攪拌器的設(shè)計(jì)

《食品工程原理》課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：攪拌器的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：、專業(yè)班級(jí)：食品1113班指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：2013年12月25日目錄TOC\o"1-3"\u(一)食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2（二）概述 3（三）常見類型 63.1槳式攪拌器 63.2推進(jìn)式攪拌器 63.3渦輪式攪拌器 73.4錨式攪拌器 7（四）選型 74.1不同攪拌種類液體單位體積的平均攪拌功率 84.2按攪拌過程求攪拌功率的算圖 8（五）攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 95.1罐體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型 95.1.1筒體及封頭型式 95..1.2確定內(nèi)筒體和封頭的直徑 95.1.3確定內(nèi)筒體高度H 105.1.4選取夾套直徑 105.1.5校核傳熱面積 105.2內(nèi)筒體及夾套的壁厚計(jì)算 115.2.1選擇材料，確定設(shè)計(jì)壓力 115.2.2計(jì)算夾套內(nèi)壓 115.2.3夾套筒體和夾套封頭厚度計(jì)算 115.2.4內(nèi)筒體壁厚計(jì)算 125.2.5封頭壁厚校核 135.2.6水壓試驗(yàn)校核 135.3人孔選型及開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 14（六）參考文獻(xiàn) 15(一)食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名盧國洪班級(jí)食品1113班指導(dǎo)教師鐘敏題目攪拌器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)基本參數(shù)設(shè)備型式：槳式攪拌器操作條件：將發(fā)酵乳與穩(wěn)定劑混合液在低溫下（一般在25-35度）進(jìn)行混合攪拌均勻，測其酸度，如PH在4.2以上，將檸檬酸稀釋液（生產(chǎn)用水的5%用來稀釋檸檬酸）的2/3邊攪拌邊撒入料液中測其酸度，直至料液的PH至4左右為止。設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容1、設(shè)計(jì)方案簡介對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的形式進(jìn)行簡要論述。2、主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。3、輔助設(shè)備的選型典型輔助設(shè)備主要工藝尺寸的計(jì)算，設(shè)備規(guī)格型號(hào)的選定。4、編寫設(shè)計(jì)說明書將設(shè)計(jì)所選定的工藝流程方案、主要步驟及計(jì)算結(jié)果匯集成工藝設(shè)計(jì)說明書。應(yīng)采用簡練、準(zhǔn)確的文字圖表，實(shí)事求是的介紹設(shè)計(jì)計(jì)算過程和結(jié)果。設(shè)計(jì)說明書要求在6000字以上，A4紙打印。設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容：封面（課程設(shè)計(jì)題目、學(xué)生班級(jí)、姓名、指導(dǎo)教師、時(shí)間）目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書概述與設(shè)計(jì)方案簡介工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算輔助設(shè)備的計(jì)算機(jī)選型設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表設(shè)計(jì)評(píng)述參考資料主要符號(hào)說明致謝（二）概述攪拌混合是指攪動(dòng)液體使之發(fā)生某種方式的循環(huán)流動(dòng)，從而使物料混合均勻或使物理、化學(xué)過程加速的操作。攪拌在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用有：①氣泡在液體中的分散，如空氣分散于發(fā)酵液中，以提供發(fā)酵過程所需的氧；②液滴在與其不互溶的液體中的分散，如油分散于水中制成乳濁液；③固體顆粒在液體中的懸浮，如向樹脂溶液中加入顏料，以調(diào)制涂料；④互溶液體的混合，如使溶液稀釋，或?yàn)榧铀倩ト芙M分間的化學(xué)反應(yīng)等。此外，攪拌還可以強(qiáng)化液體與固體壁面之間的傳熱，并使物料受熱均勻。攪拌的方法有機(jī)械攪拌和氣流攪拌。攪拌槽內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)，從尺度上分為總體流動(dòng)和湍流脈動(dòng)?？傮w流動(dòng)的流量稱為循環(huán)量，加大循環(huán)量有利于提高宏觀混合的調(diào)勻度(見混合程度)。湍流脈動(dòng)的強(qiáng)度與流體離開攪拌器時(shí)的速度有關(guān)，加強(qiáng)湍流脈動(dòng)有利于減小分隔尺度與分隔強(qiáng)度。不同的過程對(duì)這兩種流動(dòng)有不同的要求。液滴、氣泡的分散，需要強(qiáng)烈的湍流脈動(dòng)；固體顆粒的均勻懸浮，有賴于總體流動(dòng)。攪拌時(shí)能量在這兩種流動(dòng)上的分配，是攪拌器設(shè)計(jì)中的重要問題。在攪拌混合物時(shí)，兩相的密度差、粘度及界面張力對(duì)攪拌操作有很大影響。密度差和界面張力越小，物系越易于達(dá)到穩(wěn)定的分散；粘度越大越不利于形成良好的循環(huán)流動(dòng)和足夠的湍流脈動(dòng)，并消耗較大的攪拌功率。攪拌槽內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的單相流或多相流，目前都還沒有完整的描述方法。非牛頓流體的攪拌，在流動(dòng)狀態(tài)和功率消耗方面都有一些特殊的規(guī)律。攪拌槽內(nèi)流體流動(dòng)參數(shù)的測量，攪拌功率的預(yù)計(jì)，以及攪拌裝置的放大方法等，都是攪拌理論研究和工程應(yīng)用中的重要課題。攪拌設(shè)備攪拌設(shè)備攪拌裝置軸封攪拌罐罐體附件攪拌軸攪拌器傳動(dòng)裝置攪拌設(shè)備結(jié)構(gòu)圖1-攪拌器2-罐體3-夾套4-攪拌軸5-壓出管6-支座7-人孔8-軸封9-傳動(dòng)裝置（三）常見類型典型的攪拌器圖典型的攪拌器圖槳式、推進(jìn)式、渦輪式和錨式攪拌器在攪拌反應(yīng)設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)約占攪拌器總數(shù)的75～80％。3.1槳式攪拌器結(jié)構(gòu)最簡單葉片用扁鋼制成，焊接或用螺栓固定在輪轂上，葉片數(shù)是2、3或4片，葉片形式可分為平直葉式和折葉式兩種。主要應(yīng)用液—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。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，故軸流槳葉使用較多。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。槳式攪拌器的轉(zhuǎn)速一般為20～100r/min，最高粘度為20Pa·s。3.2推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器（又稱船用推進(jìn)器）常用于低粘流體中。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)式攪拌器有三瓣葉片，其螺距與槳直徑d相等。它直徑較小，d/D=1/4～1/3，葉端速度一般為7～10m/s，最高達(dá)15m/s。攪拌時(shí)——流體由槳葉上方吸入，下方以圓筒狀螺旋形排出，流體至容器底再沿壁面返至槳葉上方，形成軸向流動(dòng)。特點(diǎn)——攪拌時(shí)流體的湍流程度不高，循環(huán)量大，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。循環(huán)性能好，剪切作用不大，屬于循環(huán)型攪拌器。主要應(yīng)用，粘度低、流量大的場合，用較小的攪拌功率，能獲得較好的攪拌效果。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。3.3渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器（又稱透平式葉輪），是應(yīng)用較廣的一種攪拌器，能有效地完成幾乎所有的攪拌操作，并能處理粘度范圍很廣的流體。主要應(yīng)用渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體微團(tuán)分散得很細(xì)，適用于低粘度到中等粘度流體的混合、液—液分散、液—固懸浮，以及促進(jìn)良好的傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。3.4錨式攪拌器結(jié)構(gòu)簡單。適用于粘度在100Pa·s以下的流體攪拌，當(dāng)流體粘度在10～100Pa·s時(shí)，可在錨式槳中間加一橫槳葉，即為框式攪拌器，以增加容器中部的混合。主要應(yīng)用錨式或框式槳葉的混合效果并不理想，只適用于對(duì)混合要求不太高的場合。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、晶析操作。常用于攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿。當(dāng)攪拌粘度大于100Pa·s的流體時(shí)，應(yīng)采用螺帶式或螺桿式。（四）選型攪拌器選型攪拌目的物料粘度攪拌器選型攪拌目的物料粘度攪拌容器容積的大小選用時(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。攪拌器功率和攪拌器作業(yè)功率攪拌功率：攪拌過程進(jìn)行時(shí)需要?jiǎng)恿?，籠統(tǒng)地稱這一動(dòng)力時(shí)叫做攪拌功率。攪拌器功率：為使攪拌器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的功率稱為攪拌器功率。攪拌作業(yè)功率：攪拌器使攪拌槽中的液體以最佳方式完成攪拌過程所需要的功率。最理想狀態(tài)：攪拌器功率＝攪拌作業(yè)功率4.1不同攪拌種類液體單位體積的平均攪拌功率攪拌過程的種類液體單位體積的平均攪拌功率/(Hp/m3)液體混合0.09固體有機(jī)物懸浮0.264~0.396固體有機(jī)物溶解0.396~0.528固體無機(jī)物溶解1.32乳液聚合(間歇式)1.32~2.64懸浮聚合(間歇式)1.585~1.894氣體分散3.96注1Hp=735.499W4.2按攪拌過程求攪拌功率的算圖③將該點(diǎn)與某一攪拌過程連線，交于攪拌功率線，即可求得該過程的攪拌功率

③將該點(diǎn)與某一攪拌過程連線，交于攪拌功率線，即可求得該過程的攪拌功率

①從液體容積值與液體粘度值連線，交于參考線Ⅰ；②由該點(diǎn)與液體比重連線，并交于參考線Ⅱ上某點(diǎn)；（五）攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1罐體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型5.1.1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5..1.2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1.7~2.5，綜合考慮罐體長徑比對(duì)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(shí)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，5.1.3確定內(nèi)筒體高度H當(dāng)時(shí)，查《化工設(shè)備機(jī)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。5.1.4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5.1.5校核傳熱面積工藝要求傳熱面積為，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表16-6得內(nèi)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。5.2內(nèi)筒體及夾套的壁厚計(jì)算5.2.1選擇材料，確定設(shè)計(jì)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(jì)》附表查取，，常溫屈服極限。5.2.2計(jì)算夾套內(nèi)壓介質(zhì)密度液柱靜壓力最高壓力設(shè)計(jì)壓力所以故計(jì)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，按外壓則取5.2.3夾套筒體和夾套封頭厚度計(jì)算夾套材料選擇熱軋鋼板，其夾套筒體計(jì)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(jì)》表4-3得則查《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》表4-2取鋼板厚度負(fù)偏差，對(duì)于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極微時(shí)，可取腐蝕裕量，對(duì)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(jì)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。5.2.4內(nèi)筒體壁厚計(jì)算①按承受內(nèi)壓計(jì)算焊縫系數(shù)同夾套，則內(nèi)筒體計(jì)算壁厚為：②按承受外壓計(jì)算設(shè)內(nèi)筒體名義厚度，則，內(nèi)筒體外徑。內(nèi)筒體計(jì)算長度。則，，由《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》圖4-6查得，圖4-9查得，此時(shí)許用外壓為：不滿足強(qiáng)度要求，再假設(shè)，則，，內(nèi)筒體計(jì)算長度則，查《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》圖4-6得,圖4-9得，此時(shí)許用外壓為：故取內(nèi)筒體壁厚可以滿足強(qiáng)度要求。5.2.5封頭壁厚校核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(jì)算肯定是滿足強(qiáng)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(jì)》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(jì)算系數(shù)A查《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》圖4-9得故封頭壁厚取可以滿足穩(wěn)定性要求。5.2.6水壓試驗(yàn)校核①試驗(yàn)壓力內(nèi)同試驗(yàn)壓力取夾套實(shí)驗(yàn)壓力?、趦?nèi)壓試驗(yàn)校核內(nèi)筒筒體應(yīng)力夾套筒體應(yīng)力而故內(nèi)筒體和夾套均滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力要求。③外壓實(shí)驗(yàn)校核由前面的計(jì)算可知，當(dāng)內(nèi)筒體厚度取時(shí)，它的許用外壓為，小于夾套的水壓試驗(yàn)壓力，故在做夾套的壓力實(shí)驗(yàn)校核時(shí)，必須在內(nèi)筒體內(nèi)保持一定壓力，以使整個(gè)試驗(yàn)過程中的任意時(shí)間內(nèi)，夾套和內(nèi)同的壓力差不超過允許壓差。5.3人孔選型及開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)①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/T21518-2005,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(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)最大的開孔為人孔，筒節(jié)，厚度附加量，補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算如下：開孔直徑圓形封頭因開孔削弱所需補(bǔ)強(qiáng)面積為：人孔材料亦為不銹鋼0Cr18Ni9，所以所以有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)尺寸：在有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)，殼體承受內(nèi)壓所需設(shè)計(jì)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(bǔ)強(qiáng)。最大開孔為人孔，而人孔不需另行補(bǔ)強(qiáng)，則其他接