搅拌器毕业设计方案很实用.doc

资源描述

搅拌器毕业设计第一章绪论搅拌可以使两种或各种不同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，环绕食品、纤维、造纸、石油、水解决等，作为工艺过程一某些而被广泛应用。搅拌操作分为机械搅拌与气流搅拌。气流搅拌是运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增进液体产生对流循环。与机械搅拌相比，仅气泡作用对液体进行搅拌时比较弱，对于几千毫帕·秒以上高粘度液体是难于使用。但气流搅拌无运动部件，因此在解决腐蚀性液体，高温高压条件下反映液体搅拌时比较便利。在工业生产中，大多数搅拌操作均系机械搅拌，以中、低压立式钢制容器搅拌设备为主。搅拌设备重要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大某些构成。其构造形式如下：（构造图）第一节搅拌设备在工业生产中应用范畴很广，特别是化学工业中，诸多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映器来应用。例如在三大合成材料生产中，搅拌设备作为反映器约占反映器总数99%。。搅拌设备应用范畴之因此这样广泛，还因搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）可控范畴较广，又能适应多样化生产。搅拌设备作用如下：①使物料混合均匀；②使气体在液相中较好分散；③使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀悬浮；④使不相溶另一液相均匀悬浮或充分乳化；⑤强化相间传质（如吸取等）；⑥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、聚合反映、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油混合调节和精制，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，都装备着各种型式搅拌设备。第二节搅拌物料种类及特性搅拌物料种类重要是指流体。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作用，而使流体运动。第三节搅拌装置安装形式搅拌设备可以从不同角度进行分类，如按工艺用途分、搅拌器构造形式分或按搅拌装置安装形式分等。一下仅就搅拌装置各种安装形式进行分类阐明。一、立式容器中心搅拌将搅拌装置安装在历史设备筒体中心线上，驱动方式普通为皮带传动和齿轮传动，用普通电机直接联接。普通以为功率3.7kW一下为小型，5.5~22kW为中型。本次设计中所采用电机功率为18.5kW，故为中型电机。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，增长了液层间湍动，使搅拌效果得到明显提高。但偏心搅拌容易引起振动，普通用于小型设备上比较适合。三、倾斜式搅拌为了防止涡流产生，对简朴圆筒形或方形敞开立式设备，可将搅拌器用甲板或卡盘直接安装在设备筒体上缘，搅拌轴封斜插入筒体内。此种搅拌设备搅拌器小型、轻便、构造简朴，操作容易，应用范畴广。普通采用功率为0.1~22kW，使用一层或两层桨叶，转速为36~300r/min，惯用于药物等稀释、溶解、分散、调和及pH值调节等。四、底搅拌搅拌装置在设备底部，称为底搅拌设备。底搅拌设备长处是：搅拌轴短、细，无中间轴承；可用机械密封；易维护、检修、寿命长。底搅拌比上搅拌轴短而细，轴稳定性好，既节约原料又节约加工费，并且减少了安装规定。所需检修空间比上搅拌小，避免了长轴吊装工作，有助于厂房合理排列和充分运用。由于把笨重减速机装置和动力装置安放在地面基本上，从而改进了封头受力状态，同步也便于这些装置维护和检修。底搅拌虽然有上述长处，但也有缺陷，突出问题是叶轮下部至轴封处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。为此需用一定量室温溶剂注入其间，注入速度应不不大于聚合物颗粒沉降速度，以防止聚合物沉降结块。此外，检修搅拌器和轴封时，普通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，壳减少设备安装高度，提高搅拌设备抗震性，改进悬浮液状态等。可用于搅拌气液非均相系物料，例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备。六、卧式双轴搅拌搅拌器安装在两根平行轴上，两根轴上搅拌叶轮不同，轴速也不等，这种搅拌设备重要用于高黏液体。采用卧式双轴搅拌设备目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侧壁上，因此轴封构造是罪费脑筋。旁入式搅拌设备，普通用于防止原油储罐泥浆堆积，用于重油、汽油等石油制品均匀搅拌，用于各种液体混合和防止沉降等。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、转速不同搅拌器组合起来使用，称为组合式搅拌设备。第二章搅拌罐构造设计第一节罐体尺寸拟定及构造选型（一）筒体及封头型式选取圆柱形筒体，采用原则椭圆形封头（二）拟定内筒体和封头直径发酵罐类设备长径比取值范畴是1.7~2.5，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性影响选用依照工艺规定，装料系数，罐体全容积，罐体公称容积（操作时盛装物料容积）。初算筒体直径即圆整到公称直径系列，去。封头取与内筒体相似内经，封头直边高度，（三）拟定内筒体高度H 当时，查《化工设备机械基本》表16-6得封头容积，取核算与，该值处在之间，故合理。该值接近，故也是合理。（四）选用夹套直径表1 夹套直径与内通体直径关系内筒径夹套由表1，取。夹套封头也采用原则椭圆形，并与夹套筒体取相似直径（六）校核传热面积工艺规定传热面积为，查《化工设备机械基本》表16-6得内筒体封头表面积高筒体表面积为总传热面积为故满足工艺规定。第二节内筒体及夹套壁厚计算（一）选取材料，拟定设计压力按照《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因此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（三）夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选取热轧钢板，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。依照钢板规格，取夹套筒体名义厚度。夹套封头计算壁厚为取厚度附加量，拟定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相似。（四）内筒体壁厚计算 ①按承受内压计算焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为： ②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：不满足强度规定，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规定。（五）考虑到加工制造以便，取封头与夹套筒体等厚，即取封头名义厚度。按内压计算必定是满足强度规定，下面仅按封头受外压状况进行校核。封头有效厚度。由《过程设备设计》表4-5查得原则椭圆形封头形状系数，则椭圆形封头当量球壳内径，计算系数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规定。（六）水压实验校核 ①实验压力想要更多参照资料，加QQ：237456 ,我发给人们！内同实验压力取夹套实验压力取 ②内压实验校核内筒筒体应力夹套筒体应力而故内筒体和夹套均满足水压实验时应力规定。 ③外压实验校核由前面计算可知，当内筒体厚度取时，它许用外压为，不大于夹套水压实验压力，故在做夹套压力实验校核时，必要在内筒体内保持一定压力，以使整个实验过程中任意时间内，夹套和内同压力差不超过容许压差。第三节人孔选型及开孔补强设计 ①人孔选型选取回转盖带颈法兰人孔，标记为：人孔PN2.5,DN450,HG/T 21518-,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，因此因此有效补强区尺寸：在有效补强区范畴内，壳体承受内压所需设计厚度之外多余金属面积为：故可见仅就不不大于,故不需另行补强。最大开孔为人孔，而人孔不需另行补强，则其她接管均不需另行补强。第四节搅拌器选型（一）搅拌器选型桨径与罐内径之比叫桨径罐径比,涡轮式叶轮普通为0.25~0.5，涡轮式为迅速型，迅速型搅拌器普通在时设立多层搅拌器，且相邻搅拌器间距不不大于叶轮直径d。适应最高黏度为左右。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高度C普通为桨径1~1.5倍。如果为了防止底部有沉降，也可将叶轮放置低些，如离底高度.最上层叶轮高度离液面至少要有1.5d深度。符号阐明 ——键槽宽度 ——搅拌器桨叶宽度 ——轮毂内经 ——搅拌器桨叶连接螺栓孔径 ——搅拌器紧定螺钉孔径 ——轮毂外径 ——搅拌器直径 ——搅拌器圆盘直径 ——搅拌器参照质量 ——轮毂高度 ——圆盘到轮毂底部高度 ——搅拌器叶片长度 ——弧叶圆盘涡轮搅拌器叶片弧半径 ——搅拌器许用扭矩 ——轮毂内经与键槽深度之和 ——搅拌器桨叶厚度 ——搅拌器圆盘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，圆盘涡轮搅拌器通用尺寸为桨径:桨长:桨宽，圆盘直径普通取桨径，弯叶圆弧半径可取桨径。查HG-T 3796.1~12-,选用搅拌器参数如下表由前面计算可知液层深度，而，故，则设立两层搅拌器。为防止底部有沉淀，将底层叶轮放置低些，离底层高度为，上层叶轮高度离液面深度，即。则两个搅拌器间距为，该值不不大于也轮直径，故符合规定。（二）搅拌附件 ①挡板挡板普通是指长条形竖向固定在罐底上板，重要是在湍流状态时，为了消除罐中央“圆柱状回转区”而增设。罐内径为，选取块竖式挡板，且沿罐壁周边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规定可知，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选取减速机型号为减速机重要参数及尺寸如下表：第二节联轴器选型选取减速机输出轴轴头型式为普通型，选取GT型刚性联轴器联轴器重要尺寸为：轴径 80 220 185 120 150 24 28 30 162 324 第四章搅拌轴设计与校核 4.1符号阐明 ——设计最后拟定实心轴轴径或空心轴外径，； ——设计最后拟定密封部位实心轴轴径或空心轴外径，； ——按扭转变形计算传动侧轴承处实心轴轴径或空心轴外径，； ——按强度计算单跨轴跨间段实心轴轴径或空心轴轴径或空心轴外径，； ——单跨轴实心轴轴径或空心轴外径,； ——轴材料弹性模量，； ——搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处许用偏心距，； ——搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处质量偏心引起离心力，; ——第个搅拌器上流体径向力，; ——单跨轴跨间轴段（实心或空心）惯性矩，； ——单跨轴第个圆盘（搅拌器及附件）至传动侧轴承距离与轴长比值（、……）； ——单跨轴两轴承之间长度，；、……——1~个圆盘（搅拌器及附件）每个圆盘至传动侧轴承距离（对于单跨轴），； ——搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心离传动侧轴承距离（对于单跨轴），； ——轴上弯矩总和，； ——由轴向推力引起作用于轴弯矩，； ——按传动装置效率计算搅拌轴传递扭矩，； ——由径向力引起作用于轴弯矩，； ——固定在搅拌轴上圆盘（搅拌器及附件）数；、……——圆盘（搅拌器及附件）、……质量，；、……——圆盘（搅拌器及附件）、……有效质量，； ——单跨轴段轴质量 ——单跨轴段轴有效质量，； ——单跨轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合质量， ——空心轴内径与外径比值； ——轴转速，； ——轴一阶临界转速，； ——电动机额定功率，; ——设备内设计压力，； ——相称质量折算点； ——传动侧轴承游隙,； ——单跨轴末端轴承游隙，； ——单跨轴段有效质量相称质量，；、……——、……相称质量，； ——在点所有相称质量总和，； ——搅拌轴轴线与安装垂直线夹角，()； ——第个搅拌器叶片倾斜角，()； ——轴扭转角，； ——由轴承径向游隙引起在轴上离图或图中轴承距离处径向位移，； ——由流体径向作用力引起在轴上离图或图中轴承距离处径向位移，； ——由组合质量偏心引起离心力在轴上离图或图中轴承处产生径向位移，； ——离图或图中轴承距离处轴径向总位移，； ——搅拌物料密度，； ——轴材料密度，； ——轴上所有搅拌器其相应编号之和。 4.2搅拌轴受力模型选取与轴长计算轴长： 4.3按扭转变形计算计算搅拌轴轴径轴许用扭转角，对单跨轴有；搅拌轴传递最大扭矩上式中,，带传动取，因此依照前面附件选型。取依照轴径计算轴扭转角因此 4.4依照临界转速核算搅拌轴轴径 4.4.1搅拌轴有效质量计算刚性轴（不涉及带锚式和框式搅拌器刚性轴）有效质量等于轴自身质量加上轴附带液体质量。对单跨轴因此圆盘（搅拌器及附件）有效质量计算刚性搅拌轴（不涉及带锚式和框式搅拌器刚性轴）圆盘有效质量等于圆盘自身重量叫上搅拌器附带液体质量上式中： ——第个搅拌器附加质量系数，查表3.3.4—1 ——第个搅拌器直径， ——第个搅拌器叶片宽度，叶片倾角，圆盘质量因此 4.4.2作用集中质量单跨轴一阶临界转速计算（1）两端简支等直径单跨轴，轴有效质量在中点处相称质量为：第个圆盘有效质量在中点处相称质量为：因此在点处相称质量为：因此临界转速为：因此（2）一端固定另一端简支等直径单跨轴，轴有效质量在中点处相称质量为：第个圆盘有效质量在中点处相称质量为：因此在点处总相称质量为：因此临界转速为：因此（3）单跨搅拌轴传动侧支点夹持系数选用传动侧轴承支点型式普通状况是介于简支和固支之间，其限度用系数表达。采用刚性联轴节时，,取。因此依照搅拌轴抗震条件：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，且因此满足该条件。 4．5按强度计算搅拌轴轴径 4．5．1受强度控制轴径按下式求得：式中：——轴上扭矩和弯矩同步作用时当量扭矩 ——轴材料许用剪应力 4．5．2轴上扭矩按下式求得： ——涉及传动侧轴承在内传动装置效率，按附录D选用，则因此 4．5．3轴上弯矩总和应按下式求得：（1）径向力引起轴上弯矩计算对于单跨轴，径向力引起轴上弯矩可以近似按下式计算：第个搅拌器流体径向力应按下式求得：式中：——流体径向力系数，按照附录C. 2有 ——第个搅拌器功率产生扭矩 ——第个搅拌器设计功率，按附录 C. 3有两个搅拌器为同种类型，，则因此因此（2）搅拌轴与各层圆盘组合质量按下式求得。对于单跨轴： ——单跨轴段轴质量因此故（3）搅拌轴与各层圆盘组合质量偏心引起离心力按下式求得。对于单跨轴：上式中，对刚性轴初值取 ——许用偏心距（组合件重心处）， ——平衡精度级别，。普通取因此则（4）搅拌轴与各层圆盘组合重心离轴承距离按下式计算。对于单跨轴：因此而（5）由轴向推力引起作用于轴上弯矩计算。粗略计算：当或轴上任一搅拌器时，取故因此因此因此前面计算中取轴径为，故强度符合规定。 4．6按轴封处（或轴上任意点处处）容许径向位移验算轴径。 4．6．1因轴承径向游隙、所引起轴上任意点离图中轴承距离处位移。对于单跨轴：轴承径向游隙按照附录C．1选用，因而传动侧轴承游隙（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）当时，求得即为轴封处总位移，因此 4．6．2由流体径向作用力所引起轴上任意点离图中轴承距离处位移。对于单跨轴：两端简支单跨轴且，而因此 = 一端固支另一端简支单跨轴：代入已知数据可得 4．6．3由搅拌轴与各层圆盘（搅拌器及附件）组合质量偏心引起离心力在轴上任意点离图中轴承距离处产生位移按下式计算对两端简支单跨轴：代入已知数据可得因此对一端固支一端简支单跨轴：代入已知数据可得：因此普通单跨轴传动侧支点夹持系数介于简支和固支之间，此时值应取式和式之中间值，查附录C．4取查附录C．5得因此因此 4．6．4总位移及其校核对于刚性轴：因此验算应满足下列条件：轴封处容许径向位移按下式计算： ——径向位移系数，按附录C．6．1选用因此则满足 4．7轴径最后拟定由以上分析可得，搅拌轴轴径满足临界转速和强度规定，故拟定轴径为。搅拌轴轴封选取机械密封是一种功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长旋转轴密封。与填料密封相比，机械密封泄漏率大概为填料密封，功率消耗约为填料密封。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，选取B型耳式支座，对于一级发酵罐配备4个耳式支座。查JB/T4712.3-选取耳式支座B5-1，该支座参数为：耳式支座实际承受载荷计算式中： ——支座实际承受载荷，； ——支座安装尺寸，； g——重力加速度，取； ——偏心载荷，； ——水平力作用点至地板高度，； ——不均匀系数，安装3个以上支座时，取； ——设备总质量（涉及壳体及附件，内部介质及保温层质量），；筒体质量封头质量轴质量搅拌器质量夹套质量人孔质量减速机质量水压实验时充水质其她附件如挡板、联轴器及接管等，估算这些附件质量为，则设备总质量为； ——支座数量，； ——偏心距，； ——地震影响系数，地震设防烈度为8度，取； ——水平力，取和大值，；因容器置于室内，不计其风压值，故，即 ——容器总高度，；因此 ,满足支座本体容许载荷规定。计算支座处圆筒所受支座弯矩: 夹套有效厚度：依照和查表B.1知当圆筒有效厚度为，圆筒内压为，对于该支座有，故所选满足能满足规定。第六章封口锥构造选型与计算符号阐明 ——轴向力系数； ——封口锥连接系数； ——内筒体厚度附加量，； ——夹套厚度附加量，； ——容器内径，； ——夹套内径，； ——夹套封头与容器封头连接园直径，； ——容器外壁至夹套壁中面距离 ——封口锥连接强度系数； ——与封口锥相接夹套加强区实际长度，或连接封口锥与夹套第一道环焊缝至折边锥体切线距离，； ——工作或实验条件下容器内设计压力，； ——工作或实验条件下夹套或通道内设计压力，； ——夹套或通道许用内压力，； ——容器筒体实际壁厚，； ——夹套筒体、封口锥或通道实际壁厚，； ——夹套筒体、封口锥或通道计算厚度，； ——辅助参数； ——封口锥半顶角（）； ——容器壳体与夹套壳体间距系数； ——容器壳体与夹套壳体强度比系数； ——封口锥连接长度系数； ——封口锥相对有效承载长度系数； ——封口锥过渡区转角内半径系数； ——设计温度下容器壳体材料许用应力，； ——设计温度下夹套壳体或通道材料许用应力，； ——计算焊缝系数； ——夹套筒体纵焊缝系数； ——容器筒体环焊缝系数； ——夹套筒体纵焊缝系数；选取（a）型构造 a. 轴向力系数A 式中：，即，取因此辅助系数、、、、、、容器壳体与夹套壳体间距系数上式中：因此因所选封口锥构造为（a）型，故封口锥过渡区转角内半径系数。封口锥连接长度系数，对于有容器壳体于夹套壳体强度比系数计算焊缝系数、封口锥相对有效承载长度系数因此封口锥连接系数式中：对于，因此则对于，因此，因此

展开阅读全文