搅拌与混合设备设计选用手册

理论上把任何状态（固态、液态、气态和半液态）下物料均匀地掺和在一起的操作称为混合，但习惯上常把固态物料之间掺和或者固态物料加湿的操作称为混合；而把固态、液态或气态物料与液态物料混合的操作称为搅拌。
搅拌与混合操作是应用最广的过程单元操作之一，大量应用于化工、石化、轻工、医药、食品、采矿、造纸、农药、涂料、冶金、废水处理等行业中。近年来，搅拌与混合技术发展很快，搅拌与混合设备正向着大型化、标准化、高效节能化、机电一体化、智能化和特殊化方向发展。在这种形势下，技术人员如何借鉴已有经验，掌握新的变化情况，正确设计与选用不同工艺条件下操作的搅拌与混合设备，使其满足安全、可靠、高效和节能的要求，就变得十分重要了。
本书在广泛收集大量文献资料、标准规范及产品数据的基础上，较为全面地介绍搅拌设备与混合设备的分类、工作原理与过程特征、结构特点与参数、设计与选用原则、放大方法，以及运行维护注意事项等。全书注重设计选型和使用维护，突出实用性。
本书由陈志平任主编，章序文任副主编。全书共分三篇十七章，其中第一章、第二章、第三章、第四章、第六章、第九章和第十章由陈志平执笔，第五章、第七章和第八章由林兴华执笔，第十一章由何柄林和陈珏执笔，第十二章和附录由何柄林执笔，第十三章、第十四章由章序文和何柄林执笔，第十五章由何柄林和蔡杨执笔，第十六章由何柄林和费利江执笔，第十七章由虞培清执笔。全书由陈志平统稿，林兴华审核了部分章节内容。
本书的编著得到了浙江大学化工机械研究所蒋家羚教授、郑津洋教授、孙国有副教授，浙江科技学院王露芳副教授，杭州浙大原正混合工程有限公司赵建明高级工程师等的大力支持和帮助；（加拿大）Waterloo University 的Pan Qinmin教授参与了第二章至第四章的大纲制订与编写工作；沈建民、胡锡文参与了本书的制图与校对工作；还得到了上海双龙混合设备制造有限公司的大力支持。在此一并表示衷心的感谢。
由于编者的水平和经验有限，书中欠缺和错误之处在所难免，敬请读者不吝赐教。

编著者
2004年1月

搅拌与混合设备正向着大型化、标准化、高效节能化、机电一体化、智能化和特殊化方向发展。正确设计与选用不同工艺条件下操作的搅拌与混合设备，才能使其满足安全、可靠、高效和节能的要求。本书包括工艺设计和机械结构选型两方面内容，收集并归纳整理了大量国内外最新资料，全面介绍了搅拌与混合设备的工作原理与过程特征、结构特点与技术参数、设计与选用原则、放大方法，以及运行维护注意事项等。内容翔实完整，资料准确可靠，注重设计选型，突出实用性。

第一篇搅拌设备的设计与选用
第一章搅拌概论3
第一节搅拌设备的操作目的与搅拌效果3
一、搅拌目的3
二、搅拌效果的度量尺度3
三、影响搅拌效果的因素4
第二节搅拌设备的基本结构5
一、搅拌容器5
二、搅拌器与搅拌轴5
三、挡板6
四、导流筒6
五、轴封（或磁力传动装置）6
六、传动装置6
第三节搅拌传动装置的典型组合形式7
第四节搅拌设备的主要特征和工程技术特点9
一、影响流动场和输入能量的主要因素9
二、流动场10
三、输入能量10
四、搅拌设备在工程技术上的特点11
第五节搅拌设备设计与选用的基本方法12
一、搅拌设备的设计步骤12
二、搅拌设备设计与选用的基本原则13
三、搅拌设备的智能设计专家系统14
参考文献15
第二章特殊物料的搅拌16
第一节搅拌物料的种类和特性16
一、牛顿流体16
二、非牛顿流体16
第二节单相物料体系的搅拌22
一、低黏度互溶液体的搅拌22
二、高黏流体的搅拌26
三、黏弹性流体的搅拌37
第三节多相物料体系的搅拌39
一、气液两相体系的搅拌40
二、液液两相体系的搅拌45
三、固液两相体系的搅拌52
四、气液固三相体系搅拌技术研究进展57
参考文献62
第三章特殊过程的搅拌63
第一节混合搅拌63
一、宏观混合与微观混合63
二、混合过程的混合参数64
三、混合特性65
四、混合过程设计要点67
五、混合过程常见的强化方法67
第二节悬浮与分散搅拌68
一、液滴与气泡的分散68
二、固体颗粒的分散与悬浮68
第三节传热搅拌69
一、概述69
二、表面传热系数的特征70
三、热传递系数关联式70
四、高黏流体的刮壁式传热70
第四节传质搅拌73
一、固液传质73
二、液液传质74
三、气液传质75
第五节搅拌实验技术简介76
一、搅拌功率的测量76
二、停留时间分布的测量77
三、混合时间的测量78
四、相分率测量80
第六节搅拌与混合研究新动向81
一、LDV/PIV测量技术81
二、CFD模拟技术81
三、电子过程断层成像技术82
四、混沌混合技术83
五、搅拌与混合设备选型和设计的智能化系统84
参考文献84
第四章搅拌设备的放大86
第一节搅拌过程的放大基础87
一、搅拌器的流体力学原理87
二、搅拌釜中流体的切应变速率87
三、经验原则88
第二节基本方法88
一、相似放大88
二、非几何相似放大93
三、数模放大94
第三节多相搅拌过程的放大95
一、气液分散过程的放大95
二、液液分散过程的放大96
三、固液悬浮过程的放大96
第四节放大实例98
一、反应釜的放大98
二、聚合釜的放大100
三、非均相介质搅拌反应釜的放大101
四、间歇釜的放大106
参考文献106
第五章搅拌器的选用108
第一节搅拌器的分类108
第二节搅拌器的结构型式109
第三节搅拌器的特性参数115
一、流型115
二、流动特征116
三、搅拌器的特性参数116
第四节几种常用搅拌器的特性及一般应用117
一、常用搅拌器特性117
二、搅拌器在单元操作上的一般应用120
第五节搅拌器的选型122
一、按搅拌目的选型122
二、按介质的黏度选型123
三、按搅拌器型式和适用条件选型124
四、生物发酵设备搅拌器选型124
第六节搅拌器的技术要求126
一、搅拌器的一般技术要求126
二、常用搅拌器的技术要求126
第七节搅拌器的应用实例129
第八节新型搅拌器的研究开发简介131
第九节常用搅拌器的规格与型号133
一、平桨式搅拌器133
二、推进式搅拌器134
三、涡轮式搅拌器135
四、框式与锚式搅拌器138
五、螺带式及螺带螺杆式搅拌器140
六、三窄叶旋桨式搅拌器140
七、四叶旋桨式搅拌器141
八、布尔马金式搅拌器142
参考文献143
第六章搅拌容器的设计与选用144
第一节容器几何尺寸的确定144
一、容器容积的确定144
二、容器装液高径比HL/D的确定145
三、筒体内径和高度的确定145
四、搅拌容器强度计算146
五、搅拌容器的材料146
第二节立式钢制搅拌设备146
一、技术参数146
二、型式及主要参数147
第三节搪玻璃搅拌设备151
一、搪玻璃设备的性能151
二、搪玻璃开式搅拌设备（HG/T 2371）151
三、搪玻璃闭式搅拌设备（HG/T 2372）160
第七章搅拌设备传热元件的设计168
第一节传热夹套及强度计算168
一、整体夹套168
二、型钢夹套170
三、半管夹套171
四、蜂窝夹套174
五、激光焊接式蜂窝夹套178
六、螺旋板缠绕式蜂窝夹套178
第二节内盘管及其他换热元件179
一、内盘管179
二、其他换热元件182
第三节传热计算182
一、传热方程182
二、搅拌容器内壁面传热膜系数α1计算183
三、盘管、夹套的传热膜系数α2计算187
参考文献189
第八章搅拌附件的选择190
第一节挡板190
一、竖式挡板191
二、底挡板192
三、指形挡板及其他型式的挡板192
第二节导流筒192
第三节稳定器194
参考文献195
第九章传动装置的选用196
第一节传动装置系统组合与选用原则196
一、搅拌传动装置的系统组合196
二、传动装置各组成部分的选用原则197
第二节电动机选用200
一、电动机选用的基本原则201
二、电动机额定功率的确定201
三、环境温度和海拔高度的影响203
四、电动机防护型式的选择203
五、爆炸性和火灾危险性环境的电动机选择205
六、搅拌设备常用电动机特性209
第三节变速器的类型与选用210
一、减速机的主要类型及其特点210
二、减速机的选用原则212
三、釜用立式减速机213
四、机械无级变速器选用246
第四节凸缘法兰与安装底盖的选用261
一、凸缘法兰（HG 21564）261
二、安装底盖（HG 21565）263
第五节机架选用267
一、WJ、LWJ、DJ、LDJ、DXJ、SJ、LSJ型机架267
二、XD型、XS型机架（同HG 21699和HG 21567）274
三、FZ型双支点方底板机架280
第六节联轴器选用281
一、JQ型夹壳联轴器281
二、SF型三分式联轴器283
三、TK型弹性块式联轴器286
四、GT、DF、DT型刚性凸缘联轴器287
第七节搅拌轴设计289
符号说明289
一、搅拌轴计算的力学模型291
二、按扭转变形计算搅拌轴的轴径291
三、按临界转速校核搅拌轴的直径292
四、按强度计算搅拌轴的直径296
五、按轴封处允许径向位移验算轴径301
六、搅拌轴支点类型的确定304
七、减小轴端挠度、提高搅拌轴临界转速的措施304
八、搅拌轴常用金属材料305
第八节搅拌轴中间轴承和底轴承选用306
一、中间轴承306
二、底轴承306
参考文献309
第十章轴封的选用310
第一节轴封的类型310
一、轴封的类型和特点310
二、轴封功率损耗的近似计算312
第二节填料密封选用313
一、密封用填料313
二、填料腔的结构设计316
三、搅拌设备填料密封的选用原则318
四、标准填料密封的选用319
第三节机械密封选用333
一、机械密封的分类333
二、机械密封结构选型原则336
三、标准机械密封的选用337
四、中压机械密封343
五、机械密封辅助系统的选用345
第十一章磁力传动搅拌设备353
第一节概述353
一、磁力传动搅拌设备简介353
二、国内外磁力传动搅拌设备技术进展354
第二节结构与材料355
一、磁力传动搅拌设备的工作原理和结构355
二、磁力传动搅拌设备主要零部件的材料357
三、最大传递扭矩计算370
四、影响驱动力矩的因素373
第三节磁力传动搅拌设备的特点375
一、与磁钢有关的一些特性375
二、磁力传动搅拌设备的优点376
三、磁力传动搅拌设备的缺点376
四、磁力传动搅拌设备的操作要求377
第四节磁力传动搅拌设备的选用377
参考文献379

第二篇混合设备的选用
第十二章混合设备的分类与选型基本原则383
第一节概述383
一、固体粒子383
二、固体混合384
三、固体混合的影响因素384
四、混合过程机理385
五、混合度386
第二节混合设备的分类387
第三节混合设备选型的基本原则389
一、根据过程的要求进行选型389
二、根据混合物的质量要求选型391
三、根据混合费用选型391
第四节固体混合设备的功率消耗与放大393
一、功率计算393
二、混合设备的放大395
参考文献396
第十三章容器回转型混合设备397
第一节基本性能参数397
一、最佳速度的确定397
二、装料系数398
三、混合设备消耗功率的近似计算式398
第二节V型混合设备399
一、V型混合设备的工作原理及结构399
二、V型混合设备的应用范围399
三、V型混合设备的主要参数399
第三节双重圆锥式混合设备400
一、双重圆锥式混合设备的工作原理及结构400
二、双重圆锥式混合设备的应用范围402
第四节滚筒式混合设备403
一、滚筒式混合设备的工作原理及结构403
二、滚筒式混合设备的应用范围404
三、主要参数405
第五节正立方体混合设备405
一、正立方体混合设备的工作原理及结构405
二、正立方体混合设备的应用范围406
第六节其他型式的混合设备406
一、摇滚式混合设备406
二、三维运动式混合设备408
参考文献411
第十四章容器固定型混合设备412
第一节螺带式混合设备412
一、螺带式混合设备的结构413
二、螺带式混合设备的应用范围415
三、规格和主要参数416
第二节犁刀式混合设备417
一、犁刀式混合设备的工作原理与结构418
二、犁刀式混合设备的应用范围419
三、规格及主要参数419
第三节瞬间失重粒子混合设备420
一、瞬间失重粒子混合设备的工作原理与结构420
二、瞬间失重粒子混合设备的应用范围421
三、规格与主要参数422
第四节行星锥形混合设备422
一、行星锥形混合设备的工作原理与结构423
二、行星锥形混合设备的特点427
三、行星锥形混合设备的应用428
四、行星锥形混合设备的型号及规格428
第五节研磨设备430
一、滚轮混合设备430
二、新型卧式珠磨机431
第六节转子混合设备432
一、双转子混合设备432
二、单转子混合设备433
参考文献433
第十五章非回转式混合设备434
第一节静态混合器434
一、静态混合器的混合机理与分类436
二、静态混合器的结构436
三、静态混合器的技术参数437
四、静态混合器的性能与特点439
五、静态混合器主要技术参数的确定441
六、静态混合器初选数据444
七、静态混合器安装型式与应用注意事项444
八、应用445
九、静态混合器应用实例试算447
十、静态混合技术进展概述448
第二节气流搅拌装置449
一、鼓泡槽450
二、锥形料浆槽452
第三节射流混合器454
一、射流混合454
二、喷射式混合器456
第四节管道混合装置459
一、动态管道混合装置460
二、三通混合元件465
三、挡板式混合器465
四、孔板式混合器466
第五节气力式混合器469
一、外管重力式气力混合器469
二、内管重力式气力混合器470
三、旋管重力式气力混合器470
四、脉冲旋流式气力混合器470
参考文献471
第十六章捏合设备472
第一节间歇式捏合设备472
一、小型混合器472
二、双臂捏合机473
三、开炼机475
四、密炼机477
第二节连续式捏合设备480
一、单螺杆挤出机480
二、双螺杆挤出机481
三、BussKneader捏合机483
四、MP型捏合机485
五、ZSK双螺旋捏合机486
六、FCM混炼机486
七、CONTERNA连续捏合机488
八、新型卧式双轴搅拌设备488
九、MD系列连续混炼机489
参考文献490

第三篇搅拌设备的采购、制造、检验及运行
第十七章搅拌设备的采购、制造、检验及运行493
第一节搅拌设备的采购493
第二节搅拌设备的制造与检验496
一、搅拌容器制造和检验496
二、搅拌机制造和检验497
三、搅拌设备试运转和检验498
第三节搅拌设备的运行特性499
第四节故障分析与处理499
参考文献501
附录A常用单位换算表502
附录B化工常用数学公式506
一、常用图形的面积及体积506
二、化工常用数学公式509
附录C常见流体的黏度513
一、液体的黏度513
二、气体的黏度514