攪拌器畢業(yè)設計說明書

1、第1章 緒論攪拌可以使兩種或多種不同的物質在彼此之中互相分散，從而達到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質過程。在工業(yè)生產(chǎn)中，攪拌操作時從化學工業(yè)開始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過程的一部分而被廣泛應用。攪拌操作分為機械攪拌與氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體鼓泡通過液體層，對液體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣泡群一密集狀態(tài)上升借所謂上升作用促進液體產(chǎn)生對流循環(huán)。與機械攪拌相比，僅氣泡的作用對液體進行的攪拌時比較弱的，對于幾千毫帕·秒以上的高粘度液體是難于使用的。但氣流攪拌無運動部件，所以在處理腐蝕性液體，高溫高壓條件下的反應液體的攪拌時比較便利的。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的攪拌操作均系

2、機械攪拌，以中、低壓立式鋼制容器的攪拌設備為主。攪拌設備主要由攪拌裝置、軸封和攪拌罐三大部分組成。其結構形式如下：（結構圖）第1節(jié) 攪拌設備在工業(yè)生產(chǎn)中的應用范圍很廣，尤其是化學工業(yè)中，很多的化工生產(chǎn)都或多或少地應用著攪拌操作。攪拌設備在許多場合時作為反應器來應用的。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，攪拌設備作為反應器約占反應器總數(shù)的99%。攪拌設備的應用范圍之所以這樣廣泛，還因攪拌設備操作條件（如濃度、溫度、停留時間等）的可控范圍較廣，又能適應多樣化的生產(chǎn)。攪拌設備的作用如下：使物料混合均勻；使氣體在液相中很好的分散；使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻的懸?。皇共幌嗳艿牧硪灰合嗑鶆驊腋』虺浞秩榛?；

3、強化相間的傳質（如吸收等）；強化傳熱。攪拌設備在石油化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、植被懸浮液、聚合反應、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調整和精制，汽油中添加四乙基鉛等添加物而進行混合使原料液或產(chǎn)品均勻化。化工生產(chǎn)中，制造苯乙烯、乙烯、高壓聚乙烯、聚丙烯、合成橡膠、苯胺燃料和油漆顏料等工藝過程，都裝備著各種型式的攪拌設備。第2節(jié) 攪拌物料的種類及特性攪拌物料的種類主要是指流體。在流體力學中，把流體分為牛頓型和非牛頓型。非牛頓型流體又分為賓漢塑性流體、假塑性流體和脹塑性流體。在攪拌設備中由于攪拌器的作用，而使流體運動。第3節(jié) 攪拌裝置的安裝形式攪拌設備可以從不同的角度進行分類

4、，如按工藝用途分、攪拌器結構形式分或按攪拌裝置的安裝形式分等。一下僅就攪拌裝置的各種安裝形式進行分類說明。1、 立式容器中心攪拌將攪拌裝置安裝在歷史設備筒體的中心線上，驅動方式一般為皮帶傳動和齒輪傳動，用普通電機直接聯(lián)接。一般認為功率3.7kW一下為小型，5.522kW為中型。本次設計中所采用的電機功率為18.5kW，故為中型電機。2、 偏心式攪拌攪拌裝置在立式容器上偏心安裝，能防止液體在攪拌器附近產(chǎn)生“圓柱狀回轉區(qū)”，可以產(chǎn)生與加擋板時相近似的攪拌效果。攪拌中心偏離容器中心，會使液流在各店所處壓力不同，因而使液層間相對運動加強，增加了液層間的湍動，使攪拌效果得到明顯的提高。但偏心攪拌容易引起

5、振動，一般用于小型設備上比較適合。3、 傾斜式攪拌為了防止渦流的產(chǎn)生，對簡單的圓筒形或方形敞開的立式設備，可將攪拌器用甲板或卡盤直接安裝在設備筒體的上緣，攪拌軸封斜插入筒體內。此種攪拌設備的攪拌器小型、輕便、結構簡單，操作容易，應用范圍廣。一般采用的功率為0.122kW，使用一層或兩層槳葉，轉速為36300r/min，常用于藥品等稀釋、溶解、分散、調和及pH值的調整等。4、 底攪拌攪拌裝置在設備的底部，稱為底攪拌設備。底攪拌設備的優(yōu)點是：攪拌軸短、細，無中間軸承；可用機械密封；易維護、檢修、壽命長。底攪拌比上攪拌的軸短而細，軸的穩(wěn)定性好，既節(jié)省原料又節(jié)省加工費，而且降低了安裝要求。所需的檢修空

6、間比上攪拌小，避免了長軸吊裝工作，有利于廠房的合理排列和充分利用。由于把笨重的減速機裝置和動力裝置安放在地面基礎上，從而改善了封頭的受力狀態(tài)，同時也便于這些裝置的維護和檢修。底攪拌雖然有上述優(yōu)點，但也有缺點，突出的問題是葉輪下部至軸封處的軸上常有固體物料粘積，時間一長，變成小團物料，混入產(chǎn)品中影響產(chǎn)品質量。為此需用一定量的室溫溶劑注入其間，注入速度應大于聚合物顆粒的沉降速度，以防止聚合物沉降結塊。另外，檢修攪拌器和軸封時，一般均需將腹內物料排凈。5、 臥式容器攪拌攪拌器安裝在臥式容器上面，殼降低設備的安裝高度，提高攪拌設備的抗震性，改進懸浮液的狀態(tài)等?？捎糜跀嚢铓庖悍蔷嘞档奈锪希绯錃鈹嚢?/p>

7、就是采用臥式容器攪拌設備的。6、 臥式雙軸攪拌攪拌器安裝在兩根平行的軸上，兩根軸上的攪拌葉輪不同，軸速也不等，這種攪拌設備主要用于高黏液體。采用臥式雙軸攪拌設備的目的是要獲得自清潔效果。7、 旁入式攪拌旁入式攪拌設備是將攪拌裝置安裝在設備筒體的側壁上，所以軸封結構是罪費腦筋的。旁入式攪拌設備，一般用于防止原油儲罐泥漿的堆積，用于重油、汽油等的石油制品的均勻攪拌，用于各種液體的混合和防止沉降等。8、 組合式攪拌有時為了提高混合效率，需要將兩種或兩種以上形式不同、轉速不同的攪拌器組合起來使用，稱為組合式攪拌設備。第2章 攪拌罐結構設計第1節(jié) 罐體的尺寸確定及結構選型（1） 筒體及封頭型式選擇圓柱形

8、筒體，采用標準橢圓形封頭（2） 確定內筒體和封頭的直徑發(fā)酵罐類設備長徑比取值范圍是1.72.5，綜合考慮罐體長徑比對攪拌功率、傳熱以及物料特性的影響選取根據(jù)工藝要求，裝料系數(shù)，罐體全容積，罐體公稱容積（操作時盛裝物料的容積）。初算筒體直徑即圓整到公稱直徑系列，去。封頭取與內筒體相同內經(jīng)，封頭直邊高度，（3） 確定內筒體高度H當時，查化工設備機械基礎表16-6得封頭的容積，取核算與，該值處于之間，故合理。該值接近，故也是合理的。（4） 選取夾套直徑表1 夾套直徑與內通體直徑的關系內筒徑夾套由表1，取。夾套封頭也采用標準橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑（6） 校核傳熱面積工藝要求傳熱面積為，查化工設

9、備機械基礎表16-6得內筒體封頭表面積高筒體表面積為總傳熱面積為故滿足工藝要求。第2節(jié) 內筒體及夾套的壁厚計算（1） 選擇材料，確定設計壓力按照鋼制壓力容器（）規(guī)定，決定選用高合金鋼板，該板材在一下的許用應力由過程設備設計附表查取，常溫屈服極限。計算夾套內壓介質密度液柱靜壓力最高壓力設計壓力所以故計算壓力內筒體和底封頭既受內壓作用又受外壓作用，按內壓則取，按外壓則取（3） 夾套筒體和夾套封頭厚度計算夾套材料選擇熱軋鋼板，其夾套筒體計算壁厚夾套采用雙面焊，局部探傷檢查，查過程設備設計表4-3得則查過程設備設計表4-2取鋼板厚度負偏差，對于不銹鋼，當介質的腐蝕性極微時，可取腐蝕裕量，對于碳鋼取腐蝕

10、裕量，故內筒體厚度附加量，夾套厚度附加量。根據(jù)鋼板規(guī)格，取夾套筒體名義厚度。夾套封頭計算壁厚為取厚度附加量，確定取夾套封頭壁厚與夾套筒體壁厚相同。（4） 內筒體壁厚計算按承受內壓計算焊縫系數(shù)同夾套，則內筒體計算壁厚為：按承受外壓計算設內筒體名義厚度，則，內筒體外徑。內筒體計算長度。則，由過程設備設計圖4-6查得，圖4-9查得，此時許用外壓為：不滿足強度要求，再假設，則，內筒體計算長度則，查過程設備設計圖4-6得,圖4-9得，此時許用外壓為：故取內筒體壁厚可以滿足強度要求。（5） 考慮到加工制造方便，取封頭與夾套筒體等厚，即取封頭名義厚度。按內壓計算肯定是滿足強度要求的，下面僅按封頭受外壓情況進

11、行校核。封頭有效厚度。由過程設備設計表4-5查得標準橢圓形封頭的形狀系數(shù)，則橢圓形封頭的當量球殼內徑，計算系數(shù)A查過程設備設計圖4-9得故封頭壁厚取可以滿足穩(wěn)定性要求。（6） 水壓試驗校核試驗壓力內同試驗壓力取夾套實驗壓力取內壓試驗校核內筒筒體應力 夾套筒體應力 而 故內筒體和夾套均滿足水壓試驗時的應力要求。外壓實驗校核由前面的計算可知，當內筒體厚度取時，它的許用外壓為，小于夾套的水壓試驗壓力，故在做夾套的壓力實驗校核時，必須在內筒體內保持一定壓力，以使整個試驗過程中的任意時間內，夾套和內同的壓力差不超過允許壓差。第3節(jié) 人孔選型及開孔補強設計人孔選型選擇回轉蓋帶頸法蘭人孔，標記為：人孔PN2

12、.5,DN450,HG/T 21518-2005,尺寸如下表所示: 密封面形式公稱壓力PN（MP）公稱直徑DN突面（RF）螺柱螺母螺柱總質量（）數(shù)量直徑長度開孔補強設計最大的開孔為人孔，筒節(jié)，厚度附加量，補強計算如下：開孔直徑 圓形封頭因開孔削弱所需補強面積為：人孔材料亦為不銹鋼0Cr18Ni9，所以所以有效補強區(qū)尺寸：在有效補強區(qū)范圍內，殼體承受內壓所需設計厚度之外的多余金屬面積為：故可見僅就大于,故不需另行補強。最大開孔為人孔，而人孔不需另行補強，則其他接管均不需另行補強。第4節(jié) 攪拌器的選型（一）攪拌器選型槳徑與罐內徑之比叫槳徑罐徑比,渦輪式葉輪的一般為0.250.5，渦輪式為快速型，快

13、速型攪拌器一般在時設置多層攪拌器，且相鄰攪拌器間距不小于葉輪直徑d。適應的最高黏度為左右。攪拌器在圓形罐中心直立安裝時，渦輪式下層葉輪離罐底面的高度C一般為槳徑的11.5倍。如果為了防止底部有沉降，也可將葉輪放置低些，如離底高度.最上層葉輪高度離液面至少要有1.5d的深度。符號說明鍵槽的寬度攪拌器槳葉的寬度輪轂內經(jīng)攪拌器槳葉連接螺栓孔徑攪拌器緊定螺釘孔徑輪轂外徑攪拌器直徑攪拌器圓盤的直徑攪拌器參考質量輪轂高度圓盤到輪轂底部的高度攪拌器葉片的長度弧葉圓盤渦輪攪拌器葉片的弧半徑攪拌器許用扭矩輪轂內經(jīng)與鍵槽深度之和攪拌器槳葉的厚度攪拌器圓盤的厚度工藝給定攪拌器為六彎葉圓盤渦輪攪拌器，其后掠角為，圓盤

14、渦輪攪拌器的通用尺寸為槳徑:槳長:槳寬，圓盤直徑一般取槳徑的，彎葉的圓弧半徑可取槳徑的。查HG-T 3796.112-2005,選取攪拌器參數(shù)如下表由前面的計算可知液層深度，而，故，則設置兩層攪拌器。為防止底部有沉淀，將底層葉輪放置低些，離底層高度為，上層葉輪高度離液面的深度，即。則兩個攪拌器間距為，該值大于也輪直徑，故符合要求。（2） 攪拌附件擋板擋板一般是指長條形的豎向固定在罐底上板，主要是在湍流狀態(tài)時，為了消除罐中央的“圓柱狀回轉區(qū)”而增設的。罐內徑為，選擇塊豎式擋板，且沿罐壁周圍均勻分布地直立安裝。第3章 傳動裝置選型第1節(jié) 減速機選型由工藝要求可知，傳動方式為帶傳動，攪拌器轉速為，電

15、機功率為,查長城攪拌表3.5-3選擇減速機型號為減速機主要參數(shù)及尺寸如下表：第2節(jié) 聯(lián)軸器的選型選擇減速機輸出軸軸頭型式為普通型，選擇GT型剛性聯(lián)軸器聯(lián)軸器主要尺寸為：軸徑80220185120150242830162324第4章 攪拌軸的設計與校核4.1符號說明設計最終確定的實心軸的軸徑或空心軸外徑，；設計最終確定的密封部位實心軸軸徑或空心軸外徑，；按扭轉變形計算的傳動側軸承處實心軸軸徑或空心軸外徑，；按強度計算的單跨軸跨間段實心軸軸徑或空心軸軸徑或空心軸外徑，；單跨軸的實心軸軸徑或空心軸外徑,；軸材料的彈性模量，；攪拌軸及各層圓盤（攪拌器及附件）組合重心處的許用偏心距，；攪拌軸及各層圓盤（

16、攪拌器及附件）組合重心處的質量偏心引起的離心力，;第個攪拌器上的流體徑向力，;單跨軸跨間軸段（實心或空心）的慣性矩，；單跨軸第個圓盤（攪拌器及附件）至傳動側軸承距離與軸長的比值（、）；單跨軸兩軸承之間的長度，；、1個圓盤（攪拌器及附件）的每個圓盤至傳動側軸承的距離（對于單跨軸），；攪拌軸及各層圓盤（攪拌器及附件）組合重心離傳動側軸承的距離（對于單跨軸），；軸上彎矩總和，；由軸向推力引起作用于軸的彎矩，；按傳動裝置效率計算的攪拌軸傳遞扭矩，；由徑向力引起作用于軸的彎矩，；固定在攪拌軸上的圓盤（攪拌器及附件）數(shù)；、圓盤（攪拌器及附件）、的質量，；、圓盤（攪拌器及附件）、的有效質量，；單跨軸段軸的質

17、量 單跨軸段軸的有效質量，；單跨軸及各層圓盤（攪拌器及附件）的組合質量，空心軸內徑與外徑的比值；軸的轉速，；軸的一階臨界轉速，；電動機額定功率，;設備內的設計壓力，；相當質量的折算點；傳動側軸承游隙,；單跨軸末端軸承游隙，；單跨軸段有效質量的相當質量，；、的相當質量，；在點所有相當質量的總和，；攪拌軸軸線與安裝垂直線的夾角，()；第個攪拌器葉片傾斜角，()；軸的扭轉角，；由軸承徑向游隙引起在軸上離圖或圖中軸承距離處的徑向位移，；由流體徑向作用力引起在軸上離圖或圖中軸承距離處的徑向位移，；由組合質量偏心引起離心力在軸上離圖或圖中軸承處產(chǎn)生的徑向位移，；離圖或圖中軸承距離處軸的徑向總位移，；攪拌物

18、料的密度，；軸材料的密度，；軸上所有攪拌器其對應編號之和。4.2攪拌軸受力模型選擇與軸長的計算軸長： 4.3按扭轉變形計算計算攪拌軸的軸徑 軸的許用扭轉角，對單跨軸有； 攪拌軸傳遞的最大扭矩 上式中,，帶傳動取，所以 根據(jù)前面附件的選型。取根據(jù)軸徑計算軸的扭轉角 所以 4.4根據(jù)臨界轉速核算攪拌軸軸徑攪拌軸有效質量的計算剛性軸（不包括帶錨式和框式攪拌器的剛性軸）的有效質量等于軸自身的質量加上軸附帶的液體質量。對單跨軸 所以 圓盤（攪拌器及附件）有效質量的計算剛性攪拌軸（不包括帶錨式和框式攪拌器的剛性軸）的圓盤有效質量等于圓盤自身重量叫上攪拌器附帶的液體質量 上式中：第個攪拌器的附加質量系數(shù)，查

19、表1第個攪拌器直徑，第個攪拌器葉片寬度，葉片傾角，圓盤質量所以作用集中質量的單跨軸一階臨界轉速的計算（1）兩端簡支的等直徑單跨軸，軸的有效質量在中點處的相當質量為：第個圓盤有效質量在中點處的相當質量為： 所以 在點處的相當質量為：所以臨界轉速為： 所以（2）一端固定另一端簡支的等直徑單跨軸，軸的有效質量在中點處的相當質量為：第個圓盤有效質量在中點處的相當質量為： 所以 在點處總的相當質量為：所以 臨界轉速為： 所以 （3）單跨攪拌軸傳動側支點的夾持系數(shù)的選取傳動側軸承支點型式一般情況是介于簡支和固支之間，其程度用系數(shù)表示。采用剛性聯(lián)軸節(jié)時，,取。 所以 根據(jù)攪拌軸的抗震條件：當攪拌介質為液體液

20、體，攪拌器為葉片式攪拌器及攪拌軸為剛性軸時，且所以滿足該條件。45按強度計算攪拌軸的軸徑451受強度控制的軸徑按下式求得： 式中：軸上扭矩和彎矩同時作用時的當量扭矩 軸材料的許用剪應力 452軸上扭矩按下式求得： 包括傳動側軸承在內的傳動裝置效率，按附錄D選取，則所以453軸上彎矩總和應按下式求得： （1） 徑向力引起的軸上彎矩的計算對于單跨軸，徑向力引起的軸上彎矩可以近似的按下式計算： 第個攪拌器的流體徑向力應按下式求得 ： 式中：流體徑向力系數(shù)，按照附錄C. 2有 第個攪拌器功率產(chǎn)生的扭矩 第個攪拌器的設計功率，按附錄C. 3有 兩個攪拌器為同種類型，則所以所以（2） 攪拌軸與各層圓盤的組

21、合質量按下式求得。對于單跨軸： 單跨軸段軸的質量所以故 （3）攪拌軸與各層圓盤組合質量偏心引起的離心力按下式求得。對于單跨軸： 上式中，對剛性軸的初值取許用偏心距（組合件重心處），平衡精度等級，。一般取所以 則 （4）攪拌軸與各層圓盤組合重心離軸承的距離按下式計算。對于單跨軸：所以而 （5）由軸向推力引起作用于軸上的彎矩的計算。的粗略計算：當或軸上任一攪拌器時，取 故所以所以所以前面計算中取軸徑為，故強度符合要求。46按軸封處（或軸上任意點處處）允許徑向位移驗算軸徑。461因軸承徑向游隙、所引起軸上任意點離圖中軸承距離處的位移。對于單跨軸： 軸承徑向游隙按照附錄C1選取，因此傳動側軸承游隙 （

22、傳動側軸承為滾動軸承）單跨軸末端軸承游隙 （該側軸承為滑動軸承）當時，求得的即為軸封處的總位移，所以462由流體徑向作用力所引起軸上任意點離圖中軸承距離處的位移。對于單跨軸：兩端簡支的單跨軸且, 而所以 =一端固支另一端簡支的單跨軸：代入已知數(shù)據(jù)可得463由攪拌軸與各層圓盤（攪拌器及附件）組合質量偏心引起的離心力在軸上任意點離圖中軸承距離處產(chǎn)生的位移按下式計算 對兩端簡支單跨軸：代入已知數(shù)據(jù)可得所以對一端固支一端簡支單跨軸：代入已知數(shù)據(jù)可得：所以一般單跨軸傳動側支點的夾持系數(shù)介于簡支和固支之間，此時值應取式和式之中間值，查附錄C4取查附錄C5得 所以 所以464總位移及其校核對于剛性軸： 所以

23、 驗算應滿足下列條件： 軸封處允許徑向位移按下式計算： 徑向位移系數(shù)，按附錄C61選取所以則滿足47軸徑的最后確定由以上分析可得，攪拌軸軸徑滿足臨界轉速和強度要求，故確定軸徑為。攪拌軸軸封的選擇機械密封是一種功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用壽命長的旋轉軸密封。與填料密封相比，機械密封的泄漏率大約為填料密封的，功率消耗約為填料密封的。故采用機械密封。第五章 支座選型及校核該攪拌設備為中小型直立設備，選擇B型耳式支座，對于一級發(fā)酵罐配置4個耳式支座。查JB/T4712.3-2007選擇耳式支座B5-1，該支座參數(shù)為：耳式支座實際承受載荷計算式中：支座實際承受的載荷，；支座安裝尺寸，； g重力加速度，?。黄妮d荷，；水平力作用點至地板高度，；不均勻系數(shù)，安裝3個以上支座時，取；設備總質量（包括殼體及附件，內部介質及保溫層質量），； 筒體質量 封頭質量 軸質量 攪拌器質量 夾套質量 人孔質量 減速機質量 水壓試驗時充水質 其他附件如擋板、聯(lián)軸器及接管等，估算這些附件的質量為