搅拌器的机械设计
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第九章 搅拌器的机械设计
本章重点：搅拌器各部件的选型
本章难点：搅拌轴和搅拌器的设计
建议学时：2学时
第一节 概述
搅拌设备在工业生产中应用范围较广，它最主要的作用是使物料混合均匀，这种过程可
能是物理过程，也可能是化学反应过程。
如：聚酯行业，油剂调配罐，也是一个搅拌设备，使短纤油剂在水中搅拌均匀；又如，生
产高压聚乙烯的反应器是超高压反应器，乙烯气与催化剂、调节剂进入反应器后在200Mpa
的超高压、250℃的温度下进行聚合，反应器内有一搅拌器进行搅拌，从而使化学反应过程
良好地进行。）
(一)作用：
1． 使物料混合均匀
2． 强化传热、传质
混合的快慢、均匀程度和传热情况的好坏，都会影响反应结果，因此，搅拌情况的改变，
会很敏感地影响产品质量和数量。
第二节 搅拌器的型式及选型
一、常见型式：
桨式、涡轮式、推进式、锚式、框式、螺带式、螺杆式(图9－2)
二、搅拌器的功能：
提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动状态，以达到搅拌过程的
目的。（浆叶旋转运动，产生能量，给液体，形成流动状态，故关键在浆叶，当然与其
它因素也有关，如介质特性，搅拌器的工作环境等）
使气体在液相中很好地分散
使固体粒子(如催化剂)在液相中均匀地悬浮
使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化
强化相间的传质(如吸收等)
强化传热
三、选型依据：
考虑搅拌的目的、考虑动力消耗等问题(具体选型可以参看表9－1)
第三节 搅拌器的功率
一、搅拌器功率和搅拌器作业功率
1、 定义：
搅拌功率：搅拌过程进行时需要动力，笼统地称这一动力时叫做搅拌功率。
搅拌器功率：为使搅拌器连续运转所需要的功率称为搅拌器功率。不包括机械传动和轴封部
分所消耗的功率。此功率的涉及因素较多，与搅拌器几何参数，搅拌器运行参数有关。
搅拌作业功率：搅拌器使搅拌槽中的液体以最佳方式完成搅拌过程所需要的功率叫做搅拌作
业功率。
最理想状态：搅拌器功率＝搅拌作业功率
2.影响搅拌器功率的因素：
① 搅拌器的几何参数与运转参数
② 搅拌槽的几何参数;
③ 搅拌介质的物性参数。
3.从搅拌作业功率的观点决定搅拌过程的功率
1.液体单位体积的平均搅拌功率的推荐值(表9－2)
2.
按搅拌过程求搅拌功率
①、从液体容积值与液体粘度值连线，交于参考线Ⅰ；
②、由该点与液体比重连线，并交于参考线Ⅱ上某点；
③、将该点与某一搅拌过程连线，交于搅拌功率线，即可求得该过程的搅拌功率
第四节 搅拌罐结构设计
一、罐体的长径比：
1.
罐体长径比对搅拌功率的影响：需要较大搅拌功率的，长径比可以选得小些。
2.罐体长径比对传热的影响：体积一定时，长径比越大，表面积越大，越利于传热；并且此
时传热面距罐体中心近，物料的温度梯度就越大，有利于传热效果。因此，单纯从夹套传热
角度考虑，一般希望长径比大一些。
3.物料特性对罐体长径比的要求：需要足够液料高度的，希望长径比大些。
二、搅拌罐装料量：
已知长径比
公称容积Vg：操作时盛装物料的容积
(1) 、装料系数：一般取0.6～0.8
物料在反应过程中要起泡沫或呈沸腾状态，装料系数取低值，约为0.6～0.7
物料反应平稳，可取0.8～0.85，物料粘度较大可取大值。
(2) 、初步计算筒体内径：
(3) 、确定筒体直径和高度
(二)、顶盖的结构(自学)
1、 顶盖：常选用椭圆形封头
2、 底座结构：焊接在罐体的顶盖上，用以连接减速机和轴的密封装置
第五节 传动装置及搅拌轴
一、 传动装置：一般包括电动机、减速装置、联轴节及搅拌轴
二、轴的计算
1、 轴的强度计算：承受扭转和弯曲作用，以扭转为主，工程上只考虑扭矩，然后用增加安
全系数以降低材料的许用应力来弥补由于忽略受弯曲作用所引起的误差。
2、 轴的刚度计算：
3、 还要考虑轴截面局部削弱，因此应按计算直径给予适当增大。
第六节 轴封
一、填料密封(图9－11)
1、
原理：填料中含有润滑剂，在对搅拌轴产生径向压紧力的同时，形成极薄的液膜，一方
面使搅拌轴受到润滑，另一方面阻止设备内流体的逸出或外部流体的渗入，达到密封目的。
2、特点：应允许填料密封有一定的泄漏量。使用过程中需要经常调整填料压盖的压紧力。
三、机械密封：(图9－12)
1、原理：机械密封是依靠垂直于轴的两个密封元件的平面相互贴合(依靠介质压力或弹簧
力)，并作相对运动达到密封的装置。又称端面密封。
四个密封点：A动环和轴之间的密封(静密封)，B动环和静环作相对旋转运动时的端面密封
(动密封) ，C 静环与静环座之间的密封 (静密封)， D 静环座与设备之间的密封(静密封)。
机械密封中，动环与静环的接触面是泄漏通道之外，还有动环与轴之间、静环与支座之间的
间隙也是泄漏通道。
2、特点：功耗小、泄漏量低、密封性能可靠、使用寿命长的转轴密封。必须使冷却润滑液
在密封腔中不断循环。
