第14章-攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)

1、第第1414章章 攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)14.114.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)7.2.1 板式塔的分類板式塔的分類7.2.2 板式塔的結(jié)構(gòu)板式塔的結(jié)構(gòu)14.2 攪拌容器的設(shè)計(jì)攪拌容器的設(shè)計(jì)7.3.1 填料填料 14.4 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置7.3.2 填料塔內(nèi)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)填料塔內(nèi)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14.5 軸封裝置軸封裝置14.1 概述概述容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)應(yīng)用應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)、生物反應(yīng)、混合、分散、溶解、化學(xué)反應(yīng)、生物反應(yīng)、混合、分散、溶解、結(jié)晶、萃取、吸收或解吸、傳熱等操作。結(jié)晶、萃取、吸收或解吸、傳熱等操作。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成組成攪拌容器攪拌容器和和攪拌機(jī)攪拌機(jī)兩大部。兩大部。由筒體、換熱元件由筒體、

2、換熱元件及內(nèi)構(gòu)件組成及內(nèi)構(gòu)件組成由攪拌器、攪拌軸及其密封由攪拌器、攪拌軸及其密封裝置、傳動(dòng)裝置等組成裝置、傳動(dòng)裝置等組成容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)1電動(dòng)機(jī)；電動(dòng)機(jī)；2減速機(jī)；減速機(jī)；3機(jī)架；機(jī)架；4人孔；人孔；5密封裝置；密封裝置；6進(jìn)料口；進(jìn)料口；7上封頭；上封頭；8筒體：筒體：9聯(lián)軸器；聯(lián)軸器；10攪拌軸；攪拌軸；11夾套；夾套；12載熱介質(zhì)出口；載熱介質(zhì)出口；13擋板；擋板；14螺旋導(dǎo)流板；螺旋導(dǎo)流板；15軸向流攪拌器；軸向流攪拌器；16徑向流攪拌器；徑向流攪拌器；17氣體分布器；氣體分布器；18下封頭；下封頭；19出料口；出料口；20載熱介質(zhì)進(jìn)口；載熱介質(zhì)進(jìn)口；21氣體進(jìn)口氣體進(jìn)口圖圖14-1

3、攪拌反應(yīng)器攪拌反應(yīng)器典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)14.1 概述概述14.2 攪拌容器的設(shè)攪拌容器的設(shè)計(jì)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)14.2.1.1 攪拌容器攪拌容器 14.2.1 攪拌容器攪拌容器 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圓筒體，封頭（橢圓形、錐形和平蓋，橢圓圓筒體，封頭（橢圓形、錐形和平蓋，橢圓 形封頭應(yīng)用最廣）。形封頭應(yīng)用最廣）。各種接管，滿足進(jìn)料、出料、排氣等要求。各種接管，滿足進(jìn)料、出料、排氣等要求。加熱、冷卻裝置：設(shè)置外夾套或內(nèi)盤管。加熱、冷卻裝置：設(shè)置外夾套或內(nèi)盤管。上封頭焊有凸緣法蘭，用于攪拌容器與機(jī)架上封頭焊有凸緣法蘭，用于攪拌容器與機(jī)架 的連接的連接。14.2 攪拌容器的設(shè)計(jì)攪拌容器的設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)傳感器，

4、測(cè)量反應(yīng)物的溫度、壓力、成分及其它參傳感器，測(cè)量反應(yīng)物的溫度、壓力、成分及其它參數(shù)。數(shù)。支座，小型用懸掛式支座，大型用裙式支座或支承支座，小型用懸掛式支座，大型用裙式支座或支承式支座。式支座。7. 裝料系數(shù)（對(duì)容積而言），通常取裝料系數(shù)（對(duì)容積而言），通常取0.60.85。有。有 泡沫或呈沸騰狀態(tài)取泡沫或呈沸騰狀態(tài)取0.60.7；平穩(wěn)時(shí)取；平穩(wěn)時(shí)取0.80.85。容積容積直立式攪拌容器直立式攪拌容器臥式攪拌容器臥式攪拌容器筒體和下封頭兩部分容積之和筒體和下封頭兩部分容積之和筒體和左右兩封頭容積之和筒體和左右兩封頭容積之和14.2 攪拌容器的設(shè)計(jì)攪拌容器的設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)表表141 幾種攪拌

5、設(shè)備筒體的高徑比幾種攪拌設(shè)備筒體的高徑比種類種類罐內(nèi)物料類型罐內(nèi)物料類型高徑比高徑比一般攪拌罐一般攪拌罐液液-固相、液液相固相、液液相11.3氣液相氣液相12聚合釜聚合釜懸浮液、乳化液懸浮液、乳化液2.083.85發(fā)酵罐類發(fā)酵罐類發(fā)酵液發(fā)酵液1.72.5攪拌容器的強(qiáng)度計(jì)算和攪拌容器的強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性分析方法見前面的內(nèi)容穩(wěn)定性分析方法見前面的內(nèi)容14.2 攪拌容器的設(shè)計(jì)攪拌容器的設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)14.2.1.2 換熱元件換熱元件換熱元件換熱元件夾套夾套內(nèi)盤管內(nèi)盤管優(yōu)先采用夾套，減少優(yōu)先采用夾套，減少容器內(nèi)構(gòu)件，便于清容器內(nèi)構(gòu)件，便于清洗，不占有效容積。洗，不占有效容積。14.2 攪拌容器的設(shè)

6、計(jì)攪拌容器的設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)一、夾套結(jié)構(gòu)一、夾套結(jié)構(gòu)夾套夾套在容器外側(cè)，用焊接或法蘭連接方式裝設(shè)各種形在容器外側(cè)，用焊接或法蘭連接方式裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與容器外壁形成密閉的空間。狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與容器外壁形成密閉的空間。此空間內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，可加熱或冷卻容此空間內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，可加熱或冷卻容器內(nèi)的物料。器內(nèi)的物料。結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)型式整體夾套整體夾套型鋼夾套型鋼夾套半圓管夾套半圓管夾套蜂窩夾套等蜂窩夾套等ttjDDDjDjttjDDDjDj14.2 攪拌容器的設(shè)計(jì)攪拌容器的設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)圖圖14-2 整體夾套整體夾套(a) 圓筒型圓筒型(b) U型型14.2 攪拌容器

7、的設(shè)計(jì)攪拌容器的設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)圖圖14-3 夾套肩與筒體的連接結(jié)構(gòu)夾套肩與筒體的連接結(jié)構(gòu)(a)封口錐封口錐(b)封口環(huán)封口環(huán)d1t1t2t1t2d1t3t1t1t2t2t1d1d114.2 攪拌容器的設(shè)計(jì)攪拌容器的設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)封口環(huán)封口環(huán)圖圖14-4 夾套底與封頭連接結(jié)構(gòu)夾套底與封頭連接結(jié)構(gòu)封口錐封口錐14.2 攪拌容器的設(shè)計(jì)攪拌容器的設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)圖圖14-5 型鋼夾套結(jié)構(gòu)型鋼夾套結(jié)構(gòu)(a)螺旋形角鋼互搭式螺旋形角鋼互搭式(b)角鋼螺旋形纏繞角鋼螺旋形纏繞14.2 攪拌容器的設(shè)計(jì)攪拌容器的設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)二、內(nèi)盤管二、內(nèi)盤管當(dāng)反應(yīng)器的熱量?jī)H靠外夾套傳熱，換熱面積不夠時(shí)

8、當(dāng)反應(yīng)器的熱量?jī)H靠外夾套傳熱，換熱面積不夠時(shí)常采用常采用內(nèi)盤管內(nèi)盤管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)浸沒在物料中，熱量損失小，傳熱效果好，檢修較困難。浸沒在物料中，熱量損失小，傳熱效果好，檢修較困難。分類分類螺旋形盤管螺旋形盤管豎式蛇管豎式蛇管 圖圖14-7圖圖14-814.2 攪拌容器的設(shè)計(jì)攪拌容器的設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)圖圖14-7 螺旋形盤管螺旋形盤管 dDdD14.2 攪拌容器的設(shè)計(jì)攪拌容器的設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)對(duì)稱布置的幾組對(duì)稱布置的幾組豎式蛇管：豎式蛇管： 傳熱傳熱 擋板作用擋板作用圖圖14-8 豎式蛇管豎式蛇管14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)14.3.1 攪拌器攪拌器 14.3.

9、1.1 攪拌器與流動(dòng)特征攪拌器與流動(dòng)特征 定義定義功能功能攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪，是攪拌反應(yīng)器的關(guān)鍵攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪，是攪拌反應(yīng)器的關(guān)鍵部件。部件。提供過程所需要的能量和適宜的流動(dòng)狀態(tài)。提供過程所需要的能量和適宜的流動(dòng)狀態(tài)。原理原理攪拌器旋轉(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)的充分混合區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流推動(dòng)液成高湍動(dòng)的充分混合區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流推動(dòng)液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。流型流型 流體循環(huán)流動(dòng)的途徑。流體循環(huán)流動(dòng)的途徑。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)流型流型流型與攪拌的關(guān)

10、系流型與攪拌的關(guān)系流型與攪拌效果、攪拌功流型與攪拌效果、攪拌功率的關(guān)系十分密切。攪拌率的關(guān)系十分密切。攪拌器的改進(jìn)和新型攪拌器的器的改進(jìn)和新型攪拌器的開發(fā)往往從流型著手。開發(fā)往往從流型著手。流型決定因素流型決定因素取決于攪拌器的形式、攪拌取決于攪拌器的形式、攪拌容器和內(nèi)構(gòu)件幾何特征，以容器和內(nèi)構(gòu)件幾何特征，以及流體性質(zhì)、攪拌器轉(zhuǎn)速等及流體性質(zhì)、攪拌器轉(zhuǎn)速等因素。因素。攪拌機(jī)頂插式中心安裝攪拌機(jī)頂插式中心安裝立式圓筒的三種基本流型立式圓筒的三種基本流型徑向流徑向流軸向流軸向流切向流切向流流型流型14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)流體流動(dòng)方向垂直于流體流動(dòng)方向垂直于攪拌軸，攪拌軸，

11、沿徑向流動(dòng)沿徑向流動(dòng)，碰到容器壁面分成二碰到容器壁面分成二股流體分別向上、向股流體分別向上、向下流動(dòng)，再回到葉端，下流動(dòng)，再回到葉端，不穿過葉片，形成上、不穿過葉片，形成上、下二個(gè)循環(huán)流動(dòng)。下二個(gè)循環(huán)流動(dòng)。(a)徑向流徑向流圖圖14-9 攪拌器與流型攪拌器與流型(a) 徑向流徑向流14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)流體流動(dòng)方向流體流動(dòng)方向平行于平行于攪拌軸攪拌軸，流體由槳葉，流體由槳葉推動(dòng)，使流體向下流推動(dòng)，使流體向下流動(dòng)，遇到容器底面再動(dòng)，遇到容器底面再向上翻，形成上下循向上翻，形成上下循環(huán)流。環(huán)流。(b)軸向流軸向流圖圖14-9 攪拌器與流型攪拌器與流型(b) 軸向流軸向流

12、14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)無擋板的容器內(nèi)，流無擋板的容器內(nèi)，流體體繞軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)繞軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，流速高時(shí)液體表面會(huì)流速高時(shí)液體表面會(huì)形成漩渦，流體從槳形成漩渦，流體從槳葉周圍周向卷吸至槳葉周圍周向卷吸至槳葉區(qū)的流量很小，混葉區(qū)的流量很小，混合效果很差。合效果很差。(c)切向流切向流圖圖14-9 攪拌器與流型攪拌器與流型(c) 切向流切向流14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)上述三種流型通常同時(shí)存在上述三種流型通常同時(shí)存在軸向流與徑向流對(duì)混合起主要作用軸向流與徑向流對(duì)混合起主要作用切向流應(yīng)加以抑制切向流應(yīng)加以抑制采用擋板可削弱切向流，采用擋板可削弱切向流，增

13、強(qiáng)軸向流和徑向流增強(qiáng)軸向流和徑向流除中心安裝的攪拌機(jī)外，還有偏心式、底插式、側(cè)除中心安裝的攪拌機(jī)外，還有偏心式、底插式、側(cè)插式、斜插式、臥式等安裝方式，見圖插式、斜插式、臥式等安裝方式，見圖14-10。不同方式安裝的攪拌機(jī)產(chǎn)生的流型也各不相同。不同方式安裝的攪拌機(jī)產(chǎn)生的流型也各不相同。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)圖圖14-10 攪拌器在容器內(nèi)的安裝方式攪拌器在容器內(nèi)的安裝方式(a) 垂直垂直偏心式偏心式(b) 底插式底插式(c) 側(cè)插式側(cè)插式(d) 斜插式斜插式(e) 臥式臥式14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)擋板與導(dǎo)流筒擋板與導(dǎo)流筒目的目的消除打漩和提高

14、混合效果。消除打漩和提高混合效果。物料粘度小，攪拌轉(zhuǎn)速高，物料粘度小，攪拌轉(zhuǎn)速高，液體隨槳葉旋轉(zhuǎn)，在離心液體隨槳葉旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下涌向內(nèi)壁面并上力作用下涌向內(nèi)壁面并上升，中心部分液面下降，升，中心部分液面下降，形成漩渦，稱為打漩區(qū)。形成漩渦，稱為打漩區(qū)。打漩打漩14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)后果后果隨轉(zhuǎn)速增加，漩渦中心下凹到與槳葉接觸，外面空氣進(jìn)隨轉(zhuǎn)速增加，漩渦中心下凹到與槳葉接觸，外面空氣進(jìn)入槳葉被吸到液體中，使其密度減小，混合效果降低。入槳葉被吸到液體中，使其密度減小，混合效果降低。一般在容器內(nèi)壁面均勻安裝一般在容器內(nèi)壁面均勻安裝4塊擋板塊擋板寬度為容器直徑的寬度為

15、容器直徑的1/121/10。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)圖圖14-11 擋板擋板 14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)14.3.1.2 攪拌器分類及典型攪拌器特性攪拌器分類及典型攪拌器特性 一、攪拌器分類一、攪拌器分類按流體流動(dòng)形態(tài)按流體流動(dòng)形態(tài)軸向流攪拌器軸向流攪拌器徑向流攪拌器徑向流攪拌器按結(jié)構(gòu)分為按結(jié)構(gòu)分為平葉平葉 折葉折葉 螺旋面葉螺旋面葉槳式、渦輪式、框式和槳式、渦輪式、框式和錨式的槳葉都有平葉和錨式的槳葉都有平葉和折葉兩種結(jié)構(gòu)折葉兩種結(jié)構(gòu)推進(jìn)式、螺桿式和螺帶推進(jìn)式、螺桿式和螺帶式的槳葉為螺旋面葉式的槳葉為螺旋面葉混合流攪拌器混合流攪拌器軸向流攪拌

16、器軸向流攪拌器14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì) 槳式、推進(jìn)式、渦輪式槳式、推進(jìn)式、渦輪式和和錨式錨式攪拌器在攪拌器在攪拌反應(yīng)設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)約占攪拌反應(yīng)設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)約占攪拌器總數(shù)的攪拌器總數(shù)的7580。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)二、幾種常用攪拌器：二、幾種常用攪拌器：1. 槳式攪拌器槳式攪拌器 結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單葉片用扁鋼制成，焊葉片用扁鋼制成，焊接或用螺栓固定在輪接或用螺栓固定在輪轂上，葉片數(shù)是轂上，葉片數(shù)是2、3或或4 片，葉片形式可片，葉片形式可分為平直葉式和折葉分為平直葉式和折葉式兩種。式兩種。圖圖14-12 槳式攪拌

17、器槳式攪拌器 14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)主要應(yīng)用主要應(yīng)用也用于高粘流體攪拌，促進(jìn)流體的上下交換，代替也用于高粘流體攪拌，促進(jìn)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。價(jià)格高的螺帶式葉輪，能獲得良好的效果。液液液系中用于防止分離、使罐的溫度均一，固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。液系中多用于防止固體沉降。主要用于流體的循環(huán)，由于在同樣排量下，折葉式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少，操作費(fèi)用低，故比平直葉式的功耗少，操作費(fèi)用低，故軸流槳葉使軸流槳葉使用較多用較多。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)

18、容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速一般為槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速一般為20100r/min ，最高粘度為最高粘度為20Pas 。其常用參數(shù)見表。其常用參數(shù)見表14-5。缺點(diǎn)缺點(diǎn)不能用于以保持氣體和以細(xì)微化為目的不能用于以保持氣體和以細(xì)微化為目的的氣的氣液分散操作中。液分散操作中。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)表表14-2 槳式攪拌器常用參數(shù)槳式攪拌器常用參數(shù)常用尺寸常用尺寸常用運(yùn)常用運(yùn)轉(zhuǎn)條件轉(zhuǎn)條件常用介常用介質(zhì)粘度質(zhì)粘度范圍范圍流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)備注備注d/D=0.350.8b/d=0.10.25Bn=2n=1100r/minv=1.05.0m/s小于小于2Pas低轉(zhuǎn)速時(shí)水平低轉(zhuǎn)速時(shí)水

19、平環(huán)向流為主；環(huán)向流為主；轉(zhuǎn)速高時(shí)為徑轉(zhuǎn)速高時(shí)為徑向流；有擋板向流；有擋板時(shí)為上下循環(huán)時(shí)為上下循環(huán)流流當(dāng)當(dāng)d/D=0.9以上，以上，并設(shè)置多層槳葉并設(shè)置多層槳葉時(shí)，可用于高粘時(shí)，可用于高粘度液體的低速攪度液體的低速攪拌。在層流區(qū)操拌。在層流區(qū)操作，適用的介質(zhì)作，適用的介質(zhì)粘度可達(dá)粘度可達(dá)100Pas,v=1.03.0m/s折葉式折葉式=45，60折葉式有軸向、折葉式有軸向、徑向和環(huán)向分徑向和環(huán)向分流作用流作用 注：注：n轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速； v葉端線速度；葉端線速度； Bn葉片數(shù)；葉片數(shù)； d攪拌器直徑；攪拌器直徑；D容器內(nèi)徑：容器內(nèi)徑：折葉角。折葉角。 14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器

20、設(shè)計(jì)2. 推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器 推進(jìn)式攪拌器（又稱船用推進(jìn)器）推進(jìn)式攪拌器（又稱船用推進(jìn)器）常用于低粘流體中。常用于低粘流體中。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)式攪拌器有三瓣葉標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)式攪拌器有三瓣葉片，其螺距與槳直徑片，其螺距與槳直徑d相等。相等。它直徑較小，它直徑較小，d/D=1/41/3，葉端速度一般為葉端速度一般為 710 m/s，最高達(dá)最高達(dá)15 m/s。圖圖14-13 推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器 14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)應(yīng)用應(yīng)用粘度低、流量大的場(chǎng)合，用較小的攪拌功率，能獲得較好粘度低、流量大的場(chǎng)合，用較小的攪拌功率，能獲得較好的攪拌效果。的攪拌效果。主要用于液液系混合、

21、使溫度均勻，在低濃度固液系主要用于液液系混合、使溫度均勻，在低濃度固液系中防止淤泥沉降等中防止淤泥沉降等改進(jìn)改進(jìn)容器內(nèi)裝擋板、攪拌軸偏心安裝、容器內(nèi)裝擋板、攪拌軸偏心安裝、攪拌器傾斜，可防止漩渦形成。攪拌器傾斜，可防止漩渦形成。常用參數(shù)見表常用參數(shù)見表14-314.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)表表14-3 推進(jìn)式攪拌器常用參數(shù)推進(jìn)式攪拌器常用參數(shù)常用尺寸常用尺寸常用運(yùn)常用運(yùn)轉(zhuǎn)條件轉(zhuǎn)條件常用介質(zhì)常用介質(zhì)粘度范圍粘度范圍流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)備注備注d/D=0.20.5(以以0.33居多居多)p/d=1,2Bn=2,3,4(以以3居多居多)p螺距螺距n=100500r/minv=315m

22、/s小于小于2Pas軸流型，循軸流型，循環(huán)速率高，環(huán)速率高，剪切力小。剪切力小。采用擋板或采用擋板或?qū)Я魍矂t軸導(dǎo)流筒則軸向循環(huán)更強(qiáng)向循環(huán)更強(qiáng)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1750r/min:最最高葉端線速度高葉端線速度可達(dá)可達(dá)25m/s。轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速在速在500r/min以下，適用介以下，適用介質(zhì)粘度可達(dá)質(zhì)粘度可達(dá)50Pa.s 14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)渦輪式攪拌器（又稱透渦輪式攪拌器（又稱透平式葉輪），是應(yīng)用較平式葉輪），是應(yīng)用較廣的一種攪拌器，能有廣的一種攪拌器，能有效地完成幾乎所有的攪效地完成幾乎所有的攪拌操作，并能處理粘度拌操作，并能處理粘度范圍很廣的流體。見圖范圍很廣的

23、流體。見圖1414。3渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器 圖圖14-14 渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器 14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)渦輪式攪拌器分為渦輪式攪拌器分為開式開式盤式盤式開式有：開式有：平直葉、斜葉、彎葉等。平直葉、斜葉、彎葉等。葉片數(shù)為葉片數(shù)為2葉和葉和4葉葉盤式有：盤式有：圓盤平直葉、圓盤斜葉、圓盤平直葉、圓盤斜葉、圓盤彎葉等。葉片數(shù)常圓盤彎葉等。葉片數(shù)常為為6葉。葉。為改善流動(dòng)狀況，為改善流動(dòng)狀況，有時(shí)把槳葉制成凹形或箭形有時(shí)把槳葉制成凹形或箭形14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)應(yīng)用應(yīng)用 渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體微團(tuán)分散得渦輪式攪拌器有較大的

24、剪切力，可使流體微團(tuán)分散得很細(xì)，適用于低粘度到中等粘度流體的混合、液很細(xì)，適用于低粘度到中等粘度流體的混合、液液分散、液分散、液液固懸浮，以及促進(jìn)良好的傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。固懸浮，以及促進(jìn)良好的傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。平直葉平直葉剪切作用較大，屬剪切型攪拌器。剪切作用較大，屬剪切型攪拌器。彎葉彎葉 指葉片朝著流動(dòng)方向彎曲，可降低功率指葉片朝著流動(dòng)方向彎曲，可降低功率 消耗，適用于含有易碎固體顆粒的流體攪拌。消耗，適用于含有易碎固體顆粒的流體攪拌。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)表表14-4 渦輪式攪拌器常用參數(shù)渦輪式攪拌器常用參數(shù)型型式式常用尺寸常用尺寸常用運(yùn)轉(zhuǎn)常用運(yùn)轉(zhuǎn)條件條

25、件常用介質(zhì)常用介質(zhì)粘度范圍粘度范圍流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)備注備注開開式式渦渦輪輪d/D=0.20.5(以以0.33居多居多)b/d=0.2Bn=,3,4,6,8(以以6居多居多)折葉式折葉式=30,45,60后彎式后彎式=30,50,60后彎角后彎角n=10300r/minv=410m/s折葉式折葉式v=26m/s小于小于50Pas，折葉和后折葉和后彎葉小于彎葉小于10Pas平直葉、平直葉、后彎葉為后彎葉為徑向流型。徑向流型。在有擋板在有擋板時(shí)以槳葉時(shí)以槳葉為界形成為界形成上下兩個(gè)上下兩個(gè)循環(huán)流。循環(huán)流。折葉的還折葉的還有軸向分有軸向分流，近于流，近于軸流型軸流型最高轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速可達(dá)可達(dá)600r/m

26、in圓盤上下圓盤上下液體的混液體的混合不如開合不如開式渦輪式渦輪盤盤式式渦渦輪輪d:l:b=20:5:4d/D=0.20.5(以以0.33居多居多)Bn=4,6,8=45,60=45n=10300r/minv=410m/s折葉式折葉式v=26m/s小于小于50Pas，折葉和折葉和后彎葉后彎葉小于小于10Pas14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)4錨式攪拌器錨式攪拌器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。適用于粘度在適用于粘度在100Pas以下的流體攪拌，當(dāng)流以下的流體攪拌，當(dāng)流體粘度在體粘度在10100Pas時(shí)，可在錨式槳中間加時(shí)，可在錨式槳中間加一橫槳葉，即為一橫槳葉，即為框式攪框式攪拌器，拌

27、器，以增加容器中部以增加容器中部的混合。的混合。圖圖14-15 錨式攪拌器錨式攪拌器 14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)應(yīng)用應(yīng)用錨式或框式槳葉的混合效果并不理想，只適用于對(duì)混合錨式或框式槳葉的混合效果并不理想，只適用于對(duì)混合要求不太高的場(chǎng)合。要求不太高的場(chǎng)合。由于錨式攪拌器在容器壁附近流速比其它攪拌器由于錨式攪拌器在容器壁附近流速比其它攪拌器大，能得到大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，故常用于傳熱、大，能得到大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，故常用于傳熱、晶析操作。晶析操作。常用于攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿。常用于攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿。當(dāng)攪拌粘度大于當(dāng)攪拌粘度大于100Pas 的流體時(shí)，應(yīng)采用螺帶的流體

28、時(shí)，應(yīng)采用螺帶式或螺桿式。式或螺桿式。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)常用尺寸常用尺寸常用運(yùn)轉(zhuǎn)條常用運(yùn)轉(zhuǎn)條件件常用介質(zhì)常用介質(zhì)粘度范圍粘度范圍流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)備注備注d/D=0.90.914b/D=0.1h/D=0.48 1.0n=1100r/minv=15m/s小于小于100Pas不同高度不同高度上的水平上的水平環(huán)向流環(huán)向流為了增大攪為了增大攪拌范圍，可拌范圍，可根據(jù)需要在根據(jù)需要在槳葉上增加槳葉上增加立葉立葉和和橫梁橫梁表表14-5 錨式攪拌器常用參數(shù)錨式攪拌器常用參數(shù)14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)14.3.1.3 攪拌器的選用攪拌器的選用選用時(shí)除滿足

29、工藝要求外，還應(yīng)考慮功耗低、操作選用時(shí)除滿足工藝要求外，還應(yīng)考慮功耗低、操作費(fèi)用省，以及制造、維護(hù)和檢修方便等因素。費(fèi)用省，以及制造、維護(hù)和檢修方便等因素。攪拌器選型一般從三個(gè)方面考慮攪拌器選型一般從三個(gè)方面考慮攪拌目的攪拌目的 物料粘度物料粘度 攪拌容器容積的大小攪拌容器容積的大小14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)按攪拌器型式和適用條件選型按攪拌器型式和適用條件選型推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器用于低粘度流體的混合，循環(huán)能力強(qiáng)，用于低粘度流體的混合，循環(huán)能力強(qiáng)， 動(dòng)力消耗小，可應(yīng)用到很大容積的攪動(dòng)力消耗小，可應(yīng)用到很大容積的攪 拌容器中。拌容器中。 槳式攪拌器槳式攪拌器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

30、在小容積的流體混合中應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在小容積的流體混合中應(yīng) 用較廣，對(duì)大容積的流體混合，循環(huán)用較廣，對(duì)大容積的流體混合，循環(huán) 能力不足。能力不足。渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器應(yīng)用范圍較廣，各種攪拌操作都適用，應(yīng)用范圍較廣，各種攪拌操作都適用， 但流體粘度不宜超過但流體粘度不宜超過50Pas。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)表表14-6 是以是以操作目的操作目的和攪拌器和攪拌器流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)選用攪選用攪拌器的拌器的錨式、螺桿式、螺帶式錨式、螺桿式、螺帶式適用于高粘流體的混合。適用于高粘流體的混合。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)表表14-6 攪拌器型式和適用條件攪拌

31、器型式和適用條件注：有注：有者為可用，空白者不詳或不合用者為可用，空白者不詳或不合用 14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)14.3.1.4 攪拌功率計(jì)算攪拌功率計(jì)算攪拌功率攪拌功率指攪拌器以一定轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌時(shí)，對(duì)液體做功并使指攪拌器以一定轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌時(shí)，對(duì)液體做功并使之發(fā)生流動(dòng)所需的功率。之發(fā)生流動(dòng)所需的功率。計(jì)算攪拌功率的計(jì)算攪拌功率的目的目的用于設(shè)計(jì)或校核攪拌器和攪拌軸的強(qiáng)度和剛度，用于設(shè)計(jì)或校核攪拌器和攪拌軸的強(qiáng)度和剛度，用于選擇電機(jī)和減速機(jī)等傳動(dòng)裝置。用于選擇電機(jī)和減速機(jī)等傳動(dòng)裝置。14.3 攪拌裝置設(shè)攪拌裝置設(shè)計(jì)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)影響攪拌功率的因素很多，主要有以下四個(gè)方

32、面：影響攪拌功率的因素很多，主要有以下四個(gè)方面：1. 攪拌器的幾何尺寸與轉(zhuǎn)速攪拌器的幾何尺寸與轉(zhuǎn)速 攪拌器直徑、槳葉寬度、槳葉傾斜角、轉(zhuǎn)速、單個(gè)攪拌器直徑、槳葉寬度、槳葉傾斜角、轉(zhuǎn)速、單個(gè) 攪拌器葉片數(shù)、攪拌器距離容器底部的距離等。攪拌器葉片數(shù)、攪拌器距離容器底部的距離等。2. 攪拌容器的結(jié)構(gòu)攪拌容器的結(jié)構(gòu) 容器內(nèi)徑、液面高度、擋板數(shù)、擋板寬度、導(dǎo)流筒容器內(nèi)徑、液面高度、擋板數(shù)、擋板寬度、導(dǎo)流筒 的尺寸等。的尺寸等。3. 攪拌介質(zhì)的特性攪拌介質(zhì)的特性 液體的密度、粘度。液體的密度、粘度。4. 重力加速度重力加速度14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì),.,)(Re)53DhDBDd

33、fFrKdnPNqrp上述影響因素可用下式關(guān)聯(lián)：上述影響因素可用下式關(guān)聯(lián)：（14-1） 式中式中 B槳葉寬度，槳葉寬度，m； d攪拌器直徑，攪拌器直徑，m； D攪拌容器內(nèi)直徑，攪拌容器內(nèi)直徑，m；gdnFr2Fr弗勞德數(shù)，弗勞德數(shù)，14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)h液面高度，液面高度，m；K系數(shù)；系數(shù)；n轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速，1/s； 密度，密度，kg/m3；粘度，粘度，Pas。Np功率準(zhǔn)數(shù)；功率準(zhǔn)數(shù)；P攪拌功率，攪拌功率，W；r , q指數(shù)；指數(shù)； ndRe2 Re雷諾數(shù)，雷諾數(shù)， ；14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)一般情況下弗魯勞德數(shù)一般情況下弗魯勞德數(shù)Fr的影響

34、較小。容器內(nèi)徑的影響較小。容器內(nèi)徑D、擋板寬度擋板寬度b等幾何參數(shù)可歸結(jié)到系數(shù)等幾何參數(shù)可歸結(jié)到系數(shù)K。由式（由式（141）得攪拌功率）得攪拌功率P為：為：53pdnNP（14-2） 上式中上式中 、n、d為已知數(shù)，故計(jì)算攪拌功率的關(guān)鍵是為已知數(shù)，故計(jì)算攪拌功率的關(guān)鍵是求得功率準(zhǔn)數(shù)求得功率準(zhǔn)數(shù)Np。在特定的攪拌裝置上，可以測(cè)得功。在特定的攪拌裝置上，可以測(cè)得功率準(zhǔn)數(shù)率準(zhǔn)數(shù)Np與雷諾數(shù)與雷諾數(shù)Re的關(guān)系。的關(guān)系。將此關(guān)系繪于雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上即得功率曲線。將此關(guān)系繪于雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上即得功率曲線。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)圖圖14-16 六種攪拌器的功率曲線六種攪拌器的功率曲線

35、(全擋板條件全擋板條件)14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)14.3.2 攪拌軸設(shè)計(jì)攪拌軸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)攪拌軸應(yīng)考慮的四個(gè)因素：設(shè)計(jì)攪拌軸應(yīng)考慮的四個(gè)因素： 扭轉(zhuǎn)變形；扭轉(zhuǎn)變形； 臨界轉(zhuǎn)速；臨界轉(zhuǎn)速； 扭矩和彎矩聯(lián)合作用下的強(qiáng)度；扭矩和彎矩聯(lián)合作用下的強(qiáng)度； 軸封處允許的徑向位移。軸封處允許的徑向位移。確定軸的實(shí)際直徑時(shí)，確定軸的實(shí)際直徑時(shí)，還得考慮腐蝕裕量，還得考慮腐蝕裕量，最后把直徑圓整為標(biāo)最后把直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)軸徑。準(zhǔn)軸徑。上述因素計(jì)算所得上述因素計(jì)算所得的軸徑是指的軸徑是指危險(xiǎn)截面處的直徑危險(xiǎn)截面處的直徑14.3 攪拌裝置設(shè)攪拌裝置設(shè)計(jì)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)一、攪拌軸的力學(xué)模型一、攪

36、拌軸的力學(xué)模型 對(duì)攪拌軸設(shè)定：對(duì)攪拌軸設(shè)定：（1）剛性聯(lián)軸器聯(lián)接的可拆軸視為整體軸；）剛性聯(lián)軸器聯(lián)接的可拆軸視為整體軸；（2）攪拌器及軸上的其它零件）攪拌器及軸上的其它零件(附件附件)的重力、慣性的重力、慣性 力、流體作用力均作用在零件軸套的中部；力、流體作用力均作用在零件軸套的中部；（3）軸受扭矩作用外，還考慮攪拌器上流體的徑向）軸受扭矩作用外，還考慮攪拌器上流體的徑向 力以及攪拌軸和攪拌器力以及攪拌軸和攪拌器(包括附件包括附件)在組合重心在組合重心 處質(zhì)量偏心引起的離心力的作用。處質(zhì)量偏心引起的離心力的作用。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì) 懸臂軸兩支點(diǎn)間距懸臂軸兩支點(diǎn)間

37、距 離；離； D 攪拌器直徑；攪拌器直徑； Fe 攪拌軸及各層圓盤攪拌軸及各層圓盤 組合重心處質(zhì)量偏組合重心處質(zhì)量偏 心引起的離心力；心引起的離心力； Fh 攪拌器上流體徑向力；攪拌器上流體徑向力； Le 攪拌軸及各層圓盤攪拌軸及各層圓盤 組合重心離軸承組合重心離軸承 （對(duì)懸臂軸為攪拌（對(duì)懸臂軸為攪拌 側(cè)軸承，對(duì)單跨軸側(cè)軸承，對(duì)單跨軸 為傳動(dòng)側(cè)軸承）的為傳動(dòng)側(cè)軸承）的 距離。距離。圖圖14-17 懸臂軸受力模型懸臂軸受力模型 LeSFAm1FhiFh1FemiLiL1D14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)L 兩支點(diǎn)間距離；兩支點(diǎn)間距離；d 攪拌器直徑；攪拌器直徑；Fe 攪拌軸及各

38、層圓盤攪拌軸及各層圓盤 組合重心處質(zhì)量偏組合重心處質(zhì)量偏 心引起的離心力；心引起的離心力；Fh 攪拌器上流體徑向攪拌器上流體徑向 力；力；Le 攪拌軸及各層圓盤攪拌軸及各層圓盤 組合重心離軸承組合重心離軸承 （對(duì)懸臂軸為攪拌（對(duì)懸臂軸為攪拌 側(cè)軸承，對(duì)單跨軸側(cè)軸承，對(duì)單跨軸 為傳動(dòng)側(cè)軸承）的為傳動(dòng)側(cè)軸承）的 距離。距離。圖圖14-18 單跨軸受力模型單跨軸受力模型 LeFhiFh1FASm1miFedLiL1L14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)二、按扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算攪拌軸的軸徑二、按扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算攪拌軸的軸徑 攪拌軸受扭矩和彎矩的聯(lián)合作用，扭轉(zhuǎn)變形過大會(huì)攪拌軸受扭矩和彎矩的聯(lián)合作用，

39、扭轉(zhuǎn)變形過大會(huì)造成軸的振動(dòng)，使軸封失效。造成軸的振動(dòng)，使軸封失效。應(yīng)將軸單位長(zhǎng)度最大扭轉(zhuǎn)角應(yīng)將軸單位長(zhǎng)度最大扭轉(zhuǎn)角限制在允許范圍內(nèi)。限制在允許范圍內(nèi)。 )1 (6 .58344maxGdMn（14-3）軸扭矩的剛度條件為軸扭矩的剛度條件為14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)nPMnn9553max式中式中 d攪拌軸直徑，攪拌軸直徑，m；G軸材料剪切彈性模量，軸材料剪切彈性模量，Pa；Mn max 軸傳遞的最大扭矩，軸傳遞的最大扭矩， Nm； n攪拌軸轉(zhuǎn)速，攪拌軸轉(zhuǎn)速，r/min；Pn電機(jī)功率，電機(jī)功率，kW；空心軸內(nèi)徑和外徑的比值；空心軸內(nèi)徑和外徑的比值；傳動(dòng)裝置效率；傳動(dòng)裝置效

40、率； 許用扭轉(zhuǎn)角，對(duì)于懸臂梁許用扭轉(zhuǎn)角，對(duì)于懸臂梁= 0.350/m， 對(duì)于單跨梁對(duì)于單跨梁= 0.70/m。 14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì) 414max)1 (92. 4GMdn故攪拌軸的直徑為故攪拌軸的直徑為（14-4）14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)三、按臨界轉(zhuǎn)速校核攪拌軸的直徑三、按臨界轉(zhuǎn)速校核攪拌軸的直徑 臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速nc攪拌軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到軸自振頻率，發(fā)生攪拌軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到軸自振頻率，發(fā)生 強(qiáng)烈振動(dòng)，并出現(xiàn)很大彎曲時(shí)的轉(zhuǎn)速。強(qiáng)烈振動(dòng)，并出現(xiàn)很大彎曲時(shí)的轉(zhuǎn)速。剛性軸剛性軸工作轉(zhuǎn)速工作轉(zhuǎn)速低于低于 第一臨界轉(zhuǎn)速的軸第一臨界轉(zhuǎn)速的軸 柔性軸柔性軸工作

41、轉(zhuǎn)速工作轉(zhuǎn)速大于大于 第一臨界轉(zhuǎn)速的軸第一臨界轉(zhuǎn)速的軸n1.3ncn0.7ncnc工程上要求工程上要求攪拌軸的工攪拌軸的工作轉(zhuǎn)速避開作轉(zhuǎn)速避開臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)按上述方法，具有按上述方法，具有z個(gè)攪拌器的等直徑懸臂軸可簡(jiǎn)化為圖個(gè)攪拌器的等直徑懸臂軸可簡(jiǎn)化為圖14-17的模型，一階臨界轉(zhuǎn)速的模型，一階臨界轉(zhuǎn)速nc：scmaLLEIn1214)1 (330（14-5）懸臂軸兩支點(diǎn)間距離，懸臂軸兩支點(diǎn)間距離，m；式中式中 E軸材料的彈性模量，軸材料的彈性模量，Pa； I軸的慣性矩，軸的慣性矩，m4L1第第1個(gè)攪拌器懸臂長(zhǎng)度，個(gè)攪拌器懸臂長(zhǎng)度，m；14.

42、3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)nc臨界轉(zhuǎn)速，臨界轉(zhuǎn)速，r/min；ms軸及攪拌器有效質(zhì)量在軸及攪拌器有效質(zhì)量在s點(diǎn)的點(diǎn)的 等效質(zhì)量之和，等效質(zhì)量之和，kg。等效質(zhì)量等效質(zhì)量ms計(jì)算公式：計(jì)算公式：ziiSmmm1式中式中 m懸臂軸懸臂軸L1段自身質(zhì)量及附帶液體質(zhì)量在軸段自身質(zhì)量及附帶液體質(zhì)量在軸 末端末端S點(diǎn)的等效質(zhì)量，點(diǎn)的等效質(zhì)量，kg； mi第第 i 個(gè)攪拌器自身質(zhì)量及附帶液體質(zhì)量在個(gè)攪拌器自身質(zhì)量及附帶液體質(zhì)量在 軸末端軸末端S點(diǎn)的等效質(zhì)量，點(diǎn)的等效質(zhì)量，kg； z攪拌器的數(shù)量。攪拌器的數(shù)量。 14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)攪拌介質(zhì)攪拌介質(zhì)剛性軸剛性軸柔

43、性軸柔性軸攪拌器（葉片攪拌器（葉片式攪拌器除外）式攪拌器除外）葉片式攪拌器葉片式攪拌器高速攪拌器高速攪拌器氣體氣體n/nc0.7不推薦不推薦液體液體液體液體 液體液體固體固體n/nc0.7和和 n/nc (0.450.55)n/nc=1.31.6液體液體氣體氣體n/nc0.6n/nc0.4 不推薦不推薦表表14-7 攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速的選取攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速的選取7 . 0cnn注：葉片式攪拌器包括：槳式、開啟渦輪式、圓盤渦輪注：葉片式攪拌器包括：槳式、開啟渦輪式、圓盤渦輪 式、三葉后掠式、推進(jìn)式；式、三葉后掠式、推進(jìn)式； 不包括：錨式、框式、螺帶式。不包括：錨式、框式、螺帶式。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)

44、攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)四、按強(qiáng)度計(jì)算攪拌軸的直徑四、按強(qiáng)度計(jì)算攪拌軸的直徑 pWteMmax攪拌軸的強(qiáng)度條件是：攪拌軸的強(qiáng)度條件是：（14-6）式中式中 M彎矩，彎矩， M= MR+ MAMA由軸向力引起的軸的彎矩，由軸向力引起的軸的彎矩， Nm；Mn扭矩，扭矩，Nm；MR水平推力引起的軸的彎矩，水平推力引起的軸的彎矩，Nm；Mte軸上扭轉(zhuǎn)和彎矩聯(lián)合作用時(shí)的軸上扭轉(zhuǎn)和彎矩聯(lián)合作用時(shí)的當(dāng)量扭矩當(dāng)量扭矩， ，Nm；22MMMnte14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)43116dWpWp抗扭截面模量，對(duì)空心圓軸抗扭截面模量，對(duì)空心圓軸 ，m3 16b軸材料的許用切應(yīng)力，軸材料的許

45、用切應(yīng)力， ，Pa max截面上最大切應(yīng)力，截面上最大切應(yīng)力，Pa；b軸材料的抗拉強(qiáng)度軸材料的抗拉強(qiáng)度，Pa。 314)1 (72. 1teMd則攪拌軸的直徑：則攪拌軸的直徑：（14-7） 14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì) 軸封處徑向位移的大小直接影響密封的性軸封處徑向位移的大小直接影響密封的性能，徑向位移大，易造成泄漏或密封的失效。能，徑向位移大，易造成泄漏或密封的失效。五、按軸封處允許徑向位移驗(yàn)算軸徑五、按軸封處允許徑向位移驗(yàn)算軸徑 （1）軸承的徑向游隙；）軸承的徑向游隙；（2）流體形成的水平推力；）流體形成的水平推力；（3）攪拌器及附件組合質(zhì)量不均勻產(chǎn)生的離心力。）攪拌

46、器及附件組合質(zhì)量不均勻產(chǎn)生的離心力。軸封處的軸封處的徑向位移徑向位移主要由三個(gè)因素引起：主要由三個(gè)因素引起：14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)L0 小于允許的徑向位移小于允許的徑向位移L0，即，即 00LL要分別計(jì)算其徑向位移，然后疊加，使總徑向位移要分別計(jì)算其徑向位移，然后疊加，使總徑向位移（14-8） 式中式中 L0軸封處的允許徑向位移，軸封處的允許徑向位移， dKL301 . 0 mm 通常通常 K3徑向位移系數(shù)，徑向位移系數(shù)， 當(dāng)設(shè)計(jì)壓力當(dāng)設(shè)計(jì)壓力 p0.10.6MPa，n100r/min時(shí)，時(shí)， 一般物料一般物料K30.3。14.3 攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)容

47、器設(shè)計(jì)攪拌軸軸徑必須滿足攪拌軸軸徑必須滿足強(qiáng)度強(qiáng)度和和臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速的要求。的要求。當(dāng)有要求時(shí)，還應(yīng)滿足當(dāng)有要求時(shí)，還應(yīng)滿足扭轉(zhuǎn)變形扭轉(zhuǎn)變形、徑向總位移徑向總位移的要求。的要求。有關(guān)攪拌軸的詳細(xì)計(jì)算及參數(shù)的選取見文獻(xiàn)有關(guān)攪拌軸的詳細(xì)計(jì)算及參數(shù)的選取見文獻(xiàn)HG/T20569-94機(jī)械攪拌設(shè)備機(jī)械攪拌設(shè)備 第第142頁(yè)至第頁(yè)至第103頁(yè)。頁(yè)。14.4 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)14.2.6 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置包括包括電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)減速機(jī)減速機(jī)聯(lián)軸器聯(lián)軸器機(jī)架機(jī)架 14.4 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)1電動(dòng)機(jī)；電動(dòng)機(jī)；2減速機(jī)；減速機(jī)；3聯(lián)軸器；聯(lián)軸器；4支架；支架；5攪拌軸；攪拌軸；6軸

48、封裝置；軸封裝置；7凸緣；凸緣；8上封頭上封頭圖圖14-19 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置軸承軸承14.4 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)由攪拌功率計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率由攪拌功率計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率Pe ：一、電動(dòng)機(jī)的選型一、電動(dòng)機(jī)的選型sePPP（14-9）式中式中 Ps軸封消耗功率，軸封消耗功率，kW； 傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率。傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率。電動(dòng)機(jī)的型號(hào)應(yīng)根據(jù)功率、工作環(huán)境等因素選擇。電動(dòng)機(jī)的型號(hào)應(yīng)根據(jù)功率、工作環(huán)境等因素選擇。工作環(huán)境包括防爆、防護(hù)等級(jí)、腐蝕環(huán)境等。工作環(huán)境包括防爆、防護(hù)等級(jí)、腐蝕環(huán)境等。14.4 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)根據(jù)功率、轉(zhuǎn)速。根據(jù)功率、轉(zhuǎn)速。選用時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮傳動(dòng)效率高

49、的齒輪減速機(jī)和擺線針選用時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮傳動(dòng)效率高的齒輪減速機(jī)和擺線針輪行星減速機(jī)。輪行星減速機(jī)。二、減速機(jī)選型二、減速機(jī)選型 考慮：考慮：載荷變化、有振動(dòng)、連續(xù)生產(chǎn)。載荷變化、有振動(dòng)、連續(xù)生產(chǎn)。常用：常用：擺線針輪行星減速機(jī)、齒輪減速機(jī)、三角皮帶擺線針輪行星減速機(jī)、齒輪減速機(jī)、三角皮帶減速機(jī)以及圓柱蝸桿減速機(jī)。減速機(jī)以及圓柱蝸桿減速機(jī)。選用原則：選用原則：14.4 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)特性參特性參數(shù)數(shù)減速機(jī)類型減速機(jī)類型擺線針輪行擺線針輪行星減速機(jī)星減速機(jī)齒輪減速機(jī)齒輪減速機(jī)三角皮帶減三角皮帶減速機(jī)速機(jī)圓柱蝸桿減圓柱蝸桿減速機(jī)速機(jī)傳動(dòng)比傳動(dòng)比i8791264.532.968015輸出

50、軸輸出軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速/(r/min)171606525020050012100輸入功輸入功率率/kW0.04550.553150.552000.5555傳動(dòng)效傳動(dòng)效率率0.90.950.950.960.950.960.800.93傳動(dòng)原傳動(dòng)原理理利用少齒差利用少齒差內(nèi)嚙合行星內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)傳動(dòng)兩級(jí)同中距并兩級(jí)同中距并流式斜齒輪傳流式斜齒輪傳動(dòng)動(dòng)單級(jí)三角皮單級(jí)三角皮帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)圓弧齒圓柱圓弧齒圓柱蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)表表14-8 四種常用減速機(jī)的基本特性四種常用減速機(jī)的基本特性14.4 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)三、機(jī)架三、機(jī)架 機(jī)架機(jī)架無支點(diǎn)機(jī)架無支點(diǎn)機(jī)架單支點(diǎn)機(jī)架（圖單支點(diǎn)機(jī)架（圖14-40）

51、雙支點(diǎn)機(jī)架（圖雙支點(diǎn)機(jī)架（圖14-41）一般僅適用于傳遞小功率和一般僅適用于傳遞小功率和小的軸向載荷的條件小的軸向載荷的條件適用于電動(dòng)機(jī)或減速適用于電動(dòng)機(jī)或減速機(jī)可作為一個(gè)支點(diǎn)，機(jī)可作為一個(gè)支點(diǎn)，或容器內(nèi)可設(shè)置中間或容器內(nèi)可設(shè)置中間軸承和底軸承的情況軸承和底軸承的情況適用于懸臂軸適用于懸臂軸 14.4 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)圖圖14-20 單支點(diǎn)機(jī)架單支點(diǎn)機(jī)架14.4 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)圖圖14-21 雙支點(diǎn)機(jī)架雙支點(diǎn)機(jī)架14.5 軸封裝置軸封裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)14.2.5 密封密封機(jī)械攪拌反應(yīng)器機(jī)械攪拌反應(yīng)器軸封軸封主要有兩種主要有兩種軸的密封裝置軸的密封裝置填料密

52、封填料密封機(jī)械密封機(jī)械密封避免介質(zhì)通過轉(zhuǎn)軸從攪拌容器內(nèi)泄漏或外部避免介質(zhì)通過轉(zhuǎn)軸從攪拌容器內(nèi)泄漏或外部雜質(zhì)滲入攪拌容器內(nèi)。雜質(zhì)滲入攪拌容器內(nèi)。目的：目的：14.5 軸封裝置軸封裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)14.5.1 14.5.1 填料密封填料密封 特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，適用于非腐蝕性和弱腐蝕性介質(zhì)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，適用于非腐蝕性和弱腐蝕性介質(zhì)、密封要求不高、并允許定期維護(hù)的攪拌設(shè)備。密封要求不高、并允許定期維護(hù)的攪拌設(shè)備。1填料密封的結(jié)構(gòu)及工作原理填料密封的結(jié)構(gòu)及工作原理組成：組成：底環(huán)、本體、油環(huán)、填料、螺柱、壓蓋及油杯等。底環(huán)、本體、油環(huán)、填料、螺柱、壓蓋及油杯等。14.5 軸封裝

53、置軸封裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)14-22 填料密封的結(jié)構(gòu)填料密封的結(jié)構(gòu)1壓蓋壓蓋2雙頭螺柱雙頭螺柱3螺母螺母4墊圈墊圈5油杯油杯6油環(huán)油環(huán)7填料填料8本體本體9底環(huán)底環(huán)14.5 軸封裝置軸封裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)工作原理：工作原理：在壓蓋壓力作用下，裝在攪拌軸與填料箱本體之間在壓蓋壓力作用下，裝在攪拌軸與填料箱本體之間的填料，對(duì)攪拌軸表面產(chǎn)生徑向壓緊力。的填料，對(duì)攪拌軸表面產(chǎn)生徑向壓緊力。填料中含有潤(rùn)滑劑，在對(duì)攪拌軸產(chǎn)生徑向壓緊力的填料中含有潤(rùn)滑劑，在對(duì)攪拌軸產(chǎn)生徑向壓緊力的同時(shí)，形成一層極薄的液膜，一方面使攪拌軸得到同時(shí)，形成一層極薄的液膜，一方面使攪拌軸得到潤(rùn)滑，另一方面阻止設(shè)備內(nèi)流體的逸出或外

54、部流體潤(rùn)滑，另一方面阻止設(shè)備內(nèi)流體的逸出或外部流體的滲入，達(dá)到密封的目的。的滲入，達(dá)到密封的目的。14.5 軸封裝置軸封裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)存在問題：存在問題：填料中的潤(rùn)滑劑會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)中不斷消耗，通過設(shè)置在填料填料中的潤(rùn)滑劑會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)中不斷消耗，通過設(shè)置在填料中間的油環(huán)向填料內(nèi)加油，保持潤(rùn)滑。中間的油環(huán)向填料內(nèi)加油，保持潤(rùn)滑。填料密封不可能絕對(duì)不漏。增加壓緊力，填料緊壓在轉(zhuǎn)填料密封不可能絕對(duì)不漏。增加壓緊力，填料緊壓在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，會(huì)加速軸與填料間的磨損，使密封更快失效。動(dòng)軸上，會(huì)加速軸與填料間的磨損，使密封更快失效。在操作過程中應(yīng)適當(dāng)調(diào)整壓蓋的壓緊力，并需定期更換在操作過程中應(yīng)適當(dāng)調(diào)整壓蓋的壓緊力，

55、并需定期更換填料。填料。14.5 軸封裝置軸封裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)2填料密封的選用填料密封的選用b. 根據(jù)填料的性能選用：根據(jù)填料的性能選用： 當(dāng)密封要求不高時(shí)，選用一般石棉或油浸石棉填當(dāng)密封要求不高時(shí)，選用一般石棉或油浸石棉填 料，當(dāng)密封要求較高時(shí)，選用膨體聚四氟乙烯、料，當(dāng)密封要求較高時(shí)，選用膨體聚四氟乙烯、 柔性石墨等填料。各種填料材料的性能不同，按柔性石墨等填料。各種填料材料的性能不同，按 表表14-10選用。選用。 根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度及介質(zhì)腐蝕性選用當(dāng)介根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度及介質(zhì)腐蝕性選用當(dāng)介 質(zhì)為非易燃、易爆、有毒的一般物料且壓力不高質(zhì)為非易燃、易爆、有毒的一般物料且壓力不高

56、 時(shí)，按表時(shí)，按表149選用填料密封。選用填料密封。14.5 軸封裝置軸封裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)材料材料公稱壓力公稱壓力/MPa允許壓力范圍允許壓力范圍/MPa(負(fù)值指真空負(fù)值指真空)允許溫度允許溫度范圍范圍/轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)軸線速度速度/(m/s)碳鋼填料箱碳鋼填料箱常壓常壓0.120010.60.030.62001.60.031.620300不銹鋼填料箱不銹鋼填料箱常壓常壓0.120010.60.030.62001.60.031.620300表表14-9 標(biāo)準(zhǔn)填料箱的允許壓力、溫度標(biāo)準(zhǔn)填料箱的允許壓力、溫度14.5 軸封裝置軸封裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)14-10 填料材料的性能填料材料的性能填料名稱填料

57、名稱介質(zhì)極限介質(zhì)極限溫度溫度/0C介質(zhì)極介質(zhì)極限壓力限壓力/MPa線速線速度度/(m/s)適用條件（接觸介質(zhì)）適用條件（接觸介質(zhì)）油浸石棉填料油浸石棉填料4506蒸汽、空氣、工業(yè)用水、重質(zhì)蒸汽、空氣、工業(yè)用水、重質(zhì)石油產(chǎn)品、弱酸液等石油產(chǎn)品、弱酸液等聚四氟乙烯纖維編聚四氟乙烯纖維編結(jié)填料結(jié)填料250302強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑聚四氟乙烯石棉盤聚四氟乙烯石棉盤根根260251酸堿、強(qiáng)腐蝕性溶液、化學(xué)試酸堿、強(qiáng)腐蝕性溶液、化學(xué)試劑等劑等石棉線或石棉線與石棉線或石棉線與尼龍線浸漬聚四氟尼龍線浸漬聚四氟乙烯填料乙烯填料300302弱酸、強(qiáng)堿、各種有機(jī)溶劑、弱酸、強(qiáng)堿、各種有機(jī)溶劑、液氨、海水、紙漿廢液等液氨、海水、紙漿廢液等柔性石墨填料柔性石墨填料250300202醋酸、硼酸、檸檬酸、鹽酸、醋酸、硼酸、檸檬酸、鹽酸、硫化氫、乳酸、硝酸、硫酸、硫化氫、乳酸、硝酸、硫酸、硬脂酸、硬脂酸、 水鈉、溴、礦物油料、水鈉、溴、礦物油料、汽油、二甲苯、四氯化碳等汽油、二甲苯、四氯化碳等膨體聚四氟乙烯石膨體聚四氟乙烯石墨盤根墨盤根25042強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶液強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶液14.5 軸封裝置軸封裝置容器設(shè)計(jì)容器設(shè)計(jì)把轉(zhuǎn)軸的密封面從軸向改為把轉(zhuǎn)軸的密封面從軸向改為徑向徑向，通過動(dòng)環(huán)和靜，通過動(dòng)環(huán)和靜環(huán)兩個(gè)端面的相互貼合，并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到密封環(huán)兩個(gè)