連續(xù)攪拌磨的設(shè)計

1、合 肥 學(xué) 院Hefei University粉體工程課程設(shè)計任務(wù)書 題 目： 高嶺土粉碎時連續(xù)攪拌磨的設(shè)計 學(xué) 號： 1103012022 姓 名： 張子龍 專 業(yè)： 粉體材料科學(xué)與工程 系 別： 化工系 指導(dǎo)老師： 謝勁松 目 錄第一章 概述1、 高嶺土的性質(zhì)和市場2、 高嶺土的提純3、 攪拌磨的介紹第二章 連續(xù)攪拌磨的設(shè)計與分析1、 連續(xù)攪拌磨原理第三章 機械部件材料及參數(shù)的選擇和確定1、 罐體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型2、 內(nèi)筒體及夾套的壁厚計算 3、 人孔選型及開孔補強設(shè)計第四章 傳動裝置的選型1、 減速機選型2、 連軸機選型第五章 電機的選定1、 電機功率的計算2、 電機的確定附件：機械

2、圖第一章 概述1、高嶺土的性質(zhì)和市場高嶺土中文別名:閣土粉 瓷土 白土 觀音土 膨土巖 斑脫石 甘土 皂土 陶土 白泥英文名稱:kaolinCAS:1332-58-7;52624-41-6分子式:Al203·2Si02·2H20理論化學(xué)成分：AL2O3 39.5% SiO2 46.54% H2O 13.96%分子量:258密度：2.6g/cm3物化性質(zhì)：有珍珠光澤，顏色純白或淡灰，如含雜質(zhì)較多時則呈黃、褐等色。大部分是致密狀態(tài)或松散的土塊狀。容易分散于水或其他液體中，有滑膩感，泥土味。密度254-260 g/cm3。熔點約1785。具有可塑性，濕土能塑成各種形狀而不致破碎，

3、并能長期保持不變。質(zhì)純的高嶺土具有白度高、質(zhì)軟、易分散懸浮于水中、良好的可塑性和高的粘結(jié)性、優(yōu)良的電絕緣性能；具有良好的抗酸溶性、很低的陽離子交換量、較好的耐火性等理化性質(zhì)。因此高嶺土已成為造紙、陶瓷、橡膠、化工、涂料、醫(yī)藥和國防等幾十個行業(yè)所必需的礦物原料。 高嶺土在造紙工業(yè)的應(yīng)用十分廣泛。主要有兩個領(lǐng)域，一個是在造紙（或稱抄紙）過程中使用的填料，另一個是在表面涂布過程中使用的顏料。目前我國高嶺土礦點有700多處，對200處礦點探明儲量為30億噸，礦點較為分散。其中煤系高嶺土16.7億噸，主要分布在中國北方的東北、西北的石炭一二疊紀(jì)煤系中，以煤層中夾矸、頂?shù)装寤騿为毜V層形式存在。中國是產(chǎn)煤大

4、國，基本上大型煤礦都伴生有煤系高嶺土，因而煤系高嶺土儲量十分豐富。非煤系高嶺土1996年探明工業(yè)儲量14.32億噸。與其它非金屬資源相比，高嶺土不屬于中國的優(yōu)勢資源，如按人均算則更為短缺。而且中國高嶺土資源的分布比較分散，品位不高，大多數(shù)為煤系高嶺土（國外很少），需要經(jīng)過煅燒或改性，用于造紙涂布有天然的局限性。而且煤系高嶺土由于屬于煤的伴生礦，難以大規(guī)模開采利用。在中國，非煤系高嶺土與煤系高嶺土儲量相當(dāng)，但絕大多數(shù)為管狀高嶺土，粘度大，不能用于造紙涂布。據(jù)所了解資料，只有廣東、廣西、安徽、河北沙河的高嶺土資源可以開發(fā)用于造紙涂料，因此資源十分寶貴。河北沙河在90年代中后期曾在國內(nèi)造紙涂料市場與

5、茂名高嶺土有過激烈競爭，但已經(jīng)由于資源不足，逐漸萎縮。最近幾年，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，高嶺土的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。全球高嶺土總產(chǎn)量約為4000萬噸（該數(shù)據(jù)屬于簡單的國與國產(chǎn)量的相加，其中沒有統(tǒng)計原礦的貿(mào)易量，包含較多的重復(fù)計算），其中精制土約為2350萬噸。造紙工業(yè)是精制高嶺土最大的消費部門，約占高嶺土總消費量的60%。據(jù)加拿大Temanex咨詢公司提供的數(shù)據(jù)，2000年全球紙和紙 板總產(chǎn)量約為31900萬噸，全球造紙涂料用高嶺土總用量為約1360萬噸。對于一般文化紙，填料量占紙重量的10-20%。對于涂布紙和紙板（主要包括輕量涂布紙、銅版紙和涂布紙板），除了需要填料外，還需要顏料，填、顏料用的

6、高嶺土所占比重為紙重的20-35%。高嶺土應(yīng)用于造紙，能夠給予紙張良好的覆蓋性能和良好的涂布光澤性能，還能增加紙張的白度、不透明度，光滑度及印刷適性，極大改善紙張的質(zhì)量。2、 高嶺土的提純 目前，高嶺土提純有以下幾種選礦方法 1、浮選：選擇性絮凝；載體浮選；雙液層浮選。 2、磁選 3、化學(xué)提純及漂白：酸浸原理；氧化漂白；還原漂白。 （1）浮選法脫除高嶺土中的鐵、鈦，主要是根據(jù)鐵、鈦礦物與高嶺土表面性質(zhì)的差異。飯高嶺土中鐵、鈦礦物通常以極細(xì)的顆粒狀態(tài)嵌布在高嶺土中，采用單一的常規(guī)浮選難以達(dá)到較顯著的效果。因此人們在浮選法的基礎(chǔ)上開發(fā)出了載體浮選、選擇性凝聚、雙葉浮選等新型浮選方法。載體浮選是利用

7、一般浮選粒子的礦粒做載體，使目的礦物細(xì)粒罩蓋在載體上上浮。載體浮選最早應(yīng)用于1961年Englehard公司從高嶺土中除去銳鈦礦，可使TIO2含量降到0.8%一下。用方解石作載體浮選高嶺土中的銳鈦礦等雜物；國內(nèi)還有人用石灰石作載體吸附高嶺土中的Fe2O3。其中，方解石是應(yīng)用最廣泛的載體礦物，可浮性好，易以泡沫形式除掉。雙葉浮選法利用銳鈦礦、電氣石等著色物質(zhì)親油能進(jìn)入脂肪酸、苯、四氯化碳等有機液體內(nèi)的特點而與分散在水中的高嶺土懸浮法分離。將高嶺土礦調(diào)成一定濃度的水溶液礦漿，加入pH調(diào)整劑至所需的pH，攪拌一定時間后加入捕收劑，繼續(xù)調(diào)漿一定時間后，加入有機溶液，在充分?jǐn)嚢韬线m的時間，靜置分層、分離

8、，得到有機相產(chǎn)品（Fe2O3）和水相產(chǎn)品（高嶺土）。此法除鐵效果不錯，尤其再加入某種添加劑后除鐵效果更佳，能使小于2m腳高嶺土中Fe2O3的脫出率和高嶺土精礦產(chǎn)品的回收率達(dá)到理想的效果。同時，此法還能使有機溶劑回收再生，循環(huán)使用效果更佳。浮選法除鐵、鈦的主要缺點在于高嶺土顆粒表面吸附的剩余藥劑量多，脫水困難，整個工藝復(fù)雜。媒系高嶺土含有有機碳，且與礦物共生緊密，可以推測其直接浮選的分離難度較軟質(zhì)高嶺土更大。（2） 磁選法：高嶺土中含有鐵、鈦礦物大多呈弱堿性微細(xì)顆粒的形態(tài)存在，按常規(guī)的磁選法除鐵、鈦效果不佳，因此國內(nèi)外大多采用高梯度磁選機除去高嶺土中的磁性物，一般磁場強度在1.52.0T之間。高

9、強度強磁場磁選法有兩大特點：一是具有能產(chǎn)生高強度磁場的聚磁介質(zhì)（一般為鋼毛），二是有先進(jìn)的螺絲管結(jié)構(gòu)。在較高的磁場強度下，不銹鋼導(dǎo)磁介質(zhì)表面產(chǎn)生很高的磁場梯度，能分離微米級順磁性物料，高梯度磁分離技術(shù)對于脫除有用礦物中弱磁性微細(xì)顆粒甚至膠體顆粒十分有效。高梯度磁選的優(yōu)點是工序簡單；節(jié)省藥劑，避免了環(huán)境的污染和化學(xué)試劑對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，采用周期工作式分選機時無運動部件，處理量大，自動化程度高；缺點是除去雜物的效果與這些雜物磁性的強弱有關(guān)，對強磁性雜質(zhì)效果較好，對磁性較弱的雜質(zhì)，一般效果不明顯。磁選后的高嶺土如果百度指標(biāo)仍達(dá)不到優(yōu)質(zhì)高嶺土的要求，一般再采用化學(xué)漂白方法。（3） 化學(xué)法所謂化學(xué)法除鐵

10、就是用化學(xué)藥劑選擇性溶解物料中含鐵礦物，然后將其去除的方法。最常用的化學(xué)處理方法是酸處理法和氧化還原法。酸溶法：酸溶法就是用酸溶液（鹽酸、硫酸、草酸等）處理高嶺土，使其中不溶化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇芑衔?，而與高嶺土分離。酸溶漂白的高嶺土表面的赤鐵礦易溶于鹽酸而被除去，含鈦礦物的高嶺土很難用此法除去雜物而提高白度。增大酸的濃度，提高浸出的溫度，就可以相對提高鐵的去除率，但提高浸出溫度，提高脫鐵率是以晶格受損為代價的。在酸浸溶鐵的同時，高嶺土中的有用成分也同時被溶出，從而破壞了晶格，降低了高嶺土的品位。最近國外高嶺土的酸溶法漂白研究有新的進(jìn)展，如在高嶺土中加入氯化銨，經(jīng)加熱使其與高嶺土中鐵反應(yīng)，冷卻后，

11、用稀HCL浸出生成物，即可漂白。氧化漂白法：在酸浸時加入氧化劑可使高嶺土中的有機質(zhì)黃鐵礦被氧化。氧化法也叫過氧漂白，是把高嶺土中不溶于酸的鐵礦物（如FeS2）氧化成可溶性的鐵鹽、亞鐵鹽而除去，同時氧化有機質(zhì)，使其變成易被洗去的無色氧化物，常用的氧化劑為雙氧水、過氧化鈉和次氯酸鈉等。在較強的酸性介質(zhì)中F2+是穩(wěn)定的，但在堿性介質(zhì)中可轉(zhuǎn)化為難溶的Fe3+。而且，次氯酸鈉在弱堿性（pH值56）條件下其活性最大，氧化能力最強，因此氧化漂白應(yīng)控制在若酸性介質(zhì)下進(jìn)行。在氧化漂白過程中，為了降低無效分解和促使反應(yīng)在低溫下進(jìn)行，常常需要添加漂白穩(wěn)定劑（常用的漂白穩(wěn)定劑有螯合劑EDTA、DTPA、NTA和氫氧化

12、鈉、堿金屬氫氧化物等）和漂白活化劑（常用活化劑一般是酞基化合物）。還原漂白法：高嶺土的還原漂白法是使高嶺土中的Fe3+還原成Fe2+，削弱鐵的顯色能力。對高嶺土礦物進(jìn)行還原漂白時最常用的是連二亞硫酸鈉，又稱低亞硫酸鈉，工業(yè)上又稱保險粉，分子式為Na2S2O4。它是一種強還原劑，碘、碘化鉀、過氧化氫、亞硝酸等都能被它還原。粘土類礦物中存在的三價鐵可被還原為二價鐵，由于二價鐵易溶于水，經(jīng)過濾洗滌即可除去。影響還原反應(yīng)過程的因素很多，但主要是礦漿酸度、溫度、藥劑用量和反應(yīng)時間、加入添加劑等。具體流程是先在攪拌槽中用硫酸調(diào)整pH值到34，然后加入漂白反應(yīng)罐內(nèi)，加入還原劑連二亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉或亞硫酸

13、鋅，使高嶺土中的三價鐵還原為二價鐵并溶于礦漿內(nèi)，然后用清水洗滌使之與高嶺土分離。還原的主要反應(yīng)式為; Fe2O3+Na2S2O4+3H2SO4Na2SO4+Fe2SO4+H2O+SO2影響還原反應(yīng)的條件主要有礦漿濃度、分散劑用量、保險粉的用量、pH值、反應(yīng)溫度。和氧化反應(yīng)一樣，還原反應(yīng)也需要使用添加劑來調(diào)節(jié)反應(yīng)需要的最佳條件，所使用的添加劑主要有分散劑、緩沖劑、螯合劑等。3、 攪拌磨的介紹攪拌磨是一種帶研磨介質(zhì)的磨機，通常被稱為攪拌式研磨機。其攪拌軸帶動研磨介質(zhì)攪動，使得研磨介質(zhì)處于內(nèi)部多孔類型無規(guī)則的狀態(tài)，也稱動力學(xué)多孔性。它與普通球磨機在粉磨機理上的不同點是：攪拌磨的輸入功率直接高速推動研

14、磨介質(zhì)來達(dá)到磨細(xì)物料的目的。攪拌磨內(nèi)置攪拌機，攪拌機的高速回轉(zhuǎn)使研磨介質(zhì)和物料在整個筒體內(nèi)不規(guī)則地翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生不規(guī)則運動，使研磨介質(zhì)和物料之間產(chǎn)生相互撞擊和摩擦的雙重作用，使物料被磨得很細(xì)并得到均勻分散的良好效果。攪拌磨的種類很多，按攪拌器的結(jié)構(gòu)形式可分為盤式、棒式、環(huán)式和螺旋式攪拌磨；按工作方式可分為間歇式、連續(xù)式和循環(huán)式攪拌磨；按工作環(huán)境可分為干式和濕式攪拌磨（一般以濕法攪拌為多）；按安放形式可分為立式或臥式攪拌磨；按緊密形式又可分為敞開式和密閉式攪拌磨等。攪拌器的結(jié)構(gòu)有多種形式，除了葉片式外，還有偏心環(huán)式、銷棒式。前者偏心環(huán)沿軸向布置成螺旋形，以推動研磨介質(zhì)運動并防止其擠向一端；后者攪拌軸

15、上的銷棒與筒內(nèi)壁上的銷棒相對交錯設(shè)置，將筒體分成若干個環(huán)區(qū)，增大了研磨介質(zhì)相互沖擊和回彈沖擊力，從而提高粉磨效率。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：在這種狀態(tài)下，磨介和顆粒之間產(chǎn)生碰撞和剪切，以及不規(guī)則的運動，從而把顆粒打碎。 攪拌研磨設(shè)備的工作原理在這種狀態(tài)下，磨介和顆粒之間產(chǎn)生碰撞和剪切，以及不規(guī)則的運動，從而把顆粒打碎。當(dāng)然由圖可知，對于磨介球的尺寸的選擇也是非常重要的。 撞擊力和切向剪力將物料擊碎達(dá)到細(xì)化的目的 第二章 連續(xù)攪拌磨的設(shè)計與分析1. 連續(xù)攪拌磨原理 連續(xù)式攪拌磨機的筒體高徑比較大，筒體上、下均裝有格篩，產(chǎn)品的最終細(xì)度是通過調(diào)節(jié)進(jìn)料流量控制物料在筒體內(nèi)的“滯留時間”來保證，在系統(tǒng)中也可加濕

16、式微細(xì)分級設(shè)備來控制產(chǎn)品細(xì)度。通常攪拌裝置由作為原動機的馬達(dá)(電動、風(fēng)動或液壓)，減速機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體通過一個支架或底板與攪拌容器相連。當(dāng)容器內(nèi)部有壓力時，攪拌軸穿過底板進(jìn)入容器時應(yīng)有一個密封裝置，常用填料密封或機械密封。通常馬達(dá)與密封均外購，研究的重點是葉輪。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”。 第三章. 機械部件材料及參數(shù)的選擇和確定1.罐體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型（1

17、） 筒體及封頭型式選擇圓柱形筒體，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（2） 確定內(nèi)筒體和封頭的直徑發(fā)酵罐類設(shè)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(nèi)筒體相同內(nèi)經(jīng)，封頭直邊高度，（3） 確定內(nèi)筒體高度H當(dāng)時，查化工設(shè)備機械基礎(chǔ)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(nèi)通體直徑的關(guān)系內(nèi)筒徑夾套由表1，取。夾套封頭也采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑2.內(nèi)筒體及夾套的壁

18、厚計算（1） 選擇材料，確定設(shè)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(yīng)力由過程設(shè)備設(shè)計附表查取，常溫屈服極限。計算夾套內(nèi)壓介質(zhì)密度液柱靜壓力最高壓力設(shè)計壓力所以故計算壓力內(nèi)筒體和底封頭既受內(nèi)壓作用又受外壓作用，按內(nèi)壓則取，按外壓則?。?） 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(shè)備設(shè)計表4-3得則查過程設(shè)備設(shè)計表4-2取鋼板厚度負(fù)偏差，對于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極微時，可取腐蝕裕量，對于碳鋼取腐蝕裕量，故內(nèi)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

19、量，確定取夾套封頭壁厚與夾套筒體壁厚相同。（4） 內(nèi)筒體壁厚計算按承受內(nèi)壓計算焊縫系數(shù)同夾套，則內(nèi)筒體計算壁厚為：按承受外壓計算設(shè)內(nèi)筒體名義厚度，則，內(nèi)筒體外徑。內(nèi)筒體計算長度。則，由過程設(shè)備設(shè)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(shè)，則，內(nèi)筒體計算長度則，查過程設(shè)備設(shè)計圖4-6得,圖4-9得，此時許用外壓為：故取內(nèi)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(nèi)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(jìn)行校核。封頭有效厚度。由過程設(shè)備設(shè)計表4-5查得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的形狀系數(shù)，則橢圓形封頭的當(dāng)量球殼內(nèi)徑，計

20、算系數(shù)A查過程設(shè)備設(shè)計圖4-9得故封頭壁厚取可以滿足穩(wěn)定性要求。3.人孔選型及開孔補強設(shè)計人孔選型選擇回轉(zhuǎn)蓋帶頸法蘭人孔，標(biāo)記為：人孔PN2.5,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(zhì)量（）數(shù)量直徑長度開孔補強設(shè)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(nèi)，殼體承受內(nèi)壓所需設(shè)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不強。 第四章.傳送裝置選型第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(zhuǎn)速為，電機功率為,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8022018