第二章 搅拌釜式反应器

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第二章 搅拌釜式反应器连续搅拌釜式反应器的特点和适用性： 1.温度易于控制，特别对高活化能的反应或强放热反应。由于连续搅拌釜 温度易于控制，特别对高活化能的反应或强放热反应。 式反应器的返混特征，便于控制在较低的反应速率下进行，从而消除过热点， 式反应器的返混特征，便于控制在较低的反应速率下进行，从而消除过热点， 达到等温操作。 达到等温操作。 2.对主反应级数比副反应级数低的平行反应系统，有利于提高反应选择性。 对主反应级数比副反应级数低的平行反应系统，有利于提高反应选择性。 3.适用于低反应速率、长停留时间的反应系统或某一反应组分在高浓度时 适用于低反应速率、 易引起的爆炸的场合。 易引起的爆炸的场合。 4.对某些自由基聚合反应，聚合物生长期比它在反应器内停留时间短，链 对某些自由基聚合反应，聚合物生长期比它在反应器内停留时间短， 的终止速率受自由基浓度控制，而它又与单体浓度成正比， 的终止速率受自由基浓度控制，而它又与单体浓度成正比，此时采用连续搅拌 釜使反应器能均匀地保持低的单体浓度，使其具有相对恒定的链终止速率， 釜使反应器能均匀地保持低的单体浓度，使其具有相对恒定的链终止速率，从 而获得较窄的分子量分布。 而获得较窄的分子量分布。

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第一节 搅拌釜的构型2.1.1 搅拌与混合 搅拌与混合是两个不同的概念， 搅拌与混合是两个不同的概念，搅拌是指使釜内物料形成某 种特定形式的运动，如在釜内作循环流动。 种特定形式的运动，如在釜内作循环流动。搅拌的着眼点在于釜内 物料的运动方式和激烈程度， 物料的运动方式和激烈程度，以及这种运动状态对给定过程的适应 性。某种单一相的物料只能是被搅拌而不是被混合。 某种单一相的物料只能是被搅拌而不是被混合。 混合是使物性不同的两种或两种以上物料产生均匀的分布。 混合是使物性不同的两种或两种以上物料产生均匀的分布。 混合的着眼点在于被混合物料所达到的均匀程度。 混合的着眼点在于被混合物料所达到的均匀程度。两种温度不同的 流体在釜内搅拌过程中就伴有不同物料的混合。 流体在釜内搅拌过程中就伴有不同物料的混合。搅拌作用的强弱和 效率常常用混合均匀程度及达到指定均匀程度所需时间来衡量。 效率常常用混合均匀程度及达到指定均匀程度所需时间来衡量。

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应用搅拌的化工过程有： 应用搅拌的化工过程有： 1.互溶液体的混匀； 互溶液体的混匀； 2.固体在液体中的悬浮； 固体在液体中的悬浮； 3.气-液接触； 液接触； 4.不互溶液体

的液-液接触； 不互溶液体的液-液接触； 5.传热； 传热； 6.化学反应。 化学反应。 在这些操作中进行搅拌的目的是 1.产生均匀的组成。 2.促进化学反应或物理过程的进行。除各类化学反应之外， 拌可 促进溶解、气体吸收、吸附、萃取和絮凝等操作。 3.改变物相关系。其中包括在液体中使气体分散，在萃取操作中 使不互溶的液体分散，在结晶过程中控制晶粒的成长等。

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2.1.2 搅拌槽 一般是直立的圆形槽，应避免采用锥形底，以防止形成液体停滞区或 使悬浮着的固体积聚。槽中液体深度与槽径比以1∶1为宜。 2.1.3 搅拌装置 搅拌装置通常由搅拌器和搅拌轴组成。搅拌器的型式很多， 搅拌装置通常由搅拌器和搅拌轴组成。搅拌器的型式很多，如桨 式，框式、锚式、推进器式和涡轮式搅拌器。使用搅拌器时，首要的 框式、锚式、推进器式和涡轮式搅拌器。使用搅拌器时， 工作是要确定搅拌器的型式，选型主要根据物料性质、 工作是要确定搅拌器的型式，选型主要根据物料性质、搅拌目的及各 种搅拌器的性能特征来进行。 种搅拌器的性能特征来进行。 1.按物料粘度选型 2.按搅拌目的选型

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(1)对于低粘度均相液体混合，要求达到微观混合 对于低粘度均相液体混合， 程度，已知均相液体的分子扩散速率很快， 程度，已知均相液体的分子扩散速率很快，控制因素 是宏观混合速率，亦即循环流量。 是宏观混合速率，亦即循环流量。 (2)对于非均相液-液分散过程，要求被分散的微 团愈小愈好，以增大接触面积，还要求液体涡流湍动 剧烈，以降低两相传质阻力。 (3)对于气-液分散过程，要求得到高分散度的 “气泡”,控制因素为剪切作用，其次是循环量。所 以可优先选择涡轮式搅拌器。 (4)对于固体悬浮操作，必须让固体悬浮于液体之 中，主要控制因素是总体循环流量。

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(5)对于固体溶解，除要有较大的循环流量外， 还要有较强的剪切作用，以促使固体溶解。因此， 开启式涡轮搅拌最适宜。 (6)对于结晶过程，往往需要控制晶体的形状和 大小。对于微粒结晶，要求有较强的剪切作用和较 大的循环量。所以应选择涡轮式搅拌器。对于粒度 较大的结晶，可选择浆式搅拌器。 (7)对于以传热为主的搅拌操作，控制因素为总 体循环流量和换热面的高速流动，因此，可选用涡 轮式搅拌器。

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2.1.4 叶轮1.轴向流叶轮 使液体在与叶轮轴平行方向上流动的叶轮称为轴向流叶轮。凡叶轮 使液体在与叶轮轴平行方向上流动的叶轮称为轴向流叶轮。 叶片与叶轮的旋转平面之间的夹角小于90° 叶片与叶轮的旋转平面之间的夹角小

于90°者，都是轴向流叶轮。其中 90 都是轴向流叶轮。 最常用的是标准的船用螺旋桨( 最常用的是标准的船用螺旋桨(图2-2a)。螺旋桨搅拌器有一种独特的使 2a)。 用方式，即从槽的侧壁插进槽内(2-2b), 用方式，即从槽的侧壁插进槽内(2-2b),使体积相当大的槽内的液体产 (2 生良好的循环流动， 生良好的循环流动，这种方式常用于使沉降速度低而且没有腐蚀性的纤 维状固体物料保持悬浮，对于大到15000米 维状固体物料保持悬浮，对于大到15000米3的汽油槽搅拌就是这类典型 15000 搅拌操作之一。在轴流式叶轮中， 搅拌操作之一。在轴流式叶轮中，还有风扇形涡轮或有两个倾斜叶片的 平桨( 平桨(图2-2c和d) 。 2c和

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图2-2 几种轴向流搅拌轮

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2.径向流叶轮

使液体在叶轮半径 和切线方向上流动的 叶轮则称为径向流叶 轮。径向流叶轮的叶 片对液体施以径向离 心力，液体在离心力 作用下沿叶轮的半径 方向流出并在槽内循 环。

图2-4 几种常用的径向流叶轮

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图2-1 轴向流叶轮与径向流叶轮

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3.平桨

平桨(图2-6)也属于 径向流叶轮，其结构简 单，叶片数目少，一般 是二片或四片。由于叶 片数目少，故排送液体 的能力低，为了产生更 大的排液量就必须加大 叶片的长度和宽度。

图2-6 平桨式搅拌轮

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2.1.5 搅拌槽中的打漩现象与挡板

1.打漩无论是轴向流叶轮还是径向流叶轮， 当置于槽的中心位置上搅拌粘度不太高 的液体时，只要叶轮的旋转速度足够高， 都会产生切向流动，严重时可使全部液 体沿着围绕搅拌器轴的圆形轨道团团转。 槽内液体在离心力作用下涌向器壁，使 周边部分的液面沿槽壁上升，中心部分 的液面自然下降，于是形成一个大漩涡 (图2-7)。 叶轮的旋转速度愈大，漩涡 的深度愈深。这种流动形态叫做 “打 漩”。

图2-7 打漩现象

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2.挡板 .对于大多数搅拌操作， 对于大多数搅拌操作，只有消除打漩现象才能得到满意的操 …… 此处隐藏：2942字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……