PPT《8.2 机械搅拌反应器》

2、3或4 片,叶片形式可分为平直叶式和折叶式两种. 图8―23桨式搅拌器 表8-5 桨式搅拌器常用参数 折叶式有轴向、径向和环向分流作用 折叶式θ=45°,60° 当d/D=0.9以上,并设置多层桨叶时,可用于高粘度液体的低速搅拌.在层流区操作,适用的介质粘度可达100Pa・s,v=1.0~3.0m/s 低转速时水平环向流为主;

转速高时为径向流;

有挡板时为上下循环流 小于2Pa・s 折叶式有轴向、径向和环向分流作用 d/D=0.35~0.8b/d=0.1~0.25Bn=2 备注 流动状态 常用介质粘度范围 常用运转条件 常用尺寸 注:n-转速;

v-叶端线速度;

Bn-叶片数;

d-搅拌器直径;

D-容器内径:θ-折叶角. 推进式搅拌器(又称船用推进器)常用于低粘流体中. 标准推进式搅拌器有三瓣叶片,其螺距与桨直径d相等.它直径较小,d/D=1/4~1/3,叶端速度一般为 7~10 m/s,最高达15 m/s. 图8―24推进式搅拌器 表8-6推进式搅拌器常用参数 最高转速可达1750r/min:最高叶端线速度可达25m/s.转速在500r/min以下,适用介质粘度可达50Pa.s 轴流型,循环速率高,剪切力小.采用挡板或导流筒则轴向循环更强 小于2Pa・s n=100~500r/minv=3~15m/s d/D=0.2~0.5(以0.33居多)p/d=1,2Bn=2,3,4(以3居多)p-螺距 备注 流动状态 常用介质粘度范围 常用运转条件 常用尺寸 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,并能处理粘度范围很广的流体. 图8―25 涡轮式搅拌器 表8-7 涡轮式搅拌器常用参数 小于50Pa・s,折叶和后弯叶小于10Pa・s n=10~300r/minv=4~10m/s折叶式v=2~6m/s d:l:b=20:5:4d/D=0.2~0.5(以0.33居多)Bn=4,6,8θ=45°,60°?=45° 盘式涡轮 最高转速可达600r/min圆盘上下液体的混合不如开式涡轮 平直叶、后弯叶为径向流型.在有挡板时以桨叶为界形成上下两个循环流.折叶的还有轴向分流,近于轴流型 小于50Pa・s,折叶和后弯叶小于10Pa・s n=10~300r/minv=4~10m/s折叶式v=2~6m/s d/D=0.2~0.5(以0.33居多)b/d=0.2Bn=,3,4,6,8(以6居多)折叶式θ=30°,45°,60°后弯式?=30°,50°,60°?后弯角 开式涡轮 备注 流动状态 常用介质粘度范围 常用运转条件 常用尺寸 型式 结构简单.适用于粘度在100Pa・s以下的流体搅拌,当流体粘度在10~100Pa・s时,可在锚式桨中间加一横桨叶,即为框式搅拌器,以增加容器中部的混合. 图8―26 锚式搅拌器 为了增大搅拌范围,可根据需要在桨叶上增加立叶和横梁 不同高度上的水平环向流 小于100Pa・s n=1~100r/minv=1~5m/s d/D=0.9~0.98b/D=0.1h/D=0.48-1.0 备注 流动状态 常用介质粘度范围 常用运转条件 常用尺寸 表8-8 锚式搅拌器常用参数 选用时除满足工艺要求外,还应考虑功耗低、操作费用省,以及制造、维护和检修方便等因素. 搅拌器选型依据 搅拌目的 物料粘度 搅拌容器容积的大小 ㈢搅拌器的选型 仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表8-9. ⒈按搅拌目的选型: 湍流(低粘流体) 三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、桨式、圆盘涡轮式、推进式 有挡板 液―液相分散(互溶的液体)及在其中强化传质和进行化学反应 层流(高粘流体) 螺带式、螺杆式、锚式 有或无导流筒 三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式 有导流筒 湍流(低粘流体) 桨式、六叶折叶开启式涡轮 有或无挡板 固―液相分散及在其中溶解和进行化学反应 层流(高粘流体) 桨式、螺杆式、框式、螺带式、锚式 有或无导流筒 三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式 有导流筒 湍流(低粘流体) 三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、桨式、圆盘涡轮 无挡板 互溶液体的混合及在其中进行化学反应 流动状态 推荐形式 挡板条件 搅拌目的 表8-9 搅拌目的与推荐的搅拌器形式 锚式、螺带式 无导流筒 层流(高粘流体) 螺杆式 有导流筒 三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式 有导流筒 三叶折叶涡轮 有反射物 湍流(低粘流体) 圆盘涡轮、闭式涡轮 有挡板 气―液相分散及在其中强化传质和进行化学反应 层流(高粘流体) 螺带式、螺杆式、锚式 有或无导流筒 三叶折叶涡轮、六叶折叶开启涡轮、推进式 有导流筒 三叶折叶涡轮 有反射物 湍流(低粘流体) 圆盘涡轮、六叶折叶开启涡轮 有挡板 液―液相分散(不互溶的液体)及在其中强化传质和进行化学反应 表8-9 搅拌目的与推荐的搅拌器形式(续) ⒉按搅拌器型式和适用条件选型: 表8-10 推进式搅拌器――用于低粘度流体的混合,循环能力强,动力消耗小,可应用到很大容积的搅 拌容器中. 桨式搅拌器 ――结构简单,在小容积的流体混合中应 用较广,对大容积的流体混合,循环 能力不足. 涡轮式搅拌器――应用范围较广,各种搅拌操作都适用,但流体粘度不宜超过50Pa・s. 锚式、螺杆式、螺带式――适用于高粘流体的混合. 表8-10 搅拌器型式和适用条件 注:有者为可用,空白者不详或不合用 ㈣生物反应物料特性及搅拌器 ⒈生物反应器特点: ⑴都是在多相体系中进行的.气―液―固三相, 即空气或CO2等气体产物、液态培养基和生物细胞及其载体颗粒,如青霉素、链霉素、头孢菌素等医药产品.大多数生物颗粒对剪切力非常敏感.剪切作用可能影响细胞的生成速率和组成 比例,因此对搅拌产生的剪切力要控制在 一定的范围内. 生物反应器中常常采用机械搅拌式反应器 ⑶大多数微生物发酵需要氧气. 氧气对需氧菌的培养至关重要,只要短暂缺氧,就会导致 菌体的失活或死亡.而氧在水中溶解度极低,因此氧气的 供应就成为十分突出的问题. ⒉生物反应搅拌过程要求:打碎空气气泡,使气泡细化以增加气液接触界面,提高气液面的传质速率;