的全容积及其它外部条件.确定搅拌槽的结构尺寸：
3依据过程的介质情况、工艺要求及搅拌槽的尺寸，确定搅拌器的型式、大小及安装高度；4.计算搅拌装置的净功率所需电机的额定功率；
锅生e式推进式
、
四、常用搅拌装置功率的计算在计算功率之前，首先计算搅拌过程的雷诺准数
5lr口]设备专业提出整体搅拌设备的条件表（条件表的内容，格式及条件
的提法，本文不予表述，可参阅其它资料）。
一
25―
表6
几种常用搅拌装置的净功率计算公式
\式\。
RE≤10揽拌氇式\、\名称结构尺寸参数直Z矗2叶d_|/D0.67N36R一‘。
一
IORo￣i03N=（o.00003IR:
0.0345R’
Rt10Ⅳl[0_4―0.000002（.一10￣0）3。
p
+3.942）。
浆式
‘p。
pn
b/d-0.I
d:
d:
直叶Z=6圆盘d./D正O.33.涡d:
L:
b一20:
5:
4
N
89R一‘。
N=（o00006R:
一
Ⅳ=[2―0.O0OO114（.一10￣0）3‘p‘n‘
0.
0677R+9.57）‘p‘。
‘p‘n。
4
轮式1
N:
40R一‘
N:
fO.000033IR
N
Co.5―0.0000022
推Z=3
一0.03697R.
+4.366）
（。
一1ooo）￣‘p
进s/dJ一1
式d./D一0.33
p’d:
pd:
d,_
注：
表中的计算公式是根据苏联Bac￣buoB等人研究的N。
一R。
算图拉合整理所得.
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