攪拌反應(yīng)釜的總體設(shè)計

攪拌反應(yīng)釜的總體設(shè)計

機(jī)械攪拌設(shè)備攪拌反應(yīng)器是應(yīng)用于化工反應(yīng)的攪拌裝置。在化工生產(chǎn)過程中，有兩種類型的機(jī)械攪拌和空氣攪拌。本文介紹了機(jī)械攪拌設(shè)備。在各種設(shè)計手冊或參考書中均有攪拌設(shè)備各個部分的設(shè)計原則和依據(jù),但是要進(jìn)行設(shè)備的總體設(shè)計,就必須分清設(shè)計參數(shù)確定的先后順序,以免引起前后矛盾,導(dǎo)致的重新設(shè)計。1攪拌軸的設(shè)計內(nèi)容和步驟1.1旋面槳葉旋面槳葉各種攪拌器的槳葉形式可歸納為平直槳葉、斜槳葉和螺旋面槳葉。根據(jù)攪拌過程的不同分槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、推進(jìn)式攪拌器、錨式攪拌器、框式攪拌器、螺帶式攪拌器、螺桿式攪拌器、圓盤鋸齒式攪拌器等等。1.2器的安裝位置不同槳葉的攪拌器在攪拌時產(chǎn)生不同的流動狀態(tài),基本流向為沿攪拌器的槳葉環(huán)向流、徑向流和軸向流。實際應(yīng)用中,攪拌器在較高轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時,會在攪拌器的中心區(qū)域上層形成漩渦,起不到攪拌混合作用,形成攪拌死區(qū)。這時可以采用改變攪拌器的安裝位置來避免,但是隨之而來的就有攪拌器受力不均,產(chǎn)生振動的問題。所以我們一般采用在攪拌容器內(nèi)裝一定數(shù)量的擋板,來消除漩渦。1.3底層槳葉比的確定底間距與攪拌容器內(nèi)徑比值一般在0.05~0.3范圍內(nèi)選取,在槳型、槳徑確定的前提下,該比值越小,固相完全離底懸浮臨界轉(zhuǎn)數(shù)越小,因此,在滿足底層槳軸向排量的前提下,該比值盡量取最小值。1.4攪拌槳層數(shù)的確定層間距與槳徑之比一般在0.5~2.0范圍內(nèi),由攪拌槳軸向作用范圍和反應(yīng)釜高度決定攪拌槳層數(shù)。對于兩層以上的多層槳,要調(diào)整槳徑和層數(shù)取得較合理的層間距,使上下兩層槳作用范圍既能相接又不重疊過多,達(dá)到攪拌效果好軸功率低的效果。1.5確定攪拌泵的旋轉(zhuǎn)一般轉(zhuǎn)速越低,攪拌效果越好,電機(jī)功率要求也大,反之亦然。1.6電機(jī)功率的確定根據(jù)槳型和裝置特性,確定各層槳功率準(zhǔn)數(shù),再用各層槳功率準(zhǔn)數(shù)、槳徑、轉(zhuǎn)速及物料密度計算各層槳軸功率,計算各層槳軸功率之和,同時將傳動系統(tǒng)效率、電機(jī)儲備系數(shù)考慮在內(nèi),即可確定攪拌裝置電機(jī)功率。1.7機(jī)輸出軸扭矩按減速機(jī)輸出軸傳遞功率和轉(zhuǎn)數(shù)計算減速機(jī)輸出軸扭矩;按攪拌軸、攪拌槳自重及攪拌軸所受偏心力,計算減速機(jī)輸出軸軸向力、徑向力,由上述兩項結(jié)果選擇減速機(jī)。1.8軸最小直徑按攪拌軸傳遞功率、軸強度、軸剛度以及臨界轉(zhuǎn)速分別計算軸最小直徑,取計算值中較大值為軸最小直徑;另外還要考慮,軸上開孔、開槽、以及介質(zhì)腐蝕的影響,一般增大軸徑4~15%。對于直徑小于6m、高徑比小于1.2的攪拌軸采用實心軸,底部可不加底軸承;對于直徑大于6m、高徑比大于1.2的攪拌軸采用空心軸,底部需加裝底軸承。1.9危險斷面最小厚度根據(jù)葉片傳遞的軸功率計算葉片所受的扭矩,由扭矩和葉片所受阻力計算葉片危險斷面最小厚度,考慮料漿對葉片的磨損及葉片前緣修圓,后緣修薄,葉片應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募雍?并取圓整標(biāo)準(zhǔn)值。2溫度80按以下設(shè)計要求設(shè)計新型攪拌設(shè)備:反應(yīng)釜凈直徑Di=6m、凈高H=7m;操作溫度80℃;操作壓力:0.3MPa;裝料系數(shù)80%;攪拌目的:浸出;攪拌程度:強烈攪拌;操作方式:間歇生產(chǎn)。2.1攪拌層間距影響根據(jù)實際生產(chǎn)要求,初步設(shè)定攪拌器為兩層攪拌,下部為三葉開啟渦輪式攪拌器,上部為兩葉斜槳式攪拌器,(圖1)。攪拌器直徑Dj取標(biāo)準(zhǔn)值,即攪拌容器直徑的三分之一:Dj=Di/3=6m/3=2m。底間距(C)即攪拌器距容器底高度,按上面的分析有:C=(0.05~0.3)Dj=0.1~0.6m。考慮到實際生產(chǎn)中容器底部將會有0.3m厚的沉積物,C值不能太小;C值太大攪拌效果不足,結(jié)合實際情況取C=0.55m對于雙層攪拌器,攪拌器層間距Sp=(0.5~2)Di=1~4m,取Sp=2.6m。在攪拌設(shè)備設(shè)計中,采用懸臂軸結(jié)構(gòu),以解決在采用底軸承和中間軸承結(jié)構(gòu)時帶來的安裝檢修困難、對中麻煩、在有磨損性顆粒物料時造成軸承磨損、堵住咬死等問題。國內(nèi)外攪拌設(shè)備也大量采用這種結(jié)構(gòu)。2.2攪拌軸的尺寸計算強度和剛度計算是為了避免軸過度的彎曲和扭曲變形,臨界轉(zhuǎn)速計算是為了防止軸產(chǎn)生共振。根據(jù)已知的混合物性質(zhì),我們可以計算出混合物的密度ρ=1.35×103kg/m3、粘度u=40mPa·s、雷諾數(shù)Re=87750、適宜攪拌轉(zhuǎn)速v=42rpm。為了設(shè)計攪拌軸軸徑,我們首先要設(shè)計出軸上消耗的功率:Ps=kP0ρ3D5j5j其中:P0:功率準(zhǔn)數(shù),與被攪拌物料的雷諾數(shù)、攪拌器形式及攪拌容器相關(guān)的幾何參數(shù)有關(guān);k:功率準(zhǔn)數(shù)校正總系數(shù),與攪拌器的形式、幾何參數(shù)、攪拌容器形狀及內(nèi)附件有關(guān)。查閱相關(guān)手冊得到:三葉開啟式渦輪攪拌器:P0=3.6kw、k=0.54、Ps1=kP0n3D5j5j=25.4kw兩葉斜槳式攪拌器:P0=3.0kw、k=0.42、Ps2=kP0n3D5j5j=14.6kw所以,多層攪拌器的總功率準(zhǔn)數(shù):Ps=Ps1+Ps1(Psn/Ps)=1.8Ps1=45.5kw功率圓整并考慮功率裕度,選擇電機(jī)功率為50kw。接下來按三種設(shè)計方法計算軸徑:按扭轉(zhuǎn)變形計算攪拌軸的軸徑d1:d1=155.4×4√ΜnΜax[γ]G(1-Ν40)(mm)d1=155.4×MnMax[γ]G(1?N40)???????√4(mm)式中:[γ]:軸的許用扭轉(zhuǎn)角,對于懸臂軸[γ]=0.35°/m;MnMax:攪拌軸傳遞的最大扭矩,ΜnΜax=9553ΡΝnη?Ν?mMnMax=9553PNnη?N?m;G:攪拌軸材料的剪切彈性模量,MPa;N0:空心軸內(nèi)徑與外徑之比?？紤]彎扭組合計算攪拌軸的軸徑:d2=17.2×3√Μte[γ]G(1-Ν40)(mm)式中:[γ]:攪拌軸材料許用剪應(yīng)力,MPa;Mte:攪拌軸的扭矩和彎矩同時作用下的當(dāng)量扭矩,N·m。根據(jù)攪拌軸的臨界轉(zhuǎn)速校核攪拌軸直徑(圖2):nc=114.7d2L1√E(1-Ν40)L21(L1+a)Ws(rpm)式中:E:攪拌軸材料彈性模量,MPa;L1:底層攪拌器懸臂長,m;dL1:底層攪拌槳葉直徑,m;Ws:在S點處所有相當(dāng)質(zhì)量的總和,kg;N0:空心軸內(nèi)徑與外徑之比。此時必須計算Ws=W+z∑i=1Wi。對于懸臂軸:W=140a2+231L1a+99L21420(L1+a)2mL1ekgWi=L2j(Li+a)L21(L1+a)miekg式中:mL1e=π4d2L1L1[ρs(1-Ν20)+ρ]×10-9kg。式中:mie=mi+ηkiπ4D2jibiρcosθi×10-9kgDji