化工攪拌器的設(shè)計(jì)

化工攪拌器的設(shè)計(jì),化工攪拌器的設(shè)計(jì),化工,攪拌器,設(shè)計(jì) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 34 頁(yè) 1緒論 1.1 攪拌器的概述 1.1.1 攪拌器的應(yīng)用范圍 機(jī)械攪拌反應(yīng)器適用于各種物性（如粘度、密度）和各種操作條件（溫度、壓力）的反應(yīng)過(guò)程，廣泛應(yīng)用于合成材料、合成纖維、合成橡膠、醫(yī)藥、農(nóng)藥、化肥、染料、涂料、食品、冶金、廢水處理等行業(yè)。如實(shí)驗(yàn)室的攪拌反應(yīng)器可小至數(shù)十毫升，而污水處理、濕法冶金、磷肥等工業(yè)大型反應(yīng)器的容積可達(dá)數(shù)千立方米。除用作化學(xué)反應(yīng)器和生物反應(yīng)器外，攪拌反應(yīng)器還可大量用于混合、分散、溶解、結(jié)晶、萃取、吸收或解吸、傳熱等操作。 攪拌反應(yīng)器由攪拌容器和攪拌機(jī)兩大部分組成。攪拌容器包括筒體、換熱元件及內(nèi)構(gòu)件。攪拌器、攪拌軸、及其密封裝置、傳動(dòng)裝置等統(tǒng)稱(chēng)為攪拌機(jī)。 1.1.2 攪拌器的工作原理 通常攪拌裝置由作為原動(dòng)機(jī)的馬達(dá)(電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)或液壓)，減速機(jī)與其輸出軸相連的攪拌抽，和安裝在攪拌軸上的葉輪組成 減速機(jī)體通過(guò)一個(gè)支架或底板與攪拌容器相連。當(dāng)容器內(nèi)部有壓力時(shí)，攪拌軸穿過(guò)底板進(jìn)入容器時(shí)應(yīng)有一個(gè)密封裝置，常用填料密封或機(jī)械密封。通常馬達(dá)與密封均外購(gòu)，研究的重點(diǎn)是葉輪。葉輪的攪拌作用表現(xiàn)為“泵送”和 渦流”，即產(chǎn)生流體速度和流體剪切，前者導(dǎo)至全容器中的回流，介質(zhì)易位，防止固體的沉淀并產(chǎn)生對(duì)換熱熱管束 (如果有)的沖刷；剪切是一種大回流中的微混合，可以打碎氣泡或不可溶的液滴，造成“均勻”。 1.1.3 化工反應(yīng)中的攪拌設(shè)備 根據(jù)攪拌器葉輪的形狀可以分成直葉槳式、開(kāi)啟渦輪式、推進(jìn)式、圓盤(pán)渦輪式、錨式、螺帶式、螺旋式等}根據(jù)處理的掖體牯度不同可以分為低粘度液攪拌器。低粘度液攪拌器，如：三葉推進(jìn)式、折葉槳葉，6直葉渦輪式、超級(jí)混合葉輪式 HR 100，HV 100等；中高粘度液攪拌器如：錨式、螺桿葉輪式、雙螺旋螺帶葉輪型，MR 205，305超混合攪拌器等等。 1.2 化工攪拌器的適應(yīng)條件和構(gòu)造 1.2.1 化工攪拌器的適應(yīng)條件 攪拌加速傳熱和傳質(zhì)，在化工設(shè)備中廣泛運(yùn)用?；嚢杵鞯淖饔檬够どa(chǎn)中的液體充分混合，以滿(mǎn)足化學(xué)反應(yīng)能夠最大程度的進(jìn)行，該設(shè)備可以代替手動(dòng)攪拌對(duì)人體有毒或?qū)ζつw有傷害的化工原料減少對(duì)人體的危害，同時(shí)通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)軸加速攪拌，提高生產(chǎn)率。 攪拌加速傳熱和傳質(zhì)，在化工設(shè)備中廣泛運(yùn)用。攪拌的對(duì)象可以是液體 、固體和氣體，其中液體是必不可少的。最常見(jiàn)的液體是水，其粘度很低。液體也可能很粘，如黃油在室溫下可達(dá) l，000，000 cP。液體中如加入過(guò)多的固體，如泥沙，會(huì)失去流動(dòng)性，成為泥團(tuán)。這種物料也可攪拌，但不在本文敘述的范圍內(nèi)。 1.2.2 化工攪拌器的構(gòu)造 化工生產(chǎn)過(guò)程中，通常用到的攪拌器種類(lèi)有槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、推進(jìn)式攪拌器、錨式攪拌器、框式攪拌器、螺帶式攪拌器等。各類(lèi)攪拌器由于其構(gòu)造，性能等差異，使其能夠分別適用于化工生產(chǎn)中各種不同的工況。槳式攪拌器又可分為平直葉和折葉攪拌器兩種。這類(lèi)攪拌器的結(jié)構(gòu)和加工都比較簡(jiǎn)單。攪拌器直徑 d與釜徑 D之 比d／D為 0．35～0．8，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度為 10～100r／min，為大型低速攪拌器，適用于低、中等粘度物料的混合及促進(jìn)傳熱，可溶固體的混合與溶解等場(chǎng)合。渦輪式攪拌器又可分為開(kāi)啟渦輪式和圓盤(pán)渦輪式兩類(lèi)，每類(lèi)又可分為平直葉、折葉、后彎葉三種。渦輪式攪拌器外形結(jié)構(gòu)上與槳式攪拌器類(lèi)似，只是葉片較多。攪拌器直徑 d與釜徑 D之比d／D為0．17～0．5，轉(zhuǎn)速為30～500r／min。旋轉(zhuǎn)時(shí)有較高的局部剪切作用，能得到高分散度微團(tuán)，適用于氣液混合及液液混合或強(qiáng)烈攪拌的場(chǎng)合，常用于低中等粘度物料 (μ<5×10 cP)。就一開(kāi)啟式和圓盤(pán)式相比較而言，其構(gòu)造上差異造成開(kāi)啟式比圓盤(pán)式循環(huán)流量更大，軸向混合效果更好。推進(jìn)式攪拌器也常被稱(chēng)為旋槳式攪拌器。顧名思義，其葉片形式類(lèi)似于輪船上的螺旋槳。攪拌器直徑 d與釜徑 D之比 d／D為 0．2～0．5，轉(zhuǎn)速較高，為 100～800r／min。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生較大的軸向循環(huán)流量，宏觀混合效果較好，適用于均相液體混合等攪拌不是非常強(qiáng)烈的以宏觀混合為目的的攪拌場(chǎng)合，常用于低粘度料液 (μ<2000cP)的混合?？蚴綌嚢杵鞯臄嚢柰饩壟c釜壁間隙很小，d／D為 0．9～0．98，此特點(diǎn)使得攪拌時(shí)物料不易產(chǎn)生死區(qū)。轉(zhuǎn)速為 1～100r／min，為低速攪拌器，只產(chǎn)生切線流，剪切作用小，無(wú)軸向混合，適用于高粘度物料的攪拌。如精細(xì)化工產(chǎn)品涂料油漆、化妝品的生產(chǎn)過(guò)程中常用到此類(lèi)攪拌器。螺帶式攪拌器是把一定螺距的螺旋形鋼帶固定在攪拌軸上，螺帶外緣很接近釜壁。攪拌時(shí)，物料沿釜壁上升，沿軸向下運(yùn)動(dòng)。適用于高粘度料液的混合。 1.3 課題的目的、意義、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1.3.1 課題的目的、意義 化工反應(yīng)中攪拌器的目的是借助攪拌器的作用使化工生產(chǎn)中的液體充分混合，以滿(mǎn)足化學(xué)反應(yīng)能夠最大程度的進(jìn)行。該設(shè)備可以代替手動(dòng)攪拌對(duì)人體有毒或?qū)ζつw有傷害的化工原料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，在化工生產(chǎn)應(yīng)用比較廣泛。本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)小型攪拌器，容積在500升左右，工作平穩(wěn)靈活，使用方便。本題目主要涉及化工生產(chǎn)中攪拌器的設(shè)備設(shè)計(jì)，主要解決的問(wèn)題是化工生產(chǎn)中該設(shè)備的設(shè)計(jì)，包括：攪拌器的選擇、電動(dòng)機(jī)及減速器的選型、支撐裝置的設(shè)計(jì)、軸的選擇及密封設(shè)置、攪拌容器的設(shè)計(jì)，并畫(huà)出相應(yīng)的設(shè)備圖。 1.3.2 攪拌器的發(fā)展史及現(xiàn)狀 攪拌混合設(shè)備是一種應(yīng)用廣泛、品種繁多的流體機(jī)械產(chǎn)品，適用于化工、冶金、醫(yī)藥、食品和飼料等領(lǐng)域。攪拌操作是工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，它的原理涉及流體力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)等多種過(guò)程，而攪拌器是為了使攪拌介質(zhì)獲得適宜的流動(dòng)場(chǎng)而向其輸入機(jī)械能量的裝置。因此攪拌器也叫做Mixer，或叫做Agitator,Stirrer。廣義的攪拌還包括將固體微粒分散懸浮在溶液里面或?qū)⑷芤鹤兂删鶆虻娜榛?，因此它包括分散器和均質(zhì)機(jī)。某些攪拌器能產(chǎn)生極大的剪切力，以獲得細(xì)化的粒子比膠體磨大10倍以上的亞微米懸浮體，因此，可用于制造色拉醬、美容乳之類(lèi)的精細(xì)食品和化學(xué)品。石化工業(yè)常用于聚氯乙烯合金、順丁橡膠合釜、反應(yīng)釜、汽提釜等統(tǒng)稱(chēng)為攪拌容器（Agitatored Vessels，或Stirred Vessels）。 近年來(lái)，攪拌器和攪拌容器獲得飛速發(fā)展的同時(shí)，正面臨著滿(mǎn)足合理利用資源、節(jié)能降耗和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。攪拌器和攪拌容器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì)化和品種多樣化的同時(shí)，正日趨大型化。日立制作所自1949年生產(chǎn)攪拌反應(yīng)釜以來(lái)已為聚氯乙烯、對(duì)苯二甲酸、苯乙烯單體、聚丙烯等裝置生產(chǎn)了攪拌反應(yīng)釜近4000臺(tái)，容器的最大容量達(dá)576m3 ，最大直徑達(dá)7620 mm，圓筒部分最大長(zhǎng)度達(dá)44380 mm，設(shè)計(jì)壓力最大 28 MPa，設(shè)計(jì)溫度最高 530 ℃，電機(jī)最大功率達(dá) 1100 kW?；诠?jié)能的要求，開(kāi)發(fā)出變頻調(diào)速電機(jī)、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機(jī)械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)?；诮档彤a(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè)備平均維修間隔時(shí)間的要求，大大提高了設(shè)備運(yùn)行壽命?；跐M(mǎn)足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實(shí)現(xiàn)了CIP(就地清洗 )和 SIP(就地殺菌)，提高了自動(dòng)化水平，避免了人與產(chǎn)品的接觸，減少了人工操作和待機(jī)時(shí)間，大大提高了產(chǎn)品的衛(wèi)生水平。 1.3.3 攪拌器的主要類(lèi)型及其發(fā)展概況 根據(jù)攪拌器的形狀可以分成直葉槳式、開(kāi)啟渦輪式、推進(jìn)式、圓盤(pán)渦輪式、錨式、螺帶式、螺旋式等；根據(jù)不同液體的粘度可以分為低粘度液攪拌器、中高粘度液攪拌器。低粘度液攪拌器，如：三葉推進(jìn)式葉輪，折葉槳式 (2～4折葉)，6直葉渦輪式，超級(jí)混合葉輪式 (HR]O0，HV200)等 ；中高粘度液攪拌器如：錨式、螺桿葉輪式，雙螺旋螺帶葉輪型，超混臺(tái)攪拌器 (MR205，305)等。為了達(dá)到成品高精度、高品質(zhì)化要求，國(guó)外，特別是日本開(kāi)發(fā)了新型的攪拌裝置 ，以滿(mǎn)足高粘度產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。如倒圓錐形螺帶翼式攪拌器、超混合攪拌器、高性能浮動(dòng)攪拌槽、超振動(dòng)α型攪拌器等。 在對(duì)物料的攪拌操作中，人們希望實(shí)現(xiàn)多種攪拌目的，因此了解各種攪拌器的特點(diǎn)，選擇適宜的葉輪型式，設(shè)計(jì)出符合流動(dòng)狀態(tài)特性的攪拌器是非常重要的。攪拌槽內(nèi)的液體進(jìn)行著三維流動(dòng)，為了區(qū)分?jǐn)嚢铇~排液的流向特點(diǎn)，根據(jù)主要排液方向，按圓柱坐標(biāo)把典型槳葉分成徑向流葉輪和軸向流葉輪 。齒片式、平葉槳式、直葉圓盤(pán)渦輪式和彎曲葉渦輪式在無(wú)擋板攪拌槽中除了使液體產(chǎn)生與葉輪一起回轉(zhuǎn)的周向流外，還由于葉輪的離心力是液體沿葉片向槽壁射出，形成強(qiáng) 大有力的徑向流，故稱(chēng)這些葉輪為徑向流葉輪。徑向流葉輪攪拌器旋轉(zhuǎn)時(shí)，將物料由軸向吸入再?gòu)较蚺懦?，葉輪功率消耗大，攪拌速度較快，剪切力強(qiáng)。如圖1.1、圖1.2所示，是典型的徑向流葉輪型式。 圖1.1徑向流葉輪 圖1.2徑向流葉輪 在湍流狀態(tài)下，推進(jìn)式葉輪除了產(chǎn)生周向流動(dòng)外，還產(chǎn)生大量軸向流動(dòng)，是典型的軸向流葉輪。折葉渦輪式葉輪與直葉圓盤(pán)渦輪和彎曲葉渦輪式葉輪相比，軸向流成分較多，多用于軸向流的場(chǎng)合。螺帶式和螺桿式葉輪使高粘度物料產(chǎn)生軸向流動(dòng)，也屬軸向流葉輪型式。軸向流葉輪攪拌器不存在分區(qū)循環(huán)，單位功率產(chǎn)生的流量大，剪切速率小且在槳葉附近較大范圍內(nèi)分布均勻，具有較強(qiáng)的最大防脫流能力。如圖1.3、圖 1.4所示，是典型的軸向流葉輪型式。 圖1.3軸向流葉輪 圖1.4軸向流葉輪 新型軸向流葉輪 在通常情況下，大量的攪拌設(shè)備用于低粘物系的混合和固一液懸浮操作，要求葉輪能以低的能耗提供高的軸向循環(huán)流量。由于傳統(tǒng)的推進(jìn)式葉輪葉片為復(fù)雜的立體曲面，雖能滿(mǎn)足要求，但制造卻很困難，亦不易大型化。因此競(jìng)相開(kāi)發(fā)節(jié)能高效 、造價(jià)低廉且易于大型化的第二代高效軸流攪拌器成為混合設(shè)備公司的目標(biāo)。美國(guó)萊寧公司開(kāi)發(fā)了 A310和A315系列(如圖1.5，圖1.6所示)。 圖1.5 A310 圖1.6 A315 國(guó)內(nèi)如北京化工大學(xué)和華東理工大學(xué)等也分別開(kāi)發(fā)了CBY軸流槳和翼型槳；中國(guó)石油化工學(xué)院的沈惠平教授等人還研制開(kāi)發(fā)了一種新型高效易于加工的軸流式攪拌葉輪。它是一種空間扭曲板材型槳葉，從葉片端部看，它由許多相似的拱組成，與其所處半徑有關(guān)，且具有合理的葉片傾角、拱度及葉片寬度。 新型攪拌混合設(shè)備 近年來(lái)歐洲和Et本開(kāi)發(fā)了很多種適用于高粘和超高粘物系的臥式自清潔攪拌設(shè)備。瑞士臥式雙軸全相(AllPhase)型攪拌機(jī)就是典型的一例。如圖1.7所示。 圖1.7瑞士LIST公司全相型自清潔反應(yīng)器 圖1.8復(fù)合式攪拌器的結(jié)構(gòu) 另外，北京燕山石油化工有限公司設(shè)計(jì)院針對(duì)在大直徑、低轉(zhuǎn)速、介質(zhì)較粘稠的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)了一種復(fù)合式攪拌器，很好地解決了無(wú)法配備大功率的電機(jī)，存在制造、檢修 以及安裝的困難等問(wèn)題。復(fù)合式攪拌器的結(jié)構(gòu)如圖 1.8所示。 設(shè)備設(shè)計(jì)智能化的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)混合專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)，將攪拌混合設(shè)備與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，在混合設(shè)備選型和設(shè)計(jì)中運(yùn)用人工智能技術(shù)(AJ)和基于知識(shí)的系統(tǒng)(KBS)，即實(shí)現(xiàn)了混合設(shè)備選型和設(shè)計(jì)的智能化。 如圖1.9所示，攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)采用總設(shè)計(jì)任務(wù)控制各階段設(shè)計(jì)分任務(wù)，分任務(wù)調(diào)度相應(yīng)的設(shè)計(jì)知識(shí)和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)混合設(shè)備的專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)的組織方法。通過(guò)仔細(xì)的分析、歸屬，用智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)原型階段性地實(shí)現(xiàn)混合設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程，可以把其表示為一系列的設(shè)計(jì)過(guò)程的鏈?zhǔn)叫蛄小８麟A段相對(duì)獨(dú)立又相互連續(xù)，其中每一個(gè)設(shè)計(jì)階段都將設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)傳遞給后繼設(shè)計(jì)過(guò)程L6j。該系統(tǒng)從攪拌葉輪的選型、過(guò)程設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)分析評(píng)價(jià)，到最終機(jī)械繪圖的全過(guò)程的都給出了智能化的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。它可應(yīng)用于牛頓流體和非牛頓流體，液一液體系、固 一液體系和氣 一液體系，并且可以處理容積超過(guò)上百立方米的應(yīng)用體系。20世紀(jì)90年代以來(lái)，有關(guān)攪拌設(shè)備選型和設(shè)計(jì)的專(zhuān)家系統(tǒng)在國(guó)外已有少量報(bào)道。如 1994年美國(guó) Chemineer公司報(bào)道了該公司有一個(gè)用于渦輪式攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)軟件 AgDesign，據(jù)稱(chēng)該公司90％頂伸人攪拌器的設(shè)備均已用此軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。芬蘭的Lappeenranta工業(yè)大學(xué)在1994年發(fā)表了有關(guān)混合設(shè)備初步設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的論文。在國(guó)內(nèi)，浙江大學(xué)也正與大型石化企業(yè)合作開(kāi)發(fā)攪拌槽式反應(yīng)器的智能化輔助選型和設(shè)計(jì)軟件。 圖1.9 混合設(shè)計(jì)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) 1.3.4 結(jié)語(yǔ) 攪拌操作是工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，攪拌混合設(shè)備在化學(xué)工業(yè)中擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色?，F(xiàn)代化學(xué)工業(yè)要求有更高更好的攪拌混合技術(shù)，因此必須改進(jìn)傳統(tǒng)攪拌裝置、研制新型混合設(shè)備；同時(shí)使用 LDV、PIV和 EPT等先進(jìn)量測(cè)技術(shù)，運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)知識(shí)，深入分析攪拌反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)機(jī)理和微觀混合，安全和優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高過(guò)程效率性能和降低失敗風(fēng)險(xiǎn)，并最終提高反應(yīng)產(chǎn)率。在這些現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的推動(dòng)下，攪拌混合技術(shù)一定會(huì)向一個(gè)更新的階段發(fā)展。 1.4 本課題的設(shè)計(jì)思路 本課題的設(shè)備思路可分為以下步驟： 1、按設(shè)計(jì)要求可用的 D／T(輪徑／罐徑)值，和對(duì)攪拌時(shí)間、攪拌程度的要求，選定若干個(gè)不同轉(zhuǎn)速下的扭矩或功率要求； 2、選定合理的葉輪安裝高度，結(jié)合設(shè)備情況，估計(jì)近似的攪拌軸長(zhǎng)； 3、估計(jì)合理的電動(dòng)機(jī)功率； 4、根據(jù)葉輪功耗。輸出軸、支架等等，選擇能滿(mǎn)足前三項(xiàng)要求的攪拌器； 5、按照葉尖切線速度等條件，確定最合適的轉(zhuǎn)速，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，按已確定的條件，對(duì)軸系進(jìn)行動(dòng)力和強(qiáng)度等因素的驗(yàn)算和分析。 2 攪拌容器的設(shè)計(jì) 2.1 攪拌容器的設(shè)計(jì)探討 攪拌容器的作用是為物料反應(yīng)提供合適的空間。攪拌容器的筒體基本上是圓柱筒，封頭常采用橢圓形封頭、錐形封頭和平蓋，以橢圓形封頭應(yīng)用最廣。下封頭與筒體一般為焊接連接，上封頭與筒體也可采用焊接連接，但在筒體直徑DN≤1500mm的場(chǎng)合多采用法蘭連接。 筒體的直徑和高度是容器設(shè)計(jì)的基本尺寸。工藝條件通常給出設(shè)備容積V或操作容積V0 ,有時(shí)也給出筒體內(nèi)徑Di，或者筒體高度H1和筒體內(nèi)徑Di之比（稱(chēng)為長(zhǎng)徑比）,其中V0=nV，n為裝料系數(shù)，表明容器操作時(shí)所允許的裝滿(mǎn)程度，在確定攪拌容器的容積時(shí)，其值通常可取0.6~0.85.如果物料在反應(yīng)中產(chǎn)生泡沫或沸騰狀態(tài)，取0.6~0.7；如果物料在反應(yīng)中比較平穩(wěn)，可取0.8~0.85. 一般攪拌罐根據(jù)罐內(nèi)物料類(lèi)型筒體的高徑比可分為液固相、液液相1~1.3，氣液相1~2. 據(jù)設(shè)計(jì)要求，要求攪拌器的容積在500升左右，液體粘度為0.3Pa.s，液體的密度為ρ=1500kg/m3，運(yùn)轉(zhuǎn)速度為40r/min，v=5m/s。結(jié)合實(shí)際條件，本課題選用筒式攪拌器。將攪拌器的外殼設(shè)計(jì)成圓筒形，攪拌器旋轉(zhuǎn)時(shí)，把機(jī)械能傳遞給流體，在攪拌器附近形成高湍動(dòng)的充分混和區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流，使流體具有較高的壓頭，推動(dòng)液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。在圓筒的導(dǎo)流作用下，介質(zhì)從簡(jiǎn)體的頂部和底部流入筒內(nèi)，完成一個(gè)循環(huán)，使介質(zhì)產(chǎn)生高速的徑向流和軸向流，同時(shí)加大介質(zhì)流量，介質(zhì)流動(dòng)更均勻。 通過(guò)筒式攪拌器與渦輪式攪拌器和推進(jìn)式攪拌器的功率對(duì)比試驗(yàn)，在相同的拌情況下，筒式攪拌器將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率更高，如圖2.1所示。 圖2.1三種攪拌器功率曲線 (1) 筒式攪拌器的攪拌流型適于低黏度液體的攪拌，攪拌釜內(nèi)的攪拌死角較少。 (2) 筒式攪拌器對(duì)電能的利用率高，在相同的情況下，筒式攪拌器的功率準(zhǔn)數(shù)較小，耗能少，表明筒式攪拌器在節(jié)能方面具有非常好的效果。 (3) 筒式攪拌器的攪拌混合效率高，在相同的情況下，是渦輪式和推進(jìn)式攪拌器的2～3倍。 因此，本課題選用的筒式攪拌器能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。 2.2 攪拌容器的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.2.1 確定筒體的幾何參數(shù) （1）筒體型式 選擇圓柱形筒體 （2）確定內(nèi)筒筒體的直徑和高度 由于攪拌過(guò)程是液—液相混合，一般來(lái)說(shuō)攪拌裝置的高徑比（H／D）為1~1.3，本次設(shè)計(jì)選用高徑比為1.2。已知攪拌容積是500L，根據(jù)公式 D= （2.1） 可以計(jì)算處筒體的內(nèi)直徑D=0.80m，筒體高H=0.96 m。 （3）筒體材料的選擇及估算筒體鋼板的厚度 根據(jù)冶金手冊(cè)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，我們選用普通碳素鋼，根據(jù)GB150—1998中對(duì)碳素鋼的要求和鋼板之間的差別，我們選用Q235—B熱軋鋼板，厚度尺寸選用9mm。 （4）計(jì)算筒體的壁厚及強(qiáng)度校核 按照材料力學(xué)中的強(qiáng)度理論，對(duì)于鋼制容器適宜采用第三、第四強(qiáng)度理論，但是由于第一強(qiáng)度理論在容器設(shè)計(jì)史上使用最早，有成熟的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且由于強(qiáng)度條件不同而引起的誤差已考慮在安全系數(shù)內(nèi)，所以至今在容器常規(guī)設(shè)計(jì)中仍采用第一強(qiáng)度理論，即 σ1≤[σ] 式中是器壁中σ1三個(gè)主應(yīng)力中最大一個(gè)主應(yīng)力。對(duì)于內(nèi)壓薄壁容器的回轉(zhuǎn)殼體，軸向應(yīng)力σθ為第一主應(yīng)力，徑向應(yīng)力σψ為第二主應(yīng)力，而另一個(gè)主應(yīng)力σz是徑向應(yīng)力，由于σθ、σψ與σz相比可忽略不計(jì)，即σ3=σz=0，所以第三強(qiáng)度理論與第一強(qiáng)度理論趨于一致。因此在對(duì)容器個(gè)元件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，主要確定σ1，并將其控制在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，進(jìn)而求取容器的壁厚。 容器圓筒承受均勻內(nèi)壓作用時(shí)，其器壁中產(chǎn)生的如下薄膜應(yīng)力（圓筒的平均直徑為D，壁厚為t）： σθ= σψ= 很顯然，σ1=σθ，故按照第一強(qiáng)度理論，有 σ1 = ≤〔σ〕t （2.2） 在容器設(shè)計(jì)中，一般只給出內(nèi)徑值Di，則D=Di + t，將其代入上式，得 P(Di+t)/2t≤〔σ〕t （2.3） 容器圓筒在制造時(shí)由鋼板卷焊而成，焊縫區(qū)金屬?gòu)?qiáng)度一般低于木材，所以上式中的〔σ〕t應(yīng)乘以系數(shù)Ф。所以，考慮容器內(nèi)部介質(zhì)和周?chē)髿飧g、供貨鋼板厚度的負(fù)偏差等原因，設(shè)計(jì)厚度應(yīng)比計(jì)算厚度大。設(shè)t為圓筒的計(jì)算厚度，則由上式可得 （2.4） 式中p——設(shè)計(jì)內(nèi)壓力，Mpa Di——圓筒內(nèi)直徑，mm t ——計(jì)算厚度，mm Ф——焊縫系數(shù)，Ф≤1.0 〔σ〕t——設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的作用應(yīng)力，Mpa。 式（2.4）即為內(nèi)壓圓筒厚度的計(jì)算公式。已知Q235—B 鋼的設(shè)計(jì)內(nèi)壓力P<1.6 Mpa，選用P=1.0Mpa，許用應(yīng)力〔σ〕t=125 Mpa，〔σ〕=125 Mpa，Ф=0.5，所以計(jì)算厚度t=（1.0×800）／（2×125×0.5—1）=7mm。代入公式（2.2）驗(yàn)算得σ1=61.4<〔σ〕=125 Mpa，符合要求。 2.2.2 封頭的設(shè)計(jì) （1）封頭的選型及計(jì)算 最常用容器封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和無(wú)折邊封頭等凸形封頭以及圓錐形封頭、平板封頭等數(shù)種。這些封頭都是壓力容器的主要受壓元件，由于與圓筒筒體的連接處有較為復(fù)雜的邊界條件，故有不同性質(zhì)的應(yīng)力存在，所以在對(duì)承受均勻內(nèi)壓封頭進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，除了要考慮封頭自身的薄膜應(yīng)力外，還要考慮封頭與圓筒筒體連接處的不連續(xù)應(yīng)力。 綜上所述，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，從各個(gè)封頭的受力分析、制造工藝和的應(yīng)用場(chǎng)合等各個(gè)方面綜合考慮，我們選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。如下圖2.2所示 圖2.2封頭 橢圓形封頭是由半個(gè)橢球面和一圓筒直邊組成，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分吸取了半球形封頭受力好和碟形封頭深度淺的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用最為廣泛。由于橢圓形封頭幾何特征造成經(jīng)線曲率平滑連續(xù)，故封頭中的應(yīng)力分布比較均勻。橢圓形封頭中的應(yīng)力，包括由內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力和封頭與圓筒體連接處的不連續(xù)應(yīng)力兩部分。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其Di/2hi=2，K=1，則封頭的厚度計(jì)算公式為 T=PDi/(2[σ]tφ-0.5p) (2.5) 其中長(zhǎng)軸為2a=Di=0.80m，hi/Di=0.25，所以hi=0.2m，短軸之半b=hi=0.2m。從式（2.5）可知，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度與筒體基本相同，若因Ф值有所不同，則相差也不會(huì)很大，為焊接方便，常取兩者等厚則t=7mm。 （2）封頭的強(qiáng)度校核 封頭的厚度為7mm，橢圓形封頭的當(dāng)量球殼內(nèi)半徑R1=KD=1ⅹ800=800mm，用（6）A==0.0015， （2.6） 查得B=120Mpa，由式（2.7） [P]= （2.7） 得[P]=1.05Mpa>1.0125 Mpa。故封頭壁厚取7mm可以滿(mǎn)足穩(wěn)定性的要求。 3 傳動(dòng)裝置的選擇和攪拌器的設(shè)計(jì) 3.1 攪拌器的選型 化工生產(chǎn)過(guò)程中，通常用到的攪拌器種類(lèi)有槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、推進(jìn)式攪拌器、錨式攪拌器、框式攪拌器、螺帶式攪拌器等。各類(lèi)攪拌器由于其構(gòu)造，性能等差異，使其能夠分別適用于化工生產(chǎn)中各種不同的工況。由于本次設(shè)計(jì)的攪拌器是低粘度、低速度、液—液混合的小功率設(shè)備，容積為500L，根據(jù)攪拌器對(duì)這些因素的要求，本次設(shè)計(jì)選用斜槳式攪拌器。傾斜槳式攪拌器結(jié)構(gòu)上，葉槳與攪拌軸的安裝角＜90°，在旋轉(zhuǎn)攪拌時(shí)，阻力將堿??；另一方面，傾斜旋轉(zhuǎn)的葉槳能使容器內(nèi)的液料形成渦流，攪拌效果好，特別是當(dāng)軸正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，可使沉淀物攪動(dòng)上翻，對(duì)物料的攪拌效果相當(dāng)好；當(dāng)軸反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，又可使懸浮物攪至底部，對(duì)有懸浮物的液料攪拌十分有利．但轉(zhuǎn)軸受扭矩和彎矩復(fù)合作用，對(duì)其強(qiáng)度、剮度及安裝的要求較高，多用于低速、低粘度、小功率( = 30~40r／min)攪拌．因此槳式攪拌器符合設(shè)計(jì)的要求。 3.2 攪拌器功率的計(jì)算 在計(jì)算功率之前，首先計(jì)算攪拌過(guò)程的雷諾準(zhǔn)數(shù)，計(jì)算公式為 Re= （3.1） 已知n=40 r／min=0.67r/s，dj=0.8m，μ=0.3Pa.s，ρ=1500kg/m3所以雷諾數(shù)Re=588。 攪拌所需動(dòng)力為 P= （3.2） 其中Np為功率準(zhǔn)數(shù)，利用Rushton的功率曲線圖，查得Np=0.75，代入上式得P=0.3KW，所需電動(dòng)機(jī)的功率為Pe=P/η=0.31KW ，(η=0.98)，所以選擇0.37KW的電動(dòng)機(jī)就可滿(mǎn)足要求。 3.3 攪拌軸的結(jié)構(gòu)及材料 3.3.1 軸的結(jié)構(gòu) 攪拌軸主要用來(lái)支承攪拌器的，并從減速器輸出軸取得動(dòng)力使攪拌器旋轉(zhuǎn)，達(dá)到攪拌的目的。因此，攪拌軸的結(jié)構(gòu)就是以這些要求為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。攪拌軸上端應(yīng)同減速器輸出軸相連。它們是通過(guò)聯(lián)軸器相聯(lián)接的，因此，攪拌軸上端必須復(fù)合聯(lián)軸器的聯(lián)接結(jié)構(gòu)要求。軸上相應(yīng)的位置應(yīng)加工出同攪拌器相配合的結(jié)構(gòu)尺寸。目前常用的攪拌器大都采用平鍵、穿軸銷(xiāo)釘或穿軸螺釘固定。其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。 1—攪拌器2—防銹螺母 圖3.1 3.3.2 軸的材料 攪拌器軸的材料通常選用45號(hào)鋼，還應(yīng)進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。同時(shí)由于化工反應(yīng)中有腐蝕，所以還要進(jìn)行防腐蝕處理。 3.3.3 攪拌軸的計(jì)算 攪拌軸的計(jì)算主要是確定軸的最小截面尺寸（軸徑），需要進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算或校核，驗(yàn)算軸的臨界轉(zhuǎn)速和撓度等，以便保證攪拌軸能安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。 攪拌軸的特點(diǎn)是細(xì)而長(zhǎng)，攪拌器設(shè)在軸的一端，軸受到扭轉(zhuǎn)、彎曲和軸向等組合載荷，其中以扭轉(zhuǎn)載荷為主。工程應(yīng)用中常用近似的方法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，即假定軸只受到扭矩作用，然后用增加安全系數(shù)以降低材料許用應(yīng)力的辦法來(lái)補(bǔ)償其他載荷的影響。 (1) 軸的強(qiáng)度計(jì)算 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件是： max = （3.3） 由上式可知，只要知道了攪拌軸上所傳遞的扭矩MT和軸材料的許用剪應(yīng)力[]值后，就可求出軸的抗扭截面模量，即： WP= （3.4） 已知MT可由軸傳遞的功率P和轉(zhuǎn)速n求出，即： MT=9.55×106P/n （3.5） 然后再根據(jù)抗扭截面模量Wp同軸徑d的關(guān)系求出攪拌軸的最小直徑。因?yàn)? Wp= （3.6） 將（3.5）（3.6）式代入（3.4）式得 d≥×≈365.09×mm 已知攪拌功率為0.3KW，軸的轉(zhuǎn)數(shù)n=40r/min，[]=40Mpa，代入上式得d=19mm?？紤]到腐蝕，故攪拌軸的直徑為20mm。 （2）軸的剛度的計(jì)算 為了防止攪拌軸產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)變形，從而在運(yùn)轉(zhuǎn)中引起振動(dòng)，造成動(dòng)密封失效，應(yīng)該把軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，這就是設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)剛度條件。為此攪拌軸要進(jìn)行剛度計(jì)算。 工程上是以單位長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)角θ不得超過(guò)許用扭轉(zhuǎn)角[θ]作為剛度條件的，即： θmax=×103× ≤[θ] （3.7） θ—軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，°/m； G—剪切彈性模量，Mpa；G=8.1х104Mpa； Ip—截面的極慣性矩。一般情況下Ip =。 從（3.7）式可以看出，扭轉(zhuǎn)角θ的大小與扭矩MTmax成正比，與扭轉(zhuǎn)剛度GIp成反比。許用扭轉(zhuǎn)角[θ]值是根據(jù)實(shí)際情況確定的，一般攪拌軸選用[θ]=（0.5—1.0）°/m。取[θ]=0.8。代入下式 d≥1537×mm (3.8) 得d=20mm。 軸徑應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足剛度和強(qiáng)度兩個(gè)條件。一般按剛度計(jì)算的軸徑較按強(qiáng)度計(jì)算的軸徑大，所以對(duì)攪拌軸來(lái)說(shuō)，主要以剛度條件確定軸徑?？紤]到腐蝕，所以取最小軸徑為d=20mm。 3.3.4 攪拌軸的形位公差和表面粗糙度要求 由于要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，防止軸的彎曲對(duì)軸封處的不利影響，因此軸安裝和加工要控制軸的直度，當(dāng)轉(zhuǎn)速n<100r/min時(shí)，直線度允差為1000：0.15。軸的配合面的配合公差和表面粗糙度可按所配零件的標(biāo)準(zhǔn)要求選取。 3.4 攪拌器及傳動(dòng)裝置等的設(shè)計(jì)及計(jì)算 3.4.1 攪拌器的選擇 根據(jù)工藝要求，選用直徑為400mm，軸徑Ф25mm的槳式攪拌器，標(biāo)記符號(hào)為400—25. 3.4.2 電動(dòng)機(jī)的選型 根據(jù)攪拌器的結(jié)構(gòu)及電動(dòng)機(jī)的安裝方式，我們選用YS系列V1型立式電動(dòng)機(jī)， 電動(dòng)機(jī)的型號(hào) YS7112. 轉(zhuǎn)速 2800 r/min 額定功率 370W 最大轉(zhuǎn)矩 2.4 質(zhì)量 9Kg 其結(jié)構(gòu)尺寸由文獻(xiàn)[6，表12—12]可知。 3.4.3 減速器的選型 根據(jù)我國(guó)目前情況，反應(yīng)釜用的立式減速機(jī)主要有，擺線針輪減速機(jī)、兩級(jí)齒輪減速機(jī)、V帶減速機(jī)、蝸桿減速機(jī)等幾種，這幾種減速機(jī)已由有關(guān)工業(yè)部門(mén)訂有標(biāo)準(zhǔn)系列，根據(jù)本次設(shè)計(jì)情況和查閱有關(guān)手冊(cè)，我們選用擺線針輪減速機(jī)，如圖3.2所示。 . 圖3.2擺線針輪減速機(jī) 根據(jù)《單支點(diǎn)機(jī)架》（HG21566—95）標(biāo)準(zhǔn)的附錄中列有常用的“釜用傳動(dòng)裝置減速機(jī)型號(hào)及技術(shù)參數(shù)”可以根據(jù)公稱(chēng)直徑和攪拌軸轉(zhuǎn)速來(lái)選擇減速機(jī)的型號(hào)。我們選用BLD3—1—29Q型減速器。其安裝尺寸參照文獻(xiàn) [3, 表18—12（a）]。 3.4.4 軸承的選擇 軸承是機(jī)器中重要的部件，它的功用主要是支承軸及軸上的零件，并使軸保持一定的旋轉(zhuǎn)精度，減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦與磨損。一般的工作情況下，滾動(dòng)軸承的摩擦阻力較滑動(dòng)軸承的摩擦阻力小，其功率損耗也小，容易起動(dòng)，潤(rùn)滑與維護(hù)簡(jiǎn)單，而且滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，可由專(zhuān)門(mén)工廠大批生產(chǎn)，選用方便。所以在各種機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛。所以本次設(shè)計(jì)我們選用滾動(dòng)軸承。 滾動(dòng)軸承通常由四種元件組成，即外圈1、內(nèi)圈3、滾動(dòng)體2和保持架4，如下圖。外圈和內(nèi)圈都制有一定形狀的滾道，以保證滾動(dòng)體在其間作精確的運(yùn)轉(zhuǎn)。滾動(dòng)體有球形、圓柱體、圓錐形、針形等，保持架的作用是把滾動(dòng)體彼此隔開(kāi)并沿滾道均勻分布，通常內(nèi)圈裝配在軸頸上，隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；外圈裝在軸承座里不轉(zhuǎn)動(dòng)。由于滾動(dòng)體和內(nèi)圈、外圈的接觸面積很小，接觸應(yīng)力很大，所以它們都是由合金鋼制造的，經(jīng)熱處理使硬度達(dá)到60HRC以上，保持架多用軟鋼沖壓而成，也有用鋼合金、塑料和其他材料制成的。 根據(jù)軸承所承受載荷的大小、方向和性質(zhì)，我們選用深溝球軸承，主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受一定的的軸向載荷。其結(jié)構(gòu)如圖3.3，其代號(hào)為6211。其安裝尺寸參照文獻(xiàn)[5, 表12.1]。軸承的潤(rùn)滑選用脂潤(rùn)滑，密封用氈圈式密封。 圖3.3軸承 3.4.5 聯(lián)軸器的選擇 立式攪拌反應(yīng)器常用的聯(lián)軸器主要有JQ型夾殼式聯(lián)軸器、GT型凸緣聯(lián)軸器和TK型彈性塊式聯(lián)軸器。根據(jù)有關(guān)要求，我們選用彈性塊式聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器適用于工作溫度－20°—+60°，且有油或有弱堿、弱酸的介質(zhì)浸蝕下的變載荷的連接，并能緩和一部分沖擊，以及補(bǔ)償少量的軸線偏差。彈性塊式聯(lián)軸器已經(jīng)作為化工設(shè)備立式減速器HG標(biāo)準(zhǔn)的附件，應(yīng)用較為廣泛。彈性塊式聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。上方與減速器軸相連的凸半聯(lián)軸器，有4—12片弧形凸塊。下方與攪拌軸相連的凹半聯(lián)軸器上則制有凹槽，可以容放相應(yīng)數(shù)量的彈性塊和凸半聯(lián)軸器上的凸塊。聯(lián)軸器與軸則以固定螺釘和鍵固定。當(dāng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸半聯(lián)軸器即通過(guò)彈性塊來(lái)帶動(dòng)凹半聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)。聯(lián)軸器材料采用不比HT200差的鑄鐵，彈性塊采用能在－20°—+60°范圍內(nèi)工作，且耐油、弱酸及弱堿的橡膠制成。 圖3.4聯(lián)軸器 其尺寸參考文獻(xiàn)[4, 表11—2]。 3.5 傳動(dòng)裝置的機(jī)架 反應(yīng)釜立式傳動(dòng)裝置是通過(guò)機(jī)架安裝在反應(yīng)釜封頭的底座上的，機(jī)架上端需與減速機(jī)裝配，下端則與底座裝配。在機(jī)架上一般還需要有容納聯(lián)軸器、軸封裝置等部件及其安裝操縱所需要的空間。按照《攪拌傳動(dòng)裝置系統(tǒng)組合》HG21563—95標(biāo)準(zhǔn)系列中選取機(jī)架。選用時(shí)，首先考慮上述要求，然后根據(jù)所選減速機(jī)的輸出軸軸徑及其安裝定位面的結(jié)構(gòu)尺寸選配合適的機(jī)架。根據(jù)上述條件，選用J—A55型單支點(diǎn)機(jī)架，機(jī)架的公稱(chēng)直徑為300mm。如圖3.5： 圖3.5機(jī)架 其尺寸參照文獻(xiàn)[3, 表18—14]，機(jī)架的材料選用和加工，選用灰鑄鐵HT200鑄造毛坯再進(jìn)行加工。 3.6 底座的設(shè)計(jì) 為了易于保證底座既與減速機(jī)座連接又使穿過(guò)軸封裝置的攪拌軸運(yùn)轉(zhuǎn)順利，要求軸封裝置與減速機(jī)架安裝時(shí)有一定的同心度，一般都將兩者的定位安裝面做在同一塊底座上。根據(jù)《攪拌傳動(dòng)裝置系統(tǒng)組合、選用及技術(shù)要求》（HG21563—95中），我們選用圖3.6所示的平底底座： 圖3.6底座 3.7 攪拌器的軸封裝置 解決化工設(shè)備的跑、冒、滴、漏，特別是防止有毒、易燃介質(zhì)的泄露，是一個(gè)很重要的問(wèn)題。因此，在攪拌器的設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇合理的密封裝置是很重要的。在反應(yīng)釜中使用的軸封裝置主要是填料箱密封和機(jī)械密封兩種。通過(guò)下表填料箱密封和機(jī)械密封的比較，我們選取機(jī)械密封作為攪拌器的軸封裝置。 機(jī)械密封系指兩塊環(huán)形密封元件，在其光潔面平直的端面上，依靠介質(zhì)壓力或彈簧力的作用，在相互貼合的情況下作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而構(gòu)成密封結(jié)構(gòu)。圖3.7是一種釜用機(jī)械密封裝置的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)了彈簧座、彈簧、彈簧壓板、動(dòng)環(huán)等零件一起旋轉(zhuǎn)。由于彈簧力的作用使動(dòng)環(huán)緊緊壓在靜環(huán)上。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)環(huán)與軸一起旋轉(zhuǎn)，而靜環(huán)則固定于座架上靜止不動(dòng)，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)相接觸的環(huán)形密封端面阻止了介質(zhì)的泄露。因此，從結(jié)構(gòu)上看，機(jī)械密封主要是將較易泄露的軸向密封，改為不易泄露的端面密封。 表3.1填料密封和機(jī)械密封的比較 比較項(xiàng)目 填料箱密封 機(jī)械密封 泄露量 180~450ml/h 一般平均泄露量為填料箱密封的1% 磨損功損失 機(jī)械密封為填料箱密封的10%~50% 軸磨損 有磨損，用久后軸要換 幾乎無(wú)磨損 維護(hù)及壽命 需要經(jīng)常維護(hù)，更換填料 壽命0.5~1年或更長(zhǎng)，很少需要維護(hù) 高參數(shù) 高壓、高溫、高真空、高轉(zhuǎn)速、大直徑密封很難解決 可以 加工及安裝 加工要求一段，填料更換方便 動(dòng)環(huán)、靜環(huán)表面光潔程度及平直度要求高，不易加工，成本高，裝卸不便 對(duì)材料要求 一般 動(dòng)環(huán)、靜環(huán)要求較高減磨性能 圖3.7機(jī)械密封 化工部門(mén)已將釜用機(jī)械密封的基本型式及參數(shù)制定了系列標(biāo)準(zhǔn)《攪拌傳動(dòng)裝置—機(jī)械密封》（HG21571—95），并有定點(diǎn)廠供應(yīng)各種規(guī)格產(chǎn)品，一般只需選用、訂購(gòu)即可。根據(jù)本次設(shè)計(jì)情況，我們選用單端面小彈簧平衡型，型號(hào)為2001，代號(hào)為HG21571 95 MS 2001—300—BUPFEBUP。 3.8 攪拌器槳葉的設(shè)計(jì) 3.8.1 攪拌器槳葉的選型 由于液體的粘度較低，根據(jù)實(shí)際情況，我們選用斜槳式葉片。結(jié)構(gòu)如圖3.8所示 圖3.8斜槳式葉片 槳式攪拌器是攪拌器中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種攪拌器，一般葉片用扁鋼制成，焊接或用螺栓固定在輪轂上，葉片數(shù)是2、3或4片，葉片形式可分為平直葉式和折頁(yè)式兩種。主要應(yīng)用在：液-液系中用于防止分離、使罐的溫度均一，固-液系中多用于防止固體沉降。 槳式攪拌器主要用于流體的循環(huán)，由于在同樣排量下，折葉式比平直葉式的功耗小，操作費(fèi)用低，故軸流槳葉使用較多。槳式攪拌器也可用于高粘流體的攪拌，促成流體的上下交換，代替價(jià)格高的螺帶式葉輪，能獲得良好的效果。槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速一般為20～100r/min,最高粘度為20Pa.s. 本次設(shè)計(jì)采用斜槳葉式攪拌器，葉片數(shù)為2. 3.8.2 攪拌槳葉的尺寸設(shè)計(jì) 斜槳葉式攪拌器的槳徑與筒徑（D1／D）的比為0.3~0.6，已知D=0.8m，所以取D1=0.40m，槳葉的寬度為（0.1~0.25）D1，我們?nèi)=0.1D1=0.04m，θ=60°。一般槳葉距筒底的高度H1為（0.5~1）D1，本次設(shè)計(jì)取H1= D1=0.30m。葉片厚度取6mm。 3.9 攪拌器的接管口支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.9.1 液體進(jìn)料管 液體進(jìn)料管我們選用圖3.9所示的結(jié)構(gòu)，接管伸入設(shè)備并將管口切成45°，這樣可以避免液料沿?cái)嚢杵鞯膬?nèi)壁流動(dòng)，減少物料對(duì)壁面的磨損與腐蝕。 圖3.9進(jìn)料管 管材的選用參照文獻(xiàn)[9，表C—1，C—2]可得，選用20號(hào)鋼，GB699—88。 3.9.2 液體出料管 出料管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要從物料易放盡，阻力小和不易堵塞等因素考慮，另外還要考慮溫差應(yīng)力的影響。如圖3.10所示是兩種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。 圖3.10出料管 根據(jù)設(shè)計(jì)我們選用（a）圖出料管，直徑為100mm，其結(jié)構(gòu)尺寸參照下表3.2 表3.2 出料管結(jié)構(gòu)尺寸 管徑D 50 70 100 125 150 Dmin 130 160 210 260 290 3.9.3 儀表接管口 儀表接管與釜體的安裝都用插入式，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的攪拌器處于低壓條件，所以采用單面角焊接。常用的儀表有玻璃溫度計(jì)，都要采用套管結(jié)構(gòu)并用多層套管加強(qiáng)。常用的幾種接口結(jié)構(gòu)參見(jiàn)文獻(xiàn)[3, 表B—12]。 3.9.4 法蘭的選擇 考慮到生產(chǎn)工藝上的要求和制造、運(yùn)輸和安裝檢修時(shí)的需要，化工設(shè)備常采用可拆卸的法蘭聯(lián)接方法。法蘭聯(lián)接是由一對(duì)法蘭，若干個(gè)螺栓、螺母和一個(gè)墊片所組成，如圖3.11所示。 圖3.11法蘭連接 根據(jù)設(shè)計(jì)要求我們選用甲型平焊法蘭，其結(jié)構(gòu)如圖3.12： 圖3.12甲型平焊法蘭 其結(jié)構(gòu)尺寸參照文獻(xiàn)[4, 表16—13]。法蘭材料選用Q235—B，法蘭墊片選用參照文獻(xiàn)[12，表16—4]，選用聚四氟乙烯板。 3.9.5 設(shè)備支座的選擇 化工設(shè)備上的支座是支承設(shè)備重量和固定設(shè)備位置用的一種不可缺少的部件。在某些場(chǎng)合下，支座還可能承受設(shè)備操作時(shí)的振動(dòng)、載荷等。支座的結(jié)構(gòu)形式和尺寸往往決定于設(shè)備的型式、載荷情況及構(gòu)造材料。最常用的有：耳式支座、支承式支座和鞍式支座。 根據(jù)實(shí)際情況，我們選用耳式支座。它通常有兩塊筋板及一塊底板焊接而成。筋板設(shè)備筒體焊接在一起，如下圖3.13所示： 圖3.13耳式支座 底板上開(kāi)有通孔，可供安裝定位用。筋板是增較支座剛性的，輕型設(shè)備可以只用一塊。每個(gè)設(shè)備可用2—4個(gè)支座，必要時(shí)可用得跟多些。但個(gè)數(shù)多往往不能保證全部耳座都裝在同一水平面上。因而也就不能保證每個(gè)耳座受力均勻。根據(jù)有關(guān)部門(mén)制定的系列標(biāo)準(zhǔn)，我們選用A型3號(hào)耳式支座。支座材料為Q235—A.F，其標(biāo)記為：JB/T4725—92耳座AN3。其尺寸見(jiàn)文獻(xiàn)[14, 表16—22]。支座的安裝尺寸D（見(jiàn)圖3.14）可按下式計(jì)算： D=+2（L2-S1） （3.9） 式中 D——支座安裝尺寸，mm； D1——容器內(nèi)徑，mm； δn——?dú)んw名義厚度，mm； δ1——加強(qiáng)墊板厚度，mm。 圖3.14支座的安裝尺寸 計(jì)算得D=970mm。 結(jié)論 一方面我們可以根據(jù)操作目的、操作條件、操作方法、原料和成品的特性、安全等初選攪拌器葉輪的型式；另一方面還需要依據(jù)各種攪拌器葉輪的性能及其應(yīng)用實(shí)例、使用經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮選擇攪拌器。 另一方面設(shè)計(jì)攪拌器時(shí)，除了運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)和公式計(jì)算所需要?jiǎng)恿?、回轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)外，還需要以中小模擬試驗(yàn)為基準(zhǔn)，進(jìn)行放大，以符合實(shí)際操作達(dá)到預(yù)期的效果。 最后必須改進(jìn)現(xiàn)有的攪拌器和設(shè)計(jì)新型的攪拌器，達(dá)到合適的攪拌液體流動(dòng)狀態(tài)，以適應(yīng)各種粘度攪拌的需要和滿(mǎn)足產(chǎn)品的性能要求，最終實(shí)現(xiàn)裝置高效、節(jié)能的效果。 致謝 經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，在以后的學(xué)習(xí)和工作中我會(huì)注意一些細(xì)節(jié)問(wèn)題。 本次設(shè)計(jì)得到了楊漢嵩老師的大力幫助，為本人完成本次設(shè)計(jì)提供了大量的幫助，在設(shè)計(jì)中提出了許多有益的意見(jiàn)，提出了設(shè)計(jì)中的不足，使我及時(shí)得到改正。同時(shí)，本次設(shè)計(jì)也得到了同學(xué)們的大力幫助。給我提出了許多好的意見(jiàn)和建議。對(duì)此，我向楊漢嵩老師及同學(xué)們表示衷心的感謝。 最后我要感謝我的母校——黃河科技學(xué)院，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過(guò)課的每一位老師，是你們教會(huì)我專(zhuān)業(yè)知識(shí)。在此，我再說(shuō)一次謝謝！謝謝大家?。。?。 參考文獻(xiàn) [1] 潘紅良，赫俊文主編.過(guò)程設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2006.7. [2] 鄭津洋，董其伍，桑芝富主編.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)[M]（第二版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.5. [3] 周志安. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京：高等教育出版社1986.3. [4] 湯善甫，朱思明.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)[M]（第二版）.上海:華東理工大學(xué)出版社， 2004.12. [5] 殷玉楓.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社 ，2006.6. [6] 吳宗澤，羅圣國(guó). 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]（第二版）.北京：高等教育出版社，1992.3.1. [7] 陳乙崇主編.攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1985. [8] 王凱，馮連芳.混合設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京工業(yè)出版社，2000. [9] 陳允中，汪霞倩.攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].石油化工設(shè)備技術(shù)，1997. [10] 張平亮.化工進(jìn)展[J].1995年第四期，44-49 [11] 張洪元主編.化學(xué)工業(yè)過(guò)程及設(shè)備[M].北京：高等教育出版社，1956. [12] 顧芳針，陳國(guó)桓.化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].天津大學(xué)出版社出版，1994.8. [13] 孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社2006.5. [14] 譚蔚主編.化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].天津大學(xué)出版社出版，2000.4. [15] 馮連芳，王嘉駿，顧雪萍，王凱.攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)[J].化工機(jī)械.2001.2. [16] ASME Boiler & Pressure Vessel Code, Section Ⅷ,Rules for Constuction of Pressure Vessels, Division 1, 2004 [17] 87/404/EEC Simple Pressure Vessel Directive,1987 [18] 97/23/EC Pressure Equipment Directive,1997 [19] Zick, L.P.Stresses in Large Horizontal Cylindrical Pressure Vessels on Two Supports. Welding Journal Research Supplement, 1951,30:435～445 附 錄 1. 攪拌器裝配圖………………………………………………………一張（A0） 2. 槳葉部件圖……………………………………………………… 一張（A3） 3. 主軸圖………………………………………………………………一張（A3） 4. 支架圖………………………………………………………………一張（A3） 5. 底座圖……………………………………………………………….一張（A3） 6. 減速器圖……………………………………………………………一張（A3） 7. 聯(lián)軸器………………………………………………………………一張（A3） 8. 軟盤(pán)（說(shuō)明書(shū)，設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)）……………………………………一張 9. 外文翻譯……………………………………………………………3000字左右 10. 文獻(xiàn)綜述………………………………………………………….....3000字左右 11. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)……………………………………………………….....8000字左右