J-350A真空乳化机传动系统和搅拌系统设计
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开题报告 ZRJ-350A真空乳化机传动系统和搅拌系统设计ZRJ-350A真空乳化机传动系统和搅拌系统设计1 综述1.1 概述人们进行混合操作时,首先想到的是传统的搅拌方法，它既简单又直观，但搅拌的效率往往不是很高，不能很好的充分混合，分散技术则不然，它能将液相或固相破碎成极小的颗粒，然后分散到连续的液相介质中去，形成均匀而稳定的混合体，它导入介质的能量是搅拌的1000倍，因此往往只需几分钟,甚至几秒钟。而能实现这一高速搅拌方法的机器就是乳化机。乳化机是搅拌机的另一形态，它将水和油的一方分散到另一方中。而均质乳化过程是依靠搅拌装置的机械作用所产生的剪切力，将分散相撕碎成微小颗粒而分散在连续相中，形成乳状均化物。因此，不同的均质搅拌装置制得的乳状液其分散相的粒度差别很大，而延长搅拌时间也不能提高分散效果。粒度的大小影响着乳体的内在质量。好的均质搅拌装置主要应满足乳化力强，分散性能好。粒度直径一般要小于2微米。乳化机的用途十分广泛，适用于化妆品、生物制药、霜类产品、石油化工、涂料以及一些精细化工的生产，尤其对基质粘度大，固料含量比较高的物料乳化配制更显功效。11.2 ZRJ-350A真空乳化机传动和搅拌系统设计的目的真空乳化机是食品、药品、化妆品等生产过程中的专用设备，而我国现今的乳化设备在设计和机械性能方面还有一些缺陷，所以该课题目的在于通过设计新颖的搅拌系统和传动系统，提高真空乳化机的乳化效果并能在卫生要求方面顺利通过国家的GMP认证。1.3 ZRJ系列真空乳化机的结构和特点ZRJ系列真空乳化机是引进消化日本乳化机技术研制的较为先进的产品，具有整体性强，测试功能全、操作方便、乳化效果好等特点、被轻工部列为替代进口产品。如图1.1，图1.2，图1.3所示，表1.1是ZRJ真空乳化机在各个工作容积下的主要技术参数。1.挡流板2.刮板3.框式搅拌桨4.均质器5.乳化锅6.乳化锅夹套7.保温材料8.中间（固定）搅拌桨9.温度传感器图1.1 ZRJ系列真空乳化均质锅内部结构表1.1 主要技术参数型式全容量乳化马达搅拌马达外型尺寸H.P.R.P.MH.P.R.P.M长宽高全高BX-ZRJ1002300-3600119-75180080020002650BX-ZRJ1503500-3600119-75190080021002900BX-ZRJ2003500-3600219-75200095022003100BX-ZRJ3005500-3600319-752200105024003400BX-ZRJ5005500-3600319-752500110026003600BX-ZRJ6507.5500-3600519-752750120029503950BX-ZRJ8007.5500-36007.519-752950140030504150BX-ZRJ100010500-36007.519-753100152031004250图1.2 ZRJ350真空乳化机全图图1.3 真空混合乳化机其工作原理：物料在水锅、油锅内通过加热、搅拌溶解后，采用抽真空的方式吸入乳化锅内，再经过乳化锅内的刮壁搅拌浆叶混合搅拌后，再被吸入高速旋转的均质器后，经过高速旋转的切割轮与固定的切割套之间所产生的强力的剪断、冲击、乱流等过程，物料在剪切缝中被迅速切割破碎成微粒，由于乳化锅内处于真空状态，物料在搅拌过程中产生的气泡会被及时的抽走。其特点：料锅盖为自动升降式，乳化锅锅体是翻转可倾式，便于清洗，并可通过电热管对锅夹层内的导热介质进行加热来实现对物料的加温，加热温度任意设定，自动控制。在夹层内接入冷却水即可对物料进行冷却，操作简单、方便，夹层外设有保温层。均质器与桨叶搅拌可分开使用，也可同时使用。而锅内刮板搅拌器的作用就是将罐壁上的物料不断刮下，使全部物料能进行均衡而充分的热交换，防止过热或过冷，从而保证产品受到均匀的搅拌和混合。乳化设备对乳化有很大影响，其中之一是搅拌速度对乳化的影响。搅拌速度适中是为使油相与水相充分的混合，搅拌速度过低，显然达不到充分混合的目的，但搅拌速度过高，会将气泡带入体系，使之成为三相体系，而使乳状液不稳定。因此在设计过程中要注意转速的控制和密封条件的保持。121.4 ZRJ-350A真空乳化机均质锅的搅拌系统的特点基于乳化机生产的产品大多是给人们直接食用或者外敷的，因此对其卫生状况要求很高，一般都要通过GMP认证，GMP是英文good manufacturing practice 的缩写，中文的意思是良好作业规范，或是优良制造标准，是一种特别注重制造过程中产品质量与卫生安全的自主性管理制度。它是一套适用于制药、食品等行业的强制性标准，要求企业从原料、人员、设施设备、生产过程、装运输、质量控制等方面按国家有关法规达到卫生质量要求，形成一套可操作的作业规范帮助企业改善企业卫生环境，及时发现生产过程中存在的问题，加以改善。16我所设计的乳化机中的搅拌轴是采用单向转动搅拌，利用蜗杆蜗轮传动的转动轴，其带动搅拌叶轮使其产生单个方向的搅拌转动（中间搅拌转动轴为两层），这样搅拌虽然没有采用双向转动搅拌来的充分均匀混合，即利用圆锥齿轮传动三层套的二、三层的转动轴（中间轴为均质器的转动传动轴），并带动搅拌叶轮使其产生相反两个方向的搅拌转动。但是采用单向转动搅拌比双向的结构要简单且紧凑，尤其是中心转动轴部分，夹层为两层，这减少了泄漏的几率，所以不易污染产品的生产。1.5 乳化机的发展现状1.5.1 乳化机的分类均质乳化机是现代国际上普遍采用的一种在真空状态下无菌制造乳、膏状均相产品的设备，通常被广泛应用在化妆品、医药、食品、化工等行业。如食品工业的番茄酱、花生酱、调味剂、婴儿食品等；化妆品行业的雪花膏、美容霜等；医药工业的油膏、软膏、乳剂、洗剂、栓剂等；化学工业的某些涂料、染色剂等。目前乳化机的类型按工作原理来分主要有三种：乳化搅拌机、胶体磨和均质器。乳化机的类型及结构、性能等与乳状液微粒的大小（分散性）及乳状液的质量（稳定性）有很大的关系。一般如现在还在化妆品厂广泛使用的搅拌式乳化机，所制得的乳状液其分散性差。微粒大且粗糙，稳定性也较差，也较易产生污染。胶体磨和均质器是比较好的乳化设备。近年来乳化机械有很大进步。除了以上的分类，按乳化燃料来分有重油乳化机、煤焦油乳化机、柴油乳化机，按工作方式来分有高剪切乳化机、多功能混合乳化机等，按用途来分有沥青乳化机、果汁饮料乳化机、涂料油墨乳化机、油脂化乳化机等。如图1.4所示。1 （a）高剪切混合乳化机 （b）VME-10C真空均质乳化机 （c）SVME-C型三重四功能真空均质乳化机 （d）VME-80C型真空均质乳化机图1.4 各类乳化机1.5.2 国外乳化机的发展要制造优质稳定的乳状体产品，除选用合格的原料，适当的配方，合理的饿工艺技术路线外，设备的先进性就成为关键因素。均质乳化机的技术关键是其罐内三种不同类型的均质搅拌装置。目前在世界上通行的乳化机代表基本上分为三大派系，即美国ROSS公司，日本TK公司及德国IKA公司。国内虽然已有仿制进口的均质乳化机，但某些性能上仍有一定差距。 美国ROSS公司是由美国查理斯罗斯父子于1841年创建，是专业性混合设备制造公司，以生产混合器、混合机和研磨机而闻名于世。ROSS公司的乳化机具有分散、混合、乳化、剪切、均质的功能，其特点是中心吸料径向喷射式，以湍流混合为主体，液体的翻动剧烈，分散、混合、乳化作用明显，用户代表有扬州肤美灵。 日本TK公司，其公司正式名称叫特殊机化工业株式会社，创立于1927年（大阪福鸟区）。其乳化机的特点是轴流式剪切乳化，主要考虑流体上下翻动，呈周期复合分散、乳化、均质、混合系统。其产品主要用于化妆品及医药行业，在中国的典型应用代表是北京资生堂。 德国IKA公司，具有上百年历史的德国IKA公司在全球有很多分公司，中国广州的IKA公司就是其中之一。IKA产品主要在实验室分析设备方面有着独到的一面，产品注重以分散为主体的功能，因而，在需要进行剪切的工况下，就明显的力不从心，另外在大型工业设备方面不具有优势，其用户代表有深圳小护士。131.5.3 国内乳化机的发展1988年，第一台高剪切乳化机在中国试制成功（原国营启东长江厂）。2000年，第一台高剪切乳化机在纳米碳酸钙的合成中成功应用（内蒙蒙西高新技术）。2001年，第一台高剪切乳化机应用于沥青 （上海威宇和长安大学合作）。2002年，中国最大的200KW乳化机应用成功（克拉玛依炼油厂）。2004年，中国最快的生产用管线式乳化机（泵）以8000rpm的高转速在威宇公司研制成功（北京某研究所）。1.5.4 乳化机的发展趋势产品趋向高档，乳化设备外形结构紧凑、精巧，尤其是智能控制技术的成功运用，使得乳化设备的技术水平得到了进一步的提升。环保型的乳化设备产品的开发成为企业重要的一项工作。节能技术和机电一体化技术的应用已到了必须直面的时候。采用人机工程学设计，提高操作的智能化，减少噪声和振动，注重外观造型设计的要求更高。例如生产食品的乳化机，通常，用于乳壮物均质乳化的乳化机压力是150kg/cm左右，若压力是200-300 kg/cm，在食品方面则可以满足任何要求。但近来由于肠胃营养剂等乳化安定，微粒化能促进体内吸收，要求的压力更高，这样就需要高压乳化机，高压乳化机主要用于延长保存时间，改善口感，食感，保持风味，抑制氧化，稳定香和色，减少添加剂，高附加值的材料和商品的个性化。现在一些混合设备还根据混合专家的经验和常识，将搅拌混合设备与自动控制技术相结合，在混合设备选型和设计中运用人工智能技术（AI）和基于知识的系统（KBS），即实现了混合设备选型和设计的智能化。122 方案论证2.1总体方案的拟订2.1.1 两套总体方案的介绍在对本课题的调研极其研究后，了解了真空乳化机的工作原理和一些技术要求，于是确定了两套总体方案。方案一：传动系统设计采用蜗轮蜗杆传动，搅拌系统设计采用单向转动搅拌。方案二：传动系统设计采用圆锥齿轮传动，搅拌系统设计采用双向转动搅拌。2.1.2 两套总体方案的比较第一套方案中传动系统设计采用蜗轮蜗杆传动，这样就能带动搅拌的叶轮，使其能够进行单个方向的搅拌转动，这样就可以使中间搅拌转动轴只有两层，这种方案可以使乳化机的内部结构较为紧凑。第二套方案中的传动系统设计采用圆锥齿轮传动，这样可以带动搅拌叶轮进行双向的搅拌转动，为了达到这样的效果，中间的转动轴就要有三层，这种方案由于可以进行相反两个方向的搅拌转动，可以使物料充分得到均匀混合。2.1.3 总体方案的最终确定 通过对两套方案的比较，最终我决定采用第一套方案。因为第一套方案在结构上较为紧凑，尤其是中心转动轴部分夹层只有两层，这样一来可以明显减少润滑油泄露的几率，虽然单向搅拌没有双向搅拌来得能使物料得到很充分的混合，但由于真空乳化机生产的大多是食品，药物等供人们食用的产品，所以很忌讳其产品受到污染。2.2设计任务本课题来自于上海贝思特包装机械有限公司。乳化机主要就是为了搅拌混合所加的物料，使物料能够得到充分均匀的混合，因此这次我所要设计的内容就是ZRJ-350A真空乳化机的搅拌系统和传动系统。2.2.1主要工作内容a) 调研并写出开题报告。自己通过各种渠道查找与本课题相关的资料文献，仔细研读后，了解并熟悉掌握相关的知识和内容。在知道设计任务后开始构思设计过程，并着手撰写开题报告。b) 传动系统和搅拌系统设计（0号图）。设计并绘制合理的传动系统和搅拌系统的原理图。c) 电动机的选择、运动参数和动力参数计算。根据刮板桨转速和均质器转速选择适当功率的电机，计算并记录运动参数和动力参数。d) 轴系的结构设计。根据传动特点，设计转动轴的机械结构，并根据搅拌轴及其叶轮所受到的力计算最大扭矩和最大弯矩，校核所设计的轴系结构的强度，以达到适当的结构。e) 传动零件的设计计算。由搅拌轮单向转动搅拌，采用蜗轮蜗杆传动，计算蜗轮蜗杆的传动比，并计算和校核蜗轮蜗杆的强度。f) 轴承类型的选择和寿命计算。根据传动轴的机械结构选择合理的轴承，并选择合理的密封和润滑措施，并计算校核其强度。g) 其它零件的强度校核。根据均质锅的密封真空效果，采用合理的密封配件，并计算校核其强度；根据所选轴承选择合理的轴承支承结构，并计算校核其强度。h) 撰写论文和答辩。由所设计的各参数和机构图撰写论文，并做到熟悉掌握每一个部件的设计过程及原理，充分做好答辩的准备。2.3主要技术指标a) 工作容积：350Lb) 刮板浆转速：(1060)r/min，无级调速，功率0.92KWc) 均质器转速：(5002900) r/min，无级调速，功率4.62KWd) 使用年限：5年2.4进度计划a) 调研、查阅文献资料（1-4周）b) 方案设计及比较、确定方案，运动和动力参数计算（5-6周）c) 传动系统设计和零件强度计算、校核（7-11周）d) 搅拌系统设计和零件强度计算、校核（12-16周）e) 整理资料，撰写论文（17周）f) 答辩（18周）参考文献1 班省华.国外均质乳化机搅拌系统的技术特征分析J.甘肃轻纺科技，1996，04：10.2 裘炳毅.乳化作用及其在化妆品工业的应用(五) 各种乳化剂体系和乳化工艺技术(续1)J.日用化学工业，2000，30(1)：23-26.3 沈志昌. 高剪切混合乳化机J. 化工机械，2000，18(6)：359.4 胡长鹰，王有伦. 高剪切均质机机理研究J. 化学装备技术，1997，01：56-61.5 V. Schroder, H. Schubert . Influence of emulsifier and pore size on membrane emulsification J. i
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