畢業(yè)設(shè)計（論文）小型攪拌器的設(shè)計

1、黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 30 頁 小型攪拌器的設(shè)計摘要攪拌設(shè)備使用歷史悠久，應(yīng)用范圍廣。在化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、建筑行業(yè)等等傳統(tǒng)工業(yè)中均有廣泛的使用。攪拌操作看來似乎簡單，但實際上，它所涉及的因素卻極為復(fù)雜。本文介紹了小型攪拌器設(shè)計的基本思路和基本理論，分析了攪拌器的基本結(jié)構(gòu)及其相關(guān)內(nèi)容闡述了攪拌器的運動及其動力裝置。通過對攪拌器的基本設(shè)備的描述和對其基本工作原理、作用和功能等相關(guān)文獻的參考，從而對小型攪拌器的設(shè)計加以綜述。關(guān)鍵詞：傳動裝置，聯(lián)軸器，支承裝置，電動機，減速器。the design of small-scale agitator the equipment of puls

2、ator have a long history and are used in most areas. meawhile pulsator are used in tradition industry such as chemistry industry，petroleum industry，architecture industry and so on. the operation of mix round looks as if simpleness，but actually，the ingredient it involved are plaguy complexity. tht te

3、xt introduces the basic consider way and the basic theoretics of small pulsator design，and analyzed the basic configuration of pulsator and interfix content and analyzed the athletics and motivity equipment of pulsator.overpass describe the basic fixture of pulsator and consult its basic employment

4、principle，function and operation，thereby summarize the design of small pulsator.key word: gearing，join shaft ware，bearing device，electromotor，reducer.攪拌器的設(shè)計前言1.1 畢業(yè)設(shè)計課題的目的、意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀1.1.1 畢業(yè)設(shè)計課題的目的、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，以滿足化學(xué)反應(yīng)能夠最大程度的進行。該設(shè)備可以代替手動攪拌對人體有毒或?qū)ζつw有傷害的化工原料，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，在化工生產(chǎn)應(yīng)用比較廣泛

5、。本課題要求設(shè)計一個小型攪拌器，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，主要解決的問題是化工生產(chǎn)中該設(shè)備的設(shè)計，包括：攪拌器的選擇、電動機及減速器的選型、支撐裝置的設(shè)計、軸的選擇及密封設(shè)置、攪拌容器的設(shè)計，并畫出相應(yīng)的設(shè)備圖。1.1.2 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)等多種過程，而攪拌器是為了使攪拌介質(zhì)獲得適宜的流動場而向其輸入機械能量的裝置。因此攪拌器也叫做mixer，或叫做agitat

6、or,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海虼怂ǚ稚⑵骱途|(zhì)機。某些攪拌器能產(chǎn)生極大的剪切力，以獲得細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、美容乳之類的精細食品和化學(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)稱為攪拌容器（agitatored vessels，或stirred vessels）。近年來，攪拌器和攪拌容器獲得飛速發(fā)展的同時，正面臨著滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對環(huán)境保護要求的嚴峻挑戰(zhàn)。攪拌器和攪拌容器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟化和品種多樣化的同時，正日趨大型化。日立制作所自1949年

7、生產(chǎn)攪拌反應(yīng)釜以來已為聚氯乙烯、對苯二甲酸、苯乙烯單體、聚丙烯等裝置生產(chǎn)了攪拌反應(yīng)釜近4000臺，容器的最大容量達576m ，最大直徑達7620 mm，圓筒部分最大長度達 44380 mm，設(shè)計壓力最大 28 mpa，設(shè)計溫度最高 530 ci二，電機最大功率達 1100 kw?；诠?jié)能的要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動代替機械傳動?；诮档彤a(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè)備平均維修間隔時間的要求，大大提高了設(shè)備運行壽命?；跐M足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實現(xiàn)了cip(就地清洗 )和 sip(就地殺菌)，提高了自動化水平，避免了

8、人與產(chǎn)品的接觸，減少了人工操作和待機時間，大大提高了產(chǎn)品的衛(wèi)生水平。1.1.3 攪拌器的主要類型及其發(fā)展概況 根據(jù)攪拌器的形狀可以分成直葉漿式、開啟渦輪式、推進式、圓盤渦輪式、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：三葉推進式葉輪，折葉漿式 (24折葉)，6直葉渦輪式，超級混合葉輪式 (hro0，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，超混臺攪拌器 (mr205，305)等。為了達到成品高精度、高品質(zhì)化要求，國外，特別是日本開發(fā)了新型的攪拌裝置 ，以滿足高粘度產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。如倒圓錐形螺帶翼式攪拌

9、器、超混合攪拌器、高性能浮動攪拌槽、超振動型攪拌器等。 在對物料的攪拌操作中，人們希望實現(xiàn)多種攪拌目的，因此了解各種攪拌器的特點，選擇適宜的葉輪型式，設(shè)計出符合流動狀態(tài)特性的攪拌器是非常重要的。攪拌槽內(nèi)的液體進行著三維流動，為了區(qū)分攪拌漿葉排液的流向特點，根據(jù)主要排液方向，按圓柱坐標(biāo)把典型漿葉分成徑向流葉輪和軸向流葉輪 。齒片式、平葉漿式、直葉圓盤渦輪式和彎曲葉渦輪式在無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 大有力的徑向流，故稱這些葉輪為徑向流葉輪。徑向流葉輪攪拌器旋轉(zhuǎn)時，將物料由軸向吸入再徑向排出，葉輪功率消耗大，攪拌速度較快，

10、剪切力強。如圖3、圖4所示，是典型的徑向流葉輪型式。在湍流狀態(tài)下，推進式葉輪除了產(chǎn)生周向流動外，還產(chǎn)生大量軸向流動，是典型的軸向流葉輪。折葉渦輪式葉輪與直葉圓盤渦輪和彎曲葉渦輪式葉輪相比，軸向流成分較多，多用于軸向流的場合。螺帶式和螺桿式葉輪使高粘度物料產(chǎn)生軸向流動，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，剪切速率小且在漿葉附近較大范圍內(nèi)分布均勻，具有較強的最大防脫流能力。如圖5、圖 6所示，是典型的軸向流葉輪型式。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)的推進式葉輪葉片

11、為復(fù)雜的立體曲面，雖能滿足要求，但制造卻很困難，亦不易大型化。因此競相開發(fā)節(jié)能高效 、造價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)。美國萊寧公司開發(fā)了 a310和a315系列(如圖7，圖8所示)。國內(nèi)如北京化工大學(xué)和華東理工大學(xué)等也分別開發(fā)了cby軸流漿和翼型漿；中國石油化工學(xué)院的沈惠平教授等人還研制開發(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漿葉，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 近年來歐洲和et本開發(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(al

12、lphase)型攪拌機就是典型的一例。如圖 l2所示。 另外，北京燕山石油化工有限公司設(shè)計院針對在大直徑、低轉(zhuǎn)速、介質(zhì)較粘稠的場合，設(shè)計了一種復(fù)合式攪拌器，很好地解決了無法配備大功率的電機，存在制造、檢修 以及安裝的困難等問題。復(fù)合式攪拌器的結(jié)構(gòu)如圖 l3所示。 設(shè)備設(shè)計智能化的實現(xiàn) 根據(jù)混合專家的經(jīng)驗和常識，將攪拌混合設(shè)備與自動控制技術(shù)相結(jié)合，在混合設(shè)備選型和設(shè)計中運用人工智能技術(shù)(aj)和基于知識的系統(tǒng)(kbs)，即實現(xiàn)了混合設(shè)備選型和設(shè)計的智能化。如圖 l4所示，攪拌設(shè)備設(shè)計專家系統(tǒng)采用總設(shè)計任務(wù)控制各階段設(shè)計分任務(wù)，分任務(wù)調(diào)度相應(yīng)的設(shè)計知識和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)混合設(shè)備的專家系統(tǒng)設(shè)計的組織方法。

13、通過仔細的分析、歸屬，用智能化設(shè)計系統(tǒng)原型階段性地實現(xiàn)混合設(shè)備的設(shè)計過程，可以把其表示為一系列的設(shè)計過程的鏈?zhǔn)叫蛄?。各階段相對獨立又相互連續(xù)，其中每一個設(shè)計階段都將設(shè)計結(jié)構(gòu)傳遞給后繼設(shè)計過程l6j。該系統(tǒng)從攪拌葉輪的選型、過程設(shè)計、機械設(shè)計和經(jīng)濟分析評價，到最終機械繪圖的全過程的都給出了智能化的計算機輔助設(shè)計。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上百立方米的應(yīng)用體系。20世紀90年代以來，有關(guān)攪拌設(shè)備選型和設(shè)計的專家系統(tǒng)在國外已有少量報道。如 1994年美國 chemineer公司報道了該公司有一個用于渦輪式攪拌設(shè)備設(shè)計的知識庫軟件 ag

14、design，據(jù)稱該公司90頂伸人攪拌器的設(shè)備均已用此軟件進行設(shè)計。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)計的知識庫系統(tǒng)的論文。在國內(nèi)，浙江大學(xué)也正與大型石化企業(yè)合作開發(fā)攪拌槽式反應(yīng)器的智能化輔助選型和設(shè)計軟件。1.1.4結(jié)束語 攪拌操作是工業(yè)反應(yīng)過程的重要環(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)，因此必須改進傳統(tǒng)攪拌裝置、研制新型混合設(shè)備；同時使用 ldv、piv和 ept等先進量測技術(shù)，運用計算流體動力學(xué)知識，深入分析攪拌反應(yīng)器內(nèi)的流體流動機理和微觀混合，安全和優(yōu)化設(shè)計、提高過程效率性能和降低失敗風(fēng)險，

15、并最終提高反應(yīng)產(chǎn)率。在這些現(xiàn)代先進技術(shù)的推動下，攪拌混合技術(shù)一定會向一個更新的階段發(fā)展。1.2 攪拌器的工作原理通常攪拌裝置由作為原動機的馬達(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

16、成“均勻”。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、開啟渦輪式、推進式、圓盤渦輪式、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：三葉推進式、折葉槳葉，6直葉渦輪式、超級混合葉輪式 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。1.4 化工攪拌器的適應(yīng)條件和構(gòu)造1.4.1 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)備中廣泛運用?；嚢杵鞯淖饔檬够どa(chǎn)中的液體充分混合，以滿足化學(xué)反應(yīng)能夠最大程度的進行，該設(shè)備可以代替手動攪拌對人體有毒或?qū)ζつw

17、有傷害的化工原料減少對人體的危害，同時通過電動機帶動軸加速攪拌，提高生產(chǎn)率。 攪拌加速傳熱和傳質(zhì)，在化工設(shè)備中廣泛運用。攪拌的對象可以是液體 、固體和氣體，其中液體是必不可少的。最常見的液體是水，其粘度很低。液體也可能很粘，如黃油在室溫下可達 l，000，000 cp。液體中如加入過多的固體，如泥沙，會失去流動性，成為泥團。這種物料也可攪拌，但不在本文敘述的范圍內(nèi)。1.4.2 化工攪拌器的構(gòu)造 化工生產(chǎn)過程中，通常用到的攪拌器種類有槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、推進式攪拌器、錨式攪拌器、框式攪拌器、螺帶式攪拌器等。各類攪拌器由于其構(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

18、拌器又可分為平直葉和折葉攪拌器兩種。這類攪拌器的結(jié)構(gòu)和加工都比較簡單。攪拌器直徑 d與釜徑 d之 比dd為 03508，其運轉(zhuǎn)速度為 10100rmin，為大型低速攪拌器，適用于低、中等粘度物料的混合及促進傳熱，可溶固體的混合與溶解等場合。渦輪式攪拌器又可分為開啟渦輪式和圓盤渦輪式兩類，每類又可分為平直葉、折葉、后彎葉三種。渦輪式攪拌器外形結(jié)構(gòu)上與槳式攪拌器類似，只是葉片較多。攪拌器直徑 d與釜徑 d之比dd為01705，轉(zhuǎn)速為30500rmin。旋轉(zhuǎn)時有較高的局部剪切作用，能得到高分散度微團，適用于氣液混合及液液混合或強烈攪拌的場合，常用于低中等粘度物料 (<5×10 cp)

19、。就一開啟式和圓盤式相比較而言，其構(gòu)造上差異造成開啟式比圓盤式循環(huán)流量更大，軸向混合效果更好。推進式攪拌器也常被稱為旋槳式攪拌器。顧名思義，其葉片形式類似于輪船上的螺旋槳。攪拌器直徑 d與釜徑 d之比 dd為 0205，轉(zhuǎn)速較高，為 100800rmin。運轉(zhuǎn)時產(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烈的以宏觀混合為目的的攪拌場合，常用于低粘度料液 (<2000cp)的混合?？蚴綌嚢杵鞯臄嚢柰饩壟c釜壁間隙很小，dd為 09098，此特點使得攪拌時物料不易產(chǎn)生死區(qū)。轉(zhuǎn)速為 1100rmin，為低速攪拌器，只產(chǎn)生切線流，剪切作用小，無軸向混合，適用于高粘度

20、物料的攪拌。如精細化工產(chǎn)品涂料油漆、化妝品的生產(chǎn)過程中常用到此類攪拌器。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，物料沿釜壁上升，沿軸向下運動。適用于高粘度料液的混合。1.5本課題的設(shè)計思路本課題的設(shè)備思路可分為以下步驟：1：按設(shè)計要求可用的 dt(輪徑罐徑)值，和對攪拌時間、攪拌程度的要求，選定若干個不同轉(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，估計近似的攪拌軸長；3：估計合理的電動機功率；4：根據(jù)葉輪功耗。輸出軸、支架等等，選擇能滿足前三項要求的攪拌器；5：按照葉尖切線速度等條件，確定最合適的轉(zhuǎn)速，對設(shè)計進行優(yōu)化，按已確定的條件

21、，對軸系進行動力和強度等因素的驗算和分析。2 攪拌容器的設(shè)計2.1 攪拌容器的設(shè)計探討根據(jù)設(shè)計要求，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=1500kg/m3，運轉(zhuǎn)速度為40r/min，v=5m/s。結(jié)合實際條件，本課題選用筒式攪拌器。將攪拌器的外殼設(shè)計成圓筒形，攪拌器旋轉(zhuǎn)時，把機械能傳遞給流體，在攪拌器附近形成高湍動的充分混和區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流，使流體具有較高的壓頭，推動液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動。在圓筒的導(dǎo)流作用下，介質(zhì)從簡體的頂部和底部流入筒內(nèi)，完成一個循環(huán)，使介質(zhì)產(chǎn)生高速的徑向流和軸向流，同時加大介質(zhì)流量，介質(zhì)流動更均勻。通過筒式攪拌器與渦輪式攪拌器和

22、推進式攪拌器的功率對比試驗，在相同的拌情況下，筒式攪拌器將電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率更高，如圖所示。(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，是渦輪式和推進式攪拌器的23倍。因此，本課題選用的筒式攪拌器能夠滿足設(shè)計的要求。3 總體設(shè)計方案的確定及動力元件選擇3.1 總體設(shè)計方案化工生產(chǎn)過程中，通常用到的攪拌器種類有槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、推進式攪拌器、錨式攪拌器、框式攪拌器、螺帶式攪

23、拌器等。各類攪拌器由于其構(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)攪拌器對這些因素的要求，本次設(shè)計選用斜漿式攪拌器。傾斜漿式攪拌器結(jié)構(gòu)上，葉槳與攪拌軸的安裝角90°，在旋轉(zhuǎn)攪拌時，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，可使沉淀物攪動上翻，對物料的攪拌效果相當(dāng)好；當(dāng)軸反向旋轉(zhuǎn)時，又可使懸浮物攪至底部，對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，對其強度、剮度及安裝的要求較高，多用于低速、低粘度、小功率( = 3040r

24、min)攪拌符合設(shè)計的要求。3.2 攪拌容器的設(shè)計計算3.2.1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程是液液相混合，一般來說攪拌裝置的高徑比（hd）為11.3，本次設(shè)計選用高徑比為1.2。已知攪拌容積是500l，根據(jù)公式d= （1）可以計算處筒體的直徑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)冶金手冊產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，我們選用普通碳素鋼，根據(jù)gb1501998中對碳素鋼的要求和鋼板之間的差別，我們選用q235b熱軋鋼板，厚度尺寸選用9mm。（4）計算筒體的壁厚及強度校核按照材料力學(xué)中的強度理論，對于鋼制容

25、器適宜采用第三、第四強度理論，但是由于第一強度理論在容器設(shè)計史上使用最早，有成熟的實踐經(jīng)驗，而且由于強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)計中仍采用第一強度理論，即1式中是器壁中1三個主應(yīng)力中最大一個主應(yīng)力。對于內(nèi)壓薄壁容器的回轉(zhuǎn)殼體，周向應(yīng)力為第一主應(yīng)力，徑向應(yīng)力為第二主應(yīng)力，而另一個主應(yīng)力z是徑向應(yīng)力，由于、與相比殼忽略不計，即3=z=0，所以第三強度理論與第一強度理論趨于一致。因此在對容器個元件進行強度計算時，主要確定1，并將其控制在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，進而求取容器的壁厚。容器圓筒承受均勻內(nèi)壓作用時，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）：=很顯

26、然，1=，故按照第一強度理論，有 1 = t （2）在容器設(shè)計中，一般只給出內(nèi)徑值di，則d=di + t，將其代入上式，得p(di+t)/2tt （3）容器圓筒在制造時由鋼板卷焊而成，焊縫區(qū)金屬強度一般低于木材，所以上式中的t應(yīng)乘以系數(shù)。所以，考慮容器內(nèi)部介質(zhì)和周圍大氣腐蝕、供貨鋼板厚度的負偏差等原因，設(shè)計厚度應(yīng)比計算厚度大。設(shè)t為圓筒的計算厚度，則由上式可得（4）式中p設(shè)計內(nèi)壓力，mpadi圓筒內(nèi)直徑，mmt 計算厚度，mm焊縫系數(shù)，1.0t設(shè)計溫度下圓筒材料的作用應(yīng)力，mpa。式（4）即為內(nèi)壓圓筒厚度的計算公式。已知q235b 鋼的設(shè)計內(nèi)壓力p<1.6 mpa，選用p=1.0mpa

27、，許用應(yīng)力t=125 mpa，=125 mpa，=0.5，所以計算厚度t=（1.0×800）（2×125×0.50.2）=7mm。代入（2）式驗算得1=61.4<=125 mpa，符合要求。3.2.2 封頭的設(shè)計 （1）封頭的選型及計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，所以在對承受均勻內(nèi)壓封頭進行強度計算時，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

28、述，根據(jù)本次設(shè)計的要求，從各個封頭的受力分析、制造工藝和的應(yīng)用場合等各個方面綜合考慮，我們選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓行封頭。如下圖所示橢圓形封頭是由半個橢球面和一圓筒直邊組成，其結(jié)構(gòu)設(shè)計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，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。對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其di/2hi=2，k=1，則封頭的厚度計算公式為t=pdi/(2t-0.5p) （5） 則t=7mm。其中長軸為2a=d=0.80m，h1/d=0.25，所以h=0.2m，短軸之半b=

29、h=0.2m。從式（5）可知，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度與筒體基本相同，若因值有所不同，則相差也不會很大，為焊接方便，常取兩者等厚。（2）封頭的強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=1800=800mm，用式（6）a=0.0015，查得b=120mpa，由式（7）p= （7）得p=1.05mpa>1.0125 mpa。故封頭壁厚取7mm可以滿足穩(wěn)定性的要求。3.2.3攪拌器功率的計算在計算功率之前，首先計算攪拌過程的雷諾準(zhǔn)數(shù)，計算公式為re= （8）已知=40 rmin，dj=0.42m，µ=0.3pa.s，=1500kg/m3所以雷諾數(shù)re=588。攪拌

30、所需動力為p= （9）其中np為動力系數(shù)，利用rushton的算圖，查得np=0.75，代入上式得p=4.4kw，所需電動機的功率為pe=p/=4.4kw，所以選擇5.5kw的電動機就可滿足要求。3.3攪拌軸的結(jié)構(gòu)及材料 3.3.1軸的結(jié)構(gòu)攪拌軸主要用來支承攪拌器的，并從減速器輸出軸取得動力使攪拌器旋轉(zhuǎn)，達到攪拌的目的。因此，攪拌軸的結(jié)構(gòu)就是以這些要求為依據(jù)進行設(shè)計的。攪拌軸上端應(yīng)同減速器輸出軸相連。它們是通過聯(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、穿軸銷釘或穿軸螺釘固定。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。1攪

31、拌器2防銹螺母3.3.2軸的材料攪拌器軸的材料通常選用45號鋼，還應(yīng)進行正火或調(diào)質(zhì)處理。同時由于化工反應(yīng)中有腐蝕，所以還要進行防腐蝕處理。3.3.3攪拌軸的計算 攪拌軸的計算主要是確定軸的最小截面尺寸（軸徑），需要進行強度、剛度計算或校核，驗算軸的臨界轉(zhuǎn)速和撓度等，以便保證攪拌軸能安全可靠的運轉(zhuǎn)。 攪拌軸的特點是細而長，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行強度計算，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)力的辦法來補償其他載荷的影響。（1） 軸的強度計算軸的扭轉(zhuǎn)強度條件是：max = （10）由上式可知，只要知

32、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= （11）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 （12）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。因為wp= （13）將（12）（13）式代入（11）式得d×365.09×mm已知攪拌軸的功率為4.4kw，軸的轉(zhuǎn)數(shù)n=40r/min，=40mpa，代入上式得d=51.2mm?？紤]到腐蝕，故攪拌軸的直徑為55mm。（2）軸的剛度的計算為了防止攪拌軸產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形，從而在運轉(zhuǎn)中引起振動，造成動密封失效，應(yīng)該把軸的扭轉(zhuǎn)變形

33、限制在一個允許的范圍內(nèi)，這就是設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)剛度條件。為此攪拌軸要進行剛度計算。工程上是以單位長度的扭轉(zhuǎn)角不得超過許用扭轉(zhuǎn)角作為剛度條件的，即：max=×103× （14）軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，°/m；g剪切彈性模量，mpa；g=8.1104mpa；ip截面的極慣性矩。一般情況下ip =。從（14）式可以看出，扭轉(zhuǎn)角的大小與扭矩mtmax成正比，與扭轉(zhuǎn)剛度gip成反比。許用扭轉(zhuǎn)角值是根據(jù)實際情況確定的，一般攪拌軸選用=（0.51.0）°/m。取=0.8。代入下式d1537×mm (15)得d=53.2mm。軸徑應(yīng)同時滿足剛度和強度兩個條件。一般按剛

34、度計算的軸徑較按強度計算的軸徑大，所以對攪拌軸來說，主要以剛度條件確定軸徑?？紤]到腐蝕，所以取軸徑為d=55mm。3.3.4攪拌軸的形位公差和表面粗糙度要求由于要求運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，防止軸的彎曲對軸封處的不利影響，因此軸安裝和加工要控制軸的直度，當(dāng)轉(zhuǎn)速n<100r/min時，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 攪拌器及傳動裝置等的設(shè)計及計算3.4.1 攪拌器的選擇根據(jù)工藝要求，選用直徑為800mm，軸徑55mm的漿式攪拌器，標(biāo)記符號為800553.4.2 電動機的選型根據(jù)攪拌器的結(jié)構(gòu)及電動機的安裝方式，我們選用y系列v1型立式電動機

35、，電動機的型號 y132s4同步轉(zhuǎn)速 1500 r/min額定功率 5.5kw滿載轉(zhuǎn)速 1440r/min最大轉(zhuǎn)矩 2.2質(zhì)量 68kg其結(jié)構(gòu)尺寸參照機械設(shè)計課程設(shè)計手冊表125。 3.4.3 減速器的選型根據(jù)我國目前情況，反應(yīng)釜用的立式減速機主要有，擺線針輪減速機、兩級齒輪減速機、v帶減速機、蝸桿減速機等幾種，這幾種減速機已由有關(guān)工業(yè)部門訂有標(biāo)準(zhǔn)系列，根據(jù)本次設(shè)計情況和查閱有關(guān)手冊，我們選用擺線針輪減速機，如下圖所示。擺線針輪減速機根據(jù)單支點機架（hg2156695）標(biāo)準(zhǔn)的附錄中列有常用的“釜用傳動裝置減速機型號及技術(shù)參數(shù)”可以根據(jù)公稱直徑和攪拌軸轉(zhuǎn)速來選擇減速機的型號。我們選用bld312

36、9q型減速器。其安裝尺寸參照化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)表1812（a）。3.4.4軸承的選擇軸承是機器中重要的部件，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，滾動軸承的摩擦阻力較滑動軸承的摩擦阻力小，其功率損耗也小，容易起動，潤滑與維護簡單，而且滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，可由專門工廠大批生產(chǎn)，選用方便。所以在各種機械設(shè)備中應(yīng)用廣泛。所以本次設(shè)計我們選用滾動軸承。 滾動軸承通常由四種元件組成，即外圈1、內(nèi)圈3、滾動體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，以保證滾動體在其間作精確的運轉(zhuǎn)。滾動體有球形、圓柱體、圓錐形、針形等，保持架的

37、作用是把滾動體彼此隔開并沿滾道均勻分布，通常內(nèi)圈裝配在軸頸上，隨軸一起轉(zhuǎn)動；外圈裝在軸承座里不轉(zhuǎn)動。由于滾動體和內(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，也可同時承受一定的的軸向載荷。其結(jié)構(gòu)如下圖，其代號為6211。其安裝尺寸參照機械設(shè)計課程設(shè)計（機械工業(yè)出版社）表12.1。軸承的潤滑選用脂潤滑，密封用氈圈式密封。 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

38、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)如下圖所示。上方與減速器軸相連的凸半聯(lián)軸器，有412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)主動軸轉(zhuǎn)動時，凸半聯(lián)軸器即通過彈性塊來帶動凹半聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)。聯(lián)軸器材料采用不比ht200差的鑄鐵，彈性塊

39、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。其尺寸參考化工設(shè)備機械基礎(chǔ)（第二版）表112。3.5 傳動裝置的機架反應(yīng)釜立式傳動裝置是通過機架安裝在反應(yīng)釜封頭的底座上的，機架上端需與減速機裝配，下端則與底座裝配。在機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。按照攪拌傳動裝置系統(tǒng)組合hg2156395標(biāo)準(zhǔn)系列中選取機架。選用時，首先考慮上述要求，然后根據(jù)所選減速機的輸出軸軸徑及其安裝定位面的結(jié)構(gòu)尺寸選配合適的機架。根據(jù)上述條件，選用ja55型單支點機架，機架的公稱直徑為300mm。如下圖：其尺寸參照化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)表1814，機架的

40、材料選用和加工，選用灰鑄鐵ht200鑄造毛坯再進行加工。3.6 底座的設(shè)計為了易于保證底座既與減速機座連接又使穿過軸封裝置的攪拌軸運轉(zhuǎn)順利，要求軸封裝置與減速機架安裝時有一定的同心度，一般都將兩者的定位安裝面做在同一塊底座上。根據(jù)攪拌傳動裝置系統(tǒng)組合、選用及技術(shù)要求（hg2156395中），我們選用下面的平底底座：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，是一個很重要的問題。因此，在攪拌器的設(shè)計過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械密封兩種。通過下表填料箱密封和機械密封的比較，我們選取機械密封作為攪拌器的軸封

41、裝置。 機械密封系指兩塊環(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轉(zhuǎn)動，從而構(gòu)成密封結(jié)構(gòu)。圖1是一種釜用機械密封裝置的簡單結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時，帶動了彈簧座、彈簧、彈簧壓板、動環(huán)等零件一起旋轉(zhuǎn)。由于彈簧力的作用使動環(huán)緊緊壓在靜環(huán)上。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，動環(huán)與軸一起旋轉(zhuǎn)，而靜環(huán)則固定于座架上靜止不動，動環(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。比較項目填料箱密封機械密封泄露量180450ml/h一般平均泄露量為填料箱密封的1%磨損功損失機械密封為填料箱密封的10%50%軸磨損有

42、磨損，用久后軸要換幾乎無磨損維護及壽命需要經(jīng)常維護，更換填料壽命0.51年或更長，很少需要維護高參數(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，裝卸不便對材料要求一般動環(huán)、靜環(huán)要求較高減磨性能圖1化工部門已將釜用機械密封的基本型式及參數(shù)制定了系列標(biāo)準(zhǔn)攪拌傳動裝置機械密封（hg2157195），并有定點廠供應(yīng)各種規(guī)格產(chǎn)品，一般只需選用、訂購即可。根據(jù)本次設(shè)計情況，我們選用單端面小彈簧平衡型，型號為2001，代號為hg21571 95 ms 2001300bupfebup。3.8攪拌器槳葉的設(shè)計3.8

43、.1攪拌器槳葉的選型由于液體的粘度較低，根據(jù)實際情況，我們選用斜漿式葉片。結(jié)構(gòu)如下所示3.8.2攪拌槳葉的直徑設(shè)計斜槳葉式攪拌器的漿徑與筒徑（d1d）的比為0.30.6，已知d=0.8m，所以d1=0.24m，槳葉的寬度為（0.10.25）d1，我們?nèi)=0.15d1=0.04m。=30°。一般槳葉距筒底的高度h1為（0.51）d1，本次設(shè)計取h1= d1=0.24m。因為h/d=2，所以取單層，攪拌器層間距為（11.5）d1。3.9攪拌器的接管口支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.9.1 液體進料管液體進料管我們選用下圖所示的結(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攪拌器的

44、內(nèi)壁流動，減少物料對壁面的磨損與腐蝕。管材的選用參照化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書（北京化工學(xué)院出版）表c1，c2可得，選用20號鋼，gb69988。3.9.2 液體出料管出料管結(jié)構(gòu)設(shè)計主要從物料易放盡，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。如下圖所示是兩種常見的結(jié)構(gòu)。根據(jù)設(shè)計我們選用（a）圖出料管，直接為100mm，其結(jié)構(gòu)尺寸參照下表管徑d5070100125150dmin1301602102602903.9.3儀表接管口儀表接管與釜體的安裝都用插入式，因為本次設(shè)計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，都要采用套管結(jié)構(gòu)并用多層套管加強。常用的幾種接口結(jié)構(gòu)參見化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書表b12。3.9.4法蘭的選擇考慮到生產(chǎn)工藝上的要求和制造、運輸和安裝檢修時的需要，化工設(shè)備常采用可拆卸的法蘭聯(lián)接方法。法蘭聯(lián)接是由一對法蘭，若干個螺栓、螺母和一個墊片所