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1、搅拌器毕业设计第一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，从而到达均匀混合；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，作为工艺过程的一局部而被广泛应用。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拟弱的，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响液体的搅拌时比拟便利的。在工业生产中，大多数的搅拌操作均
2、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、轴封和搅拌罐三大局部组成。其结构形式如下：结构图第一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响器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反响器约占反响器总数的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：使物料混合均匀；使气体在液相中很好的分散；使固体粒子如催化剂在液相中均匀的悬浮；使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；强化相间的传
3、质如吸收等；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、聚合反响、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。第二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。第三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
4、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。一、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，5.522kW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。二、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“圆柱状回转区二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
5、拟适合。三、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0.122kW,使用一层或两层桨叶，转速为36300min,常用于药品等稀释、溶解、分散、调和及PH值的调整等。四、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，防止了长轴吊装工作，
6、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根底上，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。五、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,改良悬浮液的状态等。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。六、卧式
7、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O七、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。八、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。第二章搅拌罐结构设计第一节罐体的尺寸确定及结构选型(一)筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头(二)确定内筒体和封头的
8、直径发酵罐类设备长径比取值范围是L72.5,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HIDi=2.5根据工艺要求，装料系数罐体全容积V=9,罐体公称容积操作时盛装物料的容积=V=90.7=6.3n3o初算筒体直径即Di-J4x634V3.142.50.7圆整到公称直径系列，去DN=I烦mm。封头取与内筒体相同内经，封头直边局）度h2=40加,（三）确定内筒体高度H当DN=I700的,4=405时，查化工设备机械根底表16-6得封头的容积v=0.73WV-v4（9-0.734）.刖“”H=-=3.64m,耳乂=3Jm兀23.141.72核算H/Dj与HDz=3.71.7=2.18
9、,该值处于1.72.5之间，故合理。匕匕6.3八久C=T=二0.69V，-D2/+v-1.723.7+0.7344,4该值接近07,故也是合理的。（四）选取夹套直径表1夹套直径与内通体直径的关系内筒径。,制500600700180020003000夹套Dj,mmR+50Dy+1000+200由表1,取Oj=Q+10（）=1700+100=1800ww。夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径（六）校核传热面积工艺要求传热面积为11，查化工设备机械根底表16-6得内筒体封头外表积A=3.34毋,3.7m高筒体外表积为A=乃。X3.7=3.14X1.7X3.7=19.75m2总传热面积为A
10、=3.14+19.75=23.09ll故满足工艺要求。第二节内筒体及夹套的壁厚计算（一）选择材料，确定设计压力按照钢制压力容器G8150-98规定，决定选用OaI8M9高合金钢板，该板材在150C一下的许用应力由过程设备设计附表。1查取，d=l（）3MP4,常温屈服极限区=137MPao计算夹套内压介质密度P=IoO（）侬/尸液柱静压力PgH=1000103.7=0.037MR7最高压力曦x=0.5MP4设计压力P=LlEim=0.55MPa所以PgH=4.031MPa5%尸=0.0275MPa故计算压力”P+PgH=0.55+0.037=0.587MRZ内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用
11、，按内压那么取=0.587M%,按夕卜压那么取R=0.5M（三）夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择Q235-3热轧钢板，其q=235MPa,M=Il3M&夹套筒体计算壁厚2PDC二J2,-Pc夹套采用双面焊，局部探伤检查，查过程设备设计表4-3得=0.85那么j=0.55x180021130.85-0.55=5.17机7查过程设备设计表4-2取钢板厚度负偏差G=0.8如，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量G=O,对于碳钢取腐蚀裕量G=2加，故内筒体厚度附加量Q=G+C2=O.872,夹套厚度附加量。=C1+C2=2.8mm。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度%=14三夹套封头计算
12、壁厚?为匹=PCDj2,-0.5.055x180021130.85-0.50.55取厚度附加量C=Z8三z,确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。（四）内筒体壁厚计算按承受0.587RZ内压计算焊缝系数同夹套，那么内筒体计算壁厚为:PcDi0,587x1700l-Pc21030.85-0.587=5.72mm按承受0.55M?外压计算设内筒体名义厚度a=12n三,那么。=3“-Q=I2-0.8=11.2w三,内筒体外径Do=D,.+2=1700+2x11.2=1722.4Wn。内筒体计算长度L=HjJh=2800+-(425+12)=2945.7加。j33那么LQ=1.71,ZVa=I53.7
13、9,由过程设备设计图4-6查得A=0.0004,图4-9查得B=50MP4,此时许用外压P为：P=毁=5x2=O33MPa0.55MPaDo1730.4故取内筒体壁厚用=16见可以满足强度要求。（五）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%=16皿。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4=16-0.8=15.2三0由过程设备设计表4-5查得标准椭圆形封头的形状系数KL0.9,那么椭圆形封头的当量球壳内径Rj=KQ=O.9l700=1530mm,计算系数AA=0.125=0.125=0.001242Ri1530查过程设备设计图49得B=
14、IK）MRZ1101512Ri 1530= 1.09 0.55故封头壁厚取16可以满足稳定性要求。（六）水压试验校核试验压力想要更多参考资料，加QQ：23720204562430789090,我发给大家!内同试验压力取巴=4+0.1=0.587+0.1=0687MRz夹套实验压力取6=B+01=0.55+0.1=0.65MPa内压试验校核内筒筒体应力/=妆,)=0687x(1700+152)=445.6MpQ2ej215.20.85夹套筒体应力弓+2)J65x(1800+1L2)=6L8M4TJ23即211.20.85而0.9CrSj=O.9X137=123.3Mpa0.9%=0.9X235=
15、211.5MPasJ故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。外压实验校核由前面的计算可知，当内筒体厚度取加时，它的许用外压为P=0.562MP,小于夹套0.6M4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。第三节人孔选型及开孔补强设计人孔选型选择回转盖带颈法兰人孔，标记为：人孔PN2.5,DN450,HGT215182005,尺寸如下表所示：密封面形式公称压力PNMP公称直径DN4,XSdD也b突面RF4.0450480x14451.668561027013757RbABLdo螺柱螺母螺柱总质量kg
16、数量直径X长度4146375175250242040M332165245开孔补强设计最大的开孔为人孔，筒节以=16三,厚度附加量C=0.6z三z,补强计算如下:开孔直径d=450+2x0.6=451.2加圆形封头因开孔削弱所需补强面积为：A=db+2%LC)(I-口人孔材料亦为不锈钢OCr18Ni9,所以人=1.()所以A = 450x+ 0 = 2560.37j21.587x170021030.85-0.5.587有效补强区尺寸：九=Jdb,=451.216=84.97B=2d=2451.2=9Q2Anwm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:A=(Bd)(0-)
17、-2(3LC)一6)(1fr)故A=(3一de-6)=451.2X(15.2-5.7)=4376.64加/可见仅A就大于A,故不需另行补强。最大开孔为人孔，而人孔不需另行补强，那么其他接管均不需另行补强。第四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d/，涡轮式叶轮的dD一般为0.250.5,涡轮式为快速型，快速型搅拌器一般在”1.3。时设置多层搅拌器，且相邻搅拌器间距不小于叶轮直径do适应的最高黏度为50&s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1L5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C=D/10.最上层叶轮高度离液
18、面至少要有1.5d的深度。符号说明b键槽的宽度B搅拌器桨叶的宽度d轮毂内经d搅拌器桨叶连接螺栓孔径4搅拌器紧定螺钉孔径J2轮毂外径DJ搅拌器直径Di搅拌器圆盘的直径G搅拌器参考质量A1轮毂高度h2圆盘到轮毂底部的高度1.搅拌器叶片的长度R弧叶圆盘涡轮搅拌器叶片的弧半径M搅拌器许用扭矩（NMt轮毂内经与键槽深度之和N搅拌器桨叶的厚度年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=45圆盘涡轮搅拌器的通用尺寸为桨径4：桨长/：桨宽b=2054,圆盘直径一般取桨径的弯叶的圆弧半径可取桨径的3。O查HG-T3796.112-2005,选取搅拌器参数如下表DJd“2D4d035508
19、0120370MlOMlO56B九h1LbtMG110120401372285.4252614.9由前面的计算可知液层深度”=2.45%而1.30=2210皿，故”1.3R,那么设置两层搅拌器。为防止底部有沉淀，将底层叶轮放置低些，离底层高度为425%上层叶轮高度离液面2。/的深度，即1025加。那么两个搅拌器间距为100Omm,该值大于也轮直径，故符合要求。（二）搅拌附件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1700，选择4块竖式挡板，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。第三章传动装置选型第一节减速机选型由工艺要求可知，
20、传动方式为带传动，搅拌器转速为22(kmin,电机功率为18.5ZW,查长城搅拌表3.5-3选择减速机型号为灯V6减速机主要参数及尺寸如下表：第二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HD22DA3、%n-dmdnI2H8022018512015024286-M16M1630162324第四章搅拌轴的设计与校核4.1符号说明d设计最终确定的实心轴的轴径或空心轴外径，加72;do设计最终确定的密封部位实心轴轴径或空心轴外径，如;4按扭转变形计算的传动侧轴承处实心轴轴径或空心轴外径，机，；d2按强度计算的单跨轴跨间段实心轴轴径或空心轴轴径或空心轴
21、外径,dL单跨轴的实心轴轴径或空心轴外径,加；E轴材料的弹性模量，MPa;搅拌轴及各层圆盘搅拌器及附件组合重心处的许用偏心距，加；Fe搅拌轴及各层圆盘搅拌器及附件组合重心处的质量偏心引起的离心力，N；Fhi第，个搅拌器上的流体径向力，N；IL单跨轴跨间轴段实心或空心的惯性矩，而七Kl单跨轴第，个圆盘搅拌器及附件至传动侧轴承距离与轴长L的比值(z=12m);1.单跨轴两轴承之间的长度加；,L2Li17个圆盘搅拌器及附件的每个圆盘至传动侧轴承的距离对于单跨轴，见;1.e搅拌轴及各层圆盘搅拌器及附件组合重心离传动侧轴承的距离对于单跨轴，mm;M轴上弯矩总和，Nm;MA由轴向推力引起作用于轴的弯矩，N
22、m;Mn按传动装置效率仍计算的搅拌轴传递扭矩，Nm;MR由径向力引起作用于轴的弯矩，7V,w;m固定在搅拌轴上的圆盘搅拌器及附件数；网、吗网圆盘搅拌器及附件U2i的质量,kg;小叫e久圆盘搅拌器及附件H2i的有效质量，kg；恤单跨轴L段轴的质量mL=7djQ-此）LpSXlfr9kgnb,单跨轴L段轴的有效质量，kg;%单跨轴及各层圆盘搅拌器及附件的组合质量，N,空心轴内径与外径的比值；n轴的转速，r/min;nk轴的一阶临界转速，r/min;PN电动机额定功率，kWP设备内的设计压力，MPa;5相当质量的折算点；S，一一传动侧轴承游隙/丽;S单跨轴末端轴承游隙，,丽；W单跨轴L段有效质量的相
23、当质量，kg;WixW2Wik、m2e叫e的相当质量,kg;Wx在S点所有相当质量的总和，kg;a搅拌轴轴线与安装垂直线的夹角，（。）；仇第个搅拌器叶片倾斜角，C）;/轴的扭转角，。/m；九由轴承径向游隙引起在轴上离图或图中轴承距离X处的径向位移，mm;阳由流体径向作用力引起在轴上离图或图中轴承距离八处的径向位移，mm;&X由组合质量偏心引起离心力在轴上离图或图中轴承工处产生的径向位移，min;Sx离图或图中轴承距离/处轴的径向总位移，加；搅拌物料的密度，kgm0轴材料的密度，kg/m”轴上所有搅拌器其对应编号i之和。4.2 搅拌轴受力模型选择与轴长的计算L2 = 337 Iww L1 = 4
24、37 Iznzw4.3 按扭转变形计算计算搅拌轴的轴径Mmax7轴的许用扭转角，对单跨轴有力=。7。/旭;搅拌轴传递的最大扭矩Mi=史当园Nmn上式中CV=I8.5AN,=220rmin,带传动分取0.95,G=7.2S04MPa所以,max=0.9518.5=763.15N初763.150.71.28104=155.4；“max220=54.36mm1根据前面附件的选型。取d=80mm根据轴径d计算轴的扭转角/5836 MfXGdN)1O5om所以105=0.15,z?)(62+彳一八Xq77i_72*+3(幺)2(幻32LL2L代入数据可得：Kx=6.240er0.276.240,a11c
25、所以心X=-j=0.325Iwzn()2-l220一般单跨轴传动侧支点的夹持系数a介于简支和固支之间，此时必值应取式和式之中间值，查附录C.4取5=0.6查附录C.5得3?心固简(1l2)+为简K?mm所以&=00035(1-0.6)+0.03180.6=0.02048的心=西固简(1一人2)+心简K2mm所以心=0.3251(1-0.6)+0.09250.6=0.18554三4.6.4总位移及其校核对于刚性轴：x=sx+2x+3xmin所以%=0.0134+0.02048+0.18554=0.21942三z验算应满足以下条件：xJxmm轴封处允许径向位移皿)按下式计算:(D=O.1XK7t4
26、dmmK.径向位移系数，按附录C.6.1选取a=0.3所以眸(户=01X0.3X标=0.26833那么满足。34.7轴径的最后确定由以上分析可得，搅拌轴轴径4满足临界转速和强度要求，故确定轴径为SOrnzn。搅拌轴轴封的选择机械密封是一种功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长的旋转轴密封。与填料密封相比，机械密封的泄漏率大约为填料密封的1%,功率消耗约为填料密封的30%。故采用机械密封。第五章支座选型及校核该搅拌设备为中小型直立设备，选择B型耳式支座，对于10加一级发酵罐配置4个耳式支座。查JB4712.3-2007选择耳式支座B5-1,该支座参数为：耳式支座实际承受载荷计算SK+64（必
27、+G,b）l0.3knnD式中：0支座实际承受的载荷，kN;D支座安装尺寸，根加；D=J(Di+25“+2式)-2+2(21)=(1700+214+210)2-1802+2(330-90)=229mmg重力加速度，取g=9.8m/;Ge偏心载荷，Ge=ON;h水平力作用点至地板高度，=900；k不均匀系数，安装3个以上支座时，取&=0.83;?,设备总质量包括壳体及附件，内部介质及保温层质量，依；筒体质量=加()2-(.)23.77.85103=l246.2kg封头质量=2406.1=812.2kg轴质量=乃(与P4.4967.85103=l77.3kg搅拌器质量=2X14.9=29.8依夹套
28、质量=加(等y-(y)2(2.8-0.45)7.85103+232=965kg人孔质量=259必减速机质量=1300仅水压试验时充水质=乃(L)2x3.7x1000+2x0.734x1000=9862)其他附件如挡板、联轴器及接管等，估算这些附件的质量为200依，那么设备总质量为14536.5依；n支座数量，n=4;St)偏心距,mm;a地震影响系数，地震设防烈度为8度，取。=0.24;P水平力，取必和”0.25%的大值，N;因容器置于室内，不计其风压值，故P=R=g,即P=0.2414577.59.8=34286.28NHo容器总演J度，rnm;=16+425+3700+425+16+1OO
29、+14=4696w%所以Q =mo g + 4Pzkn nD14536.5 9.8 4 34286.28 0.910.83x44x2219X10-3 =42.92ANQvQ=100AJV,满足支座本体允许载荷的要求。计算支座处圆筒所受的支座弯矩M”：一Qa-SJ42.92x(330-90)八M1=2、=二=10.3(WVmlIO3IO3夹套有效厚度：=-C=14-2.8=11.2mn根据和P查表B.1知当圆筒有效厚度为K)W7,圆筒内压为0.6MP-对于该支座有=16.38&Nm,故所选满足能满足要求。第六章封口锥结构选型与计算符号说明A轴向力系数；B封口锥的连接系数；Ca内筒体厚度附加量，加
30、九；Cb夹套厚度附加量，mm;Dl容器内径，mm;D2夹套内径，mm;4夹套封头与容器封头的连接园直径，加2；容器外壁至夹套壁中面的距离eo=0.5(D2+S2)-(Di+2S)mm/f4封口锥连接的强度系数；与封口锥相接的夹套加强区的实际长度，或连接封口锥与夹套的第一道环焊缝至折边锥体切线的距离，加加；P1工作或试验条件下容器内的设计压力，MPa;P2工作或试验条件下夹套或通道内的设计压力，MPa;p2夹套或通道的许用内压力，MPa;S容器筒体的实际壁厚，MPa;S1夹套筒体、封口锥或通道的实际壁厚，MPa;S2夹套筒体、封口锥或通道的计算厚度，MPa;x1-X3辅助参数；a封口锥的半顶角；容器壳体与夹套壳体的间距系数；
