攪拌器的機械設計

第一節(jié)概述第二節(jié)攪拌器的形式及選型第三節(jié)攪拌器的功率第四節(jié)攪拌器結構設計第五節(jié)傳動裝置及攪拌軸第六節(jié)軸封第九章攪拌器的機械設計

攪拌設備在化學工業(yè)中的應用范圍很廣?；瘜W工藝過程的種種化學變化，是以參加反應物質的充分混合為前提的，對于加熱、冷卻和液體萃取以及氣體吸收等物理變化過程，往往要采用攪拌操作才能得到好的效果。第九章攪拌器的機械設計

攪拌反應釜的組成：1、釜體部分2、傳熱裝置3、攪拌傳動裝置4、軸封裝置5、其他結構第一節(jié)概述第九章攪拌器的機械設計1、釜體部分（罐體）是物料進行化學反應的場所。由筒體和上下封頭組成，通過支座安裝在基礎上，其容積由生產(chǎn)能力和產(chǎn)品的反應要求決定。2、傳熱裝置化學反應一般都伴有放熱或吸熱。為保持反應的溫度穩(wěn)定，必須設置加熱或冷卻裝置。常用的是在釜體外設置夾套或在釜內設置蛇管。第一節(jié)概述第九章攪拌器的機械設計3、攪拌傳動裝置

為使參加反應的各種物料混合均勻，接觸良好，以加速反應的進行或減少負反應的發(fā)生，需在釜內設置攪拌裝置。攪拌傳動裝置由攪拌軸、攪拌器和傳動裝置（電動機、減速器和聯(lián)軸器等）組成。4、軸封裝置

攪拌軸要穿過釜體上封頭與傳動裝置相連，為保證釜體內的反應介質不外泄，需對攪拌軸進行密封處理，一般采用填料密封或機械密封。5、其他結構

除了上述幾種主要結構外，還有人孔、物料進出口管、監(jiān)測儀表和安全泄放裝置等。第一節(jié)概述第九章攪拌器的機械設計

一、攪拌器（攪拌槳或葉輪）的功能 提供工藝過程所需要的能量和適宜的流動狀態(tài)，以達到攪拌目的。工藝過程對攪拌的要求可以分為以下四種。第二節(jié)攪拌器的型式及選型混合：使相對密度、粘度不同的物料混合均勻；攪動：使物料強烈流動，以提高傳熱及傳質效果；懸浮：使原來靜止的液體中會沉降的固體顆?；蛞旱螒腋≡谝后w介質中；分散：使氣體、液體或固體分散在液體介質中，增大不同物相間的接觸面積，加快傳質和傳熱第九章攪拌器的機械設計二、攪拌器的液體流動狀態(tài) 攪拌器的槳葉形式：平直槳葉、斜槳葉和螺旋面槳葉。 液體的流動狀態(tài)：基本流向有環(huán)向流（沿攪拌器旋轉半徑的切線方向）、徑向流（徑向流出、軸向流入）和軸向流。第二節(jié)攪拌器的型式及選型第九章攪拌器的機械設計三、常用攪拌器的形式和適用條件第二節(jié)攪拌器的型式及選型第九章攪拌器的機械設計三、常用攪拌器的形式和適用條件第二節(jié)攪拌器的型式及選型第九章攪拌器的機械設計

一、攪拌器功率和攪拌作業(yè)功率

攪拌器功率是攪拌器、攪拌槽的幾何參數(shù)及物料的物性參數(shù)、攪拌器的運轉參數(shù)等的函數(shù)。

被攪拌的介質在流動狀態(tài)下都要進行一定的物理過程和化學反應過程。不同的攪拌過程、不同的物性、物料量在完成其過程時所需要的動力不同（由工藝過程的特性所決定）。動力的大小是被攪拌的介質的物理、化學性能以及各種攪拌過程所要求的最終結果的函數(shù)。把攪拌器使攪拌槽中的液體以最佳方式完成攪拌過程所需要的功率叫做攪拌作業(yè)功率。

最理想狀況：攪拌器功率=攪拌作業(yè)功率。第三節(jié)攪拌器的功率第九章攪拌器的機械設計

二、影響攪拌器功率的因素

攪拌器的功率與槽內造成的流動狀態(tài)有關。

攪拌器的幾何參數(shù)與運轉參數(shù)——槳徑，槳寬，槳葉角度，槳轉速，槳葉數(shù)量，槳葉離槽底安裝高度等。

攪拌槽的幾何參數(shù)——槽內徑，液體深度，擋板寬度，擋板數(shù)量，導流筒尺寸等。

攪拌介質的物性參數(shù)——液相的密度，液相的粘度，重力加速度等。

因攪拌器的功率是從攪拌器本身的幾何參數(shù)、運轉條件來研究其動力消耗，所以在影響因素中看不到攪拌目的不同的影響。第三節(jié)攪拌器的功率第九章攪拌器的機械設計

三、從攪拌作業(yè)功率的觀點決定攪拌過程的功率

（一）液體單位體積的平均攪拌功率——反映攪拌的難易程度。

第三節(jié)攪拌器的功率第九章攪拌器的機械設計推薦值（二）按攪拌過程求攪拌功率的算圖第三節(jié)攪拌器的功率第九章攪拌器的機械設計一、罐體的尺寸確定1、罐體的長徑比

長徑比要考慮的主要因素：（1）對攪拌功率的影響：隨著罐體長徑比的減小，攪拌器槳葉直徑也相應放大。在一定的攪拌軸轉速下，攪拌功率與攪拌器槳葉直徑的五次方成正比。第四節(jié)攪拌罐結構設計第九章攪拌器的機械設計（2）對傳熱的影響：容積一定時長徑比越大罐體盛料部分表面積越大，夾套的傳熱面積越大；傳熱表面距離罐體中心越近，物料的溫度梯度就越小，有利于提高傳熱效果。（3）物料特性對罐體長徑比的要求。一、罐體的尺寸確定2、攪拌罐裝料量

根據(jù)攪拌罐操作時所允許的裝滿程度考慮選擇裝科系數(shù)，然后經(jīng)過初步計算、數(shù)值圓整及核算，最終確定簡體的直徑和高度。

（1）裝料系數(shù)

罐體的全容積與罐體的公稱容積——操作時盛裝物料的容積的關系：

第四節(jié)攪拌罐結構設計

選用裝料系數(shù)值，盡量提高設備利用率——取0.6~0.85。物料在反應過程中要起泡沫或呈沸騰狀態(tài)，取0.6~0.7；物科反應平穩(wěn)，取0.8~0.85(物料粘度較大可取大值)。第九章攪拌器的機械設計一、罐體的尺寸確定2、攪拌罐裝料量

（2）初步計算筒體直徑

忽略封頭的容積：把罐體長徑比代入上式：整理得：

第四節(jié)攪拌罐結構設計第九章攪拌器的機械設計一、罐體的尺寸確定2、攪拌罐裝料量

（3）確定筒體直徑和高度

將上式計算結果圓整成標準直徑算出筒體高度第四節(jié)攪拌罐結構設計第九章攪拌器的機械設計二、頂蓋的結構

1、頂蓋

在受壓狀態(tài)下操作選用橢圓形封頭。按外壓（內壓）壓力容器計算壁厚。一般攪拌器重量及工作載荷對封頭穩(wěn)定性影響不大時，不必另行加強；如攪拌器的工作狀況對封頭影響較大，則要將壁厚適當增加。必要時可在攪拌罐罐體之外另做一個框架以安裝攪拌裝置的軸承，由框架承擔攪拌器的操作載荷。對于常壓或操作壓力不大而直徑較大的設備，在薄鋼板上加設型鋼制的橫梁，用以支承攪拌器及其傳動裝量。第四節(jié)攪拌罐結構設計第九章攪拌器的機械設計二、頂蓋的結構

2、底座結構

底座焊接在罐體的頂蓋上，用以連接減速機和軸的密封裝置。

圖（a）：底座與封頭接觸處做成平面，底座外周焊一圓環(huán)，與封頭焊成一體。

圖（b）：底座與封頭接觸處為平面，其間隙中間墊一適當直徑的圓鋼后，再焊成一體。第四節(jié)攪拌罐結構設計第九章攪拌器的機械設計二、頂蓋的結構

2、底座結構

底座焊接在罐體的頂蓋上，用以連接減速機和軸的密封裝置。

圖（a）：底座與封頭接觸處做成平面，底座外周焊一圓環(huán)，與封頭焊成一體。

二、頂蓋的結構

2、底座結構

圖（c）：在底座的底面車成一斜面約15°，使外周與封頭吻合，然后焊成一體。

圖（d）：底座底面的曲率做成與封頭相應部分外表層的曲率相同，使底面全部與封頭吻合，在加工中不易做到，一般很少采用。第四節(jié)攪拌罐結構設計第九章攪拌器的機械設計二、頂蓋的結構

2、底座結構

圖（e）：適用于襯里設備,用襯里層包覆。襯里設備也可使用圖

（a）~圖（d）所示底座。

圖（f）：適用于碳鋼或不銹鋼制設備。第四節(jié)攪拌罐結構設計第九章攪拌器的機械設計二、頂蓋的結構

2、底座結構

圖（g）：加工方便。

圖（h）：加工困難，設計中不宜采用。

第四節(jié)攪拌罐結構設計第九章攪拌器的機械設計二、頂蓋的結構

2、底座結構

為保證的攪拌軸運轉順利，軸封與減速機安裝時有一定的同心度，常采用整體式底座。如減速機底座和軸封底座的直徑相差很多，可采用分裝式底座。

視攪拌罐內物料的腐蝕情況，底座有襯里和不襯里的兩種。不襯里的底座材料可用Q235A或Q235A·F。要求襯里的，則在可能與物料接觸的底座表面襯一層耐腐蝕材料，常用不銹鋼。為便于和底座焊接，車削應在襯里焊好后進行。第四節(jié)攪拌罐結構設計第九章攪拌器的機械設計第五節(jié)傳動裝置及攪拌軸一、傳動裝置

包括：電動機、減速裝置、聯(lián)軸節(jié)及攪拌軸等。

常用的減速裝置有齒輪減速機、蝸輪減速機、三角皮帶（有爆炸危險場合不能使用）以及擺線針齒行星減速機等。

如采用臥式減速機時，可用傘齒輪來改變方向。第九章攪拌器的機械設計第五節(jié)傳動裝置及攪拌軸

一、傳動裝置

當攪拌器快速轉動并和電機同步時，可與電機直接連用。對簡單的圓筒形或方形敞口設備可將傳動裝置安裝在筒體上，攪拌軸斜插入筒體內。

對高粘度攪拌過程，為提高攪拌效果，往往需要兩種不同型式不同轉速的攪拌器，使之能夠同時達到攪拌、刮壁等要求。可采用雙軸傳動減速機。根據(jù)需要，雙軸旋轉方向可相同或相反。第九章攪拌器的機械設計第五節(jié)傳動裝置及攪拌軸

一、傳動裝置

底攪拌結構軸短不需要裝設中間軸承和底軸承，軸所承受的應力小，運轉穩(wěn)定，對密封也有利。其傳動裝置可安放在地面基礎上，便于維護檢修，也有利于上封頭接管的排列和安裝，并且可在封頭上加夾套以冷卻氣相介質。第九章攪拌器的機械設計第五節(jié)傳動裝置及攪拌軸一、傳動裝置

軸承的布置形式：

①軸承設置在支架內；

②軸承設置在設備底部，主要承受徑向載荷；

③軸承設在密封處并與密封緊密相連，主要控制密封處的擺動量。第九章攪拌器的機械設計第五節(jié)傳動裝置及攪拌軸

二、軸的設計（自學）1、軸的強度計算第九章攪拌器的機械設計第五節(jié)傳動裝置及攪拌軸

二、軸的設計（自學）2、軸的剛度計算第九章攪拌器的機械設計

一、填料密封由襯套、填料箱體、填料環(huán)、壓蓋、壓緊螺栓組成。第六節(jié)軸封第九章攪拌器的機械設計被裝填在攪拌軸和填料函之間環(huán)形間隙中的填料，在壓蓋壓力的作用下，對攪拌軸表面產(chǎn)生徑向壓緊力。由于填料中含有潤滑劑，在對攪拌軸產(chǎn)生徑向壓緊力的同時也產(chǎn)生一層極薄的液膜—使攪拌軸得到潤滑，同時起到阻止設備內流體漏出或外部流體滲入的作用。一、填料密封（動密封）1、密封原理第六節(jié)軸封第九章攪拌器的機械設計

1）優(yōu)點：結構簡單，造價低，檢修方便。2）缺點：（1）當填料中缺乏潤滑劑時，潤滑情況會變壞，邊界摩擦狀態(tài)不能維持，軸和填料之間產(chǎn)生局部固體摩擦，造成發(fā)熱，使填料和軸急劇磨損及密封面間隙擴大，泄漏增加；（2）不能做到點滴不漏；（3）維護不便。2、優(yōu)缺點一、填料密封第六節(jié)軸封第九章攪拌器的機械設計1、原理和結構機械密封是用垂直于軸的兩個密封元件動環(huán)和靜環(huán)的平面相互貼合，且作相對運動，并達到密封的裝置。動環(huán)靜環(huán)二、機械密封第六節(jié)軸封第九章攪拌器的機械設計

機械密封的密封比壓來自彈簧的壓力，小量的位移對彈簧