搅拌器毕业设计

搅拌器毕业设计第一章 绪论搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。在工业生产中，搅拌操作时从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。搅拌操作分为机械搅拌与气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群一密集状态上升借所谓上升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体进行的搅拌时比较弱的，对于几千毫帕秒以上的高粘度液体是难于使用的。但气流搅拌无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下的反应液体的搅拌时比较便利的。在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌，以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。其结构形式如下：（结构图）第一节搅拌设备在工业生产中的应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器约占反应器总数的99%。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围较广，又能适应多样化的生产。搅拌设备的作用如下：使物料混合均匀；使气体在液相中很好的分散；使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；强化相间的传质（如吸收等）；强化传热。搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油的混合调整和精制，汽油中添加四乙基铅等添加物而进行混合使原料液或产品均匀化。化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。第二节搅拌物料的种类及特性搅拌物料的种类主要是指流体。在流体力学中，把流体分为牛顿型和非牛顿型。非牛顿型流体又分为宾汉塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体。在搅拌设备中由于搅拌器的作用，而使流体运动。第三节搅拌装置的安装形式搅拌设备可以从不同的角度进行分类，如按工艺用途分、搅拌器结构形式分或按搅拌装置的安装形式分等。一下仅就搅拌装置的各种安装形式进行分类说明。一、立式容器中心搅拌将搅拌装置安装在历史设备筒体的中心线上，驱动方式一般为皮带传动和齿轮传动，用普通电机直接联接。2为中型电机。二、偏心式搅拌搅拌装置在立式容器上偏心安装，能防止液体在搅拌器附近产生“圆柱状回转区”，可以产生与加挡板时相近似的搅拌效果。搅拌中心偏离容器中心，会使液流在各店所处压力不同，因而使液层间相对运动加强，增加了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显的提高。但偏心搅拌容易引起振动，一般用于小型设备上比较适合。三、倾斜式搅拌为了防止涡流的产生，对简单的圆筒形或方形敞开的立式设备，可将搅拌器用甲板或卡盘直接安装在设备筒体的上缘，搅拌轴封斜插入筒体内。此种搅拌设备的搅拌器小型、轻便、结构简单，操作容易，应用范围广。2用一层或两层桨叶，转速为36300r/用于药品等稀释、溶解、分散、调和及、底搅拌搅拌装置在设备的底部，称为底搅拌设备。底搅拌设备的优点是：搅拌轴短、细，无中间轴承；可用机械密封；易维护、检修、寿命长。底搅拌比上搅拌的轴短而细，轴的稳定性好，既节省原料又节省加工费，而且降低了安装要求。所需的检修空间比上搅拌小，避免了长轴吊装工作，有利于厂房的合理排列和充分利用。由于把笨重的减速机装置和动力装置安放在地面基础上，从而改善了封头的受力状态，同时也便于这些装置的维护和检修。底搅拌虽然有上述优点，但也有缺点，突出的问题是叶轮下部至轴封处的轴上常有固体物料粘积，时间一长，变成小团物料，混入产品中影响产品质量。为此需用一定量的室温溶剂注入其间，注入速度应大于聚合物颗粒的沉降速度，以防止聚合物沉降结块。另外，检修搅拌器和轴封时，一般均需将腹内物料排净。五、卧式容器搅拌搅拌器安装在卧式容器上面，壳降低设备的安装高度，提高搅拌设备的抗震性，改进悬浮液的状态等。可用于搅拌气液非均相系的物料，例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。六、卧式双轴搅拌搅拌器安装在两根平行的轴上，两根轴上的搅拌叶轮不同，轴速也不等，这种搅拌设备主要用于高黏液体。采用卧式双轴搅拌设备的目的是要获得自清洁效果。七、旁入式搅拌旁入式搅拌设备是将搅拌装置安装在设备筒体的侧壁上，所以轴封结构是罪费脑筋的。旁入式搅拌设备，一般用于防止原油储罐泥浆的堆积，用于重油、汽油等的石油制品的均匀搅拌，用于各种液体的混合和防止沉降等。八、组合式搅拌有时为了提高混合效率，需要将两种或两种以上形式不同、转速不同的搅拌器组合起来使用，称为组合式搅拌设备。第二章搅拌罐结构设计第一节罐体的尺寸确定及结构选型（一）筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头（二）合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取 / 根据工艺要求，装料系数 ，罐体全容积39V m ，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积） 39 m 。初算筒体直径 4 2 3 4 即 圆整到公称直径系列，去 700 。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度 02 ，（三）确定内筒体高度H当 0,1700 2 时，查化工设备机械基础表16m22 4(9 iV vH ，取 m核算 / 与/ ，合理。2 2 g V D H v 也是合理的。（四）选取夹套直径表1 夹套直径与内通体直径的关系内筒径 ,iD 00600 7001800 20003000夹套 ,jD 0 100 200由表1，取 100 1700 100 1800j 。夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径（六）校核传热面积工艺要求传热面积为 211m ，查化工设备机械基础表16m m 高筒体表面积为21 m 1A 故满足工艺要求。第二节内筒体及夹套的壁厚计算（一）选择材料，确定设计压力按照钢制压力容器（ 150 98 ）规定，决定选用0 18 9i 高合金钢板，该板材在150C 一下的许用应力由过程设备设计附表 1D 查取， 103t ，常温屈服极限 137s 。计算夹套内压介质密度 31000 /kg m 液柱静压力 1000 10 最高压力 计压力 所以 % 故计算压力 内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按外压则取 三）夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择 235Q B 热轧钢板，其 235 , 113 夹套筒体计算壁厚 j2 c jj 夹套采用双面焊，局部探伤检查，查过程设备设计表4则 800 13 查过程设备设计表4 ，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量 2 0C ，对于碳钢取腐蚀裕量2 2C ，故内筒体厚度附加量 1 2 C ，夹套厚度附加量1 2 C 。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度 14nj 。夹套封头计算壁厚 800 113 t 取厚度附加量 ，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。（四）内筒体壁厚计算内筒体计算壁厚为：700 2 103 jt 2n ，则 12 n aC ，内筒体外径 2 1700 2 i 。内筒体计算长度 1 12800 (425 12) h 。则 / ， / ，由过程设备设计图4，图40B ，此时许用外压 P 为：50 不满足强度要求，再假设 16n ，则 16 ，2 1700 2 i ，内筒体计算长度 1 12800 (425 16) 29473 3 h 则 / ， / 查过程设备设计图4,图40B ，此时许用外压为：60 故取内筒体壁厚 16n 可以满足强度要求。（五）考虑到加工制造方便，取封头与夹套筒体等厚，即取封头名义厚度 16nk 。按内压计算肯定是满足强度要求的，下面仅按封头受外压情况进行校核。封头有效厚度 16 。由过程设备设计表4 ，则椭圆形封头的当量球壳内径1 700 1530i D ， 查过程设备设计图410B 10 故封头壁厚取16六）水压试验校核试验压力内同试验压力取 夹套实验压力取 内压试验校核内筒筒体应力 ( ) 1700 i 夹套筒体应力 ( ) 1800 j 而 37 35 故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。外压实验校核由前面的计算可知，当内筒体厚度取16的许用外压为 ，在做夹套的压力实验校核时，必须在内筒体内保持一定压力，以使整个试验过程中的任意时间内，夹套和内同的压力差不超过允许压差。第三节人孔选型及开孔补强设计人孔选型选择回转盖带颈法兰人孔，标记为：G/寸如下表所示:密封面形式 公称压力P） 公称直径DN wd s d D 1D 1H 2H F） 50 480 14 85 610 270 137 571b 2b A B L 柱 螺母 螺柱 总质量（量 直径长度41 46 375 175 250 24 20 40 33 2 165M 245开孔补强设计最大的开孔为人孔，筒节 16nt ，厚度附加量 ，补强计算如下：开孔直径 450 2 圆形封头因开孔削弱所需补强面积为：2 ( )(1 )nt rA d C f 人孔材料亦为不锈钢0以 所以 700450 0 03 587A 有效补强区尺寸： 1 6 d 2 2 d 在有效补强区范围内，壳体承受内压所需设计厚度之外的多余金属面积为：1 ( )( ) 2( )( )(1 )e nt e d C f 故 21 ( )( ) d 可见仅 1不需另行补强。最大开孔为人孔，而人孔不需另行补强，则其他接管均不需另行补强。第四节搅拌器的选型（一）搅拌器选型桨径与罐内径之比叫桨径罐径比 /d D,涡轮式叶轮的 /d 轮式为快速型，快速型搅拌器一般在 时设置多层搅拌器，且相邻搅拌器间距不小于叶轮直径d。适应的最高黏度为50Pa s 左右。搅拌器在圆形罐中心直立安装时，涡轮式下层叶轮离罐底面的高度果为了防止底部有沉降，也可将叶轮放置低些，如离底高度 /10C D 号说明b键槽的宽度B搅拌器桨叶的宽度d轮毂内经0d 搅拌器桨叶连接螺栓孔径1d搅拌器紧定螺钉孔径2d 轮毂外径搅拌器直径1D搅拌器圆盘的直径G搅拌器参考质量1h轮毂高度2h圆盘到轮毂底部的高度L搅拌器叶片的长度R弧叶圆盘涡轮搅拌器叶片的弧半径M搅拌器许用扭矩( )N mt轮毂内经与键槽深度之和搅拌器桨叶的厚度1搅拌器圆盘的厚度工艺给定搅拌器为六弯叶圆盘涡轮搅拌器，其后掠角为 45o ，圆盘涡轮搅拌器的通用尺寸为桨径 桨长l:桨宽 20:5:4b ，圆盘直径一般取桨径的23，弯叶的圆弧半径可取桨径的38。2取搅拌器参数如下表JD d 2d 1D 1d 1550 80 120 370 10M 10M 5 6h L b t M 20 40 137 22 526 m ，210iD ，故 1.3 ，则设置两层搅拌器。为防止底部有沉淀，将底层叶轮放置低些，离底层高度为425层叶轮高度离液面2 深度，即1025两个搅拌器间距为1000值大于也轮直径，故符合要求。（二）搅拌附件挡板挡板一般是指长条形的竖向固定在罐底上板，主要是在湍流状态时，为了消除罐中央的“圆柱状回转区”而增设的。罐内径为1700择4块竖式挡板，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。第三章传动装置选型第一节减速机选型由工艺要求可知，传动方式为带传动，搅拌器转速为220 /长城搅拌二节联轴器的选型选择减速机输出轴轴头型式为普通型，选择径 1D 2D 3D 4D 1 2 mn d l 1L 20 185 120 150 24 28 6 16M 16M 30 162 设计最终确定的实心轴的轴径或空心轴外径，mm；设计最终确定的密封部位实心轴轴径或空心轴外径，d按扭转变形计算的传动侧轴承处实心轴轴径或空心轴外径，d 按强度计算的单跨轴跨间段实心轴轴径或空心轴轴径或空心轴外径，d 单跨轴的实心轴轴径或空心轴外径,轴材料的弹性模量，e 搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处的许用偏心距，mm；搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处的质量偏心引起的离心力，N;第;单跨轴跨间轴段（实心或空心）的惯性矩， 4单跨轴第拌器及附件）至传动侧轴承距离与轴长1i 、2m）；L单跨轴两轴承之间的长度，L、 2L 1拌器及附件）的每个圆盘至传动侧轴承的距离（对于单跨轴），mm；搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心离传动侧轴承的距离（对于单跨轴），轴上弯矩总和， ；由轴向推力引起作用于轴的弯矩， ；按传动装置效率 2 计算的搅拌轴传递扭矩， ；由径向力引起作用于轴的弯矩， ；m固定在搅拌轴上的圆盘（搅拌器及附件）数；1m、 2m 圆盘（搅拌器及附件）1、2kg； 圆盘（搅拌器及附件）1、2m 单跨轴0)1(4 单跨轴kg；单跨轴及各层圆盘（搅拌器及附件）的组合质量，空心轴内径与外径的比值；n轴的转速， r ；轴的一阶临界转速， r ；电动机额定功率，kW;p设备内的设计压力，相当质量的折算点；S传动侧轴承游隙,单跨轴末端轴承游隙，单跨轴W、 2W 相当质量，kg；在搅拌轴轴线与安装垂直线的夹角，(o)；i第个搅拌器叶片倾斜角，(o)；轴的扭转角， ；由轴承径向游隙引起在轴上离图或图中轴承距离2 由流体径向作用力引起在轴上离图或图中轴承距离3 由组合质量偏心引起离心力在轴上离图或图中轴承 离图或图中轴承距离搅拌物料的密度， 3/s 轴材料的密度， 3/轴上所有搅拌器其对应编号(475 120) 16 425 3700 4496L 2 3371L 1 4371L 1( 轴的许用扭转角，对单跨轴有 ；拌轴传递的最大扭矩 553 式中 , 20，带传动 1取 所以 1 根据前面附件的选型。取 0根据轴径44 0)1(5836 以 /44 包括带锚式和框式搅拌器的刚性轴）的有效质量等于轴自身的质量加上轴附带的液体质量。对单跨轴 922 10)1(4 496804 932 圆盘（搅拌器及附件）有效质量的计算刚性搅拌轴（不包括带锚式和框式搅拌器的刚性轴）的圆盘有效质量等于圆盘自身重量叫上搅拌器附带的液体质量92 10 i 第 9420569/ 第50第10叶片倾角 5 ，圆盘质量 以 o 32 ）两端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量 中点e 第中点2 )1(16 216 1 2 22 16 1 在1s W 所以 临界转速为：42 3(1 )458.9 n d /2 3190 0 496kn r （2）一端固定另一端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量 中点5 15 5m 第中点 264 (1 ) (4 )7i i i i K K m 21 64 1 (4 3 22 64 1 (4 在1s W 所以 101Ws 临界转速为：42 3(1 )693.7 E Nn d /2 3190 496k Ln d r （3）单跨搅拌轴传动侧支点的夹持系数 2K 的选取传动侧轴承支点型式一般情况是介于简支和固支之间，其程度用系数2K 表示。采用刚性联轴节时， 2 ,取 2 。2 2K + Kk kn n 固简 - ）n /1 r 根据搅拌轴的抗震条件：当搅拌介质为液体液体，搅拌器为叶片式搅拌器及搅拌轴为刚性轴时， 且 (220 所以满足该条件。45按强度计算搅拌轴的轴径451受强度控制的轴径2d 按下式求得：32 (1 )te 轴上扭矩和弯矩同时作用时的当量扭矩2 2te M N m 轴材料的许用剪应力600 6b 452轴上扭矩下式求得：29553n n N m2 包括传动侧轴承在内的传动装置效率，按 / 20569 94 附录2 所以 9553 m 453轴上弯矩总和 M N m（1）径向力引起的轴上弯矩计算对于单跨轴，径向力引起的轴上弯矩 以近似的按下式计算：( ) ( )1000 1000hi i i e e L L L F L L L N m第按下式求得 ：31 1038 D 1K流体径向力系数， 1 1 1 1 b e K K K K 第n N m第P D P P ，则 1 2 所以1 2 N m 所以 31 2 50h N （2）搅拌轴与各层圆盘的组合质量按下式求得。对于单跨轴：1 m m 单跨轴 9(1 ) 104L L o sm d N L 所以2 3 980 1 4496 0 10 故 （3）搅拌轴与各层圆盘组合质量偏心引起的离心力 于单跨轴：2 2 521 109 1 ( )e W kF m n e 刚性轴2( )e 许用偏心距（组合件重心处） e G n ，平衡精度等级， /mm s。一般取 G mm s所以 20 则 2 2 20 10 （4）搅拌轴与各层圆盘组合重心离轴承的距离 于单跨轴：1 2m i i mL m 所以 371 371 而 ( ) ( )1000 1000hi i i e e L L L F L L L N m4496 4371) 4496 3371) 4496 496 1000 4496 m （5）由轴向推力引起作用于轴上的弯矩计算。粗略计算：当 2p 或轴上任一搅拌器 0i 时，取 N m故 m 所以 M M M N m 所以 2 2 2 M N m 所以 32 d 前面计算中取轴径为80，故强度符合要求。46按轴封处（或轴上任意点处处）允许径向位移验算轴径。461因轴承径向游隙S、S所引起轴上任意点离图中轴承距离于单跨轴：1 1( )2x S x S L 选取，因此传动侧轴承游隙 （传动侧轴承为滚动轴承）单跨轴末端轴承游隙 （该侧轴承为滑动轴承）当 ox l 时，求得的 x 即为轴封处的总位移，1 2 475 120 355 l 所以1 1 55 55( 496 4496x 462由流体径向作用力 引起轴上任意点离图中轴承距离于单跨轴：两端简支的单跨轴1355ox l L 且 2x L , 2 22 ( ) 2 ( ) ( ) 6hi i i L L x L L L L L 而 4 4 480 200960064 64L dI 所以 2 4496 4371) 4496 355 4371 4371 3552 2 ( ) ( ) 6 190 10 2009600 4496 4496 4496x 2 4496 3371) 4496 355 3371 3371 3552 ( ) ( ) 6 190 10 2009600 4496 4496 4496 = 一端固支另一端简支的单跨轴：3 33 2 33 1 3 32 ( )( ) (1 )( ) 3(1 ) 2 | (1 )6 2 3 2 6i hi L i i i L F LL x L x x I L L L L L E I L 代入已知数据可得2 463由搅拌轴与各层圆盘（搅拌器及附件）组合质量偏心引起的离心力在轴上任意点离图中轴承距离x 按下式计算3 2 ( ) 1Xx 2 2(1 )(1 )11 (3 ) |31 (1 ) 3(1 )11 1 (3 )(1 )3 ee e eX e e e x L L 代入已知数据可得 所以 3 ) 1220x 对一端固支一端简支单跨轴：2 3 32 33 3 3 12 3(1 ) (1 )( ) ( )( ) | (1 )2 2 39 12 3( ) ( )2 2 e e e eX e e x L x L L L L L 代入已知数据可得： 所以 3 ) 1220X 一般单跨轴传动侧支点的夹持系数 2K 介于简支和固支之间，此时 2 值应取式和式之中间值，查附录C4取 2 查附录C5得2 2 22 2(1 )K K 固简 简 1 3 2 2(1 )K K 3固简 3简 1 464总位移及其校核对于刚性轴：1 2 3X X X X 验算应满足下列条件： X X ) ox l 按下式计算：( ) 3 l K d 径向位移系数，按附录C61选取 3 所以 ( ) 0 lo 则满足 X X 47轴径的最后确定由以上分析可得，搅拌轴轴径确定轴径为80拌轴轴封的选择机械密封是一种功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长的旋转轴密封。与填料密封相比，机械密封的泄漏率大约为填料密封的1%，功率消耗约为填料密封的30%。故采用机械密封。第五章支座选型及校核该搅拌设备为中小型直立设备，选择于 310m 一级发酵罐配置4个耳式支座。查支座参数为：耳式支座实际承受载荷计算 34( ) 10og e e SQ kn 式中：Q支座实际承受的载荷，支座安装尺寸， 23 2 2 1( 2 2 ) 2( )i b l s 2 2(1700 2 14 2 10) 180 2 (330 90) 2219mmg重力加速度，取 g m s ；偏心载荷， 0 ；h水平力作用点至地板高度， 900h ；k不均匀系数，安装3个以上支座时，取 ；设备总质量（包括壳体及附件，内部介质及保温层质量），体质量 2 2 ) ( ) 0 封头质量 2 轴质量2 ) 0 搅拌器质量 2 夹套质量 2 2 ) ( ) (0 232 9652 2 人孔质量 259速机质量 1300压试验时充水质 )2 000 2 000 98622 其他附件如挡板、联轴器及接管等，估算这些附件的质量为200n支座数量， 4n ；偏心距，mm；a地震影响系数，地震设防烈度为8度，取 ；P水平力，取 P P 的大值，N；因容器置于室内，不计其风压值，故 e am g ， 容器总高度，6 425 3700 425 16 100 14 4696oH 所以 3 34 0 4 2219om g P hQ n n D 100Q Q ,满足支座本体允许载荷的要求。计算支座处圆筒所受的支座弯矩 2 13 3( ) 330 90) 0L Q l sM kN m 夹套有效厚度： 14 n C 根据e 于该支座有 kN m ，故所选满足能满足要求。第六章封口锥结构选型与计算符号说明A轴向力系数；B封口锥的连接系数；内筒体厚度附加量，mm