浅论反应釜搅拌器型式的选择

各类搅拌器的特点介绍及适用场合

各类搅拌器的特点介绍及适用场合搅拌器定义：使液体气体介质强迫对流并均匀混合的器件搅拌器的类型尺寸及转速，对搅拌功率在总体流动和湍流脉动之间的分配都有影响一般说来，涡轮式搅拌器的功率分配对湍流脉动有利，而旋桨式搅拌器对总体流动有利对于同一类型的搅拌器来说，在功率消耗相同的条件下，大直径低转速的搅拌器，功率主要消耗于总体流动，有利于宏观混合小直径高转速的搅拌器，功率主要消耗于湍流脉动，有利于微观混合搅拌器的放大是与工艺过程有关的复杂问题，至今只能通过逐级经验放大，根据取得的放大判据，外推至工业规模搅拌器可分为：一两叶桨式搅拌器二三叶桨式搅拌器三螺旋式搅拌器四框式搅拌器五开启涡轮式搅拌器六圆盘涡轮式搅拌器七螺杆螺带搅拌器八特殊用途搅拌器九搪瓷搅拌器十防腐搅拌器 1. 两叶桨式搅拌器的特点：两叶桨式搅拌器又分为：1）平叶桨式搅拌器2）对开平叶桨式搅拌器3）斜叶桨式搅拌器4）对开斜叶浆式搅拌器5）变截面折叶桨式搅拌器6）变截面双折叶桨式搅拌器7）变截面复合折叶桨式搅拌器此类搅拌器特点为：一般在层流状态下工作，适用于低粘度匀质调和均相溶解结晶或高娘度的大直径多层低速搅拌 2.三叶桨式搅拌器

三叶桨式搅拌器又分为：1）三直叶桨式搅拌器2）三斜叶桨式搅拌器3）三叶后弯式搅拌器4）三叶布尔玛金式搅拌器5）三叶后掠式搅拌器6）三叶螺旋式此类搅拌器特点为：轴流型有一定的轴向循环能力，低速时径向分流和径向分流高速时有一定的分散能力适用于溶解混合分散传热操作 3.螺旋式搅拌器此类搅拌器可以分为：1）变截面螺旋式搅拌器2）三叶推进式搅拌器3）三后叶螺旋式搅拌器4）四后叶螺旋式搅拌器5）四叶螺旋式搅拌器6）锯齿螺旋式搅拌器此类搅拌器特点是：此类搅拌器是一种应用范围广泛的轴流型高性能搅拌器，其排除性能好，剪切力低低速时呈对流循环状态，高速时呈湍流分散状态，较大的叶倾角和叶片扭曲度能使搅拌器在过渡流甚至湍流时也能达到较高的流动场，其排液能力比传统的推进式搅拌器提高30%适用于低粘度的混合溶解固体悬浮传热反应传质取结晶操作 4.框式搅拌器框式搅拌器分为：框式搅拌器锥底框式搅拌器平底框式搅拌器栅门式搅拌器此类搅拌器特点为：低速经流行，各种形式的框式搅拌器能适应各种几何形状的容器，搅拌时以水平环向为主，一般在层流状态下工作适用于低粘度液位任意变动或中高粘度的混合传热溶解非均匀的传质反应的操作 5.开启涡轮式搅拌器开启涡轮式搅拌器分为：1）四片平直叶开启涡轮式搅拌器2）六片平直叶开启涡轮式搅拌器3）四片锥叶开启涡轮式搅拌器4）四片斜叶开启涡轮式搅拌器5）六片斜叶开启涡轮式搅拌器6）四片弯叶开启涡轮式搅拌器7）六片弯叶开启涡轮式搅拌器8）六叶布尔玛金式搅拌器此类搅拌器特点为：轴流型有较好的的对流循环能力和湍流扩散能力，非常适合混合微黏结晶分散反应溶解悬浮传热操作 6.圆盘涡轮式搅拌器此搅拌器分为：1）六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器2）六片带孔平直叶圆盘涡轮式搅拌器3）六片斜叶圆盘涡轮式搅拌器4）六片后角斜叶圆盘涡轮式搅拌器5）六片弯叶圆盘涡轮式搅拌器6）六片箭叶圆盘涡轮式搅拌器7）六片弧叶圆盘涡轮式搅拌器8）六片直叶单向圆盘涡轮式搅拌器9）六片弯叶单向圆盘涡轮式搅拌器

搅拌反应釜的设计

1 绪论 1.1 反应釜概况搅拌设备是一种在一定容积的容器中，借助搅拌器向液相物料中传递必要的能量进行搅拌过程的化学反应设备。反应釜就是其中比较典型的一种，它适用于多种物性（如粘度、密度）和多种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等行业，是一种用以完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和中间体的许多其它工艺过程的反应设备。搅拌式反应釜有很大的通用性，由于搅拌可以把多种液体物料相混合，把固体物料溶解在液体中、将几种不互溶的液体制成乳浊液、把固体微粒搅浑在液体中制成悬浮液或在液相中析出结晶等，故搅拌反应釜可以在带有搅拌的许多物理过程中广泛的应用。同时在研究容器的结构方面，如容器形状、搅拌装置、传热部件等，搅拌式反应釜都具有代表性。在大多数设备中，反映釜是作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器，约占反应器总数的90%。其它如染料、医药、农药、油漆等设备的使用亦很广泛。有色冶金部门对全国有色冶金行业中的搅拌设备作了调查及功率测试，结果是许多湿法车间的动力消耗50%以上是用在搅拌作业上。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因为搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围广，又能适用于多样化的生产。搅拌式反应釜在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油的混合调整和精致，汽油添加四乙基铅等添加物而进行混合，使原料液或产品均匀化。化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。因为在石油工业中大量使用催化剂、添加剂，所以对于搅拌设备的需求量比较大。由于物料操作条件的复杂性、多样性、对搅拌

反应釜搅拌器选型方法规范

反应釜搅拌器选型方法规范反应釜搅拌器一个好的选型方法最好具备两个条件，一是选择结果合理，一是选择方法简便，而这两点却往往难以同时具备。由于液体的粘度对搅拌状态有很大的影响，所以根据反应釜内搅拌介质粘度大小来选型是一种基本的方法。几种典型的搅拌器都随粘度的高低而有不同的使用范围。随粘度增高的各种搅拌器使用顺序为推进式、涡轮式、浆式、锚式和螺带式等，这里对推进式的分得较细，提出了大容量液体时用低转速，小容量液体时用高转速。这个选型图不是绝对地规定了使用浆型的限制，实际上各种浆型的使用范围是有重叠的，例如浆式由于其结构简单，用挡板可以改善流型，所以在低粘度时也是应用得较普遍的。而涡轮式由于其对流循环能力、湍流扩散和剪切力都较强，几乎是应用最广的一种浆型。根据搅拌过程的目的与搅拌器造成的流动状态判断该过程所适用的浆型，这是一种比较合用的方法。由于苏联的浆型选择有其本国的习惯，所以与我国常用浆型并不尽相同。推荐浆型是把浆型分成快速型与慢速型两类，前者在湍流状态操作，后者在层流状态操作。选用时根据搅拌目的及流动状态来决定浆型及挡板条件，流动状态的决定要受搅拌介质的粘度高低的影响。其使用条件比较具体，不仅有浆型与搅拌目的，还有推荐的介质粘度范围、搅拌转速范围和槽的容量范围。提出的选型表也是根据反应釜搅拌的目的及搅拌时的流动状态来选型，它的优点还在于根据不同搅拌过程的特点划分了浆型的使用范围，使得选型更加具体。比较上述表可以看到，选型的根据和结果还是比较一致的。下面对其中几个主要的过程再作些说明。低粘度均相液体混合，是难度最小的一种搅拌过程，只有当容积很大且要求混合时间很短时才比较困难。由于推进式的循环能力强且消耗动力少，所以是最合用的。而涡轮式因其动力消耗大，虽有高的剪切能力，但对于这种混合的过程并无太大必要，所以若用在大容量液体混合时，其循环能力就不足了。

搅拌器型式2

搅拌器的分类搅拌器共分为十大类，分别为以下几种： 1、二叶浆式搅拌器 1）平直叶浆式PJ/PCJ 最基本的一种浆型，低速时以水平环流为主；高速时为径向流；有挡板时，为上下循环流。适用于低粘度液体的混合、均匀、调和、溶解、传热或结晶，或在高粘度下，一般在层流状态工作，采用多层大直径低速搅拌。 2）斜叶浆式XJ/ZJ 可制成24o、45o或60o倾角，有轴向和径向分流。 3）弧叶浆式HJ/HCJ 新开发的一种类型，可替代XJ、ZJ。在同等使用条件下，排出性能比XJ高30%，功率水平可持平。综合性能优于XJ。 4）双折叶浆式SCJ/CCJ

多段逆流型搅拌器，运行时促进液体形成较大的轴向循环，一般多层搅拌组合使用。特别适用于过渡流域下的混合、固液悬浮、液液分散、溶解、传热等。 5）复合折叶浆式FJ/FDJ 高效轴向流叶轮，在主叶片上增加了一个辅助叶片，该辅叶片能消除主叶片后端发生的流动剥离现象，使搅拌功率减少，同时在叶端能发生交叉的垂直分流、提高混合效果。适用于中、低粘度的混合、分散、传热。特别适用于大型灌槽的固液悬浮。 6）螺旋叶浆式AJ/ACJ 与罐体相适应的弧形叶片并与斜叶浆式组合，适用于中高粘度的混合、均质、传热、反应等。一般多层组合使用。具有双螺带浆的特点。 7）曲边斜叶式QJ

斜叶浆式的一种类型，浆底旋转面接近本容器的椭圆面，浆叶平面与旋转轴垂直面又称倾角45o，兼起刮板作用，多为低转速运行，可在过流或层流区操作。 8）菱臂孤叶BJ/BCJ 本搅拌器桨叶类型特别，是行业内专用搅拌，适用于漂洗、浸染类操作，多为低速范围层流操作。 9）花板孔式FJ/FCJ 左右两桨叶一高一低，不以轴对称，低速运转，层流状态下有较好的微观剪切效果，行业专用搅拌器。用于纤维物料的操作，也可用于摆动操作。 2、开启涡轮式搅拌器 1）平直叶开启涡轮PK/PKS/PCK/PKW

实验室搅拌器..

武汉轻工大学科研论文论文题目实验室搅拌器概述与原理姓名汪涛学号110309109 院（系）机械工程学院专业过程装备与控制工程指导教师万志华 2014年12 月25 日

摘要介绍了实验室用搅拌器--机械搅拌器和磁力搅拌器，对它们的组成和工作原理进行讲解，对比不同的搅拌器分析它们的的特点，简述各种搅拌器使用场合及使用注意事项。各种机械搅拌器的工作原理类似，根据它们的搅拌棒的不同，分为不同类型的搅拌器，应用的介质也不相同。磁力搅拌器利用了磁场和漩涡的原理进行工作，稳定方便，较为先进，需了解其使用方法及注意事项。因而，该研究对于提高人们对实验室搅拌器的认知具有重要意义。关键词机械搅拌器磁力搅拌器搅拌棒引言搅拌操作是化工反应过程的重要环节，其原理涉及流体力学、传热、传质及化学反应等多种过程，搅拌过程就是在流动场中进行动量传递或是包括动量、热量、质量传递及化学反应的过程。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。搅拌器选用得当，液团分割就越细小，使得混合的组分之间接触面不断增大，分子扩散速率增加，也即混合效果越好。在工程设计中，常用的搅拌器有推进式、涡轮式、框式以及螺带式等。众所周知，每一种搅拌器都不是万能的，只有在特定的应用范围内才是高效的。搅拌器也是有机化学实验必不可少的仪器之一，它可使反应混合物混合得更加均匀，反应体系的温度更加均匀，从而有利于化学反应的进行特别是非均相反应。目前,在实验室中使用的搅拌器主要是两种:机械搅拌器与磁力搅拌器。 1·机械搅拌器 1·1概述械搅拌器主要包括三部分：电动机、搅拌棒和搅拌密封装置。电动机是动力部分，固定在支架上，由调速器调节其转动快慢。搅拌棒与电动机相连，当接通电源后，电动机就带动搅拌棒转动而进行搅拌，搅拌密封装置是搅拌棒与反应器连接的装置，它可以使反应在密封体系中进行。搅拌的效率在很大程度上取决于搅拌棒的结构，。根据反应器的大小、形状、瓶口的大小及反应条件的要求，选择较为合适的搅拌棒。 1·2种类不同介质黏度的搅拌粘度系指流体对流动的阻抗能力，其定义为：液体以1cm/s的速度流动时，在每1cm2平面上所需剪应力的大小，称为动力粘度，以Pa·s为单位。粘度是流体的一种属性。流体在管路中流动时，有层流、过渡

反应釜搅拌器的种类与选择

反应釜搅拌器的种类与选择反应釜搅拌器一个好的选型方法最好具备两个条件，一是选择结果合理，一是选择方法简便，而这两点却往往难以同时具备。由于液体的粘度对搅拌状态有很大的影响，所以根据搅拌介质粘度大小来选型是一种基本的方法。几种典型的搅拌器都随粘度的高低而有不同的使用范围。随粘度增高的各种搅拌器使用顺序为推进式、涡轮式、浆式、锚式和螺带式等，这里对推进式的分得较细，提出了大容量液体时用低转速，小容量液体时用高转速。这个选型图不是绝对地规定了使用浆型的限制，实际上各种浆型的使用范围是有重叠的，例如浆式由于其结构简单，用挡板可以改善流型，所以在低粘度时也是应用得较普遍的。而涡轮式由于其对流循环能力、湍流扩散和剪切力都较强，几乎是应用最广的一种浆型。根据搅拌过程的目的与搅拌器造成的流动状态判断该过程所适用的浆型，这是一种比较合用的方法。由于苏联的浆型选择有其本国的习惯，所以与我国常用浆型并不尽相同。推荐浆型是把浆型分成快速型与慢速型两类，前者在湍流状态操作，后者在层流状态操作。选用时根据搅拌目的及流动状态来决定浆型及挡板条件，流动状态的决定要受搅拌介质的粘度高低的

影响。其使用条件比较具体，不仅有浆型与搅拌目的，还有推荐的介质粘度范围、搅拌转速范围和槽的容量范围。提出的选型表也是根据搅拌的目的及搅拌时的流动状态来选型，它的优点还在于根据不同搅拌过程的特点划分了浆型的使用范围，使得选型更加具体。比较上述表可以看到，选型的根据和结果还是比较一致的。下面对其中几个主要的过程再作些说明。低粘度均相液体混合，是难度最小的一种搅拌过程，只有当容积很大且要求混合时间很短时才比较困难。由于推进式的循环能力强且消耗动力少，所以是最合用的。而涡轮式因其动力消耗大，虽有高的剪切能力，但对于这种混合的过程并无太大必要，所以若用在大容量液体混合时，其循环能力就不足了。对分散操作过程，涡轮式因具有高剪切力和较大循环能力，所以最为合用，特别是平直叶涡轮的剪力作用比折叶和弯叶的剪力作用大，就更为合适。推进式、浆式由于其剪切力比平直叶涡轮式的小，所以只能在液体分散量较小的情况下可用，而其中浆式很少用于分散操作。分散操作都有挡板来加强剪切效果。固体悬浮操作以涡轮式的使用范围最大，其中以开启涡轮式为最好。它没有中间的圆盘部分，不致阻碍桨叶上下的液相混合，而且弯叶开启涡轮的优点更突出，它的排出性好、桨叶不易磨损，

实验1连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定

实验一连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定一、实验目的 (1) 加深对停留时间分布概念的理解； (2) 掌握测定液相停留时间分布的方法； (3) 了解停留时间分布曲线的应用。 (4)了解停留时间分布于多釜串联模型的关系，了解模型参数N 的物理意义及计算方法。 (5) 了解物料流速及搅拌转速对停留时间分布的影响。二、实验原理（1）停留时间分布当物料连续流经反应器时，停留时间及停留时间分布是重要概念。停留时间分布和流动模型密切相关。流动模型分平推流，全混流与非理想流动三种类型。对于平推流，流体各质点在反应器内的停留时间均相等，对于全混流，流体各质点在反应器内的停留时间是不一的，在0～∞范围内变化。对于非理想流动，流体各质点在反应器内的停留时间分布情况介乎于以上两种理想状态之间，总之，无论流动类型如何，都存在停留时间分布与停留时间分布的定量描述问题。（2）停留时间分布密度函数E (t ) 停留时间分布密度函数E (t )的定义：当物料以稳定流速流入设备（但不发生化学变化）时，在时间t =0时，于瞬时间dt 进入设备的N 个流体微元中，具有停留时间为t 到(t +dt )之间的流体微元量dN 占当初流入量N 的分率为E (t )dt ，即 ()=dN E t dt N (1) E (t )定义为停留时间分布密度函数。由于讨论的前提是稳定流动系统，因此，在不同瞬间同时进入系统的各批N 个流体微元均具有相同的停留时间分布密度，显然，流过系统的全部流体，物料停留时间分布密度为同一个E (t )所确定。根据E (t )定义，它必然具有归一化性质：

()1∞ =? E t dt （2）不同流动类型的E (t )曲线形状如图1所示。根据E (t )曲线形状，可以定性分析物料在反应器（设备）内停留时间分布。平推流全混流非理想流动图1 各种流动的E (t )～t 关系曲线图（3）停留时间分布密度函数E (t )的测定停留时间分布密度函数E (t )的测定，常用的方法是脉冲法。此法采用的示踪剂，既不与被测流体发生化学反应，又不影响流体流动特性，也就是说，示踪物在反应器（设备）内的停留时间分布与被测流体的停留时间分布相同。所以，当注入一定量Q 的示踪物时，经过t →(t +dt )时间间隔流出的示踪物量占示踪物注入总量Q 的分率就是与示踪物注入同时进入系统的物料中，停留时间为t →(t +dt )的那部分流体物料占总流体的物料的分率，即：亦即： ()()??=V C t dt E t dt Q 或 () ()?= V C t E t Q (3) V ——流体体积流量，(ml/s) Q ——加入的示踪物总量，(mg) C (t )——示踪物的出口浓度，(mg/ml)

搅拌器的搅拌功率的基本计算方法及影响因素

搅拌器的搅拌功率的基本计算方法及影响因素搅拌器向液体输出的功率P,按下式计算： P=Kd5N3ρ 式中K为功率准数，它是搅拌雷诺数Rej(Rej=d2Nρ/μ)的函数；d和N 分别为搅拌器的直径和转速；ρ和μ分别为混合液的密度和粘度。对于一定几何结构的搅拌器和搅拌槽,K与Rej的函数关系可由实验测定，将这函数关系绘成曲线，称为功率曲线（图7）。搅拌功率的基本计算方法理论上虽然可将搅拌功率分为搅拌器功率和搅拌作业功率两个方面考虑，但在实践中一般只考虑或主要考虑搅拌器功率，因搅拌作业功率很难予以准确测定，一般通过设定搅拌器的转速来满足达到所需的搅拌作业功率。从搅拌器功率的概念出发，影响搅拌功率的主要因素如下。 ①搅拌器的结构和运行参数，如搅拌器的型式、桨叶直径和宽度、桨叶的倾角、桨叶数量、搅拌器的转速等。 ②搅拌槽的结构参数，如搅拌槽内径和高度、有无挡板或导流筒、挡板的宽度和数量、导流筒直径等。 ③搅拌介质的物性，如各介质的密度、液相介质黏度、固体颗粒大小、气体介质通气率等。由以上分析可见，影响搅拌功率的因素是很复杂的，一

般难以直接通过理论分析方法来得到搅拌功率的计算方程。因此，借助于实验方法，再结合理论分析，是求得搅拌功率计算公式的惟一途径。由流体力学的纳维尔-斯托克斯方程，并将其表示成无量纲形式，可得到无量纲关系式（11-14）。 Np=P/ρN³dj5=f（Re，Fr）式中Np——功率准数 Fr——弗鲁德数，Fr=N²dj/g； P——搅拌功率，W。式（11-14）中，雷诺数反映了流体惯性力与粘滞力之比，而弗鲁德数反映了流体惯性力与重力之比。实验表明，除了在Re﹥300的过渡流状态时，Fr数对搅拌功率都没有影响。即使在Re﹥300的过渡流状态，Fr数对大部分的搅拌桨叶影响也不大。因此在工程上都直接把功率因数表示成雷诺数的函数，而不考虑弗鲁德数的影响。由于在雷诺数中仅包含了搅拌器的转速、桨叶直径、流体的密度和黏度，因此对于以上提及的其他众多因素必须在实验中予以设定，然后测出功率准数与雷诺数的关系。由此可以看到，从实验得到的所有功率准数与雷诺数的关系曲线或方程都只能在一定的条件范围内才能使用。最明显的是对不同的桨型，功率准数与雷诺数的关系曲线是不同的，它们的Np-Re关系曲线也会不同。

连续式反应釜结构和原理

连续式反应釜结构和原理本文由岩征仪器整理连续搅拌反应釜的基本结构如图：反应釜由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。筒体为通常为一圆柱形壳体，可以在罐内装入物料，他提供反应所需的空间，使物料在其内部进行化学反应；传热装置的作用是满足反应所需温度条件；搅拌装置包括搅拌器、搅拌轴等，是实现搅拌的工作部件；传动装置包括电动机、减速器、联轴器及机架等附件，它提供搅拌的动力；轴封装置是保证工作时形成密封条件，阻止介质向外泄漏的部件。连续搅拌反应釜的基本原理：在内层放入反应溶媒可做搅拌反应，夹层可通上不同的冷热源（冷冻液，热水或热油）做循环加热或冷却反应。通过反应釜夹层，注入恒温的（高温或低温）热溶媒体或冷却媒体，对反应釜内的物料进行恒温加热或制冷。同时可根据使用要求在常压或负压条件下进行搅拌反应。物料在反应釜内进行反应，并能控制反应溶液的蒸发与回流，反应完毕，物料可从釜底的出料口放出，操作极为方便。连续式反应釜的控制难点连续搅拌反应釜温度控制的难点主要反应在：

(1)复杂性、时滞性和非线性ls；a)化学反应的生产过程伴随着物理化学反应、生化反应、相变过程及物质和能量的转换和传递，因而是一个十分复杂的工业生产过程；b)所用反应釜容量大、釜壁厚，因此是一个热容量大、纯滞后时间长的被控对象；c)随着反应的进行，各传热媒体的传热系数成非线性变化，并且对各种外界环境的变化比较敏感；加上反应过程增益变化也会很大，甚至增益变化方向都是不一样的；而且，随着反应的进行，釜内固体颗粒增多，釜的传热系数也会随着发生不规则变化。 (2)难控性a)反应过程中，由于化学反应放热过程的复杂性和非线性，各传热媒体的传热系数成非线性变化，并对各种外部干扰的影响较敏感，使得控制有一定的难度；b)反应过程中如果热量移去不及时、不均匀，会使反应温度一直往上升，极易因局部过热而造成“飞温”现象，产生“爆聚”；反之，如果热量移去过多，会造成反应温度一直往下跌，造成反应熄灭。而聚合反应好坏的主要因素就是反应釜温度控制的好坏，温度的变化将直接影响产品的质量和产量，所以此过程的温度控制是重点也是难点；c)反应工艺以及反应设备的约束及外界环境对反应影响的不确定性因素也使得控制的难度增加。 (3)建模难反应过程化学反应机理较为复杂，尤其是聚合反应过程涉及物料、能量的平衡，反应动力学等，加上外界条件如原料纯度、催化剂类型、原料添加数量的变化、热水温度、循环冷却液流量的变化等对系统的影响较大，推导机理模型较为困难；又由于化

反应釜搅拌器选型指南

搅拌器的选型搅拌器是反应釜的重要组成部分，是一种广泛应用的操作单元，它的复杂性在于它的原理要涉及流体力学、传热、传质和化学反应等多种过程。一、搅拌器在化工生产中的用途化工生产的各种工艺过程涉及到各种不同特性的物料，各种不同的搅拌目的，所选的搅拌器不同，工艺过程种类多，搅拌的用途也多。 1、液体的互溶两种或多种液体的互溶、混合，但是均相液体的搅拌又应区分均相液体混合物中是否发生化学反应，对于没有化学反应的情况，通常称为互溶液体的调和或调匀。对于两种或数种互溶液体间存在化学反应的情形，为了加速反应或使反应完全，也应进行搅拌。 2、互不相容液体的分散这种操作目的是互不相溶的液体相互接触，相互充分分散，以有利于传质或换学反应，或制备悬浊液和乳化液。搅拌的作用是使液滴细化，增大相对接触面积。 3、气液相的接触这种搅拌使气体成为细微气泡，在液相中均匀分散，形成稳定的分散质，或增强液体吸收气体，或加快气液相发展化学反应等。 4、固液相的分散顾叶祥的搅拌用途较广，有时是制备均匀悬浮液，有时是固体的溶解，有时是固液相间发生化学反应，有时是固相在液体中洗涤，有时是从饱和液体中析出晶体等。 5、加强传热有些液体反应的时候需要加热或者冷却，通过搅拌提高液体的传热速度或者使液体的温度更均匀。二、搅拌器的形式搅拌过程对搅拌器的要求各有不同，搅拌过程的情况千差万别，使搅拌器的形式也多种多样，下面是几种常用的搅拌器：

1、推进式搅拌器推进式搅拌器常用整体铸造，加工方便，结构类似于轮船的螺旋推进器，常有三片桨叶组成。推进式搅拌器直径取反应釜内经的1/4～ 1/3，切向线速度可达5～15m/s，转速为300～ 600rpm，最高转速可达1750rpm。一般说小直径取高转速，大直径取低转速。搅拌时能使物料在反应釜内循环流动，所起的作用以容积循环为主，剪切作用小，上下翻腾效果好，但采用挡板或者导流筒则轴向循环更强。 2、桨式搅拌器桨式搅拌器是一种结构和加工都非常简单的搅拌器，共两片桨叶，桨叶安装形式可分为平直叶和折叶两种，平直叶就是叶面与旋转方向互相垂直，折叶则是叶面与旋转方向呈一定的倾斜角度。桨式搅拌器直径取反应釜内经的1/3～4/5，一般取1/2，不宜采用太长的桨叶，因为搅拌器消耗的功率与桨叶直径的五次方成正比。桨式搅拌器的运转速度较慢，转速一般为20～80rpm，圆周速度在1.5～3m/s 范围内比较合适。平直叶搅拌器其低速时以水平环向流为主，速度高时为径流型；有挡板时为上下循环流；折叶搅拌器有轴向分流、径向分流和环向分流，一般在层流、过度流状态时操作。在料液层比较高的情况下，装有几层桨叶，相邻两层桨叶常交叉成90°角安装。在一般情况下，几层桨叶安装位置如下：一层安装在下封头对接环焊缝高度处；二层的话，一层安装在下封头对接环焊缝高度处；另一层安装在下封头对接环焊缝与液面的中间的二分之一处或者稍高处；三层的话，一层安装在下封头对接环焊缝高度处，另一层安装在液面下约200mm处，中间再安装一层。

连续搅拌反应釜系统的设计与仿真

吉林化工学院毕业设计说明书连续搅拌反应釜系统的控制器设计与仿真Controller Design and Simulation for CSTR 学生学号：11510210 学生姓名：严新宇专业班级：自动1102 指导教师：王野职称：工程师起止日期：2015.03.09～2015.06.26 吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology

吉林化工学院信控学院毕业设计说明书摘要连续搅拌反应釜（CSTR）是发酵、化工、石油生产、生物制药等工业生产过程中应用最广泛的一种化学反应器，其控制质量直接影响到生产的效益和质量指标。对连续搅拌反应釜通过控制内部的工艺参数，如温度、压力、浓度等稳定，保证反应的正常运行。本文针对连续搅拌反应釜的数学模型，应用泰勒展开得到了线性状态空间表达式，在此基础上设计了LQR控制器，仿真结果表明，控制效果令人满意。本设计将CSTR的非线性动态模型进行了输入输出线性化，得到CSTR线性状态空间模型。设计出连续搅拌反应釜的极点配置控制器并对系统进行仿真。设计出连续搅拌反应釜的LQR控制器并对其系统进行仿真。并对两种控制方法的控制效果进行了比较。关键词：连续反应搅拌釜；LQR控制器；MATLAB仿真 I

连续搅拌反应釜系统的控制器设计与仿真 Abstract Continuous stirred tank reactor (CSTR) is the most widely used in fermentation, chemical engineering, petroleum production, bio pharmaceutical and other industrial production process as a chemical reactor, control the quality directly affect the production efficiency and quality index. For continuous stirred tank reactor by controlling the process parameters, such as temperature, pressure, concentration and so on, ensure the normal operation of the reaction. In this paper, based on a continuous stirred reactor mathematical model, the application of Taylor expansion is obtained for the linear state space representation, on this basis, design the LQR controller. Simulation results show that the control effect is satisfactory. In this paper, the nonlinear dynamic model of CSTR is linearized, and the CSTR linear state space model is obtained. The pole assignment controller for continuous stirred tank reactor was designed and the simulation of the system was carried out. The LQR controller of the continuous stirred tank reactor is designed and the system is simulated. The control effect of the two control methods is compared. Key Words: Continuous Stirred Tank; LQR Controller; MATLAB Simulation II

搅拌器及其选型

小直径高转速搅拌机的选型及使用目前在SW中国的几个工厂使用最多的搅拌设备是小直径高转速搅拌机。其中尤其以涡轮式搅拌器（齿式叶片）为主，推进式搅拌器（桨状叶片）为辅，其他形式的叶片就更少了。现仅以前二种搅拌机为例，互相学习探讨一下相关的问题。一、搅拌搅拌是使釜（或槽）内物料形成某种特定方式的运动（通常为循环流动）。搅拌注重的是釜内物料的运动方式和剧烈程度，以及这种运动状况对于给定过程的适应性。

二．小直径高转速搅拌机1.种类：（1）。推进式搅拌器（2）。涡轮式搅拌器

(1)推进式搅拌器（旋桨式搅拌器）其叶轮直径较小，通常仅为釜直径的0.2~0.5倍，但转速较高，可达 100~500r/min。叶片端部的圆周速度较大，可达5~15m/s。工作原理：工作时，推进式搅拌器如同一台无外壳的轴流泵，高速旋转的叶轮使液体作轴向和切向运动。液体的轴向分速度使液体沿轴向向下流动，流至釜底时再沿釜壁折回，并重新返回旋桨入口，从而形成如图3-3所示的总体循环流动，起到混合液体的作用。液体的切向分速度使液体在容器内作圆周运动，这种圆周运动使釜中心处的液面下凹，釜壁处的液面上升，从而使釜的有效容积减小。下凹严重时桨叶的中心甚至会吸入空气，便搅拌效果急剧下降。当釜内物料为液-液或液-固多相体系时，圆周运动还会使物料出现分层现象，

起着与混合相反的作用，故应采取措施抑制釜内物料的圆周运动。推进式搅拌器的特点是液体循环量较大，但产生的湍动程度不高，常用于低黏度( <2Pa·s)液体的反应、混合、传热以及固液比较小的溶解和悬浮等过程。 (2)涡轮式搅拌器（齿状叶片为例）该搅拌器有多种型式。大部分盘状叶片都属此类（如齿状叶片）其叶轮直径亦较小，通常也仅为釜径的0.2~0.5倍，转速可达10 ~ 500 r/min，叶端圆周速度可达4~ 10m/s。

反应釜、搅拌器的选型参考

反应釜、搅拌器的选型参考反应釜是工业生产中必不可少的设备，它是可以适应物理或化学反应的容器，也叫做反应器，通过对反应釜结构的设计，从而实现生产过程中：加热、蒸发、冷却、低高速的混配功能。目前反应釜广泛适用于：农药、化工、医药、食品、橡胶、石油等行业中，用来完成硫化、硝化、氢化、聚合、缩合等工艺过程，材质多为：不锈钢、钛、碳锰钢及其他复合材料。很多采购者在选择反应釜是不知道该选择哪种类型的反应釜，为方便大家对反应釜有一个初步系统的认识，我们给大家总结了一下反应釜的分类及其适用条件。【反应釜选型】按照材质分类：

【反应搅拌器的选择】由于反应釜内溶液的粘稠度不同，对搅拌状态有很大的影响，我们根据反应釜内搅拌介质的粘稠程度来选择搅拌器是一种基本方法。随着溶液粘稠度从低到高，适用的搅拌器类型顺序为：推进式、涡轮式、桨式、锚式和螺带式等。推进式 (1)小的搅拌功率，能获得较好的搅拌效果。（温度均匀，在低浓度固止淤泥沉降等。

涡轮式是一种应用范围较广的搅拌器，能处理粘度范围很广的流体。涡轮在旋转时造成高度湍动的径向流动，适用于气体及不互溶液体的分散和液液相反应过程。力，可使流体微团分散的很细，适用于低粘度到中等粘度流体的混合、液以及促进良好的传热、传质和化学反应。

在同样排量下，折叶氏比平叶式的功耗少，操作费用低，故轴流桨叶使用较多。流体的上下交换，代替价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。锚式适用于粘度在体搅拌，当流体粘度在 10~100Pa·s 加一横桨叶，即为框式搅拌器，以增加容器中的混合。螺带式螺带式搅拌器通常是在层流状态下操作，专门用于搅拌高粘度液体体大家在选择反应釜时一定要根据实际生产工况来进行选择，多对比，多查阅资料，选择最适合自己的设备。

如何选择合适的搅拌器

如何选择合适的搅拌器搅拌装置的设计选型与搅拌作业目的紧密结合。各种不同的搅拌过程需要由不同的搅拌装置运行来实现，在设计选型时首先要根据工艺对搅拌作业的目的和要求，确定搅拌器型式、电动机功率、搅拌速度，然后选择减速机、机架、搅拌轴、轴封等各部件。共具体步骤方法如下： 1.按照工艺条件、搅拌目的和要求，选择搅拌器型式，选择搅拌器型式时应充分掌握搅拌器的动力特性和搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态与各种搅拌目的的因果关系。 2.按照所确定的搅拌器型式及搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态，工艺对搅拌混合时间、沉降速度、分散度的控制要求，通过实验手段和计算机模拟设计，确定电动机功率、搅拌速度、搅拌器直径。 3.按照电动机功率、搅拌转速及工艺条件，从减速机选型表中选择确定减速机机型。如果按照实际工作扭矩来选择减速机，则实际工作扭矩应小于减速机许用扭矩。 4.按照减速机的输出轴头d和搅拌轴系支承方式选择与d相同型号规格的机架、联轴器 5.按照机架搅拌轴头do尺寸、安装容纳空间及工作压力、工作温度选择轴封型式 6.按照安装形式和结构要求，设计选择搅拌轴结构型式，并校检其强度、刚度。

如按刚性轴设计，在满足强度条件下n/nk≤0.7 如按柔性轴设计，在满足强度条件下n/nk>=1.3 7.按照机架的公称心寸DN、搅拌轴的搁轴型式及压力等级、选择安装底盖、凸缘底座或凸缘法兰 8.按照支承和抗振条件，确定是否配置辅助支承。在以上选型过程中，搅拌装置的组合、配置可参考(搅拌装置设计选择流程示意图)，配置过程中各部件之间连接关键尺寸是轴头尺寸，轴头尺寸一致的各部件原则上可互换、组合。

反应釜搅拌器种类与选择

反应釜搅拌器种类与选择反应釜搅拌器一个好的选型方法最好具备两个条件，一是选择结果合理，一是选择方法简便，而这两点却往往难以同时具备。由于液体的粘度对搅拌状态有很大的影响，所以根据搅拌介质粘度大小来选型是一种基本的方法。几种典型的搅拌器都随粘度的高低而有不同的使用范围。随粘度增高的各种搅拌器使用顺序为推进式、涡轮式、浆式、锚式和螺带式等，这里对推进式的分得较细，提出了大容量液体时用低转速，小容量液体时用高转速。这个选型图不是绝对地规定了使用浆型的限制，实际上各种浆型的使用范围是有重叠的，例如浆式由于其结构简单，用挡板可以改善流型，所以在低粘度时也是应用得较普遍的。而涡轮式由于其对流循环能力、湍流扩散和剪切力都较强，几乎是应用最广的一种浆型。根据搅拌过程的目的与搅拌器造成的流动状态判断该过程所适用的浆型，这是一种比较合用的方法。由于苏联的浆型选择有其本国的习惯，所以与我国常用浆型并不尽相同。推荐浆型是把浆型分成快速型与慢速型两类，前者在湍流状态操作，后者在层流状态操作。选用时根据搅拌目的及流动状态来决定浆型及挡板条件，流动状态的决定要受搅拌介质的粘度高低的影响。其使用条件比较具体，不仅有浆型与搅拌目的，还有推荐的介质粘度范围、搅拌转速范围和槽的容量范围。提出的选型表也是根据搅拌的目的及搅拌时的流动状态来选型，它的优点还在于根据不同搅拌过程的特点划分了浆型的使用范围，使得选型更加具体。比较上述表可以看到，选型的根据和结果还是比较一致的。下面对其中几个主要的过程再作些说明。低粘度均相液体混合，是难度最小的一种搅拌过程，只有当容积很大且要求混合时间很短时才比较困难。由于推进式的循环能力强且消耗动力少，所以是最合用的。而涡轮式因其动力消耗大，虽有高的剪切能力，但对于这种混合的过程并无太大必要，所以若用在大容量液体混合时，其循环能力就不足了。对分散操作过程，涡轮式因具有高剪切力和较大循环能力，所以最为合用，特别是平直叶涡轮的剪力作用比折叶和弯叶的剪力作用大，就更为合适。推进式、浆式由于其剪切力比平直叶涡轮式的小，所以只能在液体分散量较小的情况下可用，而其中浆式很少用于分散操作。分散操作都有挡板来加强剪切效果。固体悬浮操作以涡轮式的使用范围最大，其中以开启涡轮式为最好。它没有中间的圆盘部分，不致阻碍桨叶上下的液相混合，而且弯叶开启涡轮的优点更突出，它的排出性好、桨叶不易磨损，所以用于固体悬浮操作更我合适。推进式的使用范围较窄，固液比重差大或固液比在50％以上时不适用。使用挡板时，要注意防止固体颗粒在挡板角落上的堆积。一般固液比较低时，才用挡板，而折叶开启涡轮、推进式都有轴向流，所以也可以不用挡板。气体吸收过程以圆盘式涡轮最合适，它的剪切力强，而且圆盘的下面可以存住一些气体，使气体的分撒更平稳，而开启涡轮就没有这个优点。浆式及推进式对气体吸收过程基本上不合用，只有在少量以吸收的气体要求分散度不高时还能应用。

立式搅拌反应釜设计

立式搅拌反应釜工艺设计 1. 推荐的设计程序 1.1 工艺设计 1、做出流程简图； 2、计算反应器体积； 3、确定反应器直径和高度； 4、选择搅拌器型式和规格； 5、按生产任务计算换热量； 6、选定载热体并计算K 值； 7、计算传热面积； 8、计算传热装置的工艺尺寸； 9、计算搅拌轴功率； 1.2 绘制反应釜工艺尺寸图 1.3 编写设计说明书 2. 釜式反应器的工艺设计 2.1 反应釜体积的计算 2.1.1 间歇釜式反应器 V a =V R /φ （2-1） V D =F v (t+t 0) （2-2）式中 V a —反应器的体积，m 3； V R —反应器的有效体积，m 3。 V D —每天需要处理物料的体积，m 3。 F v —平均每小时需处理的物料体积，m 3/h ； t 0 —非反应时间，h ； t —反应时间，h ； ? =A x R A A A V r dx n t 0 （2-3）等温等容情况下 ? =A x A A A r dx C t 0 0 （2-4）

对于零级反应 A A x k C t 0 = （2-5）对一级反应 A x k t -= 11ln 1 （2-6）对二级反应 2A →P ；A+B →P （C A0=C B0） () A A A x kC x t -= 100 （2-7）对二级反应 A+B →P ()A B A B x x C C k t ---= 11ln 100 （2-8） φ—装料系数，一般为0.4～0.85，具体数值可按下列情况确定：不带搅拌或搅拌缓慢的反应釜 0.8～0.85；带搅拌的反应釜 0.7～0.8；易起泡沫和在沸腾下操作的设备 0.4～0.6。 2.2反应器直径和高度的计算在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的长径比(H/D)，以确定罐体直径和高度。长径比的确定通常采用经验值，即2-1 表2-1 罐体长径比经验表在确定了长径比和装料系数之后，先忽略罐底容积，此时 ??? ? ??≈ ≈ i i i D H D H D V 32 44 π π （2-9）选择合适的高径比，将上式计算结果圆整成标准直径。椭圆封头选择标准件，其内径与筒体内径相同。可参照《化工设备机械基础课程设计指导书》的附录查找。通过式（2-10）得出罐体高度。 π 4 2?-= i D V V H 封（2-10）其中 V 封——封头容积，m 3

搅拌器的工作原理

搅拌器的工作原理搅拌器是使液体、气体介质强迫对流并均匀混合的器件。搅拌器的类型、尺寸及转速，对搅拌功率在总体流动和湍流脉动之间的分配都有影响。一般说来，涡轮式搅拌器的功率分配对湍流脉动有利，而旋桨式搅拌器对总体流动有利。对于同一类型的搅拌器来说，在功率消耗相同的条件下，大直径、低转速的搅拌器，功率主要消耗于总体流动，有利于宏观混合。小直径、高转速的搅拌器，功率主要消耗于湍流脉动，有利于微观混合。搅拌器的放大是与工艺过程有关的复杂问题，至今只能通过逐级经验放大，根据取得的放大判据，外推至工业规模。不同介质黏度的搅拌粘度系指流体对流动的阻抗能力，其定义为：液体以1cm/s的速度流动时，在每1cm2平面上所需剪应力的大小，称为动力粘度，以Pa?s为单位。粘度是流体的一种属性。流体在管路中流动时，有层流、过渡流、湍流三种状态，搅拌设备中同样也存在这三种流动状态，而决定这些状态的主要参数之一就是流体的粘度。在搅拌过程中，一般认为粘度小于5Pa?s的为低粘度流体，例如：水、蓖麻油、饴糖、果酱、蜂蜜、润滑油重油、低粘乳液等;5-50Pa?s的为中粘度流体，例如：油墨、牙膏等;50-500Pa?s的为高粘度流体，例如口香糖、增塑溶胶、固体燃料等;大于500Pa?s的为特高粘流体例如：橡胶混合物、塑料熔体、有机硅等。对于低粘度介质，用小直径的高转速的搅拌器就能带动周围的流体循环，并至远处。而高粘度介质的流体则不然，需直接用搅拌器来推动。适用于低粘和中粘流体的叶轮有桨式、开启涡轮式、推进式、长薄叶螺旋桨式、圆盘涡轮式、布鲁马金式、板框桨式、三叶后弯式、MIG式等。适用于高粘和特高粘流体的叶轮有螺带式叶轮、螺杆式、锚式、框式、螺旋桨式等。有的流体粘度随反应进行而变化，就需要用能适合宽粘度领域的叶轮，如泛能式叶轮等。搅拌器的类型主要有下列几种： 1.旋桨式搅拌器由2～3片推进式螺旋桨叶构成，工作转速较高,叶片外缘的圆周速度一般为5～15m/s。旋桨式搅拌器主要造成轴向液流，产生较大的循环量，适用于搅拌低粘度（<2Pa·s）液体、乳浊液及固体微粒含量低于10%的悬浮液。搅拌器的转轴也可水平或斜向插入槽内，此时液流的循环回路不对称，可增加湍动，防止液面凹陷。 2.涡轮式搅拌器

机械搅拌器的分类及应用

机械搅拌器的分类及应用 (1)按流体形式可分为：轴向流搅拌器、径向流搅拌器和混合流搅拌器。 (2)按搅拌器叶面结构可分为：平叶式搅拌器、折叶式搅拌器及螺旋面叶式搅拌器。其中，具有平叶和折叶结构的搅拌器有桨式、涡轮式、框式和锚式搅拌器等，推进式、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶结构。 (3)按搅拌用途可分为：低黏度流体用搅拌器和高黏度流体用搅拌器。其中，低黏度流体用搅拌器主要有推进式、长薄叶螺旋桨式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、布鲁马金式、板框式、三叶后弯式、MIG型和改进MIG型等。高黏度流体用搅拌器主要有锚式、框式、锯齿圆盘式、螺旋桨式、螺带式（单缧带式、双螺带式）和螺旋-螺带式搅拌器等。桨式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在搅拌反应设备中应用最为广泛，据统计，占搅拌器总数的75%~80%。 A桨式搅拌器 (1)特点。桨式搅拌器的结构最简单。叶片用扁钢制成，焊接或用螺栓固定在轮毂上，叶片数是2、3或4片，叶片形式可分为直叶式和折叶式两种。 (2)应用。液-液体系中，桨式揽拌器用于防止分离、使罐的温度均一；固-液系中，多用于防止固体沉降。其主要用于流体的循环，也用于高黏度流体揽祥，促进流体的上下交换，代替价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。但不能用于以保持气体和以细微化为目的的气-液分散操作中。 B推进式搅拌器 (1)特点。标准推进式搅拌器有三瓣叶片。其螺距与桨叶直径相等。它的桨叶直径较小，叶端速度一般为7~l0m/S，最高达15m/S。搅拌时流体由桨叶上方吸入，从桨叶下方以圆筒状螺旋形排出，流体至容器底后再沿壁面返至桨叶上方，形成轴向流动。流体的湍流程度不高，循环量大，推进式搅押器的结构简单，制造方便。容器内装挡板，搅拌轴采用偏心安装，搅拌器可倾斜，可防止漩涡形成。 (2)应用。在黏度低、流量大的场合，用较小的搅拌功率，能获得较好的搅拌效果。主要用于液-液体系混合，使温度均匀；在低浓度固-液体系中，可防止淤泥沉降等。 C涡轮式搅拌器 (1)特点。涡轮式搅拌器又称透平式叶轮，是应用较广的一种搅拌器，能有效地完成几乎所有的搅拌操作，并能处理黏度范围很广的流体。 (2)应用。涡轮式搅拌器有较大的切应力，可使流体微团分散得很细，适用于低黏度到中等黏度流体的混合、液-液分散、液-固悬浮等场合，此外，还可以促进良好的传热、传质和化学反应。 D锚式搅拌器 (1)特点。锚式搅拌器结构简单。适用流体搅拌.可在锚式桨叶中间加一个框式桨叶，即为框式搅拌器，以增加容器中部的混合。易得到大的表面传热系数，可以减少“挂壁”的产生。中国冶金行业网 (2)应用。锚式或框式桨叶的混合效果并不理想，只适用于对混合要求不太高的场合。由于锚式搅拌器在容器壁附近的流速比其他搅拌器大，能得到大的表面传热系数，故常用于传热、析晶操作；此外，也常用于高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌。