搅拌器很实用毕业设计.docx

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搅拌器很实用毕业设计

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搅拌器毕业设计

第1章绪论

搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。

在工业生产中，搅拌操作时从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。

搅拌操作分为机械搅拌与气流搅拌。

气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群一密集状态上升借所谓上升作用促进液体产生对流循环。

与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体进行的搅拌时比较弱的，对于几千毫帕·秒以上的高粘度液体是难于使用的。

但气流搅拌无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下的反应液体的搅拌时比较便利的。

在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌，以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。

搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。

其结构形式如下：

（结构图）

第1节搅拌设备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。

搅拌设备在许多场合时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99%。

。

搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围较广，又能适应多样化的生产。

搅拌设备的作用如下：

①使物料混合均匀；②使气体在液相中很好的分散；③使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；④使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；⑤强化相间的传质（如吸收等）；⑥强化传热。

搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、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制，汽油中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。

第2节搅拌物料的种类及特性

搅拌物料的种类主要是指流体。

在流体力学中，把流体分为牛顿型和非牛顿型。

非牛顿型流体又分为宾汉塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体。

在搅拌设备中由于搅拌器的作用，而使流体运动。

第3节搅拌装置的安装形式

搅拌设备可以从不同的角度进行分类，如按工艺用途分、搅拌器结构形式分或按搅拌装置的安装形式分等。

一下仅就搅拌装置的各种安装形式进行分类说明。

1、立式容器中心搅拌

将搅拌装置安装在历史设备筒体的中心线上，驱动方式一般为皮带传动和齿轮传动，用普通电机直接联接。

一般认为功率3.7kW一下为小型，5.5~22kW为中型。

本次设计中所采用的电机功率为18.5kW，故为中型电机。

2、偏心式搅拌

搅拌装置在立式容器上偏心安装，能防止液体在搅拌器附近产生“圆柱状回转区”，可以产生与加挡板时相近似的搅拌效果。

搅拌中心偏离容器中心，会使液流在各店所处压力不同，因而使液层间相对运动加强，增加了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显的提高。

但偏心搅拌容易引起振动，一般用于小型设备上比较适合。

3、倾斜式搅拌

为了防止涡流的产生，对简单的圆筒形或方形敞开的立式设备，可将搅拌器用甲板或卡盘直接安装在设备筒体的上缘，搅拌轴封斜插入筒体内。

此种搅拌设备的搅拌器小型、轻便、结构简单，操作容易，应用范围广。

一般采用的功率为0.1~22kW，使用一层或两层桨叶，转速为36~300rmin，常用于药品等稀释、溶解、分散、调和及pH值的调整等。

4、底搅拌

搅拌装置在设备的底部，称为底搅拌设备。

底搅拌设备的优点是：

搅拌轴短、细，无中间轴承；可用机械密封；易维护、检修、寿命长。

底搅拌比上搅拌的轴短而细，轴的稳定性好，既节省原料又节省加工费，而且降低了安装要求。

所需的检修空间比上搅拌小，避免了长轴吊装工作，有利于厂房的合理排列和充分利用。

由于把笨重的减速机装置和动力装置安放在地面基础上，从而改善了封头的受力状态，同时也便于这些装置的维护和检修。

底搅拌虽然有上述优点，但也有缺点，突出的问题是叶轮下部至轴封处的轴上常有固体物料粘积，时间一长，变成小团物料，混入产品中影响产品质量。

为此需用一定量的室温溶剂注入其间，注入速度应大于聚合物颗粒的沉降速度，以防止聚合物沉降结块。

另外，检修搅拌器和轴封时，一般均需将腹内物料排净。

5、卧式容器搅拌

搅拌器安装在卧式容器上面，壳降低设备的安装高度，提高搅拌设备的抗震性，改进悬浮液的状态等。

可用于搅拌气液非均相系的物料，例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。

6、卧式双轴搅拌

搅拌器安装在两根平行的轴上，两根轴上的搅拌叶轮不同，轴速也不等，这种搅拌设备主要用于高黏液体。

采用卧式双轴搅拌设备的目的是要获得自清洁效果。

7、旁入式搅拌

旁入式搅拌设备是将搅拌装置安装在设备筒体的侧壁上，所以轴封结构是罪费脑筋的。

旁入式搅拌设备，一般用于防止原油储罐泥浆的堆积，用于重油、汽油等的石油制品的均匀搅拌，用于各种液体的混合和防止沉降等。

8、组合式搅拌

有时为了提高混合效率，需要将两种或两种以上形式不同、转速不同的搅拌器组合起来使用，称为组合式搅拌设备。

第2章搅拌罐结构设计

第1节罐体的尺寸确定及结构选型

（1）筒体及封头型式

选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头

（2）确定内筒体和封头的直径

发酵罐类设备长径比取值范围是1.7~2.5，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取

根据工艺要求，装料系数，罐体全容积，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）。

初算筒体直径

即

圆整到公称直径系列，去。

封头取与内筒体相同内经，封头直边高度，

（3）确定内筒体高度H

当时，查《化工设备机械基础》表16-6得封头的容积

，取

核算与

，该值处于之间，故合理。

该值接近，故也是合理的。

（4）选取夹套直径

表1夹套直径与内通体直径的关系

内筒径

夹套

由表1，取

。

夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径

（6）校核传热面积

工艺要求传热面积为，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积高筒体表面积为

总传热面积为

故满足工艺要求。

第2节内筒体及夹套的壁厚计算

（1）选择材料，确定设计压力

按照《钢制压力容器》（）规定，决定选用高合金钢板，该板材在一下的许用应力由《过程设备设计》附表查取，，常温屈服极限。

计算夹套内压

介质密度

液柱静压力

最高压力

设计压力

所以

故计算压力

内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取，按外压则取

（3）夹套筒体和夹套封头厚度计算

夹套材料选择热轧钢板，其

夹套筒体计算壁厚

夹套采用双面焊，局部探伤检查，查《过程设备设计》表4-3得

则

查《过程设备设计》表4-2取钢板厚度负偏差，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量，对于碳钢取腐蚀裕量，故内筒体厚度附加量，夹套厚度附加量。

根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度。

夹套封头计算壁厚为

取厚度附加量，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。

（4）内筒体壁厚计算

①按承受内压计算

焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：

②按承受外压计算

设内筒体名义厚度，则

，内筒体外径

。

内筒体计算长度

。

则，，由《过程设备设计》图4-6查得，图4-9查得，此时许用外压为：

不满足强度要求，再假设，则

，

，

内筒体计算长度

则，

查《过程设备设计》图4-6得,图4-9得，此时许用外压为：

故取内筒体壁厚可以满足强度要求。

（5）考虑到加工制造方便，取封头与夹套筒体等厚，即取封头名义厚度。

按内压计算肯定是满足强度要求的，下面仅按封头受外压情况进行校核。

封头有效厚度。

由《过程设备设计》表4-5查得标准椭圆形封头的形状系数，则椭圆形封头的当量球壳内径

，计算系数A

查《过程设备设计》图4-9得

故封头壁厚取可以满足稳定性要求。

（6）水压试验校核

①试验压力

内同试验压力取

夹套实验压力取

②内压试验校核

内筒筒体应力

夹套筒体应力

而

故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。

③外压实验校核

由前面的计算可知，当内筒体厚度取时，它的许用外压为，小于夹套的水压试验压力，故在做夹套的压力实验校核时，必须在内筒体内保持一定压力，以使整个试验过程中的任意时间内，夹套和内同的压力差不超过允许压差。

第3节人孔选型及开孔补强设计

①人孔选型

选择回转盖带颈法兰人孔，标记为：

人孔PN2.5,DN450,HGT

密封面

形式

公称压力PN（MP）

公称直径DN

突面

（RF）

螺柱

螺母

螺柱

总质量

（）

数量

直径长度

开孔补强设计

最大的开孔为人孔，筒节，厚度附加量，补强计算如下：

开孔直径

圆形封头因开孔削弱所需补强面积为：

人孔材料亦为不锈钢0Cr18Ni9，所以

所以

有效补强区尺寸：

在有效补强区范围内，壳体承受内压所需设计厚度之外的多余金属面积为：

故

可见仅就大于,故不需另行补强。

最大开孔为人孔，而人孔不需另行补强，则其他接管均不需另行补强。

第4节搅拌器的选型

（一）搅拌器选型

桨径与罐内径之比叫桨径罐径比,涡轮式叶轮的一般为0.25~0.5，涡轮式为快速型，快速型搅拌器一般在时设置多层搅拌器，且相邻搅拌器间距不小于叶轮直径d。

适应的最高黏度为左右。

搅拌器在圆形罐中心直立安装时，涡轮式下层叶轮离罐底面的高度C一般为桨径的1~1.5倍。

如果为了防止底部有沉降，也可将叶轮放置低些，如离底高度.最上层叶轮高度离液面至少要有1.5d的深度。

符号说明

——键槽的宽度

——搅拌器桨叶的宽度

——轮毂内经

——搅拌器桨叶连接螺栓孔径

——搅拌器紧定螺钉孔径

——轮毂外径

——搅拌器直径

——搅拌器圆盘的直径

——搅拌器参考质量

——轮毂高度

——圆盘到轮毂底部的高度

——搅拌器叶片的长度

——弧叶圆盘涡轮搅拌器叶片的弧半径

——搅拌器许用扭矩

——轮毂内经与键槽深度之和

——搅拌器桨叶的厚度

——搅拌器圆盘的厚度

工艺给定搅拌器为六弯叶圆盘涡轮搅拌器，其后掠角为，圆盘涡轮搅拌器的通用尺寸为桨径:

桨长:

桨宽，圆盘直径一般取桨径的，弯叶的圆弧半径可取桨径的。

由前面的计算可知液层深度，而，故，则设置两层搅拌器。

为防止底部有沉淀，将底层叶轮放置低些，离底层高度为，上层叶轮高度离液面的深度，即。

则两个搅拌器间距为，该值大于也轮直径，故符合要求。

（2）搅拌附件

①挡板

挡板一般是指长条形的竖向固定在罐底上板，主要是在湍流状态时，为了消除罐中央的“圆柱状回转区”而增设的。

罐内径为，选择块竖式挡板，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。

第3章传动装置选型

第1节减速机选型

由工艺要求可知，传动方式为带传动，搅拌器转速为，电机功率为,查《长城搅拌》表3.5-3选择减速机型号为

减速机主要参数及尺寸如下表：

第2节联轴器的选型

选择减速机输出轴轴头型式为普通型，选择GT型刚性联轴器

联轴器主要尺寸为：

轴径

80

220

185

120

150

24

28

30

162