毕业设计搅拌器的设计.docx

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毕业设计搅拌器的设计

《食品工程原理》

课程设计

设计题目：

　搅拌器的设计

学生姓名：

学生学号：

　、

专业班级：

食品1113班

指导教师：

设计时间：

　2013年12月25日

目录

（一）食品工程原理课程设计任务书2

（二）概述3

（三）常见类型6

3.1桨式搅拌器6

3.2推进式搅拌器6

3.3涡轮式搅拌器7

3.4锚式搅拌器7

（四）选型7

4.1不同搅拌种类液体单位体积的平均搅拌功率8

4.2按搅拌过程求搅拌功率的算图8

（五）搅拌罐结构设计9

5.1罐体的尺寸确定及结构选型9

5.1.1筒体及封头型式9

5..1.2确定内筒体和封头的直径9

5.1.3确定内筒体高度H10

5.1.4选取夹套直径10

5.1.5校核传热面积10

5.2内筒体及夹套的壁厚计算11

5.2.1选择材料，确定设计压力11

5.2.2计算夹套内压11

5.2.3夹套筒体和夹套封头厚度计算11

5.2.4内筒体壁厚计算12

5.2.5封头壁厚校核13

5.2.6水压试验校核13

5.3人孔选型及开孔补强设计14

（六）参考文献15

（一）食品工程原理课程设计任务书

学生姓名

卢国洪

班级

食品1113班

指导教师

钟敏

题目

搅拌器的设计

设计基本参数

设备型式：

桨式搅拌器

操作条件：

将发酵乳与稳定剂混合液在低温下（一般在25-35度）进行混合搅拌均匀，测其酸度，如PH在4.2以上，将柠檬酸稀释液（生产用水的5%用来稀释柠檬酸）的2/3边搅拌边撒入料液中测其酸度，直至料液的PH至4左右为止。

设计要求及内容

1、设计方案简介

对给定或选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要论述。

2、主要设备的工艺设计计算

工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。

3、辅助设备的选型

典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定。

4、编写设计说明书

将设计所选定的工艺流程方案、主要步骤及计算结果汇集成工艺设计说明书。

应采用简练、准确的文字图表，实事求是的介绍设计计算过程和结果。

设计说明书要求在6000字以上，A4纸打印。

设计说明书内容：

（1）封面（课程设计题目、学生班级、姓名、指导教师、时间）

（2）目录

（3）设计任务书

（4）概述与设计方案简介

（5）工艺及设备设计计算

（6）辅助设备的计算机选型

（7）设计结果汇总表

（8）设计评述

（9）参考资料

（10）主要符号说明

（11）致谢

（二）概述

搅拌混合是指搅动液体使之发生某种方式的循环流动，从而使物料混合均匀或使物理、化学过程加速的操作。

搅拌在工业生产中的应用有：

①气泡在液体中的分散，如空气分散于发酵液中，以提供发酵过程所需的氧；②液滴在与其不互溶的液体中的分散，如油分散于水中制成乳浊液；③固体颗粒在液体中的悬浮，如向树脂溶液中加入颜料，以调制涂料；④互溶液体的混合，如使溶液稀释，或为加速互溶组分间的化学反应等。

此外，搅拌还可以强化液体与固体壁面之间的传热，并使物料受热均匀。

搅拌的方法有机械搅拌和气流搅拌。

搅拌槽内液体的运动，从尺度上分为总体流动和湍流脉动。

总体流动的流量称为循环量，加大循环量有利于提高宏观混合的调匀度（见混合程度）。

湍流脉动的强度与流体离开搅拌器时的速度有关，加强湍流脉动有利于减小分隔尺度与分隔强度。

不同的过程对这两种流动有不同的要求。

液滴、气泡的分散，需要强烈的湍流脉动；固体颗粒的均匀悬浮，有赖于总体流动。

搅拌时能量在这两种流动上的分配，是搅拌器设计中的重要问题。

在搅拌混合物时，两相的密度差、粘度及界面张力对搅拌操作有很大影响。

密度差和界面张力越小，物系越易于达到稳定的分散；粘度越大越不利于形成良好的循环流动和足够的湍流脉动，并消耗较大的搅拌功率。

搅拌槽内流体的运动是复杂的单相流或多相流，目前都还没有完整的描述方法。

非牛顿流体的搅拌，在流动状态和功率消耗方面都有一些特殊的规律。

搅拌槽内流体流动参数的测量，搅拌功率的预计，以及搅拌装置的放大方法等，都是搅拌理论研究和工程应用中的重要课题。

搅拌设备结构图

1-搅拌器2-罐体3-夹套4-搅拌轴5-压出管6-支座7-人孔8-轴封9-传动装置

（三）常见类型

桨式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在搅拌反应设备中应用最为广泛，据统计约占搅拌器总数的75～80％。

3.1桨式搅拌器

结构最简单叶片用扁钢制成，焊接或用螺栓固定在轮毂上，叶片数是2、3或4片，叶片形式可分为平直叶式和折叶式两种。

主要应用液—液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固—液系中多用于防止固体沉降。

主要用于流体的循环，由于在同样排量下，折叶式比平直叶式的功耗少，操作费用低，故轴流桨叶使用较多。

也用于高粘流体搅拌，促进流体的上下交换，代替价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。

桨式搅拌器的转速一般为20～100r/min，最高粘度为20Pa·s。

3.2推进式搅拌器

推进式搅拌器（又称船用推进器）常用于低粘流体中。

结构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7～10m/s，最高达15m/s。

搅拌时——流体由桨叶上方吸入，下方以圆筒状螺旋形排出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形成轴向流动。

特点——搅拌时流体的湍流程度不高，循环量大，结构简单，制造方便。

循环性能好，剪切作用不大，属于循环型搅拌器。

主要应用，粘度低、流量大的场合，用较小的搅拌功率，能获得较好的搅拌效果。

主要用于液－液系混合、使温度均匀，在低浓度固－液系中防止淤泥沉降等。

3.3涡轮式搅拌器

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。

主要应用

涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微团分散得很细，适用于低粘度到中等粘度流体的混合、液—液分散、液—固悬浮，以及促进良好的传热、传质和化学反应。

3.4锚式搅拌器

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。

主要应用

锚式或框式桨叶的混合效果并不理想，只适用于对混合要求不太高的场合。

由于锚式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器大，能得到大的表面传热系数，故常用于传热、晶析操作。

常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。

当搅拌粘度大于100Pa·s的流体时，应采用螺带式或螺杆式。

（四）选型

搅拌器功率和搅拌器作业功率

搅拌功率：

搅拌过程进行时需要动力，笼统地称这一动力时叫做搅拌功率。

搅拌器功率：

为使搅拌器连续运转所需要的功率称为搅拌器功率。

搅拌作业功率：

搅拌器使搅拌槽中的液体以最佳方式完成搅拌过程所需要的功率。

最理想状态：

搅拌器功率＝搅拌作业功率

4.1不同搅拌种类液体单位体积的平均搅拌功率

搅拌过程的种类

液体单位体积的平均搅拌功率/（Hp/m3）

液体混合

0.09

固体有机物悬浮

0.264~0.396

固体有机物溶解

0.396~0.528

固体无机物溶解

1.32

乳液聚合（间歇式）

1.32~2.64

悬浮聚合（间歇式）

1.585~1.894

气体分散

3.96

注　1Hp=735.499W

4.2按搅拌过程求搅拌功率的算图

（五）搅拌罐结构设计

5.1罐体的尺寸确定及结构选型

5.1.1筒体及封头型式

选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头

5..1.2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，

5.1.3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。

5.1.4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

5.1.5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。

5.2内筒体及夹套的壁厚计算

5.2.1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。

5.2.2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

5.2.3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。

5.2.4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。

5.2.5封头壁厚校核

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。

5.2.6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。

5.3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,HG/T21518-2005,尺寸如下表所示:

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