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白泥搅拌器的设计【含8张CAD图纸】,含8张CAD图纸,搅拌器,设计,CAD,图纸
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毕业设计（论文） 题 目 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号学 生指 导 教 师答 辩 日 期毕业设计（论文）评语姓名： 学号： 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业设计（论文）题目：白泥搅拌器的设计 工作起止日期：_2013_年_9 月_10_ 日起_2013_年_12_ 月_20_日止指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见：_指导教师签字： 指导教师职称： 评阅人评阅意见：_ _评阅教师签字：_ 评阅教师职称：_答辩委员会评语：_根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：学生 毕业设计（论文）答辩成绩评定为： 对毕业设计（论文）的特殊评语：_答辩委员会主任（签字）： 职称：_答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员（签字）：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _年 月 日毕业设计（论文）任务书 姓 名： 院 （系）：机电与汽车工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 号：1095111 任务起至日期：2013 年 9 月 10 日 至 2013 年 12 月 20 日 毕业设计（论文）题目：白泥搅拌器的设计 进度安排：2013.9.102013.9.20：设计讲解、收集资料、撰写开题报告、文献综述2013.9.212013.11.5：平面图，剖视图、零件图设计2013.11.62013.12.5：图形绘制和设计说明书文本撰写2013.12.62013.12.15：整理汇总毕业设计考核资料并上交2013.12.172013.12.18：根据老师的批阅意见进行修改 2013.12.192013.12.20：准备参加毕业答辩 同组设计者及分工： 独自完成 指导教师签字_ 年 月 日 系（教研室）主任意见： 系（教研室）主任签字_ 年 月 日附录1搅拌设备在工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的生产都或多或少地应用着搅拌操作。化学工艺过程的种种化学变化，是以参加反应物质的充分混合为前提的。对于加热、冷却和液体萃取以气体吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到很好的效果。搅拌设备在许多场合是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90%。其他如染料、医药、农药、油漆等行业，搅拌设备的使用亦很广泛。有色冶金部门对全国有色冶金行业中的搅拌设备做了调查及功率测定，结果是许多湿法车间的动力消耗50%以上是用在搅拌作业上。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（如温度、浓度、停留时间等）的可控范围较广。能适应多样化的生产。搅拌设备的作用如下：1）使物料混合均匀；2）使气体在液相中很好地分散；3）使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮；4）使不相溶的另一液相均匀悬浮后充分乳化；5）强化相同的传质（如吸收等）；6）强化传热。对于均相反应，主要是1）、6）两点。混合的快慢、均匀程度和传热情况好坏，都会影响反应结果。至于非均相系统，则还影响到相界面的大小和相间的传质速度，情况就更复杂。所以搅拌情况的改变，常常很敏感地影响到产品的质量和产量，生产中的这种例子非常普遍。在溶液聚合和本体聚合的液相反应装置中，搅拌的主要作用是：促进釜内物料流动。使反应器内物料均匀分布，增大传质和传热系数。在聚合反应过程中，往往随着转化率的增加，聚合液的黏度也增加。如果搅拌情况不好，就会造成传热系数下降或局部过热，物料和催化剂分散不均匀，影响聚合产品的质量，也容易导致聚合物粘壁，使聚合反应操作不能很好地进行下去。在互不相溶的液体之间或液体与固体之间相互作用时，搅拌在加速反应的进行方面起着非常重要的作用。因为增加一物相混入另一物相的速度，接触面就会增大，物质就以较大速度相互作用。在某些情况下，搅拌是在反应过程中创造良好条件的一个重要因素。例如，使传热作用加强，减少局部过热，以及加热过程中物质焦化等。如高压聚乙烯生产中，由于搅拌的作用，使物质在反应器内有一定的停留时间，更重要的是使催化剂在器内分布均匀，以防止局部猛烈的聚合作用而造成爆炸。因此搅拌设备在工业生产中起着非常重要的作用。搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮物、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，苯胺染料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。在石油工业中因为大量应用催化剂、添加剂，所以对搅拌设备的需要量很大。由于物料操作条件的复杂性、多样性，对搅拌设备的要求也复杂化了。如化工行业用到的硅铝反应器、打浆罐、钡化反应器、硫磷反应釜、烃化反应釜、白泥搅拌槽等都是装有各种不同型式搅拌器的搅拌设备。在造纸行业中，搅拌设备应用及其广泛，在制浆，碱回收等工艺过程都用到搅拌设备。搅拌设备使用历史悠久，应用广泛但对搅拌操作的科学研究却很不够。搅拌操作看来似乎简单，但实际上，他所涉及的因素却极为复杂。对于搅拌器型式的选择。从工艺的观点以及力学观点来说，迄今都研究得不够。随着社会的进步，科学技术的发展，对于搅拌设备的改进和新型的设计会有很大的提高。在近几年来设备有大型化的发展趋势，也要求搅拌设备大型化。如国外聚合釜的容积已由最初的840m扩大到60100m,最大的已达到200m。采用大型聚合釜可大大减少操作和检修人员，有利于自动化，减少投资，提高生产率，稳定产品质量。随着容积的大型化，釜型逐渐由细长型向矮胖型发展，而且采用底部搅拌的方式越来越多。多用三叶后掠式搅拌器，三叶后掠式搅拌器是目前大型聚合釜采用的一种较好搅拌器。因排出量大，釜内液相循环充分，每分钟可达510次，能促釜内反应均匀一致。另外，经实践证明此桨叶必须配合挡板使用，以提高剪切力功能，才能更好地发挥作用。搅拌也可以在管路中进行，采用在管路中安装装置的办法对气液系和液液系进行混合。例如采用喷射泵对水及醋酸丁酯进行混合。在石油精制中，也采用使液体设置在管路中的锐孔板或挡板，以便使两种液体进行接触。还有在管路中放入搅拌器的，即所谓管道搅拌。管道搅拌设备能连续输送一切流体，也能输送含有固体的流动化的半流体。此种搅拌型式，相当于搅拌设备的筒体部分，容积较小，液体在此停留时间极短的情况比较多。在其内部为了充分进行混合分散或传热等需要极强的搅拌，由于管道搅拌设备空间很小，装置小，可使搅拌力均匀作用，可减少过剩的搅拌，所以对整个液体减少了功率消耗。对于连续化、自动化。特别是对成本有严格要求的，要求特别小的形状和高性能时，使用管道搅拌设备是很有效的。正因为管道搅拌设备有这些优点，所以在石油精制、石油化工，化学纤维、食品等工业和水处理技术中广泛被用于液液混合、浓度调整、液液萃取、油脂乳化、液液稀释溶解、固液溶解、液液和气液反应等场合。- 6 -附录2Mixing equipment in the industrial production of a wide range of applications, especially in the chemical industry, many production are more or less application of mixing operation. A variety of chemical changes in chemical process, is fully mixed in the reaction material premise. For the heating, cooling and liquid extraction with gas absorption physical process,also often used for mixing operation in order to get good results. Mixing equipment is used as reactor application on many occasions. For example,in the three major synthetic materials production, mixing equipment as the reactor accounted for about 90% of the total number of reactor. Other such as dyestuff, medicine, pesticide, paint and other industries, the use of mixing equipment is also very widely. Nonferrous Metallurgy Department of mixing equipment nationwide in non-ferrous metal metallurgy industry to do an investigation and determination of the power, is the result of power consumption of many wet workshop more than 50% is used in mixing operation. The scope of application of mixing equipment is so widely, but also because of the operating conditions (such as temperature,concentration of mixing equipment, the residence time of the controllablerange). To adapt to the diversification of production.The following mixing equipment: 1) the raw materials are mixed evenly; 2)to make the gas well dispersed in the liquid phase; 3) the solid particles(such as catalyst) evenly suspended in liquid phase; 4) the other liquidimmiscible phase homogeneous suspension after fully emulsified; 5)strengthen the same mass transfer (such as absorption); 6) heat transfer enhancement. For the homogeneous reaction, mainly 1, 6) 2). Mixingspeed, uniformity and heat transfer is good or bad, will affect the reaction results. As for the heterogeneous system, it also affects the mass transfer velocity of phase interface and the size of the phase, the situation is more complex. So the mixing conditions change, often very sensitive to affect the product quality and yield, production is very common in this example. Insolution polymerization and bulk polymerization of liquid phase reactiondevice, the main role is: to promote the stirring reactor material flow. The material is uniformly distributed in the reactor, increasing the mass and heat transfer coefficient. In the polymerization process, often with increasing the conversion rate, polymerization liquid viscosity also increased. If the mixing situation is not good, it will cause the drop of the heat transfer coefficient or local overheating, materials and catalysts is unevenly distributed, quality effect of polymerization product, also easily lead to polymer sticking to the wall, so that the polymerization reactionoperation cannot go down well.The interaction between immiscible liquid or liquid and solid, mixing plays a very important role in accelerating reaction. Because the increase of onephase into another phase velocity, the contact surface will be increased,the material with wide speed interaction. In some cases, the mixing is an important factor to create good conditions in the reaction process. For example, the heat transfer effect is strengthening, reduce local overheating, the material and the heating process of coking. Such as high pressure polyethylene production, because the stirring effect, so that thematerial has a certain residence time in the reactor, it is more important that the catalyst are evenly distributed in the reactor, to prevent localviolent polymerization caused by explosion. Therefore, mixing equipmentplays a very important role in industrial production.The stirring device is used in the petrochemical industry productionmaterial mixing, dissolution, heat transfer, preparation of suspensionpolymerization, catalyst preparation, etc. For example, in the oil industry,crude oil and refined xenogeneic mixed adjustment, adding tetraethyl leadin gasoline by mixing additives and raw material or producthomogenization. Production of styrene in chemical production, aniline dyeand paint process, are equipped with various types of mixing equipment.In the oil industry because of the large number of application of catalyst,additive, so the demand for mixing equipment greatly. Because of the complexity of operating conditions, material diversity, the mixing equipment requirements are complex. Such as chemical industry used siliconaluminum reactor, beating tank reactor, barium, phosphorus reactor,alkylation reaction kettle, white mud stirred tanks are equipped withvarious types of mixing equipment. In the paper industry, and its wideapplication in mixing equipment, pulp, alkali recovery process are used inmixing equipment.Mixing equipment has a long history, wide application but for scientific research of mixing operation is not enough. Mixing operation appears to besimple, but in fact, he involved are extremely complex. The stirrer typeselection. From the point of view of process views and mechanics, so farinsufficient study. Along with the progress of the society, the development of science and technology, to improve the mixing equipment and newdesign will be greatly improved. The trend in recent years has a large scale equipment, also requires mixing equipment. As the volume of polymerization kettle abroad has expanded from the initial 840m to 60100m , maximum has reached 200m. The large polymerization kettle can greatly reduce the operating and maintenance personnel, isbeneficial to automation, reduce investment, increase productivity, stable product quality. With a large volume, kettle type gradually developed from elongated to squat type, and the bottom stirring way more and more use. Multipurpose trefoil sweepback agitator, trefoil sweepback agitator is a good mixer current large-scale polymerizer used. Because the discharge amount is large, circular phase reactor liquid full, up to 510 per minute, can promote the reaction kettle uniform. In addition, the practice has proved that this blade must be with the baffle plate, in order to improve the shear stress function, can play a better role.Mixing can also be in the pipeline, the device in the pipeline of gas liquidand liquid - liquid system.摘要搅拌器是在工业生产中应用非常广泛的一类通用设备，尤其是在工业中发挥着重要的作用。目前在工农业生产中应用的搅拌器种类和规格很多。本文设计了一种能适应于造纸厂碱回收车间苛化工段产生的白泥搅拌，所设计的搅拌器为立式，采用桨叶式搅拌器，桨叶式搅拌去具有以下特点：轴流性搅拌器，剪切力非常强。在设有挡板的条件下，可得到较好的上、下循环流。桨叶式搅拌器能够满足需要，提高质量，减少损耗，增加下一具有积极意义。关键词搅拌器；桨式搅拌器；白泥搅拌AbstractMixer is a kind of general equipment is widely used in the industrial production, especially plays an important role in the industry. Currently used in industrial and agricultural production types and specifications. This paper describes the design of a suitable for papermaking factory alkali recovery workshop section generated causticizing white mud mixer, mixerdesigned for vertical, the paddle mixer, stirring paddle to have the following characteristics: axial flow agitator, shear force is very strong. Thebaffle plate is provided under the condition, can get better, circulation flow.Blade type stirrer can meet the needs, improve quality, reduce loss,increase has positive significance to the next.Keywordsagitator ; agitator ; white mud agitato 目 录摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1 选题的目的、背景及意义11.1.1背景11.1.2目的11.1.3意义11.1.4研究设想21.2 碱回收概述及搅拌设备在碱回收中的应用21.3 搅拌设备在工业生产中的应用41.4 搅拌装置的安装型式61.5本章小结7第2章 总体方案设计82.1本章小结9第3章 罐的结构形式和尺寸103.1 化工容器设计规范简介103.2 材料的选择103.3 罐体的长径比和装料量113.4 装料系数113.5 初步计算筒体直径113.5.1 确定筒体高度123.6 罐体的设计123.6.1 筒壁的厚度123.6.2 筒壁的应力校核133.7 封头的设计133.7.1.碟形封头的壁厚设计133.7.2 碟形封头的许用应力校核143.8 本章小结14第4章 减速机的选择154.1 减速器的选择154.本章小结15第5章 搅拌装置的设计165.1 材料的选择165.2 桨叶的尺寸确定165.3 搅拌器的设计165.4 搅拌器层数的确定175.5 搅拌器的强度校核185.5.1 叶轮强度的计算功率185.5.2 桨叶的强度计算185.6本章小结19第6章 搅拌轴设计206.1 选择轴的材料206.2 轴的具体尺寸及结构确定206.2.1 搅拌轴的载荷分析206.3 轴的强度计算216.4 最小轴径确定236.5 搅拌轴的刚度校核246.6 搅拌轴的具体结构256.7 本章小结26第7章 人孔与法兰的选择277.1 人孔的选择277.2 开孔补强的设计277.3 补强形式277.4 补强计算287.5法兰的选择297.6 补强计算297.6.1 开孔处的有效补强面积307.7本章小结31结 论32致 谢33参考文献34附录135附录238- 6 -第1章 绪 论1.1选题的目的、背景及意义 1.1.1背景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。搅拌操作的例子颇为常见，例如在化验室里制备某种盐类的水溶液时，为了加速溶解，常见用玻璃棒将烧杯中的液体进行搅拌。又如为了制备某种悬浮液，就要用玻璃棒不断地搅动容器中液体，是固体颗粒不致沉下，而保持它在液体中的悬浮状态。在工业生产中，搅拌操作是从化学工业开始的，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。摘要搅拌器是在工业生产中应用非常广泛的一类通用设备，尤其是在工业中发挥着重要的作用。目前在工农业生产中应用的搅拌器种类和规格很多。本文设计了一种能适应于造纸厂碱回收车间苛化工段产生的白泥搅拌，所设计的搅拌器为立式，采用桨叶式搅拌器，桨叶式搅拌去具有以下特点：轴流性搅拌器，剪切力非常强。在设有挡板的条件下，可得到较好的上、下循环流。桨叶式搅拌器能够满足需要，提高质量，减少损耗，增加下一具有积极意义。关键词搅拌器；桨式搅拌器；白泥搅拌AbstractMixer is a kind of general equipment is widely used in the industrial production, especially plays an important role in the industry. Currently used in industrial and agricultural production types and specifications. This paper describes the design of a suitable for papermaking factory alkali recovery workshop section generated causticizing white mud mixer, mixerdesigned for vertical, the paddle mixer, stirring paddle to have the following characteristics: axial flow agitator, shear force is very strong. Thebaffle plate is provided under the condition, can get better, circulation flow.Blade type stirrer can meet the needs, improve quality, reduce loss,increase has positive significance to the next.Keywordsagitator ; agitator ; white mud agitato 目 录摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1 选题的目的、背景及意义11.1.1背景11.1.2目的11.1.3意义11.1.4研究设想21.2 碱回收概述及搅拌设备在碱回收中的应用21.3 搅拌设备在工业生产中的应用41.4 搅拌装置的安装型式61.5本章小结7第2章 总体方案设计82.1本章小结9第3章 罐的结构形式和尺寸103.1 化工容器设计规范简介103.2 材料的选择103.3 罐体的长径比和装料量113.4 装料系数113.5 初步计算筒体直径113.5.1 确定筒体高度123.6 罐体的设计123.6.1 筒壁的厚度123.6.2 筒壁的应力校核133.7 封头的设计133.7.1.碟形封头的壁厚设计133.7.2 碟形封头的许用应力校核143.8 本章小结14第4章 减速机的选择154.1 减速器的选择154.本章小结15第5章 搅拌装置的设计165.1 材料的选择165.2 桨叶的尺寸确定165.3 搅拌器的设计165.4 搅拌器层数的确定175.5 搅拌器的强度校核185.5.1 叶轮强度的计算功率185.5.2 桨叶的强度计算185.6本章小结19第6章 搅拌轴设计206.1 选择轴的材料206.2 轴的具体尺寸及结构确定206.2.1 搅拌轴的载荷分析206.3 轴的强度计算216.4 最小轴径确定236.5 搅拌轴的刚度校核246.6 搅拌轴的具体结构256.7 本章小结26第7章 人孔与法兰的选择277.1 人孔的选择277.2 开孔补强的设计277.3 补强形式277.4 补强计算287.5法兰的选择297.6 补强计算297.6.1 开孔处的有效补强面积307.7本章小结31结 论32致 谢33参考文献34附录135附录238-V-第1章 绪 论1.1选题的目的、背景及意义 1.1.1背景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。搅拌操作的例子颇为常见，例如在化验室里制备某种盐类的水溶液时，为了加速溶解，常见用玻璃棒将烧杯中的液体进行搅拌。又如为了制备某种悬浮液，就要用玻璃棒不断地搅动容器中液体，是固体颗粒不致沉下，而保持它在液体中的悬浮状态。在工业生产中，搅拌操作是从化学工业开始的，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和气流搅拌。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，或使气泡群以密集状态上升借所谓气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所进行的搅拌是比较弱的，对于几千毫帕每秒以上的高黏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映液体的搅拌是很便利的。在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌，在机械搅拌中，以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。1.1.2目的通过这次毕业设计，进一步增强对机械设计的理解，同时也希望能通过这次设计熟悉各种成型设备的工作原理与特点、设备结构和使用性能，掌握一些设备的制造工艺和适用范围，对圆筒型压力容器设计和制造有一个深刻的理解。1.1.3意义通过本次毕业设计，进一步将理论应用于实践，丰富和完善自己的知识结构。1.1.4研究设想白泥对环境造成了很大的污染，通过此次设计，希望将来设计出的搅拌设备既结构简单，又具有较强的实用性，最主是能设计出低功率的多层桨叶的搅拌器。1.2碱回收概述及搅拌设备在碱回收中的应用造纸工业是关于国民生计的一个重要行业,它在我们的生产和生活中都扮演重要的角色。但是在造纸工艺过程中污染也是一个重要的问题,大量的污染物不经过有效的处理任其随意的排放,将会对环境造成极大的污染。因此我们必须用科学的方法来处理和回收这些污染物,进而来保护我们的生存环境。造纸工艺过程中产生的蒸煮废液和漂白废水是制浆造纸工业的主要污染源，而碱回收是治理蒸煮废液对环境污染的有效方法。蒸煮废液中的固形物有两个来源，一是作为蒸煮液加进去的无机物，二是蒸煮过程中从原料里溶解出来的木素、糖类等有机物。碱回收就是从硫酸盐法和烧碱法（统称碱法）制浆废液（即黑液）中回收化学药品。经过比较和实践检验，目前最为成熟和有效的方法仍是传统的燃烧法。其主要过程为：先将尽可能多地从浆料中分离出来的黑液浓缩到燃烧所需要的浓度，一般为60%以上（制浆原料不同，浓度要求不同）。随后把黑液送入碱回收炉燃烧，将有机物烧去并以蒸汽、电能的形式回收其能量，剩下钠和硫的无机物被还原成碳酸钠和硫化钠（草浆黑液还有硅酸钠）。最后把它们和石灰液反应，使碳酸钠（包括硅酸钠）苛化成氢氧化钠，从氢氧化钠和硫化钠的混合液（统称白液）中分离出碳酸钙和硅酸钙（即白泥）。把苛化生成的碳酸钙煅烧成生石灰称为白泥回收。现代化的木浆厂碱回收的效率一般为95%98%。回收效率可看做是通过制浆和碱回收循环圈中钠的单程留着率。硫酸盐法制浆和回收循环圈包括六个主要工艺工序：蒸煮 、洗涤、蒸发、燃烧、苛化、石灰石煅烧。碱回收的工艺过程包括：稀黑液蒸发、浓黑液蒸发、绿液苛化和白泥回收。从本色浆洗涤机的稀黑液开始，碱回收系统所包括的工序如下：(1)在多效蒸发器中废液浓缩，形成浓黑液。(2)黑液氧化、除硅等（据工艺需要决定是否采用）。(3)黑液进一步浓缩成碱回收炉要求的“重黑液”（补充的芒硝可在此处加入）。(4)在碱回收炉中焚烧黑液。(5)溶解从碱回收炉出来的熔融物，形成绿液（补充碱损失的纯碱可在此处加入）。(6)用石灰苛化绿液形成白液（补充碱损失的烧碱可在此处加入）。(7)焙烧白泥回收石灰。在制浆造纸包括众多工艺流程，其中碱回收是极其重要的一个环节。在我国现在大多数的造纸厂还使用碱法制浆的造纸方法，碱法制浆就是用碱性化学药品的水溶液，处理植物纤维原料，使纤维分离的过程。碱法制浆每生产一吨浆，用碱量就制化学浆而论，大概在250450千克之间。每吨浆排出的黑液量也很大，大约有固形物1400千克。其中有30%是无机物，其余70%为有机物。无机物主要是氢氧化钠、硫化钠、碳酸钠、硫酸钠及与有机物结合的钠；草浆黑液还有硅酸钠等。有机物主要是植物原料中木素和纤维素、半纤维素的降解生成物。由于这些溶解物的存在，致使黑液碱性增大，颜色深，臭味大，泡沫多，耗氧量很高。如果不利用任其放入江河湖泊，将回严重污染水域，使农田土壤变质，影响人民健康，威胁水生动植物的生长，使水发黑变臭，破坏环境的自然生态，造成极大的危害。如果充分利用，碱的成本至少可以降低一半节约大量的化工原料；有机物可以作燃料回收大量的热，节约燃料；也可以经过处理后作其它的化工原料。所以搞好碱回收无论从环境保护，降低生产成本，充分利用国家资源各方面看，都有重大的意义。在我国大多数采用燃烧法碱回收，由于长期的生产实践，科学技术的不断发展，制浆厂规模的扩大，碱回收率可达98%，燃烧热利用率可达70%。在碱回收的设备中，搅拌设备又是必不可少的一部分，它将白泥（主要成分碳酸钠）与水进行充分的混合后，排出沉淀物（碳酸钙），过滤出滤液（氢氧化钠），对碱进行回收。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。搅拌操作的例子颇为常见，例如在化验室里制备某种盐类的水溶液时，为了加速溶解,常见用玻璃棒将烧杯中的液体进行搅拌。又如为了制备某种悬浮液，就要用玻璃棒不断地搅动容器中的悬浮状态。在工业生产中，搅拌操作是化学工业开始的，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。搅拌操作分为机械操作和气流操作。气流操作是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群以密集状态上升借促进液体产生对流循环。机械操作就是物料经过搅拌器的搅拌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，也可以使两种或多种物料彼此分散对物质进行回收。与机械搅拌相比。仅气泡的作用对液体所产生的搅拌是比较弱的，对于高黏度液体是难于适用的。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。其构成形式如图1-1：图 1-1 搅拌设备的构成形式1.3搅拌设备在工业生产中的应用搅拌设备在工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的生产都或多或少地应用着搅拌操作。化学工艺过程的种种化学变化，是以参加反应物质的充分混合为前提的。对于加热、冷却和液体萃取以气体吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到很好的效果。搅拌设备在许多场合是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90%。其他如染料、医药、农药、油漆等行业，搅拌设备的使用亦很广泛。有色冶金部门对全国有色冶金行业中的搅拌设备做了调查及功率测定，结果是许多湿法车间的动力消耗50%以上是用在搅拌作业上。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（如温度、浓度、停留时间等）的可控范围较广。能适应多样化的生产。搅拌设备的作用如下：1）使物料混合均匀；2）使气体在液相中很好地分散；3）使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮；4）使不相溶的另一液相均匀悬浮后充分乳化；5）强化相同的传质（如吸收等）；6）强化传热。对于均相反应，主要是1）、6）两点。混合的快慢、均匀程度和传热情况好坏，都会影响反应结果。至于非均相系统，则还影响到相界面的大小和相间的传质速度，情况就更复杂。所以搅拌情况的改变，常常很敏感地影响到产品的质量和产量，生产中的这种例子非常普遍。在溶液聚合和本体聚合的液相反应装置中，搅拌的主要作用是：促进釜内物料流动。使反应器内物料均匀分布，增大传质和传热系数。在聚合反应过程中，往往随着转化率的增加，聚合液的黏度也增加。如果搅拌情况不好，就会造成传热系数下降或局部过热，物料和催化剂分散不均匀，影响聚合产品的质量，也容易导致聚合物粘壁，使聚合反应操作不能很好地进行下去。在互不相溶的液体之间或液体与固体之间相互作用时，搅拌在加速反应的进行方面起着非常重要的作用。因为增加一物相混入另一物相的速度，接触面就会增大，物质就以较大速度相互作用。在某些情况下，搅拌是在反应过程中创造良好条件的一个重要因素。例如，使传热作用加强，减少局部过热，以及加热过程中物质焦化等。如高压聚乙烯生产中，由于搅拌的作用，使物质在反应器内有一定的停留时间，更重要的是使催化剂在器内分布均匀，以防止局部猛烈的聚合作用而造成爆炸。因此搅拌设备在工业生产中起着非常重要的作用。搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮物、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，苯胺染料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。在石油工业中因为大量应用催化剂、添加剂，所以对搅拌设备的需要量很大。由于物料操作条件的复杂性、多样性，对搅拌设备的要求也复杂化了。如化工行业用到的硅铝反应器、打浆罐、钡化反应器、硫磷反应釜、烃化反应釜、白泥搅拌槽等都是装有各种不同型式搅拌器的搅拌设备。在造纸行业中，搅拌设备应用及其广泛，在制浆，碱回收等工艺过程都用到搅拌设备。搅拌设备使用历史悠久，应用广泛但对搅拌操作的科学研究却很不够。搅拌操作看来似乎简单，但实际上，他所涉及的因素却极为复杂。对于搅拌器型式的选择。从工艺的观点以及力学观点来说，迄今都研究得不够。随着社会的进步，科学技术的发展，对于搅拌设备的改进和新型的设计会有很大的提高。在近几年来设备有大型化的发展趋势，也要求搅拌设备大型化。如国外聚合釜的容积已由最初的840m扩大到60100m,最大的已达到200m。采用大型聚合釜可大大减少操作和检修人员，有利于自动化，减少投资，提高生产率，稳定产品质量。随着容积的大型化，釜型逐渐由细长型向矮胖型发展，而且采用底部搅拌的方式越来越多。多用三叶后掠式搅拌器，三叶后掠式搅拌器是目前大型聚合釜采用的一种较好搅拌器。因排出量大，釜内液相循环充分，每分钟可达510次，能促釜内反应均匀一致。另外，经实践证明此桨叶必须配合挡板使用，以提高剪切力功能，才能更好地发挥作用。搅拌也可以在管路中进行，采用在管路中安装装置的办法对气液系和液液系进行混合。例如采用喷射泵对水及醋酸丁酯进行混合。在石油精制中，也采用使液体设置在管路中的锐孔板或挡板，以便使两种液体进行接触。还有在管路中放入搅拌器的，即所谓管道搅拌。管道搅拌设备能连续输送一切流体，也能输送含有固体的流动化的半流体。此种搅拌型式，相当于搅拌设备的筒体部分，容积较小，液体在此停留时间极短的情况比较多。在其内部为了充分进行混合分散或传热等需要极强的搅拌，由于管道搅拌设备空间很小，装置小，可使搅拌力均匀作用，可减少过剩的搅拌，所以对整个液体减少了功率消耗。对于连续化、自动化。特别是对成本有严格要求的，要求特别小的形状和高性能时，使用管道搅拌设备是很有效的。正因为管道搅拌设备有这些优点，所以在石油精制、石油化工，化学纤维、食品等工业和水处理技术中广泛被用于液液混合、浓度调整、液液萃取、油脂乳化、液液稀释溶解、固液溶解、液液和气液反应等场合。1.4搅拌装置的安装型式搅拌装置可以从不同的角度进行分类，如按工艺用途分、按搅拌器结构型式分或按搅拌的装置安装型式分等。按搅拌装置的安装型式进行分类有如下几种：1.立式容器中心搅拌2.偏心式搅拌3.倾斜式搅拌4.底搅拌5.卧式容器搅拌6.卧式双轴搅拌7.旁入式搅拌1.5本章小结在这里采用立式容器中心搅拌，将搅拌装置安装在立式设备筒体的中心线上，驱动方式为电机与减速机直接联接。这种安装方式用于大型搅拌设备当中。第2章 总体方案设计本次设计的搅拌设备物料为水和白泥，主轴转速为21r/min，电机功率为37kW，综合经济因素和实用性，选用立式圆筒形储灌较为合适。在设计的初始阶段，先要确定整套设备的传动装置，先要根据搅拌轴的转速来选择出合适的电机，因为电机的转速很大，要选择减速比大、传动效率高、体积小、寿命长、运转平稳可靠的减速机来进行减速因为外部选用的储罐为压力容器，对安全性和各种技术参数具有较高的要求，所以在设计的过程中，对储罐的选材要严格，对罐底的厚度要进行计算，罐壁要根据受力情况进行强度计算。此设备在运转的过程中，为了方便检查机器和实现一些特殊功能，要在罐顶和罐壁开一些孔，例如：人孔、白泥入口、白泥出口、排污口、滤液出口、清水出口等。因为开孔后造成承载材料的削弱，导致了孔边缘的应力集中，所以还需要进行开孔补强的设计。为了方便人到罐顶上去，在罐顶上焊有栏杆，以便于经常检修。在以往的设计中往往忽视在对沉淀物的清理，而在此次的设计中，在筒壁的内侧加了挡板,消除了搅拌过程中产生的“圆柱状回转区”,使白泥能够完全排出罐外。此次设计没有采用一根搅拌轴，而是通过三个联轴器连接三根搅拌轴，这样便于拆卸，有利用工厂的加工和轴的更换。本设备中的搅拌轴没有用轴承固定，而是通过轴套进行固定。在本设计中，为了更彻底的搅拌，搅拌器采用了桨式的搅拌器，而且增加了增加了叶轮的层数，采用三层叶轮，即使液面过高也能充分搅拌。在罐体很多连接部位需要进行焊接，可以采用手工电弧焊，封头壁采用Q235-A。轴的设计可采用两个轴头与空心钢管焊接在一起，因为轴转速较速，在设计中可以降低一些精度。在设计中应该考虑以上列出的各个环节，这样机器才具有较强的实用性。 2.1本章小结 本章主要根据实际情况确定了总体设计方案，为以后的计算过程确定了框架。- 33 -第3章 罐的结构形式和尺寸3.1化工容器设计规范简介化工容器设计中应予考虑的主要因素：总的出发点是，要满足工艺过程所需要的功能并方便使用；要满足在运行中的安全可靠；要满足经济性，包括材料的易于获得，便于制造，所用的材料及总的花费最小。1.化工容器的选型容器首先要满足工艺过程的要求，其次也要尽可能满足强度及制造工艺的要求。2.化工容器的选材容器的选材和容器的选型相类似，总的原则也是要满足工艺过程的要求、强度要求和制造工艺要求。3.容器设计的规范化为确保容器的选材、设计、制造检验、试验各个环节都能达到相应要求，各国的规定在设计、制造、检验应予取证，包括容器设计在内的各项工作，都应遵照各国有关监管部门所规定或认可的规范执行，绝不能根据容器设计原理，自行按规范标准以外的规定或公式进行设计。搅拌罐包括罐体和装焊在其上的各种附件。罐体采用立式圆筒形容器，它有顶盖、筒体、罐底和栏杆组成。罐体在规定的操作温度和操作压力下，为物料完成其搅拌过程提供了一定的空间。3.2材料的选择根据设计要求和经济性的原则选择Q235-A作为罐壁，查得：Q235-A 屈服强度 s=235MPa 抗拉强度 b=460MPa 许用应力 =s/Ns Ns为安全系数=s/Ns=235/3=78.3MPa （3.1）3.3罐体的长径比和装料量 知道了搅拌罐操作时盛装物料的容积以后，首先要选择适宜的长径比（H/Di）和装料量，确定筒体的直径和高度。由于是一般搅拌设备液-固相容物料H/Di=1-1.3H为罐的高度Di为罐的内径根据设计要求罐的的有效容积为Vn =130m 取H/Di=1.1选择罐体的长径比应考虑对搅拌功率的影响，一定结构型式的搅拌器的叶轮直径和与其装配的搅拌罐体内径通常有一定的比例范围。随着罐体长径比的减少，即高度减少而直径放大，搅拌器桨叶直径也相应放大。在固定的搅拌轴转速下，搅拌器功率与搅拌器桨叶直径的5次方成正比。所以，随着罐体直径的放大，搅拌器功率增加很多，这对于需要较大搅拌作业功率过程是适宜的，否则减少长径比只能无谓地损耗一些搅拌器功率，因此长径比可以考虑选得大一些。另外，物料的搅拌反应过程对罐体长径比有着特殊要求，在白泥搅拌设备中，物料对罐体的长径比的影响很大。所以在这里要取的大一些。3.4装料系数罐体全容积V与罐体的公称容积Vn有如下关系: Vn=V (3.2) 一般物料反应平稳=0.85 代入数据得V=150m3.5初步计算筒体直径确定了筒体的长径比和装料系数之后，还需要算出筒体直径和高度，因当筒体直径不知道封头的容积就不知道，罐体全容积也就不能最后确定。为了便于计算，先忽略封头的容积，认为； V=/4 DiH m (3.3) 3.5.1确定筒体高度 由3.3可以导出 (3.4)式中 搅拌槽的全容积,mv蝶形封头容积,m因为采用蝶形封头查文献6表3-6 V=/58Di mm圆整成标准直径得H=5700mm3.6罐体的设计3.6.1筒壁的厚度 （3.5） 式中 设计压力（标准大气压） 筒内径 设计温度下圆筒材料的许用压力 焊接接头系数1 取=0.9 C2当材料的腐蚀速率为0.050.1mm/a时，考虑单面腐蚀，取C2=12mm,取C2=2mm。所以mm考虑加工误差等因素圆整为S=8mm，所以，取厚度为8mm的Q235A钢板作筒壁。3.6.2筒壁的应力校核 (3.6)所以满足其强度要求3.7封头的设计选用Q235A作为封头壁，根据筒体直径和工艺设计要求采用碟形封头，碟形封头的球面内径R内=筒内直径RD/0.9;则R内=5600/0.9=6160mm3.7.1碟形封头的壁厚设计 (3.7)式中 焊接接头系数1 取=0.9C当材料的腐蚀速率为0.050.1mm/a同时，考虑单面腐蚀取C=12mm,取C=1.8mm，考虑加工误差等因素圆整为S=6mm，所以，取厚度为6mm的Q235A钢板作碟形封头筒壁的壁厚。3.7.2碟形封头的许用应力校核 （3.8） 所以满足强度要求3.8本章小结本章主要介绍了罐体各部分的尺寸如何来确定，以及各种零件和重要部位，并且哪部分需要校核。第4章 减速机的选择4.1减速器的选择搅拌装置带有搅拌器，并有一定的转速，这就需要有电动机和传动装置来带动其转动。传动装置通常设置在搅拌容器的内部，采用立式布置，电动机经减速机将转速减至工艺要求的搅拌转速，再通过联轴器与搅拌轴连接。减速机下设置一机架，安装在搅拌容器的封头上。根据设计要求，在化工设备中传动装置电动机、减速机和机架配套使用，只有在搅拌转速很高时，才用电动机不经过减速机而直接与搅拌轴相连。按照设计要求电动机的输出功率为37kW，搅拌轴转速为21r/min，采用行星摆线针轮减速机将电机的转速减至搅拌轴的转速。行星摆线针轮减速机适用于化工设备，而且减速比大、传动效率高、体积小、重量轻、故障少、寿命长、运转平稳可靠、噪声小、拆装方便、容易维修、结构简单、过载能力强和惯性力矩小等优点。减速机和机架采用天津减速机厂的型号：减速机型号XLD371147，机架的型号JXLD11130。4.2本章小结本章主要介绍了如何根据实际设计要求选择合适的行星摆线针轮减速机的特点。第5章 搅拌装置的设计5.1材料的选择采用Q235A，叶片一般采用扁钢制作屈服强度 s=235MPa抗拉强度 b=460MPa许用应力 =s/Ns Ns为安全系数对于碳素钢、低合金钢Ns1.5，取Ns=3。常温常压下=s/Ns=235/3=78.3MPa （5.1） 5.2桨叶的尺寸确定根据规定： d/D=0.350.8，b/D=0.100.25搅拌装置通常由搅拌器和搅拌轴所组成，搅拌器的形式很多，应根据搅拌目的和物料性质以及经济性原则进行选择。在这里我们采用桨式搅拌器。搅拌器的功能概括地说就是在搅拌过程中所能达到所需要的能量和适宜的流动性的目的。搅拌器的搅拌作用由运动着的叶轮所产生，因此，叶轮的形状、尺寸、数量以及转速就影响搅拌器的功能。同时搅拌器的功能还与搅拌介质物性以及搅拌器的工作环境有关。另外，搅拌罐的形状、尺寸、挡板的设置情况、物料在罐中的进出方式都属于工作环境的范畴，这些条件以及搅拌器在罐内的安装位置及方式都会影响搅拌器的功能。5.3搅拌器的设计d桨叶的长度b桨叶宽度D筒体直径已知D为5600mm 取d/D=0.5， 则， 取 b/d=0.12，则 b=300mm ，查表得桨叶厚度=16mm。由于平桨的运动方向与桨面垂直，所以当叶轮低速运转时，液体的主要流动为水平环向的流动，叶轮运动时除有水平环流外，还有径向分流，所以桨面与运动方向成一定角度角。从而提高了搅拌的效率，一般取=45。简图5-1：图5-1 平桨的构成形式5.4搅拌器层数的确定从叶轮的搅拌范围来说，液层过高则要设置多层叶轮，在本设计的搅拌设备中搅拌器安装在圆形罐中心，桨式搅拌器的叶轮离罐底的高度C一般为桨径的1/101/12倍。但是如果为了防止底部有沉淀可使叶轮放置低些，一般C=d/10左右。在这里取C=500，最上层叶轮高度离液面至少有1.25d的深度，取深度为3500mm。搅拌器设有3层，取第一层与第二层、第二层与第三层的距离分别为1500mm。5.5搅拌器的强度校核5.5.1叶轮强度的计算功率叶轮强度计算中所用的计算功率值 (5.2)式中 Na电机额定功率kW Ni叶轮强度计算中用的计算功率kW k起动时电机的过载系数，即起动转矩/额定转矩 传动系数的机械功率，=0.95 Nm轴封处的摩擦损失功率kW由于存在内压时，才采用轴封，但在本设备中不存在内压则Nm=0，k从电机特性表中可以查到 k=0.93，则5.5.2桨叶的强度计算由于桨叶的倾斜角度=45，所以其危险断面仍然是叶片根部，桨面的主惯性轴都不与搅拌轴线相平行，作用在桨表面上的液面阻力在叶片根部断面对主惯性轴所产生的弯矩为 （5.3） 该断面的抗弯模量为：该端面的弯曲应力为：所以此搅拌器满足强度要求。为了在搅拌过程消除罐中央的“圆柱状回转区”应增设挡板，挡板一般是指长条形的竖向固定在罐壁上的板。显然这种挡板使用于径流型叶轮在湍流区的操作，而层流状态时不能用这种挡板来改变流型。挡板还可以提高叶轮剪切性能，如有的悬浮聚合的搅拌装置，在设有挡板时可使颗粒细而均匀。挡板的数量及其大小以及安装方式都不是随意的它们都会影响动力损耗。挡板的宽度W=（1/101/12）D(D为罐体直径)，挡板的数量根据罐直径的大小而定，在小直径罐时用24个，在大直径罐时用48个。在这里采用6个挡板。挡板沿罐壁周向均匀地直立安装。挡板的上边缘与静止液面齐平，当液面上有轻而易浮不易润湿的固体物料时。则需在液面上造成旋涡，这时挡板上边缘可低于液面100mm150mm在这里将挡板低于液面100mm。挡板的下边缘可到罐底。有时利用挡板高度来改变流型，如在罐底希望使较重的物料易于沉降而分离出来时，就可将挡板下端取在叶轮的下方，这样可使罐底出现水平转流，有利于物料的沉降。5.6本章小结本章主要介绍了如何确定桨叶，搅拌器，以及选择好的搅拌器要进行强度校核。 第6章 搅拌轴设计6.1选择轴的材料选择轴的材料为45号钢，经调质处理其机械性能查得： 屈服强度 b=650MPa 抗拉强度 s=360MPa 弯曲持久极限 -1=155MPa 剪切持久极限 -1=300MPa 对称循环状态下的许用应力 -1b=60MPa45号钢的扭转应力 k=30-40MPa6.2轴的具体尺寸及结构确定6.2.1搅拌轴的载荷分析 通常，搅拌轴上受到力（轴向拉力和压力）和力矩（扭矩和弯矩）的作用。在立式搅拌容器中轴大部分都受到扭矩的作用，而弯矩很小，因此在这里主要分析扭矩的作用。其功率由传递动力的传动装置提供。因此在一般情况，一个具有均布叶片并完全浸没于液体中的搅拌器，其每个叶片上将受到垂直于叶片表面的流体阻力作用.除流体作用外，轴上还作用有如下载荷和由其产生的应力：1.轴和叶轮自身重量的重力2.由轴和叶轮的组合质量偏心3.传动装置传递的扭矩主要是传递流体作用力的切向合力矩一个具有均布叶片并完全浸没于液体之间的搅拌器，其每个叶片上将受到垂直于叶片表面的流体作用力。这个阻力可用“流体作用力”F表示，如图所示：此处，F为假设作用于叶片上沿搅拌器径向某一位置（如图中“A”处）代表流体阻力的当量集中力。其中F力的轴向分力为Ft。作用在每组叶片上的轴向力Fa应完全相等，切向力Ft应大小相等、方向相反。完全相等的各流体作用力将对轴产生一个不变的合力（Ft合力矩）和作用于轴心不变的合力（Fa合力） 图6-1叶片上的流体作用力及其分解图6.3轴的强度计算搅拌轴上的每一点应力都是变化的，它是由平均应力和波动应力两部分组成。因此在搅拌轴计算中要考虑两种形式的材料强度破坏。一种是材料的屈服或断裂破坏，另一种是由疲劳引起的材料破坏。搅拌轴合力应力变化如下：t 时间 p 时间 b 时间 图6-2 搅拌轴合成应力变化 b轴向合力产生的拉（压）应力 p合力弯矩产生的拉（压）弯曲应力 t 图6-3 悬臂搅拌轴载荷图 搅拌轴上受扭矩时其截面上产生的剪应力，其扭转的强度条件是： （6.1）式中 max 截面上最大剪应力，MPa Mt轴所传递的扭矩, NmmWt扭截面系数， mmk降低后的扭转许用剪应力MPa6.4最小轴径确定三个叶轮各分得搅拌传递功率的1/3，最大扭矩为 （6.2） 式中 P搅拌传递功率，kWn搅拌轴转速，r/mind实心轴直径，mm另外N0空心轴的内直径与外直径的比值，N0=d1/d2查取N0=0.8 其中d1空心轴外直径; d2空心轴外直径。 将 Mt和Wt值代上式。k=36MPa经整理得强度计算所需的最小搅拌轴径计算公式如下： （6.3）圆整后取d=130mm 所以最小搅拌轴的直径为130mm。空心轴的外径 圆整后取空心轴外直径d1=168mm。依据N0=d1/d2 其中N0=0.8可以得出空心轴内直径d2=133.4mm ，圆整后取空心轴内直径为136mm。实心轴的抗扭截面系数所以其满足强要求。空心轴的抗扭截面系数 6.5搅拌轴的刚度校核为了防止转轴产生过大的扭转变形，以免在运转中引起振动造成损坏，对表面涂覆保护层的轴也为了防止由于过大变形对保护层的破坏，所以应该将轴的扭转变形限制在一个允许的范围内。这就是设计中的扭转刚度条件，为此，搅拌轴要进行刚度计算。过程上以单位长度的比扭转角不得超过许用比扭转角作为扭转的刚度条件。即： 轴扭转变形的扭转角，在一般传动和搅拌轴的计算中可取=0.5-1（）/m；式中 G0切变模量，对于碳钢及合金钢G=79400MPaJp截矩的极惯性矩将Mt=955300P/n和Jp带入上式中，整理后得到按刚度计算所需要的最小搅拌轴径的计算公式：实心轴直径 （6.4）心轴外直径 （6.5）综上，圆整后取实心轴的最小直径130mm，空心轴的外直径168mm，管材的壁厚为16mm。所以，实心轴与空心轴的轴径都满足设计要求。 6.6搅拌轴的具体结构从上计算得出搅拌轴的最小直径为130mm，轴的长度视搅拌器的位置而定。在搅拌轴较长时，应该把搅拌轴分成几段，由于该设计的搅拌设备很高，因此要它分成几段。根据资料所知两段搅拌轴之间用立式夹壳联轴器连接，该联轴器的优点是构造简单、拆卸方便，拆装时不需做轴向移动，但是只使用于低转速，并且不适用于有冲击的情况，搅拌轴的最上端与凸缘联轴器相配合而且要开键槽和销孔。搅拌轴的两端用轴头，轴头中间用空心轴连接，因为用空心轴可以减少搅拌轴的自身重量，增加使用寿命而且还降低成本提高经济效益。根据设计要求用三段搅拌轴，而且在搅拌轴上都需要键槽，经设计考虑最小轴直径与减速机相联处开140mm的键槽。校核其是否满足强度要求，如满足则其它的键都满足强度要求。经查该键：l=140mm b=16mm h=12mm对其进校核，假设工作面上作用力沿键的长度和高度均匀分布。则平键联接的强度约束条件为： 平键采用45号钢，其许用应力和许用压强p=125-150MPa式中 d轴的直径mmk键与轮毂的接触高度，一般k=0.5hh键的高度mml平键接触面长度mmT转矩Nmm所以其满足强度要求。6.7本章小结本章主要确定了搅拌轴的结构及尺寸，并且对轴在工作中的受力情况进行分析，还对轴进行了强度和刚度校核。 第7章 人孔与法兰的选择在大多数搅拌容器中，为满足工艺要求和容器制造、安装、检修及维修等要求，开孔是不可避免的。由于容器开孔以后，不仅削弱了容器的整体强度，而且还因开孔引起的应力集中以及接管和容器壁的连接造成边缘的局部的高应力，这种高应力通常可达到容器筒壁依次总体薄膜应力的3倍。某些场合甚至会达到56倍，再加上接管有时还会受到各种外加载荷的作用而产生的应力以及温差产生的热应力，使得开孔接管处的局部应力进一步提高。又因为材质和制造缺陷等各种因素的综合作用，开孔接管附近就成为压力容器的破坏源主要疲劳破坏和脆性裂口。因此，压力容器必须充分考虑开孔的补强问题。7.1人孔的选择在搅拌设备中，为了便于内部附件的安装、修理、衬里和防腐以及对设备内部进行检查、清洗往往开设人孔。根据设计要求和经济性原则，本设计选用常压平盖人孔（HG21525-95）。这种人孔只是在带有法兰的接管上安上一块盲板，它的结构简单，用于常压和不需要经常利用人孔进行维修的设备，由于人孔削弱了容器的强度，同时增加了泄漏的机会，人孔的尺寸应尽量小些，但必须考虑成年人能够进出。所以选用两个直径为500mm的人孔，分别安装在筒体和封头上。7.2开孔补强的设计容器在开孔以后会产生很高的应力峰值，其位置在接管与容器的交界面上，但开孔所产生的应力集中现象有明显的局限性。应力值随着离开孔边缘距离的加大而逐渐衰减。由此可以采用在开孔附近局部补强的办法来降低该区域的应力集中。7.3补强形式本设计采用1）外加强接管，补强金属配置在容器或接管的外侧，此种补强形式结构简单，加工方便，又能满足补强要求而且还适用于低压容器的开孔补强中。 2）补强圈进行补强。补强圈补强是在器壁上另外焊接一块补强圈来增加开孔边缘处的强度。由于承受压力的金属面积增大了，所以开孔边缘处的应力峰值降低，起到补强的作用。补强圈对称分布于容器的内、外侧。这种方法比布置在容器外表面的应力集中要小。补强圈设置在开孔边缘区，其材料与容器壁材料相同，采用Q235A。补强圈与容器壁之间应很好的焊接，使其与器壁同时受力，否则就起不到补强作用。7.4补强计算补强圈的公称直径为500mm筒体和封头开孔后所需的补强面积为式中 d开孔直径400mm壳体开孔处的计算厚度 et接管有效厚度fr强度削弱厚度，等于设计温度下接管材料与壳体材料与许用应力之比，取其为1 壳体开孔处的计算厚度 （7.1） 式中 P设设计压力 Di筒体直径焊接系数则根据规定如果有效补强面积AeA，则补强有效。 有效补强面积 式中 A1壳体有效厚度,mmA2接管有效厚度，这里没有接管，该项为0,mmA3焊缝金属面积，在这里忽略,mm 式中有效宽度B=3d ，e=8mm ，Ae=A1=2960mmA=1320 mm 补强面积有效，该补强圈合适。7.5法兰的选择在搅拌设备中，为了便于原料的流入与排出，常用法兰连接接管与设备。根据设计标准和工艺要求，对法兰的确定采用标准，具体尺寸与要求参照图纸。7.6补强计算对大开孔的法兰进行补强计算，其他的不需要补强计算。具体原因参照参考文献6中相关规定，在封头上开一个直径为250mm的作为检视孔，对其进行补强计算。此孔所需的补强面积为筒体和封头开孔后所需的补强面积为 (7.2)式中 d开孔直径，250mm壳体开孔处的计算厚度et接管有效厚度fr强度削弱厚度，等于设计温度下接管材料与壳体材料与许用应力之比，取其为1 7.6.1开孔处的有效补强面积根据资料中规定如果有效补强面积AeA，则补强有效。 有效补强面积 式中 A1壳体有效厚度mmA2接管有效厚度mm A3焊缝金属面积，在这里忽略mm 式中有效宽度B=3d ，e=6mm, 式中 h1接管外伸高度，取其150mm h2接管内伸高度，取其20mm C2腐蚀余量， 取其2 mm则 AeA 补强面积有效，该补强圈合适。综上，补强圈都合适，经计算其它的法兰孔补强满足要求。7.7本章小结 本章主要介绍了如何选择人孔和法兰，并且对开孔需要进行补强计算。 结 论本文主要介绍了白泥搅拌器的设计，通过CAD软件不断的改进，与以往相关的白泥洗涤、搅拌设备相比，此设备具有以下几方面的创新点： 白泥搅拌槽可以使存留在白泥中的残碱进行充分的回收。 在传统设计方法的基础上,增加了搅拌器的层数,提高了搅拌效率. 在筒壁的内侧加了挡板,消除了搅拌过程中产生的“圆柱状回转区”,还可以防止沉淀物沉积于罐底。致 谢毕业在即，这次设计是在学完了大学的全部课程后所进行的，也是大学期间最后的一次学习机会，同时还是我们步入工作岗位前的一次练兵。这对于我来说，不仅仅是一个考验和锻炼的过程，也是一段美好的回忆。值得特别提出的是，在本次设计的过程中，我得到了指导教师闫辉老师及教研室其它老师的悉心指导和帮助，并提出了许多宝贵的建议。使我在设计的过程中及时的查漏、补缺、改正错误。在此，我向闫辉老师及其它各位老师表示衷心的感谢。由于本人的经验和知识面有限，设计过程中难免存在缺点和不足之处，望各位老师予以批评指正。 参考文献1吴宗泽.机械设计手册M.北京:机械工业出版社,1987.2周景辉.制浆造纸工艺设计手册S.南京:轻工业出版社,2004. 3徐灏.新编机械师手册S.北京:机械工业出版社,1995.4王文博.机构和机械零部件优化设计M.北京:机械工业出版社,1990. 5江耕华.机械传动设计手册S.南京:煤炭工业出版社,1992. 6魏锋.压力容器实用技术丛书M.兰州:化学工业出版社,2005.7尹常治.机械设计制图（第三版）M .北京:高等教育出版社,2004.8邱宣怀.机械设计（第三版）M .北京:高等教育出版社,1989.9王三民,诸文俊.机械原理与设计M .北京:机械工业出版社,1996.10王凯.搅拌设备M.北京:化学工业出版社,2006.11刘品,徐晓希.机械精度设计与检测基础M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.12王志文,蔡仁良.化工容器设计（第三版）M.北京:化学工业出版社,2005.13Orlovp.Fundamentals of Machine Design.Moscow:Mir Pub,1987.14Meirovich L.Elements of Vibration analysis.New York:McGraw Hill,1986.15PattonWJ.Mechanical Power Transmission.New Jersey:printice Hall,1980.附录1搅拌设备在工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的生产都或多或少地应用着搅拌操作。化学工艺过程的种种化学变化，是以参加反应物质的充分混合为前提的。对于加热、冷却和液体萃取以气体吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到很好的效果。搅拌设备在许多场合是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90%。其他如染料、医药、农药、油漆等行业，搅拌设备的使用亦很广泛。有色冶金部门对全国有色冶金行业中的搅拌设备做了调查及功率测定，结果是许多湿法车间的动力消耗50%以上是用在搅拌作业上。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（如温度、浓度、停留时间等）的可控范围较广。能适应多样化的生产。搅拌设备的作用如下：1）使物料混合均匀；2）使气体在液相中很好地分散；3）使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮；4）使不相溶的另一液相均匀悬浮后充分乳化；5）强化相同的传质（如吸收等）；6）强化传热。对于均相反应，主要是1）、6）两点。混合的快慢、均匀程度和传热情况好坏，都会影响反应结果。至于非均相系统，则还影响到相界面的大小和相间的传质速度，情况就更复杂。所以搅拌情况的改变，常常很敏感地影响到产品的质量和产量，生产中的这种例子非常普遍。在溶液聚合和本体聚合的液相反应装置中，搅拌的主要作用是：促进釜内物料流动。使反应器内物料均匀分布，增大传质和传热系数。在聚合反应过程中，往往随着转化率的增加，聚合液的黏度也增加。如果搅拌情况不好，就会造成传热系数下降或局部过热，物料和催化剂分散不均匀，影响聚合产品的质量，也容易导致聚合物粘壁，使聚合反应操作不能很好地进行下去。在互不相溶的液体之间或液体与固体之间相互作用时，搅拌在加速反应的进行方面起着非常重要的作用。因为增加一物相混入另一物相的速度，接触面就会增大，物质就以较大速度相互作用。在某些情况下，搅拌是在反应过程中创造良好条件的一个重要因素。例如，使传热作用加强，减少局部过热，以及加热过程中物质焦化等。如高压聚乙烯生产中，由于搅拌的作用，使物质在反应器内有一定的停留时间，更重要的是使催化剂在器内分布均匀，以防止局部猛烈的聚合作用而造成爆炸。因此搅拌设备在工业生产中起着非常重要的作用。搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮物、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，苯胺染料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。在石油工业中因为大量应用催化剂、添加剂，所以对搅拌设备的需要量很大。由于物料操作条件的复杂性、多样性，对搅拌设备的要求也复杂化了。如化工行业用到的硅铝反应器、打浆罐、钡化反应器、硫磷反应釜、烃化反应釜、白泥搅拌槽等都是装有各种不同型式搅拌器的搅拌设备。在造纸行业中，搅拌设备应用及其广泛，在制浆，碱回收等工艺过程都用到搅拌设备。搅拌设备使用历史悠久，应用广泛但对搅拌操作的科学研究却很不够。搅拌操作看来似乎简单，但实际上，他所涉及的因素却极为复杂。对于搅拌器型式的选择。从工艺的观点以及力学观点来说，迄今都研究得不够。随着社会的进步，科学技术的发展，对于搅拌设备的改进和新型的设计会有很大的提高。在近几年来设备有大型化的发展趋势，也要求搅拌设备大型化。如国外聚合釜的容积已由最初的840m扩大到60100m,最大的已达到200m。采用大型聚合釜可大大减少操作和检修人员，有利于自动化，减少投资，提高生产率，稳定产品质量。随着容积的大型化，釜型逐渐由细长型向矮胖型发展，而且采用底部搅拌的方式越来越多。多用三叶后掠式搅拌器，三叶后掠式搅拌器是目前大型聚合釜采用的一种较好搅拌器。因排出量大，釜内液相循环充分，每分钟可达510次，能促釜内反应均匀一致。另外，经实践证明此桨叶必须配合挡板使用，以提高剪切力功能，才能更好地发挥作用。搅拌也可以在管路中进行，采用在管路中安装装置的办法对气液系和液液系进行混合。例如采用喷射泵对水及醋酸丁酯进行混合。在石油精制中，也采用使液体设置在管路中的锐孔板或挡板，以便使两种液体进行接触。还有在管路中放入搅拌器的，即所谓管道搅拌。管道搅拌设备能连续输送一切流体，也能输送含有固体的流动化的半流体。此种搅拌型式，相当于搅拌设备的筒体部分，容积较小，液体在此停留时间极短的情况比较多。在其内部为了充分进行混合分散或传热等需要极强的搅拌，由于管道搅拌设备空间很小，装置小，可使搅拌力均匀作用，可减少过剩的搅拌，所以对整个液体减少了功率消耗。对于连续化、自动化。特别是对成本有严格要求的，要求特别小的形状和高性能时，使用管道搅拌设备是很有效的。正因为管道搅拌设备有这些优点，所以在石油精制、石油化工，化学纤维、食品等工业和水处理技术中广泛被用于液液混合、浓度调整、液液萃取、油脂乳化、液液稀释溶解、固液溶解、液液和气液反应等场合。- 39 -附录2Mixing equipment in the industrial production of a wide range of applications, especially in the chemical industry, many production are more or less application of mixing operation. A variety of chemical changes in chemical process, is fully mixed in the reaction material premise. For the heating, cooling and liquid extraction with gas absorption physical process,also often used for mixing operation in order to get good results. Mixing equipment is used as reactor application on many occasions. For example,in the three major synthetic materials production, mixing equipment as the reactor accounted for about 90% of the total number of reactor. Other such as dyestuff, medicine, pesticide, paint and other industries, the use of mixing equipment is also very widely. Nonferrous Metallurgy Department of mixing equipment nationwide in non-ferrous metal metallurgy industry to do an investigation and determination of the power, is the result of power consumption of many wet workshop more than 50% is used in mixing operation. The scope of application of mixing equipment is so widely, but also because of the operating conditions (such as temperature,concentration of mixing equipment, the residence time of the controllablerange). To adapt to the diversification of production.The following mixing equipment: 1) the raw materials are mixed evenly; 2)to make the gas well dispersed in the liquid phase; 3) the solid particles(such as catalyst) evenly suspended in liquid phase; 4) the other liquidimmiscible phase homogeneous suspension after fully emulsified; 5)strengthen the same mass transfer (such as absorption); 6) heat transfer enhancement. For the homogeneous reaction, mainly 1, 6) 2). Mixingspeed, uniformity and heat transfer is good or bad, will affect the reaction results. As for the heterogeneous system, it also affects the mass transfer velocity of phase interface and the size of the phase, the situation is more complex. So the mixing conditions change, often very sensitive to affect the product quality and yield, production is very common in this example. Insolution polymerization and bulk polymerization of liquid phase reactiondevice, the main role is: to promote the stirring reactor material flow. The material is uniformly distributed in the reactor, increasing the mass and heat transfer coefficient. In the polymerization process, often with increasing the conversion rate, polymerization liquid viscosity also increased. If the mixing situation is not good, it will cause the drop of the heat transfer coefficient or local overheating, materials and catalysts is unevenly distributed, quality effect of polymerization product, also easily lead to p
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