搅拌器毕业设计说明书
- 格式：docx
- 大小：182.74 KB
- 文档页数：14
第一章绪论
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。
在工业生产中，搅拌操作时从化学工业开始的，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与气流搅拌。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 泡群一密集状态上升借所谓上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进行 的搅拌时比较弱的，对于几千毫帕•秒以上的高粘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应液体的搅拌时比较便利的。在工业生产中，大多数的搅拌操作均 系机械搅拌，以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部 分组成。其结构形式如下：（结构图）
第一节 搅拌设备在工业生产中的应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的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 99%。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（如浓度、温 度、停留时间等）的可控范围较广，又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的分散；③使固体粒子（如催化剂）在
液相中均匀的悬浮；④使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；⑤强化相间的传质（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。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， 都装备着各种型式的搅拌设备。
第二节搅拌物料的种类及特性
搅拌物料的种类主要是指流体。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的作用，而使流体运动。
第三节搅拌装置的安装形式
搅拌设备可以从不同的角度进行分类， 如按工艺用途分、搅拌器结构形式分或按搅拌装置的安装形式分等。
一下仅就搅拌装置的各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的中心线上， 驱动方式一般为皮带传动和齿轮传动， 用普通电机直接联接。
一般认为功率3.7kW —下为小型，5.5〜22kW为中型。本次设计中所采用的电机功率为 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
近似的搅拌效果。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， 增加了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显的提高。但偏心搅拌容易引起振动，一般用于小型设备上比较 适合。
三、 倾斜式搅拌
为了防止涡流的产生，对简单的圆筒形或方形敞开的立式设备，可将搅拌器用甲板或卡盘直接安装在设备 筒体的上缘，搅拌轴封斜插入筒体内。
此种搅拌设备的搅拌器小型、轻便、结构简单，操作容易，应用范围广。一般采用的功率为 0.1〜22kW，使
用一层或两层桨叶，转速为 36〜300r/min，常用于药品等稀释、溶解、分散、调和及 pH值的调整等。
四、 底搅拌
搅拌装置在设备的底部，称为底搅拌设备。底搅拌设备的优点是：搅拌轴短、细，无中间轴承；可用机械 密封；易维护、检修、寿命长。底搅拌比上搅拌的轴短而细，轴的稳定性好，既节省原料又节省加工费，而且降低了安装要求。所需的检修空间比上搅拌小，避免了长轴吊装工作，有利于厂房的合理排列和充分 利用。由于把笨重的减速机装置和动力装置安放在地面基础上，从而改善了封头的受力状态，同时也便于 这些装置的维护和检修。
底搅拌虽然有上述优点，但也有缺点，突岀的问题是叶轮下部至轴封处的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。为此需用一定量的室温溶剂注入其间，注入速度应大于聚 合物颗粒的沉降速度，以防止聚合物沉降结块。另外，检修搅拌器和轴封时，一般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，壳降低设备的安装高度，提高搅拌设备的抗震性，改进悬浮液的状态等。可 用于搅拌气液非均相系的物料，例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。
六、 卧式双轴搅拌
搅拌器安装在两根平行的轴上，两根轴上的搅拌叶轮不同，轴速也不等，这种搅拌设备主要用于高黏液体 采用卧式双轴搅拌设备的目的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的侧壁上，所以轴封结构是罪费脑筋的。
旁入式搅拌设备，一般用于防止原油储罐泥浆的堆积，用于重油、汽油等的石油制品的均匀搅拌，用于各 种液体的混合和防止沉降等。
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、转速不同的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
第一节罐体的尺寸确定及结构选型
（一） 筒体及封头型式
选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头
（二） 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 1.7〜2.5，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选
取 H / Di =2.5
根据工艺要求，装料系数 「=0.7，罐体全容积V =9m3，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）
V =V * =9 0.7 = 6.3m3
初算筒体直径
即Di =3 4 6.3
-3.14 2.5 0.7 1.66m 兀
Di 圆整到公称直径系列，去 DN =1700mm。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度 h^ 40mm ,
（三）确定内筒体高度 H
3
当DN =1700mm,h^40mm时，查《化工设备机械基础》表 16-6得封头的容积v = 0.734m
V -v 4(9-0.734)
H 3.64m，取 H =3.7m
31 — Di
4
核算H / Dj与
H/Di =3.7/1.7 =2.18，该值处于1.7~ 2.5之间，故合理。
该值接近0.7，故也是合理的。
（四）选取夹套直径
表1夹套直径与内通体直径的关系 内筒径Di, mm 500~600 700~1800 2000~3000
夹套Dj, mm Dj +50 Di +100 Di +200
由表 1,取 Dj =Di 100 =1700 100 = 1800mm。
夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径
（六）校核传热面积
2 2
工艺要求传热面积为11m，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积 Aj = 3.34m ,3.7 m
高筒体表面积为
A = ：Di 3.7 =3.14 1.7 3.7 = 19.75m2
总传热面积为
A =3.14 19.75 = 23.09 11
故满足工艺要求。
第二节内筒体及夹套的壁厚计算
（一）选择材料，确定设计压力
按照《钢制压力容器》（GB150 -98）规定，决定选用0Cr18Ni9高合金钢板，该板材在150C 一下
的许用应力由《过程设备设计》附表 D1查取，［二］七=103MPa，常温屈服极限 J =137MPa
计算夹套内压
3 二 _ 2 一 3.14 1.72
Vg Vg
冲v 6.3
兀 2 —1.7 3.7 0.734 4 = 0.69 -1000kg /m3 液柱静压力-gH =1000 10 3.7 =0.037MPa
最高压力Pmax = 0.5MPa
设计压力 p =1.1Pmax =0.55MPa
所以 QgH =0.037MPa . 5%P =0.0275MPa
故计算压力 Pc =P ：、gH =0.55 0.037 =0.587MPa 内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用, 按内压则取PC =0.587MPa，按外压则取Pc=0.5MPa
（三）夹套筒体和夹套封头厚度计算
夹套材料选择Q235 -B热轧钢板，其a =235MPa,［汀 =113MPa
夹套筒体计算壁厚门
PCDj
2［汀-PC
夹套采用双面焊，局部探伤检查，查《过程设备设计》表 4-3得即=0.85
0.55 1800
2 113 0.85-0.55 =5.17mm
查《过程设备设计》表 4-2取钢板厚度负偏差 C^ 0.8mm，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取
腐蚀裕量C2 = 0，对于碳钢取腐蚀裕量 C2 = 2mm，故内筒体厚度附加量 Ca = C1 C^ = 0.8mm，
夹套厚度附加量C^C1 C^ 2.8mm。
根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度 、：nj =
14mm夹套封头计算壁厚^j为
2［汀一0.5巳 0.55X800
2 113 0.85-0.5 0.55 二 5.16mm
取厚度附加量 C = 2.8mm，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同
（四）内筒体壁厚计算
①按承受0.587MPa内压计算
焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：
巳Dj
2［汀「-巳 0.587 1700
2 103 0.85 - 0.587 二 5.72mm ②按承受0.55MPa外压计算
设内筒体名义厚度靳=12mm ,则以=“-C R 2— 0尸8 1 m m2内筒体外径
D。=Dj 2、」=1700 2 11.2 =1722.4mm。
1 1
内筒体计算长度 二 H j h 二 2800 (425 12) = 2945.7mm。
J 3 3
则L/ Do =1.71， Do/% =153.79，由《过程设备设计》图 4-6查得A = 0.0004，图4-9查得
B =50MPa，此时许用外压[P]为：
B6e 50X11.2
[P] e 0.33MPa :: 0.55MPa
Do 1722.4
不满足强度要求，再假设„-.n = 16mm ， ■则、：e二—Ca=16 0=8 mm5 .
Do = Dj 2、.n =1700 2 15.2 = 1730.4mm，
1 1
内筒体计算长度 L = H j —h =2800 —(425 16) = 2947mm
J 3 3
则 L/ Do =1.7，D。/飞=113.84
查《过程设备设计》图 4-6得A =0.0006,图4-9得B= 60MPa，此时许用外压为：
BQ 60 05.2
[P] e 0.562MPa 0.55MPa Do 1730.4
故取内筒体壁厚、：n =16mm可以满足强度要求。
(五) 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'nk ^16mm。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、：e =16 -0.8 =15.2mm。由《过程设备设计》表 4-5查得标准椭圆形封头的形状系数
Q =0.9，则椭圆形封头的当量球壳内径 R uQDi =0.9 1700 = 1530mm，计算系数A
