搅拌设备装置的用途、结构与选型
搅拌设备装置的用途、基本结构与选型
A 搅拌设备的用途与结构：
在选择搅拌容器时，应根据生产规模(即物料处理量)、搅拌操作目的和物料特性确定搅拌容器的形状和尺寸，在确定搅拌容器的容积时应合理选择装料系数，尽量提高设备的利用率。如果没有特殊需要，釜体一般宜选用最常用的立式圆筒形容器，并选择适宜的筒体高径比(或容器装液高径比)。若有传热要求，则釜体外须设置夹套结构。夹套种类有整体夹套、螺旋挡板夹套、半管夹套、蜂窝夹套，传热效果依次提高但制造成本也相应增加。
当搅拌釜卧式放置时，大多进行半釜操作。因此卧式釜与立式釜相比有更多的气-液接触面积，因而卧式釜常用于气-液传质过程，如气-液吸收或从高粘度液体中脱除少量易挥发物质，另一方面，卧式釜的料层较浅，有利于搅拌器将粉末搅动，并可借搅拌器的高速回转使粉体抛扬起来，使粉体在瞬间失重状态下进行混合。
搅拌容器的材料要满足生产工艺的要求，例如耐压、耐温、耐介质腐蚀，以及保证产品清洁等。由于材料的不同，搅拌容器的制造工艺、结构也有所不同，因此可分为钢制搅拌设备、搪玻璃搅拌设备和带衬里的搅拌设备等。装衬里的目的是为了耐蚀或保护产品的清洁，衬里的种类很多，主要有不锈钢、铝、钛、铅、镍、锆、耐酸瓷砖、辉绿岩板、橡胶等。
搅拌设备一般由容器部分、传动装置、换热设备、搅拌装置、轴封装置组成。在工业生产中的应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。搅拌设备在很多场合是作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，以搅拌设备作为反应器的约占反应器总数的90%。
一、搅拌设备的用途及分类：
1、用途：
在水处理工艺中，搅拌设备主要用于药剂的溶解、稀释、混合反应和投加混凝剂或助凝剂。
2、分类：
(1)按搅拌功能分：混合搅拌设备、搅动设备、悬浮搅拌设备、分散搅拌设备等。
(2)按搅拌方式分：机械搅拌设备、水力搅拌设备、气体搅拌设备、磁力搅拌设备等
(3)按搅拌目的分：溶药搅拌设备、混合搅拌设备、絮凝搅拌设备、澄清搅拌设备、消化池搅拌设备和水下搅拌设备等。
(4)按液体的循环流动形式分：轴向流和径向流搅拌器两类。
3、搅拌设备的基本结构和工作原理：
基本结构：
主要由搅拌器、传动装置及搅拌轴系三大部分组成。
(1)搅拌器主要由搅拌桨(或叶轮)和附属构件组成;
(2)传动装置由电动机、减速机以及支架等组成;
(3)搅拌轴系由搅拌轴、轴承和联轴器等组成。
工作原理：
水处理工艺对搅拌的要求可分为混合、搅动、悬浮、分散四种。
(1)混合是通过搅拌作用，使与水的比重、粘度不同的物质在水中混合均匀;
(2)搅动是通过搅拌使混合液强烈流动，以提高传热、传质的速率;
(3)悬浮是通过搅拌作用，使原来静止在水体中可沉降的固体颗粒或液滴悬浮在水体中;
(4)分散是通过搅拌作用，使气体、液体或固体分散在水体中，增大不同物相的接触面积，加快传热和传质过程。一言以蔽之，实现搅拌的目的是通过能量的传递。
4、搅拌器的形式与结构：
桨式搅拌器：平桨、折叶桨桨式搅拌器结构简单,其桨叶一般用扁钢制造的，强度不够时需加肋，单面加肋效果好。
(1)分类：平直叶桨式搅拌器和折叶桨式搅拌器
(2)特点：转速低，对粘度较敏感，桨叶不宜过长。
(3)应用：适用于介质粘度低的液体。主要用于药剂溶解和混合。
推进式搅拌器：一般用铸铁、铸钢整体铸造而成，有时也采用焊接。
(1)特点：以容积循环为主，循环速率高，剪切作用小，上下翻腾效果好。
(2)应用：药剂溶解和悬浮操作。
涡轮式搅拌器:
(1)分类：开启式和圆盘式两类，桨叶有平直叶、弯叶和折叶
(2)特点：可使液体均匀地由垂直方向的运动改变成水平方向的运动，自涡轮流出的高速液流沿切线方向散开，从而在整个液体内得到剧烈搅动。
(3)应用：搅拌器广泛用于快速溶解和进行乳化操作
其它型式搅拌器其它类型的搅拌器还有框式、锚式、螺杆式、螺带式等，在此不做赘述。
5、搅拌器附件：
搅拌器的附件主要有挡板或导流筒。其设置原因是搅拌器转速高时易产生漩涡流，影响搅拌效果，剧烈打旋的液体结合漩涡作用,对搅拌轴产生冲击作用，从而影响搅拌器的使用寿命。
6、传动装置：
作用：
提供能量2.5.2组成：主要由电动机、减速机和机架组成：
(1)电动机
(2)减速机：
立式减速机：
主要有：三角皮带减速机、两级齿轮减速机、摆线针轮减速机和谐波减速机四种。在水处理工艺中，通常采用摆线针轮减速机。它的特点：结构紧凑、体积小、重量轻、效率高、减速比大、寿命长、故障少、过载能力强、耐冲击。特别适用于起动频繁和正反转兼有的场合。
7、搅拌轴：
(1)功能：主要是用来固定搅拌器，并从减速装置的输出轴取得动力，在带动搅拌器转动的同时，将功率传递给搅拌器以克服其旋转时遇到的阻力偶矩而对流体作功。
(2)组成：搅拌轴主要分为轴颈(支承部分)、轴头(安装部件)、轴身(杆件部分)。
(3)轴端结构分类：
①凸缘联轴器轴端结构。
②夹壳式联轴器轴端结构。
③推进式搅拌器的轴端结构联轴器。
(1)作用：将两个独立的轴牢固地连在一起,以进行传递旋转运动和功率
(2)基本要求：最主要是应确保两根联接轴的同心,有时还应具有一定的减少震动缓和冲击的能力。
(3)结构形式：
①凸缘联轴器
②夹壳联轴器
③套筒联轴器
④弹性圈柱销联轴器
8、轴承：
(1)作用：为搅拌轴设置的支承
(2)分类：
①按承载方式：
向心轴承(主要承载径向荷载)
推力轴承(主要承载轴向荷载)
向心推力轴承(径向、轴向荷载)
②按轴承工作时的摩擦性质。
B:搅拌设备的选型：
1.搅拌容器
搅拌容器常被称作搅拌釜（或搅拌槽），当搅拌设备用作反应器时，又被称为搅拌釜式反应器，有时简称反应釜。
釜体的结构型式通常是立式圆筒形，其高径比值主要依据操作是容器装液高径比以及装料系数大小而定。而容器的装液高径比又视容器内物料的性质、搅拌特征和搅拌器层数而异，一般取1～1.3，最大时可达6。釜底形状有平底、椭圆底、锥形底等有时亦可用方形釜。同时，根据工艺的传热要求，釜体外可加夹套，并通以蒸气、冷却水等载热介质；当传热面积不足时，还可在釜体内部设置盘管等。
在选择搅拌容器时，应根据生产规模（即物料处理量）、搅拌操作目的和物料特性确定搅拌容器的形状和尺寸，在确定搅拌容器的容积时应合理选择装料系数，尽量提高设备的利用率。如果没有特殊需要，釜体一般宜选用最常用的立式圆筒形容器，并选择适宜的筒体高径比(或容器装液高径比)。若有传热要求，则釜体外须设置夹套结构。夹套种类有整体夹套、螺旋挡板夹套、半管夹套、蜂窝夹套，传热效果依次提高但制造成本也相应增加。
当搅拌釜卧式放置时，大多进行半釜操作。因此卧式釜与立式釜相比有更多的气-液接触面积，因而卧式釜常用于气-液传质过程，如气-液吸收或从高粘度液体中脱除少量易挥发物质，另一方面，卧式釜的料层较浅，有利于搅拌器将粉末搅动，并可借搅拌器的高速回转使粉体抛扬起来，使粉体在瞬间失重状态下进行混合。
搅拌容器的材料要满足生产工艺的要求，例如耐压、耐温、耐介质腐蚀，以及保证产品清洁等。由于材料的不同，搅拌容器的制造工艺、结构也有所不同，因此可分为钢制搅拌设备、搪玻璃搅拌设备和带衬里的搅拌设备等。装衬里的目的是为了耐蚀或保护产品的清洁，衬里的种类很多，主要有不锈钢、铝、钛、铅、镍、锆、耐酸瓷砖、辉绿岩板、橡胶等。
2.搅拌器和搅拌轴
2.1 搅拌器
搅拌器又被称作叶轮或桨叶，它是搅拌设备的核心部件。根据搅拌器的搅拌釜内产生的流型，搅拌器基本上可以分为轴向流和径向流两种。例如，推进式叶轮、新型翼型叶轮等属于轴向流搅拌器，而各种直叶、弯叶涡轮叶轮则属于径向流搅拌器。
搅拌器通常自搅拌釜顶部中心垂直插入釜内，有时也采用侧面插入，底部伸入或侧面伸入方式，应依据不同的搅拌要求选择不同的安装方式。
2.2 搅拌轴
搅拌设备中的电动机输出的动力是通过搅拌轴传递给搅拌器的，因此搅拌轴必须足够的强度。同时，搅拌轴既要与搅拌器连
接，又要穿过轴封装置以及轴承、联轴器等零件，所以搅拌轴还应有合理的结构、较高的加工精度和配合公差。
按支承情况，搅拌轴可分为悬臂式和单跨式。悬臂式搅拌轴在搅拌设备内部不设置中间轴承或底轴承，因而维护检修方便，特别对洁净度要求较高的生物、食品或药品搅拌设备，减少了设备内的构件，故应优先选用。
3.内构件
包括挡板、盘管、导流筒、气体分布器等。
为消除搅拌容器内液体的打旋现象，使被搅拌的液体上下翻腾而达到均匀的混合，通常需要再搅拌容器内加挡板。通常挡板的宽度约为容器内直径的1/12～1/10，其中设备内的附件如温度计、传热蛇管或各种支撑体也可以起到一定的挡板作用的，但往往达不到“全挡板条件”。通常增加挡板数计其宽度，功率消耗也会增加，但增加到一定值以后，功率消耗就不会再增加，此时的工况就称为“全挡板条件”。
在搅拌容器内，流体可沿各个方向流向搅拌器，流体的行程长短不一，在需要控制回流的速度和方向，用于确定某一流况时可使用导流筒。导流筒是上下开口的圆筒，安装在容器内，在搅拌混合中起导流作用，既可提高容器内流体的搅拌程度，加强搅拌器对流体的直接剪切作用，又造成一定的循环流，使容器内流体均可通过导流筒内强烈混合区，提高混合效率。安装导流筒后，限定了循环路径，减少了流体短路的机会。导流筒主要用于推进式、螺杆式以及涡轮式搅拌器的导流。
4.轴封
轴封是搅拌设备的重要组成部分。轴封属于动密封，其作用是保证搅拌设备内处于一定的正压或真空状态，防止被搅拌的物料逸出和杂质的渗入，因而不是所有的转轴密封型式都能用于搅拌设备。在搅拌设备中，最常用的轴封有液封、填料密封和机械密封等。
4.1 液封
当搅拌设备内工作压力为常压，轴封的作用仅是为了防止灰尘与杂质进人内部工作介质，或者隔离工作介质与搅拌设备周围的环境介质相互接触时，可选用液封。液封结构简单，没有与传动轴直接接触引起摩擦的零件。但为保证圆柱形壳体或静止元件与旋转元件之间的间隙符合设计要求，其密封部位零件的加工、安装要求较高。
同时，受结构特点的影响，液封的使用范围较窄。一般适用于工作介质为非易燃易爆或毒性程度轻度危害，设备内工作压力等于大气压力，且温度范围在20-80℃的场合。
值得注意的是，液体工作介质不可充满搅拌设备；而且封液应尽可能采用搅拌设备内工作介质，或与工作介质不发生物理化学作用的中性液体，同时必须极少挥发且不污染大气。
4.2填料密封
是搅拌设备较早采用的一种转轴密封结构，具有结构简单、制造要求低、维护保养方便等优点。但其填料易磨损，密封可靠性较差，一般只适用于常压或低压低转速、非腐蚀性和弱腐蚀性介质，并允许定期维护的搅拌设备。
4.3 机械密封
机械密封是把转轴的密封面从轴向改为径向，通过动环和静环两个端面的相互贴合，并作相对运动达到密封的装置，又称端面密封。机械密封的泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长，无需经常维修，且能满足生产过程自动化和高温、低温、高压、高真空、高速以及各种易燃、易爆、腐蚀性、磨蚀性介质和含固体颗粒介质的密封要求。
与填料密封相比，机械密封具有以下优点：
1、密封可靠，在长期运转中密封状态稳定，泄漏量很小，其泄漏量仅为填料密封的1%左右；
2、使用寿命长，在油、水介质中一般可达1-2年或更长，在化工介质中一般能工作半年以上；
3、摩擦功率消耗低，其摩擦功率仅为填料密封的10-50%；
4、轴或轴套基本上不磨损；
5、维修周期长，端面磨损后可自动补偿，一般情况下不需经常性维修；
6、抗振性好，对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；
7、适用范围广，能用于高温、低温、高压、真空、不同旋转频率，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质的密封。
正是由于机械密封的上述优点，其在搅拌设备上已被广泛使用。
机械密封有单端面机械密封和双端面机械密封两种，单端面机械密封价格较低，当单端面机械密封不能达到要求时，需用双端面机械密封。
