搅拌设备的用途、分类

省部重点实验室

2012/05/01

私聊

常用设备综合讨论

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。

　　9、水处理工艺中常用的机械搅拌设备：

　　溶液搅拌设备：

　　(1)JBT型推进式搅拌机：

　　它采用螺旋桨叶式搅拌器，并同钢制搅拌罐配套，罐内设有挡板和水下支承，罐体内衬玻璃钢。适用于大、中型污水处理厂或给水厂投加絮凝剂或混凝剂的溶解和稀释搅拌。

　　(2)SJ型带罐框架式搅拌机：

　　一般同钢制搅拌罐配套，罐体内衬玻璃钢，防腐性能好，桨叶主轴和罐体也可采用不锈钢材质。特点是搅拌强度大且均匀。根据介质的性质和搅拌桨外缘线速度分别用于药剂的溶解、混合和反应。常用于给水处理厂投加絮凝剂、助凝剂的溶解稀释、混合及反应等过程。

　　混合搅拌设备：

　　(1)WHJ型机械混合搅拌机，具有产生对流循环和剧烈涡流的特点，从而使混凝剂与水快速充分混合，以满足混凝工艺的要求。

　　(2)JBJ型折桨式混合搅拌机，具有运行平稳，搅拌均匀的特点，适用于大水量的混合搅拌。此外还有可调式(移动式)搅拌机、ZJ型折桨式搅拌机[1]、LJB型推进式搅拌机等。

　　絮凝搅拌设备：

　　(1)LJF型立轴式机械絮凝搅拌机

　　(2)WJF型卧轴式机械絮凝搅拌机

　　反应搅拌设备：

　　(1)SJB型双桨搅拌机

　　(2)WFJ、LFJ型反应搅拌机

　　潜水搅拌推流器：

　　(1)QJB型潜水搅拌器

　　(2)DQT型低俗潜水推流器

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第1楼2012/05/01

二、传统搅拌设备的能耗问题：

　　在市政、化工造纸及其它多种水处理工艺中，水体搅拌混合是其中关键工艺过程之一。传统的搅拌设备可分为立轴折桨式、水平(潜水)推进式以及其它混合形式(径向流、轴向流和混合流)，由于安装的方式和叶桨形式决定了其搅拌形态，无论在能耗上还是在搅拌效果上均不太理想，不仅给污水厂的运营成本带来不必要的增加，而且会直接影响到最终的工艺处理效果。据初步统计，在污水处理工艺过程中搅拌混合的能耗占总能耗的近二成。

　　1、技术改进路线：

　　以潜水搅拌器为例，传统的潜水搅拌器在污水处理工艺中作为一种成熟的产品，在国内应用广泛，它主要由潜水电机、叶轮和安装系统组成。为简化整机结构，多采用多级电机配合直联结构;叶轮有铸造、焊接等形式。传统的潜水搅拌器虽具有结构紧凑、安装维护较方便等特点，但由于叶轮形式及动力配备方案的因素，在能耗及效率方面具有一定的提升空间。针对以上的原因，同时兼顾产品可靠性，我们做出如下四项节能技术改进：

　　(1)高效叶轮：叶轮作为一个高速旋转的部件，铸件结构精度较差，难以保证叶轮的平衡性，我们将叶轮重新进行了水力测试研究，改进为全冲压式焊接结构、后掠式叶轮，在水力效率及平衡性方面得到了有效提升。

　　(2)节能动力：针对传统潜水搅拌器的多级电机能效较低、电机体积大、成本高等问题，我们提出了常规四级电机配套一体化高效斜齿轮减速机的动力方案。改进后的节能型潜水搅拌器的主要组成部分有潜水电机、减速机、叶轮及安装系统组成。

　　(3)可靠密封：潜水搅拌作为常期在液下工作的设备，密封是其可靠工作的最基本保障，对此我们设计两道独立机械密封，并在两道机械密封中间的油室设置传感器，配合独有的接线盒设计，确保水下设备的长期可靠工作。

　　(4)耐久设计：针对潜水搅拌通常为24h连续工作的特点，我们选配永久性润滑轴承，设计达到寿命10万小时，在正常情况下，基本确保该部件终身免维护。

　　2、应用效果与前景：

　　经过技术改进的潜水搅拌器作为一种节能高效的混合搅拌装置，在双相固液或三相固液气的搅拌均具有广泛的运用前景。另随着全社会环保意识的提高，国家节能减排政策及发展低碳经济的战略决策，经济高效治理污水已越来越受到重视，国内中小城镇污水治理率和出水标准要求逐步提高。目前各污水处理厂出水标准多要求由一级A提升至一级B，对脱磷除氮的要求更高，必然对高效节能的关键设备技术产生迫切的需求。增加厌氧搅拌反应或水解酸化过程，是目前应用比较普遍的方法，而搅拌混合设备又是该工艺段的关键设备，所以，技术的改进与创新在必将使得机械搅拌设备在污水处理工艺及其它搅拌混合场所必将发挥重要的作用。

　　三、搅拌设备的作用包括以下几点：

　　1、使物料混合均匀;

　　2、使气体在液相中很好地分散;

　　3、使固体粒子(如催化剂)在液相中均匀地悬浮;

　　4、使不相容的另一液相均匀悬浮或充分乳化;

　　5、强化相间传质(如吸收等);

　　6、强化传热