攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)

第一節(jié)概述第二節(jié)攪拌器的形式及選型第三節(jié)攪拌器的功率第四節(jié)攪拌器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第五節(jié)傳動(dòng)裝置及攪拌軸第六節(jié)軸封第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)

攪拌設(shè)備在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用范圍很廣?；瘜W(xué)工藝過(guò)程的種種化學(xué)變化，是以參加反應(yīng)物質(zhì)的充分混合為前提的，對(duì)于加熱、冷卻和液體萃取以及氣體吸收等物理變化過(guò)程，往往要采用攪拌操作才能得到好的效果。第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)

攪拌反應(yīng)釜的組成：1、釜體部分2、傳熱裝置3、攪拌傳動(dòng)裝置4、軸封裝置5、其他結(jié)構(gòu)第一節(jié)概述第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)1、釜體部分（罐體）是物料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所。由筒體和上下封頭組成，通過(guò)支座安裝在基礎(chǔ)上，其容積由生產(chǎn)能力和產(chǎn)品的反應(yīng)要求決定。2、傳熱裝置化學(xué)反應(yīng)一般都伴有放熱或吸熱。為保持反應(yīng)的溫度穩(wěn)定，必須設(shè)置加熱或冷卻裝置。常用的是在釜體外設(shè)置夾套或在釜內(nèi)設(shè)置蛇管。第一節(jié)概述第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)3、攪拌傳動(dòng)裝置

為使參加反應(yīng)的各種物料混合均勻，接觸良好，以加速反應(yīng)的進(jìn)行或減少負(fù)反應(yīng)的發(fā)生，需在釜內(nèi)設(shè)置攪拌裝置。攪拌傳動(dòng)裝置由攪拌軸、攪拌器和傳動(dòng)裝置（電動(dòng)機(jī)、減速器和聯(lián)軸器等）組成。4、軸封裝置

攪拌軸要穿過(guò)釜體上封頭與傳動(dòng)裝置相連，為保證釜體內(nèi)的反應(yīng)介質(zhì)不外泄，需對(duì)攪拌軸進(jìn)行密封處理，一般采用填料密封或機(jī)械密封。5、其他結(jié)構(gòu)

除了上述幾種主要結(jié)構(gòu)外，還有人孔、物料進(jìn)出口管、監(jiān)測(cè)儀表和安全泄放裝置等。第一節(jié)概述第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)

一、攪拌器（攪拌槳或葉輪）的功能 提供工藝過(guò)程所需要的能量和適宜的流動(dòng)狀態(tài)，以達(dá)到攪拌目的。工藝過(guò)程對(duì)攪拌的要求可以分為以下四種。第二節(jié)攪拌器的型式及選型混合：使相對(duì)密度、粘度不同的物料混合均勻；攪動(dòng)：使物料強(qiáng)烈流動(dòng)，以提高傳熱及傳質(zhì)效果；懸?。菏乖瓉?lái)靜止的液體中會(huì)沉降的固體顆?；蛞旱螒腋≡谝后w介質(zhì)中；分散：使氣體、液體或固體分散在液體介質(zhì)中，增大不同物相間的接觸面積，加快傳質(zhì)和傳熱第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)二、攪拌器的液體流動(dòng)狀態(tài) 攪拌器的槳葉形式：平直槳葉、斜槳葉和螺旋面槳葉。 液體的流動(dòng)狀態(tài)：基本流向有環(huán)向流（沿?cái)嚢杵餍D(zhuǎn)半徑的切線方向）、徑向流（徑向流出、軸向流入）和軸向流。第二節(jié)攪拌器的型式及選型第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)三、常用攪拌器的形式和適用條件第二節(jié)攪拌器的型式及選型第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)三、常用攪拌器的形式和適用條件第二節(jié)攪拌器的型式及選型第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)

一、攪拌器功率和攪拌作業(yè)功率

攪拌器功率是攪拌器、攪拌槽的幾何參數(shù)及物料的物性參數(shù)、攪拌器的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)等的函數(shù)。

被攪拌的介質(zhì)在流動(dòng)狀態(tài)下都要進(jìn)行一定的物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。不同的攪拌過(guò)程、不同的物性、物料量在完成其過(guò)程時(shí)所需要的動(dòng)力不同（由工藝過(guò)程的特性所決定）。動(dòng)力的大小是被攪拌的介質(zhì)的物理、化學(xué)性能以及各種攪拌過(guò)程所要求的最終結(jié)果的函數(shù)。把攪拌器使攪拌槽中的液體以最佳方式完成攪拌過(guò)程所需要的功率叫做攪拌作業(yè)功率。

最理想狀況：攪拌器功率=攪拌作業(yè)功率。第三節(jié)攪拌器的功率第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)

二、影響攪拌器功率的因素

攪拌器的功率與槽內(nèi)造成的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。

攪拌器的幾何參數(shù)與運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)——槳徑，槳寬，槳葉角度，槳轉(zhuǎn)速，槳葉數(shù)量，槳葉離槽底安裝高度等。

攪拌槽的幾何參數(shù)——槽內(nèi)徑，液體深度，擋板寬度，擋板數(shù)量，導(dǎo)流筒尺寸等。

攪拌介質(zhì)的物性參數(shù)——液相的密度，液相的粘度，重力加速度等。

因攪拌器的功率是從攪拌器本身的幾何參數(shù)、運(yùn)轉(zhuǎn)條件來(lái)研究其動(dòng)力消耗，所以在影響因素中看不到攪拌目的不同的影響。第三節(jié)攪拌器的功率第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)

三、從攪拌作業(yè)功率的觀點(diǎn)決定攪拌過(guò)程的功率

（一）液體單位體積的平均攪拌功率——反映攪拌的難易程度。

第三節(jié)攪拌器的功率第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)推薦值（二）按攪拌過(guò)程求攪拌功率的算圖第三節(jié)攪拌器的功率第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)一、罐體的尺寸確定1、罐體的長(zhǎng)徑比

長(zhǎng)徑比要考慮的主要因素：（1）對(duì)攪拌功率的影響：隨著罐體長(zhǎng)徑比的減小，攪拌器槳葉直徑也相應(yīng)放大。在一定的攪拌軸轉(zhuǎn)速下，攪拌功率與攪拌器槳葉直徑的五次方成正比。第四節(jié)攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)（2）對(duì)傳熱的影響：容積一定時(shí)長(zhǎng)徑比越大罐體盛料部分表面積越大，夾套的傳熱面積越大；傳熱表面距離罐體中心越近，物料的溫度梯度就越小，有利于提高傳熱效果。（3）物料特性對(duì)罐體長(zhǎng)徑比的要求。一、罐體的尺寸確定2、攪拌罐裝料量

根據(jù)攪拌罐操作時(shí)所允許的裝滿程度考慮選擇裝科系數(shù)，然后經(jīng)過(guò)初步計(jì)算、數(shù)值圓整及核算，最終確定簡(jiǎn)體的直徑和高度。

（1）裝料系數(shù)

罐體的全容積與罐體的公稱容積——操作時(shí)盛裝物料的容積的關(guān)系：

第四節(jié)攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

選用裝料系數(shù)值，盡量提高設(shè)備利用率——取0.6~0.85。物料在反應(yīng)過(guò)程中要起泡沫或呈沸騰狀態(tài)，取0.6~0.7；物科反應(yīng)平穩(wěn)，取0.8~0.85(物料粘度較大可取大值)。第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)一、罐體的尺寸確定2、攪拌罐裝料量

（2）初步計(jì)算筒體直徑

忽略封頭的容積：把罐體長(zhǎng)徑比代入上式：整理得：

第四節(jié)攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)一、罐體的尺寸確定2、攪拌罐裝料量

（3）確定筒體直徑和高度

將上式計(jì)算結(jié)果圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑算出筒體高度第四節(jié)攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)二、頂蓋的結(jié)構(gòu)

1、頂蓋

在受壓狀態(tài)下操作選用橢圓形封頭。按外壓（內(nèi)壓）壓力容器計(jì)算壁厚。一般攪拌器重量及工作載荷對(duì)封頭穩(wěn)定性影響不大時(shí)，不必另行加強(qiáng)；如攪拌器的工作狀況對(duì)封頭影響較大，則要將壁厚適當(dāng)增加。必要時(shí)可在攪拌罐罐體之外另做一個(gè)框架以安裝攪拌裝置的軸承，由框架承擔(dān)攪拌器的操作載荷。對(duì)于常壓或操作壓力不大而直徑較大的設(shè)備，在薄鋼板上加設(shè)型鋼制的橫梁，用以支承攪拌器及其傳動(dòng)裝量。第四節(jié)攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)二、頂蓋的結(jié)構(gòu)

2、底座結(jié)構(gòu)

底座焊接在罐體的頂蓋上，用以連接減速機(jī)和軸的密封裝置。

圖（a）：底座與封頭接觸處做成平面，底座外周焊一圓環(huán)，與封頭焊成一體。

圖（b）：底座與封頭接觸處為平面，其間隙中間墊一適當(dāng)直徑的圓鋼后，再焊成一體。第四節(jié)攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)二、頂蓋的結(jié)構(gòu)

2、底座結(jié)構(gòu)

底座焊接在罐體的頂蓋上，用以連接減速機(jī)和軸的密封裝置。

圖（a）：底座與封頭接觸處做成平面，底座外周焊一圓環(huán)，與封頭焊成一體。

二、頂蓋的結(jié)構(gòu)

2、底座結(jié)構(gòu)

圖（c）：在底座的底面車(chē)成一斜面約15°，使外周與封頭吻合，然后焊成一體。

圖（d）：底座底面的曲率做成與封頭相應(yīng)部分外表層的曲率相同，使底面全部與封頭吻合，在加工中不易做到，一般很少采用。第四節(jié)攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)二、頂蓋的結(jié)構(gòu)

2、底座結(jié)構(gòu)

圖（e）：適用于襯里設(shè)備,用襯里層包覆。襯里設(shè)備也可使用圖

（a）~圖（d）所示底座。

圖（f）：適用于碳鋼或不銹鋼制設(shè)備。第四節(jié)攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)二、頂蓋的結(jié)構(gòu)

2、底座結(jié)構(gòu)

圖（g）：加工方便。

圖（h）：加工困難，設(shè)計(jì)中不宜采用。

第四節(jié)攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)二、頂蓋的結(jié)構(gòu)

2、底座結(jié)構(gòu)

為保證的攪拌軸運(yùn)轉(zhuǎn)順利，軸封與減速機(jī)安裝時(shí)有一定的同心度，常采用整體式底座。如減速機(jī)底座和軸封底座的直徑相差很多，可采用分裝式底座。

視攪拌罐內(nèi)物料的腐蝕情況，底座有襯里和不襯里的兩種。不襯里的底座材料可用Q235A或Q235A·F。要求襯里的，則在可能與物料接觸的底座表面襯一層耐腐蝕材料，常用不銹鋼。為便于和底座焊接，車(chē)削應(yīng)在襯里焊好后進(jìn)行。第四節(jié)攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)第五節(jié)傳動(dòng)裝置及攪拌軸一、傳動(dòng)裝置

包括：電動(dòng)機(jī)、減速裝置、聯(lián)軸節(jié)及攪拌軸等。

常用的減速裝置有齒輪減速機(jī)、蝸輪減速機(jī)、三角皮帶（有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)合不能使用）以及擺線針齒行星減速機(jī)等。

如采用臥式減速機(jī)時(shí)，可用傘齒輪來(lái)改變方向。第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)第五節(jié)傳動(dòng)裝置及攪拌軸

一、傳動(dòng)裝置

當(dāng)攪拌器快速轉(zhuǎn)動(dòng)并和電機(jī)同步時(shí)，可與電機(jī)直接連用。對(duì)簡(jiǎn)單的圓筒形或方形敞口設(shè)備可將傳動(dòng)裝置安裝在筒體上，攪拌軸斜插入筒體內(nèi)。

對(duì)高粘度攪拌過(guò)程，為提高攪拌效果，往往需要兩種不同型式不同轉(zhuǎn)速的攪拌器，使之能夠同時(shí)達(dá)到攪拌、刮壁等要求。可采用雙軸傳動(dòng)減速機(jī)。根據(jù)需要，雙軸旋轉(zhuǎn)方向可相同或相反。第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)第五節(jié)傳動(dòng)裝置及攪拌軸

一、傳動(dòng)裝置

底攪拌結(jié)構(gòu)軸短不需要裝設(shè)中間軸承和底軸承，軸所承受的應(yīng)力小，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，對(duì)密封也有利。其傳動(dòng)裝置可安放在地面基礎(chǔ)上，便于維護(hù)檢修，也有利于上封頭接管的排列和安裝，并且可在封頭上加夾套以冷卻氣相介質(zhì)。第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)第五節(jié)傳動(dòng)裝置及攪拌軸一、傳動(dòng)裝置

軸承的布置形式：

①軸承設(shè)置在支架內(nèi)；

②軸承設(shè)置在設(shè)備底部，主要承受徑向載荷；

③軸承設(shè)在密封處并與密封緊密相連，主要控制密封處的擺動(dòng)量。第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)第五節(jié)傳動(dòng)裝置及攪拌軸

二、軸的設(shè)計(jì)（自學(xué)）1、軸的強(qiáng)度計(jì)算第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)第五節(jié)傳動(dòng)裝置及攪拌軸

二、軸的設(shè)計(jì)（自學(xué)）2、軸的剛度計(jì)算第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)

一、填料密封由襯套、填料箱體、填料環(huán)、壓蓋、壓緊螺栓組成。第六節(jié)軸封第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)被裝填在攪拌軸和填料函之間環(huán)形間隙中的填料，在壓蓋壓力的作用下，對(duì)攪拌軸表面產(chǎn)生徑向壓緊力。由于填料中含有潤(rùn)滑劑，在對(duì)攪拌軸產(chǎn)生徑向壓緊力的同時(shí)也產(chǎn)生一層極薄的液膜—使攪拌軸得到潤(rùn)滑，同時(shí)起到阻止設(shè)備內(nèi)流體漏出或外部流體滲入的作用。一、填料密封（動(dòng)密封）1、密封原理第六節(jié)軸封第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)

1）優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，檢修方便。2）缺點(diǎn)：（1）當(dāng)填料中缺乏潤(rùn)滑劑時(shí)，潤(rùn)滑情況會(huì)變壞，邊界摩擦狀態(tài)不能維持，軸和填料之間產(chǎn)生局部固體摩擦，造成發(fā)熱，使填料和軸急劇磨損及密封面間隙擴(kuò)大，泄漏增加；（2）不能做到點(diǎn)滴不漏；（3）維護(hù)不便。2、優(yōu)缺點(diǎn)一、填料密封第六節(jié)軸封第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)1、原理和結(jié)構(gòu)機(jī)械密封是用垂直于軸的兩個(gè)密封元件動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的平面相互貼合，且作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并達(dá)到密封的裝置。動(dòng)環(huán)靜環(huán)二、機(jī)械密封第六節(jié)軸封第九章攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械密封的密封比壓來(lái)自彈簧的壓力，小量的位移對(duì)彈簧