连续搅拌磨的设计

1、合 肥 学 院Hefei University粉体工程课程设计任务书 题 目： 高岭土粉碎时连续搅拌磨的设计 学 号： 1103012022 姓 名： 张子龙 专 业： 粉体材料科学与工程 系 别： 化工系 指导老师： 谢劲松 目 录第一章 概述1、 高岭土的性质和市场2、 高岭土的提纯3、 搅拌磨的介绍第二章 连续搅拌磨的设计与分析1、 连续搅拌磨原理第三章 机械部件材料及参数的选择和确定1、 罐体的尺寸确定及结构选型2、 内筒体及夹套的壁厚计算 3、 人孔选型及开孔补强设计第四章 传动装置的选型1、 减速机选型2、 连轴机选型第五章 电机的选定1、 电机功率的计算2、 电机的确定附件：机械

2、图第一章 概述1、高岭土的性质和市场高岭土中文别名:阁土粉 瓷土 白土 观音土 膨土岩 斑脱石 甘土 皂土 陶土 白泥英文名称:kaolinCAS:1332-58-7;52624-41-6分子式:Al203·2Si02·2H20理论化学成分：AL2O3 39.5% SiO2 46.54% H2O 13.96%分子量:258密度：2.6g/cm3物化性质：有珍珠光泽，颜色纯白或淡灰，如含杂质较多时则呈黄、褐等色。大部分是致密状态或松散的土块状。容易分散于水或其他液体中，有滑腻感，泥土味。密度254-260 g/cm3。熔点约1785。具有可塑性，湿土能塑成各种形状而不致破碎，

3、并能长期保持不变。质纯的高岭土具有白度高、质软、易分散悬浮于水中、良好的可塑性和高的粘结性、优良的电绝缘性能；具有良好的抗酸溶性、很低的阳离子交换量、较好的耐火性等理化性质。因此高岭土已成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业所必需的矿物原料。 高岭土在造纸工业的应用十分广泛。主要有两个领域，一个是在造纸（或称抄纸）过程中使用的填料，另一个是在表面涂布过程中使用的颜料。目前我国高岭土矿点有700多处，对200处矿点探明储量为30亿吨，矿点较为分散。其中煤系高岭土16.7亿吨，主要分布在中国北方的东北、西北的石炭一二叠纪煤系中，以煤层中夹矸、顶底板或单独矿层形式存在。中国是产煤大

4、国，基本上大型煤矿都伴生有煤系高岭土，因而煤系高岭土储量十分丰富。非煤系高岭土1996年探明工业储量14.32亿吨。与其它非金属资源相比，高岭土不属于中国的优势资源，如按人均算则更为短缺。而且中国高岭土资源的分布比较分散，品位不高，大多数为煤系高岭土（国外很少），需要经过煅烧或改性，用于造纸涂布有天然的局限性。而且煤系高岭土由于属于煤的伴生矿，难以大规模开采利用。在中国，非煤系高岭土与煤系高岭土储量相当，但绝大多数为管状高岭土，粘度大，不能用于造纸涂布。据所了解资料，只有广东、广西、安徽、河北沙河的高岭土资源可以开发用于造纸涂料，因此资源十分宝贵。河北沙河在90年代中后期曾在国内造纸涂料市场与

5、茂名高岭土有过激烈竞争，但已经由于资源不足，逐渐萎缩。最近几年，现代科学技术飞速发展，高岭土的应用领域更加广泛。全球高岭土总产量约为4000万吨（该数据属于简单的国与国产量的相加，其中没有统计原矿的贸易量，包含较多的重复计算），其中精制土约为2350万吨。造纸工业是精制高岭土最大的消费部门，约占高岭土总消费量的60%。据加拿大Temanex咨询公司提供的数据，2000年全球纸和纸 板总产量约为31900万吨，全球造纸涂料用高岭土总用量为约1360万吨。对于一般文化纸，填料量占纸重量的10-20%。对于涂布纸和纸板（主要包括轻量涂布纸、铜版纸和涂布纸板），除了需要填料外，还需要颜料，填、颜料用的

6、高岭土所占比重为纸重的20-35%。高岭土应用于造纸，能够给予纸张良好的覆盖性能和良好的涂布光泽性能，还能增加纸张的白度、不透明度，光滑度及印刷适性，极大改善纸张的质量。2、 高岭土的提纯 目前，高岭土提纯有以下几种选矿方法 1、浮选：选择性絮凝；载体浮选；双液层浮选。 2、磁选 3、化学提纯及漂白：酸浸原理；氧化漂白；还原漂白。 （1）浮选法脱除高岭土中的铁、钛，主要是根据铁、钛矿物与高岭土表面性质的差异。饭高岭土中铁、钛矿物通常以极细的颗粒状态嵌布在高岭土中，采用单一的常规浮选难以达到较显著的效果。因此人们在浮选法的基础上开发出了载体浮选、选择性凝聚、双叶浮选等新型浮选方法。载体浮选是利用

7、一般浮选粒子的矿粒做载体，使目的矿物细粒罩盖在载体上上浮。载体浮选最早应用于1961年Englehard公司从高岭土中除去锐钛矿，可使TIO2含量降到0.8%一下。用方解石作载体浮选高岭土中的锐钛矿等杂物；国内还有人用石灰石作载体吸附高岭土中的Fe2O3。其中，方解石是应用最广泛的载体矿物，可浮性好，易以泡沫形式除掉。双叶浮选法利用锐钛矿、电气石等着色物质亲油能进入脂肪酸、苯、四氯化碳等有机液体内的特点而与分散在水中的高岭土悬浮法分离。将高岭土矿调成一定浓度的水溶液矿浆，加入pH调整剂至所需的pH，搅拌一定时间后加入捕收剂，继续调浆一定时间后，加入有机溶液，在充分搅拌合适的时间，静置分层、分离

8、，得到有机相产品（Fe2O3）和水相产品（高岭土）。此法除铁效果不错，尤其再加入某种添加剂后除铁效果更佳，能使小于2m脚高岭土中Fe2O3的脱出率和高岭土精矿产品的回收率达到理想的效果。同时，此法还能使有机溶剂回收再生，循环使用效果更佳。浮选法除铁、钛的主要缺点在于高岭土颗粒表面吸附的剩余药剂量多，脱水困难，整个工艺复杂。媒系高岭土含有有机碳，且与矿物共生紧密，可以推测其直接浮选的分离难度较软质高岭土更大。（2） 磁选法：高岭土中含有铁、钛矿物大多呈弱碱性微细颗粒的形态存在，按常规的磁选法除铁、钛效果不佳，因此国内外大多采用高梯度磁选机除去高岭土中的磁性物，一般磁场强度在1.52.0T之间。高

9、强度强磁场磁选法有两大特点：一是具有能产生高强度磁场的聚磁介质（一般为钢毛），二是有先进的螺丝管结构。在较高的磁场强度下，不锈钢导磁介质表面产生很高的磁场梯度，能分离微米级顺磁性物料，高梯度磁分离技术对于脱除有用矿物中弱磁性微细颗粒甚至胶体颗粒十分有效。高梯度磁选的优点是工序简单；节省药剂，避免了环境的污染和化学试剂对产品质量的影响，采用周期工作式分选机时无运动部件，处理量大，自动化程度高；缺点是除去杂物的效果与这些杂物磁性的强弱有关，对强磁性杂质效果较好，对磁性较弱的杂质，一般效果不明显。磁选后的高岭土如果百度指标仍达不到优质高岭土的要求，一般再采用化学漂白方法。（3） 化学法所谓化学法除铁

10、就是用化学药剂选择性溶解物料中含铁矿物，然后将其去除的方法。最常用的化学处理方法是酸处理法和氧化还原法。酸溶法：酸溶法就是用酸溶液（盐酸、硫酸、草酸等）处理高岭土，使其中不溶化合物转变为可溶化合物，而与高岭土分离。酸溶漂白的高岭土表面的赤铁矿易溶于盐酸而被除去，含钛矿物的高岭土很难用此法除去杂物而提高白度。增大酸的浓度，提高浸出的温度，就可以相对提高铁的去除率，但提高浸出温度，提高脱铁率是以晶格受损为代价的。在酸浸溶铁的同时，高岭土中的有用成分也同时被溶出，从而破坏了晶格，降低了高岭土的品位。最近国外高岭土的酸溶法漂白研究有新的进展，如在高岭土中加入氯化铵，经加热使其与高岭土中铁反应，冷却后，

11、用稀HCL浸出生成物，即可漂白。氧化漂白法：在酸浸时加入氧化剂可使高岭土中的有机质黄铁矿被氧化。氧化法也叫过氧漂白，是把高岭土中不溶于酸的铁矿物（如FeS2）氧化成可溶性的铁盐、亚铁盐而除去，同时氧化有机质，使其变成易被洗去的无色氧化物，常用的氧化剂为双氧水、过氧化钠和次氯酸钠等。在较强的酸性介质中F2+是稳定的，但在碱性介质中可转化为难溶的Fe3+。而且，次氯酸钠在弱碱性（pH值56）条件下其活性最大，氧化能力最强，因此氧化漂白应控制在若酸性介质下进行。在氧化漂白过程中，为了降低无效分解和促使反应在低温下进行，常常需要添加漂白稳定剂（常用的漂白稳定剂有螯合剂EDTA、DTPA、NTA和氢氧化

12、钠、碱金属氢氧化物等）和漂白活化剂（常用活化剂一般是酞基化合物）。还原漂白法：高岭土的还原漂白法是使高岭土中的Fe3+还原成Fe2+，削弱铁的显色能力。对高岭土矿物进行还原漂白时最常用的是连二亚硫酸钠，又称低亚硫酸钠，工业上又称保险粉，分子式为Na2S2O4。它是一种强还原剂，碘、碘化钾、过氧化氢、亚硝酸等都能被它还原。粘土类矿物中存在的三价铁可被还原为二价铁，由于二价铁易溶于水，经过滤洗涤即可除去。影响还原反应过程的因素很多，但主要是矿浆酸度、温度、药剂用量和反应时间、加入添加剂等。具体流程是先在搅拌槽中用硫酸调整pH值到34，然后加入漂白反应罐内，加入还原剂连二亚硫酸钠、硫代硫酸钠或亚硫酸

13、锌，使高岭土中的三价铁还原为二价铁并溶于矿浆内，然后用清水洗涤使之与高岭土分离。还原的主要反应式为; Fe2O3+Na2S2O4+3H2SO4Na2SO4+Fe2SO4+H2O+SO2影响还原反应的条件主要有矿浆浓度、分散剂用量、保险粉的用量、pH值、反应温度。和氧化反应一样，还原反应也需要使用添加剂来调节反应需要的最佳条件，所使用的添加剂主要有分散剂、缓冲剂、螯合剂等。3、 搅拌磨的介绍搅拌磨是一种带研磨介质的磨机，通常被称为搅拌式研磨机。其搅拌轴带动研磨介质搅动，使得研磨介质处于内部多孔类型无规则的状态，也称动力学多孔性。它与普通球磨机在粉磨机理上的不同点是：搅拌磨的输入功率直接高速推动研

14、磨介质来达到磨细物料的目的。搅拌磨内置搅拌机，搅拌机的高速回转使研磨介质和物料在整个筒体内不规则地翻转，产生不规则运动，使研磨介质和物料之间产生相互撞击和摩擦的双重作用，使物料被磨得很细并得到均匀分散的良好效果。搅拌磨的种类很多，按搅拌器的结构形式可分为盘式、棒式、环式和螺旋式搅拌磨；按工作方式可分为间歇式、连续式和循环式搅拌磨；按工作环境可分为干式和湿式搅拌磨（一般以湿法搅拌为多）；按安放形式可分为立式或卧式搅拌磨；按紧密形式又可分为敞开式和密闭式搅拌磨等。搅拌器的结构有多种形式，除了叶片式外，还有偏心环式、销棒式。前者偏心环沿轴向布置成螺旋形，以推动研磨介质运动并防止其挤向一端；后者搅拌轴

15、上的销棒与筒内壁上的销棒相对交错设置，将筒体分成若干个环区，增大了研磨介质相互冲击和回弹冲击力，从而提高粉磨效率。其结构示意图如下：在这种状态下，磨介和颗粒之间产生碰撞和剪切，以及不规则的运动，从而把颗粒打碎。 搅拌研磨设备的工作原理在这种状态下，磨介和颗粒之间产生碰撞和剪切，以及不规则的运动，从而把颗粒打碎。当然由图可知，对于磨介球的尺寸的选择也是非常重要的。 撞击力和切向剪力将物料击碎达到细化的目的 第二章 连续搅拌磨的设计与分析1. 连续搅拌磨原理 连续式搅拌磨机的筒体高径比较大，筒体上、下均装有格筛，产品的最终细度是通过调节进料流量控制物料在筒体内的“滞留时间”来保证，在系统中也可加湿

16、式微细分级设备来控制产品细度。通常搅拌装置由作为原动机的马达(电动、风动或液压)，减速机与其输出轴相连的搅拌抽，和安装在搅拌轴上的叶轮组成减速机体通过一个支架或底板与搅拌容器相连。当容器内部有压力时，搅拌轴穿过底板进入容器时应有一个密封装置，常用填料密封或机械密封。通常马达与密封均外购，研究的重点是叶轮。叶轮的搅拌作用表现为“泵送”和涡流”，即产生流体速度和流体剪切，前者导至全容器中的回流，介质易位，防止固体的沉淀并产生对换热热管束 (如果有)的冲刷；剪切是一种大回流中的微混合，可以打碎气泡或不可溶的液滴，造成“均匀”。 第三章. 机械部件材料及参数的选择和确定1.罐体的尺寸确定及结构选型（1

17、） 筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头（2） 确定内筒体和封头的直径发酵罐类设备长径比取值范围是1.72.5，综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，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）。初算筒体直径即圆整到公称直径系列，去。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度，（3） 确定内筒体高度H当时，查化工设备机械基础表16-6得封头的容积，取核算与，该值处于之间，故合理。该值接近，故也是合理的。（4） 选取夹套直径表1 夹套直径与内通体直径的关系内筒径夹套由表1，取。夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径2.内筒体及夹套的壁

18、厚计算（1） 选择材料，确定设计压力按照钢制压力容器（）规定，决定选用高合金钢板，该板材在一下的许用应力由过程设备设计附表查取，常温屈服极限。计算夹套内压介质密度液柱静压力最高压力设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，按内压则取，按外压则取（3） 夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择热轧钢板，其夹套筒体计算壁厚夹套采用双面焊，局部探伤检查，查过程设备设计表4-3得则查过程设备设计表4-2取钢板厚度负偏差，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量，对于碳钢取腐蚀裕量，故内筒体厚度附加量，夹套厚度附加量。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度。夹套封头计算壁厚为取厚度附加

19、量，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。（4） 内筒体壁厚计算按承受内压计算焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：按承受外压计算设内筒体名义厚度，则，内筒体外径。内筒体计算长度。则，由过程设备设计图4-6查得，图4-9查得，此时许用外压为：不满足强度要求，再假设，则，内筒体计算长度则，查过程设备设计图4-6得,图4-9得，此时许用外压为：故取内筒体壁厚可以满足强度要求。（5） 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。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。由过程设备设计表4-5查得标准椭圆形封头的形状系数，则椭圆形封头的当量球壳内径，计

20、算系数A查过程设备设计图4-9得故封头壁厚取可以满足稳定性要求。3.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：人孔PN2.5,DN450,HG/T 21518-2005,尺寸如下表所示: 密封面形式公称压力PN（MP）公称直径DN突面（RF）螺柱螺母螺柱总质量（）数量直径长度开孔补强设计最大的开孔为人孔，筒节，厚度附加量，补强计算如下：开孔直径 圆形封头因开孔削弱所需补强面积为：人孔材料亦为不锈钢0Cr18Ni9，所以所以有效补强区尺寸：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：故可见仅就大于,故不需另行补强。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不强。 第四章.传送装置选型第1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，电机功率为,查长城搅拌表3.5-3选择减速机型号为减速机主要参数及尺寸如下表：第2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GT型刚性联轴器联轴器主要尺寸为：轴径8022018