搅拌器优质毕业设计很实用.doc

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搅拌器毕业设计第一章绪论搅拌能够使两种或多个不一样物质在相互之中相互分散，从而达成均匀混合；也能够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，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程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经过液体层，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促进液体产生对流循环。和机械搅拌相比，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，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下反应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。搅拌设备关键由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。其结构形式以下：（结构图）第一节搅拌设备在工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多化工生产全部或多或少地应用着搅拌操作。搅拌设备在很多场所时作为反应器来应用。比如在三大合成材料生产中，搅拌设备作为反应器约占反应器总数99%。。搅拌设备应用范围之所以这么广泛，还因搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）可控范围较广，又能适应多样化生产。搅拌设备作用以下：①使物料混合均匀；②使气体在液相中很好分散；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足乳化；⑤强化相间传质（如吸收等）；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、聚合反应、制备催化剂等。比如石油工业中，异种原油混合调整和精制，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，全部装备着多种型式搅拌设备。第二节搅拌物料种类及特征搅拌物料种类关键是指流体。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。在搅拌设备中因为搅拌器作用，而使流体运动。第三节搅拌装置安装形式搅拌设备能够从不一样角度进行分类，如按工艺用途分、搅拌器结构形式分或按搅拌装置安装形式分等。一下仅就搅拌装置多种安装形式进行分类说明。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，驱动方法通常为皮带传动和齿轮传动，用一般电机直接联接。通常认为功率3.7kW一下为小型，5.5~22kW为中型。此次设计中所采取电机功率为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，能预防液体在搅拌器周围产生“圆柱状回转区”，能够产生和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一样，所以使液层间相对运动加强，增加了液层间湍动，使搅拌效果得到显著提升。但偏心搅拌轻易引发振动，通常见于小型设备上比较适合。三、倾斜式搅拌为了预防涡流产生，对简单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、结构简单，操作轻易，应用范围广。通常采取功率为0.1~22kW，使用一层或两层桨叶，转速为36~300r/min，常见于药品等稀释、溶解、分散、调和及pH值调整等。四、底搅拌搅拌装置在设备底部，称为底搅拌设备。底搅拌设备优点是：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，既节省原料又节省加工费，而且降低了安装要求。所需检修空间比上搅拌小，避免了长轴吊装工作，有利于厂房合理排列和充足利用。因为把粗笨减速机装置和动力装置安放在地面基础上，从而改善了封头受力状态，同时也便于这些装置维护和检修。底搅拌即使有上述优点，但也有缺点，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，注入速度应大于聚合物颗粒沉降速度，以预防聚合物沉降结块。另外，检修搅拌器和轴封时，通常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，壳降低设备安装高度，提升搅拌设备抗震性，改善悬浮液状态等。可用于搅拌气液非均相系物料，比如充气搅拌就是采取卧式容器搅拌设备。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一样，轴速也不等，这种搅拌设备关键用于高黏液体。采取卧式双轴搅拌设备目标是要取得自清洁效果。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，所以轴封结构是罪费脑筋。旁入式搅拌设备，通常见于预防原油储罐泥浆堆积，用于重油、汽油等石油制品均匀搅拌，用于多种液体混合和预防沉降等。八、组合式搅拌有时为了提升混合效率，需要将两种或两种以上形式不一样、转速不一样搅拌器组合起来使用，称为组合式搅拌设备。第二章搅拌罐结构设计第一节罐体尺寸确定及结构选型（一）筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采取标准椭圆形封头（二）确定内筒体和封头直径发酵罐类设备长径比取值范围是1.7~2.5，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热和物料特征影响选择依据工艺要求，装料系数，罐体全容积，罐体公称容积（操作时盛装物料容积）。初算筒体直径即圆整到公称直径系列，去。封头取和内筒体相同内经，封头直边高度，（三）确定内筒体高度H 当初，查《化工设备机械基础》表16-6得封头容积，取核实和，该值处于之间，故合理。该值靠近，故也是合理。（四）选择夹套直径表1 夹套直径和内通体直径关系内筒径夹套由表1，取。夹套封头也采取标准椭圆形，并和夹套筒体取相同直径（六）校核传热面积工艺要求传热面积为，查《化工设备机械基础》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要求。第二节内筒体及夹套壁厚计算（一）选择材料，确定设计压力根据《钢制压力容器》（）要求，决定选择高合金钢板，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（三）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取双面焊，局部探伤检验，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量，确定取夹套封头壁厚和夹套筒体壁厚相同。（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：故取内筒体壁厚能够满足强度要求。（五）考虑到加工制造方便，取封头和夹套筒体等厚，即取封头名义厚度。按内压计算肯定是满足强度要求，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得故封头壁厚取能够满足稳定性要求。（六）水压试验校核 ①试验压力想要更多参考资料，加QQ: 237456 ,我发给大家！内同试验压力取夹套试验压力取 ②内压试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试验时应力要求。 ③外压试验校核由前面计算可知，当内筒体厚度取时，它许用外压为，小于夹套水压试验压力，故在做夹套压力试验校核时，必需在内筒体内保持一定压力，以使整个试验过程中任意时间内，夹套和内同压力差不超出许可压差。第三节人孔选型及开孔补强设计 ①人孔选型选择回转盖带颈法兰人孔，标识为：人孔PN2.5,DN450,HG/T 21518-,尺寸以下表所表示: 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，补强计算以下：开孔直径圆形封头因开孔减弱所需补强面积为：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多出金属面积为：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，则其它接管均不需另行补强。第四节搅拌器选型（一）搅拌器选型桨径和罐内径之比叫桨径罐径比,涡轮式叶轮通常为0.25~0.5，涡轮式为快速型，快速型搅拌器通常在时设置多层搅拌器，且相邻搅拌器间距大于叶轮直径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通常为桨径1~1.5倍。假如为了预防底部有沉降，也可将叶轮放置低些，如离底高度.最上层叶轮高度离液面最少要有1.5d深度。符号说明 ——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 ——搅拌器参考质量 ——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 ——轮毂内经和键槽深度之和 ——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，圆盘直径通常取桨径，弯叶圆弧半径可取桨径。查HG-T 3796.1~12-,选择搅拌器参数以下表由前面计算可知液层深度，而，故，则设置两层搅拌器。为预防底部有沉淀，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，该值大于也轮直径，故符合要求。（二）搅拌附件 ①挡板挡板通常是指长条形竖向固定在罐底上板，关键是在湍流状态时，为了消除罐中央“圆柱状回转区”而增设。罐内径为，选择块竖式挡板，且沿罐壁周围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要求可知，传动方法为带传动，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关键参数及尺寸以下表：第二节联轴器选型选择减速机输出轴轴头型式为一般型，选择GT型刚性联轴器联轴器关键尺寸为：轴径 80 220 185 120 150 24 28 30 162 324 第四章搅拌轴设计和校核 4.1符号说明 ——设计最终确定实心轴轴径或空心轴外径，； ——设计最终确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发离心力，; ——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）至传动侧轴承距离和轴长比值（、……）； ——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，； ——由轴向推力引发作用于轴弯矩，； ——按传动装置效率计算搅拌轴传输扭矩，； ——由径向力引发作用于轴弯矩，； ——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， ——空心轴内径和外径比值； ——轴转速，； ——轴一阶临界转速，； ——电动机额定功率，; ——设备内设计压力，； ——相当质量折算点； ——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当质量，；、……——、……相当质量，； ——在点全部相当质量总和，； ——搅拌轴轴线和安装垂直线夹角，()； ——第个搅拌器叶片倾斜角，()； ——轴扭转角，； ——由轴承径向游隙引发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发在轴上离图或图中轴承距离处径向位移，； ——由组合质量偏心引发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，； ——轴上全部搅拌器其对应编号之和。 4.2搅拌轴受力模型选择和轴长计算轴长： 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；搅拌轴传输最大扭矩上式中,，带传动取，所以依据前面附件选型。取依据轴径计算轴扭转角所以 4.4依据临界转速核实搅拌轴轴径 4.4.1搅拌轴有效质量计算刚性轴（不包含带锚式和框式搅拌器刚性轴）有效质量等于轴本身质量加上轴附带液体质量。对单跨轴所以圆盘（搅拌器及附件）有效质量计算刚性搅拌轴（不包含带锚式和框式搅拌器刚性轴）圆盘有效质量等于圆盘本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，圆盘质量所以 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当质量为：第个圆盘有效质量在中点处相当质量为：所以在点处相当质量为：所以临界转速为：所以（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当质量为：第个圆盘有效质量在中点处相当质量为：所以在点处总相当质量为：所以临界转速为：所以（3）单跨搅拌轴传动侧支点夹持系数选择传动侧轴承支点型式通常情况是介于简支和固支之间，其程度用系数表示。采取刚性联轴节时，,取。所以依据搅拌轴抗震条件：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，且所以满足该条件。 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：——轴上扭矩和弯矩同时作用时当量扭矩 ——轴材料许用剪应力 4．5．2轴上扭矩按下式求得： ——包含传动侧轴承在内传动装置效率，按附录D选择，则所以 4．5．3轴上弯矩总和应按下式求得：（1）径向力引发轴上弯矩计算对于单跨轴，径向力引发轴上弯矩能够近似按下式计算：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，根据附录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，，则所以所以（2）搅拌轴和各层圆盘组合质量按下式求得。对于单跨轴： ——单跨轴段轴质量所以故（3）搅拌轴和各层圆盘组合质量偏心引发离心力按下式求得。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）， ——平衡精度等级，。通常取所以则（4）搅拌轴和各层圆盘组合重心离轴承距离按下式计算。对于单跨轴：所以而（5）由轴向推力引发作用于轴上弯矩计算。粗略计算：当或轴上任一搅拌器时，取故所以所以所以前面计算中取轴径为，故强度符合要求。 4．6按轴封处（或轴上任意点四处）许可径向位移验算轴径。 4．6．1因轴承径向游隙、所引发轴上任意点离图中轴承距离处位移。对于单跨轴：轴承径向游隙根据附录C．1选择，所以传动侧轴承游隙（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）当初，求得即为轴封处总位移，所以 4．6．2由流体径向作用力所引发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, 而所以 = 一端固支另一端简支单跨轴：代入已知数据可得 4．6．3由搅拌轴和各层圆盘（搅拌器及附件）组合质量偏心引发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：代入已知数据可得所以对一端固支一端简支单跨轴：代入已知数据可得：所以通常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得所以所以 4．6．4总位移及其校核对于刚性轴：所以验算应满足下列条件：轴封处许可径向位移按下式计算： ——径向位移系数，按附录C．6．1选择所以则满足 4．7轴径最终确定由以上分析可得，搅拌轴轴径满足临界转速和强度要求，故确定轴径为。搅拌轴轴封选择机械密封是一个功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长旋转轴密封。和填料密封相比，机械密封泄漏率大约为填料密封，功率消耗约为填料密封。故采取机械密封。第五章支座选型及校核该搅拌设备为中小型直立设备，选择B型耳式支座，对于一级发酵罐配置4个耳式支座。查JB/T4712.3-选择耳式支座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（包含壳体及附件，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试验时充水质其它附件如挡板、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，；所以 ,满足支座本体许可载荷要求。计算支座处圆筒所受支座弯矩: 夹套有效厚度：依据和查表B.1知当圆筒有效厚度为，圆筒内压为，对于该支座有，故所选满足能满足要求。第六章封口锥结构选型和计算符号说明 ——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，； ——夹套封头和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； ——和封口锥相接夹套加强区实际长度，或连接封口锥和夹套第一道环焊缝至折边锥体切线距离，； ——工作或试验条件下容器内设计压力，； ——工作或试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（）； ——容器壳体和夹套壳体间距系数； ——容器壳体和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；选择（a）型结构 a. 轴向力系数A 式中：，即，取所以辅助系数、、、、、、容器壳体和夹套壳体间距系数上式中：所以因所选封口锥结构为（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所以封口锥连接系数式中：对于，所以则对于，所以，所以

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