夹套冷却机械搅拌反应装置.doc

xxxxxxxxxxxxxx学院毕业设计(论文)题 目 名 称夹套冷却机械搅拌装置设计题 目 类 型毕业设计系 部专 业 班 级学 生 姓 名指 导 教 师辅 导 教 师时 间目 录毕业设计（论文）任务书开题报告指导教师审查意见评阅老师评语答辩会议记录中文摘要外文摘要前言11 选题背景21.1 研究目的和意义21.2 国内外研究现状和发展趋势22 设计方案论述32.1 基本结构32.2 设计内容42.3 设计的原始数据43 搅拌反应器的工艺设计43.1 搅拌器的选型43.2 搅拌容器的计算63.3 搅拌器尺寸及其安装位置83.4 封头结构103.5 搅拌功率的计算113.6 夹套结构初步143.7 夹套传热面积的计算153.8 夹套结构的确定194 工艺计算结果汇总205 机械设计215.1 搅拌容器强度设计215.2 夹套强度计算235.3 搅拌器强度计算235.4 搅拌轴机械计算285.5 搅拌机的传动装置435.6 搅拌容器传热夹套的结构及要求655.7 工艺接管及附件的选用675.8 开孔补强计算746 焊接技术786.1 焊接方法的选用786.2 焊接材料的选用796.3 焊接结构设计80参考文献80致 谢82长江大学工程技术学院毕业设计(论文)任务书系 专业 班级 1 学生姓名 指导教师/职称 1. 毕业设计(论文)题目：夹套冷却机械搅拌装置设计2. 毕业设计(论文)起止时间：3毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）年处理量： ，均相液温度保持50，平均停留时间18min，需要移走热量105kw，冷却水进口温度：20，出口温度：30。搅拌容器工作压力：1.4MPa，夹套内工作压力：常压。转速：150r/min。50下均相液物性参数：比热容 ，导热系数 ，平均密度 ，粘度 ， 忽略污垢及间壁热阻。每年按330天计，厂址：天津。 4毕业设计(论文)应完成的主要内容(1)设计方案简介：对确定的工艺流程及搅拌容器进行简要论述(2)搅拌器的工艺计算(3)搅拌器的工艺尺寸的确定(4)设备部件的受力分析(5)设备设计中附件的选型计算(6)制造、验收与装配的技术条件(7)绘制设备总图、部件图、零件图5毕业设计(论文)的目标及具体要求使本专业学生通过设计环节的综合训练，较为全面地了解工程设计的基本、方法和过程，培养学生综合运用所学基础知识、专业知识分析和解决工程实际问题的能力。通过对典型设备的设计，使学生了解和熟悉这些典型设备的基本工作原理、结构、用途、性能、特性以及表征其生产能力的技术指标，达到从事专业工作前所应有的全面、系统的工程概念和指导思想。要求：整个设计由论述、计算、图表、图纸几部分组成。论述应该条理清晰、观点明确；计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和数据必须注明出处；说明书中所有公式必须写明编号，所有符号必须注明意义和单位；图表应能简要表达计算的结果；图纸从格式到内容都要符合制图标准要求。符合要求的设计说明书一份。设备总图A1幅面一张，部件图和零件图依据需要另行自主安排。6、完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求一定数量的参考资料网络资源AutoCAD软件任务书批准日期系主任/责任教授任务书下达日期指导教师完成任务日期学生签名xxxxxxxxx学院毕业设计（论文）开题报告题 目 名 称夹套冷却机械搅拌装置设计题 目 类 型毕业设计系 部专 业 班 级学 生 姓 名学 号/序 号指 导 教 师辅 导 教 师时 间夹套冷却机械搅拌装置设计学 生：xxxx xxxxxxxxxxxxxx学院指导教师：xxxx xxxxxxxxxxxxxx学院1 题目来源及类型课题来源：生产实际课题类型：毕业设计2 研究目的和意义反应釜常用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等行业，用以完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和中间体的许多其它工艺过程的反应设备。化学反应工程在国民经济中占有举足轻重的位置，反应釜作为基础设备显得尤为重要。反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等）、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。作为毕业设计可以培养学生综合运用所学知识，结合实际独立完成课题的工作能力；也可以对学生的知识面，掌握知识的深度，运用理论结合实际去处理问题的能力，实验能力，外语水平，计算机运用水平，书面及口头表达能力进行考核。3 主要参考文献及资料名称1张优，尹喜祥，黄雄斌固-液搅拌槽的分散性能J过程工程学报，2011，11（2），1811862郑津洋，董其伍，桑芝富主编过程设备设计M（第3版）北京：化学工业出版社，20103邹广华，刘强编著过程装备制造与检测M北京：化学工业出版社，20034王志魁，刘丽英，刘伟编化工原理M（第4版）北京：化学工业出版社，20105叶文邦压力容器指导手册M云南：云南科技出版社出版，20066朱冬梅，胥北澜，何建英主编画法几何及机械制图M（第6版）北京：机械工业出版社出版，20047刘鸿文主编材料力学M（第4版）北京：高等教育出版社，20048杨启明主编压力容器与管道安全评价M北京：机械工业出版社，20079蔡仁良，顾伯勤，宋鹏云编著过程装备密封技术M（第2版）北京：化学工业出版社，200610匡国柱，史良才主编化工单元过程及设备课程设计M（第2版）北京：化学工业出版社，200711袁恩熙主编工程流体力学M北京：石油化工出版社，198612朱由庭，曲文海，于溥义主编化工设备设计手册（上、下卷）M北京：化学工业出版社，200513中国石化集团上海工程有限公司编化工工艺设计手册上册M（第3版）北京：化学工业出版社，200314濮良贵，纪名刚主编机械设计M（第8版）北京：高等教育出版社出版，200615全国压力容器标准化技术委员会GB150-1998.钢制压力容器S北京：石油工业出版社，199816徐灏机械设计手册（第2版）S北京：机械工业出版社，20004 国内外现状及发展趋势4.1 反应釜的当今现状及其基本特点反应釜釜体普遍采用钢制(或衬里)、铸铁或搪玻璃。反应釜所用的材料、搅拌装置、加热方法、轴封结构、容积大小、温度、压力等各有异同、种类很多，它们的基本特点分述如下： （1）结构：反应釜结构基本相同，除有反应釜体外，还有传动装置、搅拌和加热(或冷却)装置等，可改善传热条件，使反应温度控制得比较均匀，并不强化传质过程。（2）操作压力：反应釜操作压力较高。釜内的压力是化学反应产生或由温度升高而形成，压力波动较大，有时操作不稳定，突然的压力升高可能超过正常压力的几倍，因此，大部分反应釜属于受压容器。（3）操作温度：反应釜操作温度较高，通常化学反应需要在一定的温度条件下才能进行，所以反应釜既承受压力又承受温度。获得高温的方法通常有以下几种：1）热水加温，当要求温度不高时可采用，其加热系统有敞开式和密闭式两种。敞开式较简单，它由循环泵、水槽、管道及控制阀门的调节器所组成。 2)蒸汽加热，加热温度在100以下时，可用小于一个大气压的水蒸汽来加热；当温度在100180范围内，用饱和蒸汽；当温度更高时，可采用高压过热蒸汽。3)用其它介质加热，若工艺要求必须在高温下操作或欲避免采用高压的加热系统时，可用其它介质来代替水和蒸汽，如矿物油(275300)、联苯醚混合剂(沸点258)、熔盐(140540)、液态铅(熔点327)等。 4)电加热，将电阻丝缠绕在反应釜筒体的绝缘层上或安装在离反应釜若干距离的特设绝缘体上。采用电加热时，设备较轻便简单，温度较易调节，而且不用泵、炉子、烟囱等设施，开动也非常简单，危险性不高，成本费用较低，但操作费用较其它加热方法高，热效率在85%以下，因此适用于加热温度在400以下和电能价格较低的地方。（3）反应釜搅拌结构：在反应釜中通常要进行化学反应，为保证反应能均匀且较快的进行，提高效率，通常在反应釜中装有相应的搅拌装置，于是便带来传动轴的动密封及防止泄漏的问题。（4）反应釜的工作：反应釜多属间隙操作，有时为保证产品质量，每批出料后都需进行清洗；釜顶装有快开人孔及手孔，便于取样、测体积、观察反应情况和进入设备内部检修。4.2 常用反应釜简介（1）不锈钢反应釜。不锈钢反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它合金。不锈钢反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，是常用的压力容器反应釜，例如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜等。（2）搪玻璃反应釜。搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃，衬在钢制容器的内表面，经高温灼烧而牢固地密着于金属表面上成为复合材料制品。因此搪玻璃反应釜具有玻璃的稳定性和金属强度的双重优点，是一种优良的耐腐蚀设备。（3）磁力搅拌反应釜。根据反应釜的密封型式不同可分为：填料密封，机械密封和完全密封。采用完全封结构，搅拌器与电机传动间采用磁力偶合器联接，由于其无接触的间隙，以完全封闭取代动密封，能彻底解决以前机械密封与填料密封无法解决的泄漏问题，使整个介质及各搅拌部件完全处于绝对密封的状态中进行工作。因此，更适合用于各种易燃易爆、剧毒、贵重介质及其它渗透力极强的化学介质进行反应。是石油、化工、有机合成、高分子材料聚合、食品等工艺中进行硫化、氟化、氢化、氧化等反应最理想的无泄漏反应设备。（4） 蒸汽反应釜。使用的前提是生产单位本身备有外加热源（如蒸汽）或冷却源（如自来水）。必须注意，蒸汽加热方式为上进下出液体加热或冷却为下进上出。在各种方式出口管路无阀门，保证畅通。（5） 电加热反应釜。电加热反应釜具有加热迅速、耐高温、耐腐蚀、无环境污染等特点，广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等行业，也用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、缩合、聚合等工艺过程。电加热反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔、因康镍）合金及其它复合材料。（6） 种子罐、发酵罐。发酵设备是广泛用于微生物生长的一种反应设备。在发酵种子罐内各种微生物在适当的环境中生长，新陈代谢和形成发酵产物。因此该设备广泛地用于制药、味精、酶制剂、食品等行业。4.3 反应釜的未来发展（1）大容积化。这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为6000L以下，其它行业有的达30m；国外在染料行业有2000040000L，而其它行业可达120 m。 （2）反应釜的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。发展趋势除了安装不同搅拌器外，还会使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。（3）以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作。如采用程序控制，既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染。 （4）合理地利用热能，通过选择合理的工艺操作条件，加强保温措施，以提高传热效率，使热损失降至最低限度。热管技术的应用，将是今后反应釜发展趋势。（5）另一个重要的趋势是微型化。微、纳反应器是一种借助于新型微纳加工技术，以固体基质制造的可用于化学反应与分离提取的三维结构元件。该类反应器通常含有当量直径小于500m的流体流动通道，在这些通道中发生所需要的反应与分离。在极微小反应空间内，分子作用能改变电特性，空间作用可以影响分子构像或基团的旋转，进而可以改变反应物的化学性质、传递和分离特性等。具有所需空间小、质量和能量消耗小，响应时间短，可实现边流动边反应等优点。它主要有两类：一是用于化学分析和生物检测的分析检测型微反应器，二是用于化学工业生产流程的制备型微反应器。5 主要研究内容、重点研究的关键问题及解决思路5.1 设计原始数据年处理量：1400003，均相液温度保持50，平均停留时间18min，需要移走热量105kw。冷却水进口温度：20，出口温度30。搅拌容器工作压力：1.4MPa，夹套内工作压力：常压。转速：150r/min。50下均相液物性参数：比热容Cp =1012J（kg），导热系数=0.622W/(m)，平均密度=930kg/m3，粘度 =2.73310-2PaS，忽略污垢及间壁热阻。每年按330天计，厂址：天津。5.2 设计内容（1）设计方案简介：对确定的工艺流程、过程设备进行简要的论述。（2）搅搅拌器的工艺计算。（3）搅拌器的工艺尺寸的确定。（4）设备部件的受力分析。（5）设备设计中附件的选择。（6）制造、验收与装配的技术条件。（7）绘制设备总图、部件图、零件图。5.3 需重点研究的关键问题及解决思路（1）设计方案的确定，根据年产量等参数，初步确定设计反应釜；然后从各个角度对反应釜进行论证对比，做出最后的方案选择。（2）结构设计，进行反应釜工艺计算，根据压力、温度、传热量等工艺参数进行装置设计计算。（3）主要零部件的强度，校核对开孔和开孔补强、焊接结构等强度校核，容器的耐压试验校核。6 完成设计所必须具备的工作条件及采取的措施6.1 工作条件过程设备设计、压力容器设计手册等工具书；与换热器有关的一系列参考文献资料；网上下载的关于换热器的资料；计算机辅助设计软件等。6.2 采取的措施运用所学的专业基础知识，结合资料、参考文献等对设计的问题进行解决，弄不懂的地方及时与同学讨论或者请教老师。7 工作的主要阶段、进度与时间安排7.1 工作的主要阶段、进度：（1）根据设计题目查阅相关资料，以了解设计过程、计算方法以及注意事项。（2）规划总体设计方案，与进行确定。（3）根据设计方案，对各零件选择材料，初步计算出反应釜的结构参数。（4）进行详细计算，对主要零部件进行强度校核。（5）根据计算所得结论以反应釜工艺要求加以完善处理。（6）绘制装配草图以及零件草图。（7）绘制装配图以及零件图。（8）做毕业设计总结，复习设计过程准备答辩。7.2 时间安排2011年11月3日8日：领取任务书，查阅相关资料2011年11月6日13日：阅读并翻译与毕业设计相关的外文资料2011年11月9日20日：撰写开题报告2011年11月21日30日：设计计算，绘草图，写设计说明书草稿2011年12月1日20日：初步完成设计说明书主体部分2011年12月20日30日：图纸绘制2012年1月1日5日：资料检查2012年2月20日4月15日：修订设计说明书2012年4月16日4月30日：修改并完善设计图（总装配图、零件工作图）2012年5月7日5月20日：撰写并打印设计说明书，准备答辩8 指导老师审查意见夹套冷却机械搅拌装置设计学 生：xxxxxx xxxxxxxxxxxxxxx学院指导教师：xxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxx学院【摘要】本文通过化工原理的相关知识对反应容器的外形尺寸、传热面积及换热结构形式进行了确定。利用过程设备设计的知识对反应容器的壁厚，搅拌装置的轴径进行了计算，并结合外购件对其值进行了圆整。参考化工行业标准并结合相关设计经验手册，对搅拌装置中的标准件进行了合理选型。运用机械设计原理及材料力学的知识，对搅拌装置中的非标准件进行了设计。最后，参照过程设备制造及检测技术，对该容器制造时的焊接材料给出了适当的建议，对验收标准作出了规定。【关键词】反应容器；搅拌装置；夹套；过程设备Jacket cooling mechanical stirring device designStudent: xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxInstructor: xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx【Abstract】 In this paper, the knowledge of the chemical principle on the form factor of the reaction vessel, heat transfer area and heat transfer structure to determine. Knowledge of process equipment design wall thickness of the reaction vessel, the agitator shaft diameter calculation, combined with outsourcing parts of their value to the round. Reference to the chemical industry standards and combined with relevant experience in the design manual, and a reasonable selection of standard parts, the mixing device. Use knowledge of mechanical design principles and mechanics of materials, the mixing device in the non-standard design. Finally, with reference to the process equipment manufacturing and testing technology, the container manufacturing of welding materials appropriate recommendations, and made provision for the acceptance criteria.【Keywords】 reaction vessel, the stirring device, jacket, process equipment参考文献夹套冷却机械搅拌装置设计前言反应釜常用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等行业，用以完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和中间体的许多其它工艺过程的反应设备。化学反应工程在国民经济中占有举足轻重的位置，反应釜作为基础设备显得尤为重要。前言反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等）、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的控制。在各种反应设备中以搅拌式夹套反应釜为代表。机械搅拌装置可以使反应效率增加、混合均匀，而夹套则可以使反应的温度维持稳定。而且,20世纪80年代以来,以高效机械搅拌装置为主要技术代表的新型反应容器的工程技术在国内受到普遍重视。由于其具有效率高、反应稳定、生产速率快等优点,广泛应用于化工、医药、生物工程及其它工业部门的各类反应工程。1 选题背景1.1 研究目的和意义反应容器是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能力。搅拌反应器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一。目前，反应器的选型和内构件的设计还在很大程度式依赖于实验和经验，对放大规律缺乏深入的认识，对于能耗和生产成本只能在一定规模的生产装置上对比后才能得出结论。由于对产品的回收率和质量要求越来越高，对搅拌反应器的研究日趋深入，已从早期对搅拌功率和混合时间的研究，20世纪80年代对反应釜内的流体速度场分布的研究，进入到20世纪90年代以来的搅拌釜内三维流场的数值模拟研究。流场数值模拟必须在深入进行流体力学的研究基础上，综合考虑其流动的三维性、随机性、非线性和边界条件不确定性。目前在化工生产中，普遍使用的釜式反应器有立式、卧式两种。设备主要由罐体、夹套、搅拌系统三大部分组成。1.2 国内外研究现状和发展趋势机械搅拌反应器的操作性能直接关系到产品的质量、能耗和生产成本。工程界和学术界对搅拌混合都非常重视，进行了大量的研究工作，取得了不少的研究成果。1.2.1 搅拌器结构优化与组合（1）新型搅拌器的开发每一种搅拌器都不是万能的，只有在某一特定的应用范围内才是高效的。最近开发的几种适用于低、中粘度流体的高效轴流型搅拌器，由于叶片的宽度和倾角随径向位置而变，称为变倾角变叶宽搅拌器。这种搅拌器非常适合于均相混合、固液悬浮操作。高效的径向流型搅拌器，例如Scaba搅拌器其特点是弧形叶片形状可以消除叶片后面的气穴，使通气功率下降较小，常用于发酵罐的底层搅拌，提高气体分散能力。还有最大叶片式、泛能式、叶片组合式搅拌器，适用的粘度范围宽，对于混合、传热、固液悬浮以及液液分散等操作都比常用的搅拌器效率高。这些搅拌器具有高效节能、造价低廉而且易于大型化的优点，正在传统的搅拌设备改造中发挥着重要作用。（2）组合式搅拌器的应用在一个搅拌容器内设置不同构形、不同转速的搅拌器以达到全罐搅拌与混合的目的。例如，用于化妆品、牙膏等生产的搅拌设备，其介质为高黏物料，含有大量的固体粉末，混合要求高，常在一个容器内设有齿片式、锚式和螺杆式三个不同转速搅拌轴。齿片式搅拌器高速回转、高剪切打碎和分散固体粒子；慢速旋转的锚式搅拌器不断地把流体输送到齿片搅拌器产生的高剪切去；螺杆式搅拌器使流体上下循环，三个搅拌器配合使用，使全罐物料更快达到均匀混合。这种组合式搅拌器可以减少混合时间，大量节省能耗，提高产品质量。新型的好氧发酵生物发酵罐，采用底层为径流型搅拌器，起剪切和分散气体的作用，上面两层配以轴流型搅拌器，促进整罐流体的循环增加气液接触面积，延长气泡停留时间，起到高效节能的效果。这种同一搅拌轴上安装不同形式、不同几何尺寸搅拌器的组合，已在青霉素发酵、柠檬酸发酵等制药工业上试验成功，取得了明显的节能效果，正在推广使用。（3）改变搅拌器传动方式，实现高效节能传统搅拌设备中，搅拌器的旋转是固定在一根轴上，只能是一种转速。研究开发的双轴异桨复动式搅拌设备，由低速的大循环量搅拌器和高速剪切的齿盘式搅拌器组成，双搅拌器绕各自的轴相反方向旋转的同时，由液压活塞带动下作上下往复运动，该搅拌设备处理的物料粘度可达50Pas，含固量达70%，混合效果好，节省能耗20%以上，已应用在涂料、壁纸、油墨、橡胶等行业。1.2.2搅拌设备的多功能化与智能化 搅拌设备操作灵活方便，特别适合于批量小、更新快、工业流程用计算机控制的间歇操作的精细化工生产。对于干扰因素多的搅拌反应器，应用传感器测控，对反应过程进行预测图控制和模糊控制，使设备运行更加稳定可靠，产品质量更好。搅拌操作往往与反应、蒸发、真空等过程相联系。对特定的工艺，可以把几个功能集中在一起，在同一个搅拌设备内完成，实现多功能一体化。这种设备具有机构紧凑，无连接管道，损耗少，效率高，易于满足卫生要求等优点。这类及多功能于一体的搅拌装置已在制药行业中获得应用。2 设计方案论述2.1 基本结构6机械搅拌反应器（也称为搅拌釜式反应器）适用于各种物理特性（如黏度、密度）和各种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、化肥、染料、涂料、食品、冶金、废水处理等行业。如实验室的搅拌反应器可小至数十毫升，而污水处理、湿法冶金、磷肥等工业大型反应器的容积可达数千立方米。除用作化学反应器和生物反应器外，搅拌反应器还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸传热等操作。搅拌反应器由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等系统称为搅拌机。2.2 设计内容20搅拌反应器的设计包括工艺设计和机械设计两部分。工艺设计主要是为机械设计提供原始条件，包括处理量、操作方式、最大工作压力（或真空度）、最高（或最低）工作温度、介质物性、腐蚀情况、传热面的形式、传热面积、搅拌器形式、搅拌转速、搅拌功率等。机械设计包括搅拌器、传动装置、轴封以及内构件等进行结构设计、强度、刚度或稳定性计算，以及标准件或常用零部件的合理选型。2.3 设计的原始数据年处理量为140000m3/a，平均停留时间为18min，均相液体的温度保持在50，需要移走的热量为105kW，采用夹套冷却，冷却水进口温度为20，出口温度为30。搅拌容器工作压力为1.4MPa，夹套内压力为常压。操作条件：每年330天连续生产。根据经验，搅拌器转速取n=150r/min可获得较好的搅拌效果。忽略污垢及间壁热阻。厂址：天津。50下均相液体的物性参数如下：比热容Cp=1012J/(kg)，导热系数=0.622w/(m)，平均密度=930kg/m3，粘度=2.73310-2PaS。3 搅拌反应器的工艺设计3.1 搅拌器的选型搅拌器操作涉及流体的流动、传质和传热，所进行的物理和化学过程不同对搅拌效果的要求也不同。搅拌器的选型一般从三个方面考虑：搅拌目的、物料粘度和搅拌容积的大小。选用时除满足工艺要求外，还应考虑功耗、操作费用、以及制造、维护和检修等因素。常用的搅拌器选用方法如下。3.1.1 按搅拌目的选型仅考虑搅拌目的时搅拌器的选型见表1表1 搅拌目的与推荐的搅拌器形式16工艺过程类别控制因素适用搅拌器形式Di/DjHl/Di调和（低黏度均相液体混合）容积循环速率推进式涡轮式推进式：4:13:1涡轮式：6:13:1不限分散（非均相液体混合）液滴大小（分散度），容积循环速率涡轮式3.5:13:11:11:2固体悬浮容积循环速率，湍流强度按固体黏度，含量及比重选用下列三种：桨式、推进式或涡轮式推进式：2.5:13.5:1桨式：2.0:13.2:1涡轮式：2.0:13.2:11:11:2气体吸收剪切作用，容积循环速率，高速度涡轮式2.5:14.0:14:11:1传热容积循环速率，流经传热面的湍流速度桨式、推进式、涡轮式桨式：1.25:12:1推进式：3:14:1涡轮式：3:14:12:11:1高黏度操作容积循环速率，低速度涡轮式、框式、螺杆式、螺带式、带横档板的桨式涡轮式：1.5:12.5:1桨式：1.25:1左右1:11:2结晶容积循环速率，剪切作用，低速度按控制因素选用涡轮式、桨式或改型桨式涡轮式：2.0:13.2:12:11:1注：Di搅拌容器内径，Dj搅拌器直径，Hl容器内液体高度3.1.2 按搅拌器形式和适用条件选型6表2是以操作目的和搅拌液体流动状态选用搅拌器的。由表可见，对低黏度液体的混合，推进式搅拌器由于循环能力强，动力消耗小，可应用到很大容积的搅拌器中。涡轮式搅拌器应用的范围较广，各种搅拌操作都适用，但流体黏度不宜超过50PaS。桨式搅拌器结构简单，在小容积的流体混合中应用较广，对大容积的流体混合，则循环能力不足。对于高黏度流体的混合则以锚式、螺杆式、螺带式更为合适。表2 搅拌器形式和适用条件6搅拌器形式流动状态搅拌目的搅拌容器容积/m3转速范围/(r/min)最高黏度/ PaS对流循环湍流扩散前切流低黏度混合高黏度混合分散溶解固体悬浮气体吸收结晶传热液相反应涡轮式11001030050桨式12001030050推进式11000105002折叶开启涡轮式110001030050布鲁马金式11001030050锚式11001100100螺杆式1500.550100螺带式1500.550100注：有者为可用，空白者不详或不适用。由于本次设计的搅拌器主要是为了实现物料的均相混合，物料黏度较小，搅拌器的转速为150r/min，通过表1和表2可以选用推进式搅拌器。3.1.3 推进式搅拌器的特点推进式搅拌器（又称船用推进器），它结构简单，制造方便，适用于黏度底、流量大的场合，利用较小的搅拌功率，通过高速转动的桨叶能获得较好的搅拌效果，主要用于液-液系混合，使温度均匀。搅拌时，流体由桨叶上方吸入，下方以圆筒状螺旋形排出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形成轴向流动，循环性能好，剪切作用不大 6。3.2 搅拌容器的计算3.2.1 确定容器的容积、内径、高度及类型（1）按生产条件求最小容积Vmin对于连续操作，搅拌容器的最小容积为容器的最小容积=流入容器的液体处理量物料平均停留时间Vmin=Ut （1）式中 U处理量，m3/min； t平均停留时间，min。所以搅拌容器的最小容积（2）搅拌容器容积的计算由公式（2） （2）式中 V容器的容积，m3 装料系数，根据实际生产条件或实验结果确定。其值通常可取0.60.85。如果物料在反应过程中比较平稳，可取0.80.85；如果物料在反应过程中产生泡沫或呈沸腾状态，取0.60.7 6。设计的搅拌容器为液液相，反应平稳，可取装料系数=0.8，所以容器的容积搅拌容器由于没有特殊要求，一般选取最常用的立式圆筒型容器。对于直立式搅拌容器，工艺设计的容积，通常是指筒体和下封头两部分的容积之和。（3）筒体内径的计算忽略封头体积，按公式（3）估算筒体的内径Di （3）式中 i筒体高径比，i=H/Di，根据使用经验，搅拌容器筒体的高径比可按表3选取表3 几种搅拌设备筒体的高径比6种类罐类物料类型高径比一般搅拌罐液固相，液液相11.3气液相12聚合釜悬浮液，乳化液2.083.85发酵罐类发酵液1.72.5设计的搅拌容器为一般搅拌罐，液液相，可取高径比i=1.3所以筒体的内径 根据GB/T 90192001压力容器公称直径，可以对搅拌容器的内径进行圆整，圆整的内径Di=1900mm。查JB/T 4746-2002标准可知公称直径DN =1900mm标准椭圆形封头的容积，则圆筒体的高度按公式（4）计算 （4）求得：圆整反应釜的筒体高度为H=2000mm3.2.2 核算高径比i和容积V高径比i=H/Di=2000/1900=1.05容积高径比i在表3的推荐范围内，容积V满足生产要求，因此计算的釜体内径Di=1900mm，筒体高度H=2000mm，符合设计要求。3.3 搅拌器尺寸及其安装位置16各种形式搅拌器的主要尺寸与搅拌容器的内径有关，它们存在一定的比例关系。只有按这种比例关系确定的搅拌器尺寸才能获得较好的搅拌效果和搅拌效率。3.3.1 搅拌效果与搅拌器位置的关系另外，搅拌器的搅拌效果和搅拌效率还与搅拌器在容器内的位置和液柱高度有关，其影响的关系参数如下。（见图1）图1 搅拌器与搅拌容器之间的组合关系（1）搅拌器至搅拌容器底的距离（C）。（2）搅拌器与搅拌器内壁的间隙。（3）搅拌器浸入搅拌容器内液面下的深度（S）。搅拌器浸入液体内的最佳深度为。（4）搅拌容器内液体的装填高度（HL）。最佳装液高度为Hl=Di，随着搅拌容器内液柱（Hl）的增高，搅拌功率亦相应增加，所以当搅拌容器内的液体高度超过最佳高度时，应采用多层搅拌器。搅拌容器内的最低装液高度不得低于。3.3.2搅拌器的大小及位置（1）本次所选的推进式搅拌器，可取，其在容器中的位置应满足图2所示的比例关系。图2 推进式搅拌器在搅拌容器中的位置图2中C=（11.5）Dj（标准值：C=Dj）；本次可取C=700mm。Wb=0.1Di； Sb=0（无间隙）；Hl=Di（标准值）。（2）搅拌器标记：搅拌器600-65 HG 5-222-1965（3）技术要求搅拌器应进行静平衡试验。轴与搅拌器连接的键槽按GB/T1095-1979。非加工面的铸造尺寸公差按JB/QZ4000.5-1986。化工设备设计手册推进式搅拌器的图纸：推进式搅拌器600-65 HG5-222-65-7。3.4 封头结构本次设计的搅拌容器操作压力为1.4MPa，一般应选用标准椭圆形封头，按JB/T4746-2002钢制压力容器用封头选择，标记为：EHA1900厚度0Cr18Ni9 JB/T4746-2002封头形状如图3图3 以内径为基准的标准椭圆形封头图3中 DN=Di； 。当DN为1900mm时总深度Hd=500mm，内表面积Ad=4.0624m2，容积Vd=0.9687m33.5 搅拌功率的计算163.5.1 搅拌功率计算方法搅拌器的搅拌功率（轴功率）按通用公式（5）计算即 (5)式中P0功率准数，与被搅拌液体的雷诺数（Re）有关，与搅拌器的形式及搅拌容器相关的几何参数有关。k功率准数校正总系数是搅拌器和搅拌容器在非标准几何参数条件下的功率准数P0的校正总系数；系数k与搅拌器的形式、几何参数、搅拌容器开头及内件等有关。当计算搅拌器在标准几何参数关系条件下时，其功率准数校正总系数k=1。当计算搅拌器在非标准几何参数关系条件下时，P0仍采用各型搅拌器在标准几何参数条件下的功率准数，再乘上各自的功率准数校正总系数k。3.5.2 确定搅拌器的主要操作条件及参数搅拌器形式为推进式搅拌器，搅拌液体的密度，粘度，搅拌器直径，搅拌器转速；搅拌容器为立式圆筒形，内径，为防止打旋，容器内部设有6块挡板，挡板宽度；挡板与容器内部间隙；容器内液体高度；搅拌器桨叶数量，搅拌器桨叶的螺距。（1）计算搅拌液体的雷诺数Re。搅拌液体的雷诺数可按公式（6）计算 （6）式中转速n的单位用n/s。求得：由于Re数值很大，处于湍流区，因此安装挡板是十分必要的，它可以用来消除打旋现象。（2）从搅拌器的功率准数P0一雷诺数Re图上查出搅拌轴功率准数P0。（图4）图4 推进式搅拌器功率准数P0将雷诺数=30626带入图4的横坐标，查“有挡板：搅拌器桨叶螺距”这条曲线，可以查出推进式搅拌器功率准数=0.67（3）计算校正系数k推进式搅拌器和容器的标准几何参数关系的条件如下：挡板数量=4；搅拌器至容器底距离/3；挡板宽度/10；搅拌器潜液深度/3；挡板与容器内壁间距；容器内液体高度；搅拌器直径/3；搅拌器桨叶数量；搅拌器桨叶的螺距或1.4或2D层。非标准搅拌器和容器的几何参数关系条件下的功率准数校正总系数k按公式（7）计算 （7）式中 挡板校正系数，按表4选取表4 挡板校正系数/180.88/101.00/120.98/71.2螺旋桨叶的螺距校正系数（用于螺距为1.0，1.4，2.0以外的螺旋桨叶），用公式（8）计算 （8）本次设计的挡板宽度=/10=190mm，所以=1；螺旋桨叶螺距=1.0所以。所以校正总系数。3.5.3 计算结果按公式（5）计算搅拌器的搅拌功率。3.6 夹套结构初步63.6.1 夹套整体形式根据设计要求，搅拌容器采用夹套冷却。夹套的主要结构形式有：整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套等，其适用的温度和压力范围见表5。表5 各种夹套的适用温度和压力范围夹套形式最高温度/最高压力/Mpa整体夹套 U形圆筒形3503000.61.6型钢夹套2002.5蜂窝夹套 短管支承式折边锯体式2002502.54.0半圆管夹套3506.4仅从夹套内的压力和最高温度来考虑，表中所列的夹套形式都可以满足要求，但从方便制造节约成本来看，选用整体夹套较好。（至于是圆筒型还是U型，要在传热面积算出来后再决定）。冷却介质流过夹套时，其流动横截面积为夹套与筒体间的环面积，流道面积大、流速低、传热性能差。为提高传热效率，本次设计在筒体上焊接螺旋导流板，以减小流道截面积，增加冷却水流速。3.6.2 夹套尺寸（1）夹套内径夹套内径可根据筒体内径按表6来确定化工设备课程设计指导表6 夹套内径500600700190020003000+50+100+200由于=1900mm，故取夹套内径=2000mm（1900+100）。（2）夹套高度夹套高度由传热面积决定，一般不高于料液静止高度。（夹套高度指的夹套圆筒段的高度）暂时取。3.6.3 夹套内部结构夹套内的螺旋导流板，螺距，夹套与容器之间的环隙暂时取为（假设容器壁厚）。3.7 夹套传热面积的计算183.7.1 被搅拌液体侧的对流传热系数的计算（1）容器中被搅拌液体的传热系数可采用公式（9）计算 （9）式中 ，努塞尔数，表示被搅拌液体对有夹套容器内壁面的对流传热系数的特征数，无因次； ，普朗特数，表示流体物性对流传热的影响的特征数，无因次； 单位质量被搅拌液体消耗的功率，； 被搅拌液体的运动粘度，； b搅拌器桨叶的宽度。可以计算得到：搅拌器桨叶的宽度b，对于推进式搅拌器是一个变化的量，查图集：推进式搅拌器 ，对桨叶每隔0.1个桨叶长度处测量一次桨叶宽度得到，再取。（2）求值按公式（9）努塞尔数化简后为： =1187.971求得：w/(m2)=388.90 w/(m2)3.7.2 夹套内冷却水对流传热系数的计算（1）夹套中冷却水的对流传热系数可采用公式（10）计算 （10）式中 ，努塞尔数，表示夹套中水的对流传热系数的特征数，无因次； ，雷诺数，表示夹套中水的流动状态对对流传热的影响，无因次； ，普朗特数，表示水的物性对对流传热的影响，无因次； 水的流道的当量直径，m； 夹套的平均直径，m。冷却水进口温度=20，出口温度=30，冷却水的定性温度=25，在此温度下冷却水的物性参数如下：化工原理比热容 J/(kg)，导热系数 W/(m)，密度 kg/m3，粘度 PaS。冷却水需要出移的热量，所以需要冷却水的质量流量可用公式（11）计算 （11） kg/s=2.534kg/S夹套中水的流速按公式（12）计算 （m/s） （12）所以 夹套中水的流道（螺旋导流板间隙）的当量直径可按公式（13）计