【正文】 容器時應(yīng)有一個密封裝置，常用填料密封或機械密封。通常馬達(dá)與密封均外購，研究的重點是葉輪 。 葉輪的攪拌作用表現(xiàn)為“泵送”和 渦流”，即產(chǎn)生流體速度和流體剪切，前者導(dǎo)至全容器中的回流 ， 介質(zhì)易位，防止固體的沉淀并產(chǎn)生對換熱熱管束 (如果有 )的沖刷；剪切是一種大回流中的微混合，可以打碎氣泡或不可溶的液滴 ， 造成“均勻”。 化工反應(yīng)中的攪拌設(shè)備 根據(jù)攪拌器葉輪的形狀可以分成直葉槳式、開啟渦輪式、推進式、圓盤渦輪式、錨式 、螺帶式、螺旋式等 }根據(jù)處理的掖體牯度不同可以分為低粘度液攪拌器。低粘度液攪拌器，如：三葉推進式、折葉槳葉， 6 直葉渦輪式、超級混合葉輪式 HR 100， HV 100 等；中高粘度液攪拌器 如：錨式、螺桿葉輪式、雙螺旋螺帶葉輪型， MR 205， 305 超混合攪拌器等等。 化工攪拌器的適應(yīng)條件和構(gòu)造 化工攪拌器的適應(yīng)條件 攪拌加速傳熱和傳質(zhì)，在化工設(shè)備中廣泛運用。 化工攪拌器的作用使 化工生產(chǎn)中的液體充分混合 ， 以滿足化學(xué)反應(yīng)能夠最大程度的進行， 該設(shè)備可以代替手動攪拌對人體有毒或?qū)ζつw有傷害的化工原料 減 少對人體的危害，同時通過電動機帶動軸加速攪拌，提高生產(chǎn)率。 攪拌加速傳熱和傳質(zhì) ，在化工設(shè)備中廣泛運用。 攪拌的對象可以是液體 、固體和氣體，其中液體是必不可少的。最常見的液體是水，其粘度很低。液 體也可能很粘， 如黃油在室溫下可達(dá) l， 000， 000 cP。液體中如加入過多的固體 ， 如泥沙，會失去流動性，成為泥團。這種物料也可攪拌，但不在本文敘述的范圍內(nèi)。 化工攪拌器的構(gòu)造 化工生產(chǎn)過程中，通常用到的攪拌器種類有槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、推進式攪拌器、錨式攪拌器、框式攪拌器、螺帶式攪拌器等。各類攪拌器 由于其構(gòu)造，性能等差異，使其能夠分別適用于化工生產(chǎn)中各種不同的工況。槳式攪拌器又可分為平直葉和折葉攪拌器兩種。這類攪拌器的結(jié)構(gòu)和加工都比較簡單。攪拌 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 器直徑 d 與釜徑 D 之 比 d／ D 為 0． 35～ 0． 8，其運轉(zhuǎn)速度為 10～ 100r／min，為大型低速攪拌器， 適用于低、中等粘度物料的混合及促進傳熱，可溶固體的混合與溶解等場合 。 渦輪式攪拌器又可分為開啟渦輪式和圓盤渦輪式兩類，每類又可分為平直葉、折葉、后彎葉三種。渦輪式攪拌器外形結(jié)構(gòu)上與槳式攪拌器類似，只是葉片較多。攪拌器直徑 d 與釜徑 D 之比 d／ D 為 0． 17～ 0． 5，轉(zhuǎn)速為 30～ 500r／ min。旋轉(zhuǎn)時有較高的局部剪切作用，能得到高分散度微團，適用于氣液混合及液液混合或強烈攪拌的場合，常用于低中等粘度物料 (μ 5 10 cP)。就一開啟式和圓盤式相比較而言，其構(gòu)造上差異造成開啟式比圓盤式循環(huán)流量更大，軸向混合效果更 好。 推進式攪拌器也常被稱為旋槳式攪拌器。顧名思義，其葉片形式類似于輪船上的螺旋槳。攪拌器直徑 d 與釜徑 D 之比 d／D 為 0． 2～ 0． 5，轉(zhuǎn)速較高，為 100～ 800r／ min。運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生較大的軸向循環(huán)流量，宏觀混合效果較好，適用于均相液體混合等攪 拌不是非常強烈的以宏觀混合為目的的攪拌場合，常用于低粘度料液 (μ 2021cP)的混合。 框式攪拌器的 攪拌外緣與釜壁間隙很小， d／ D 為 0． 9～ 0． 98，此特點使得攪拌時物料不易產(chǎn)生死區(qū)。轉(zhuǎn)速為 1～ 100r／ min，為低速攪拌器，只產(chǎn)生切線 流，剪切作 用小，無軸向混合，適用于高粘度物料的攪拌。如精細(xì)化工產(chǎn)品涂料油漆、化妝品的生產(chǎn)過程中常用到此類攪拌器。 螺帶式 攪拌器是把一定螺距的螺旋形鋼帶固定在攪拌軸上，螺帶外緣很接近釜壁。攪拌時，物料沿釜壁上升，沿軸向下運動。適用于高粘度料液的混合。 本課題的設(shè)備思路可分為以下步驟： 1： 按 設(shè)計要求 可用的 D／ T(輪徑／罐徑 )值，和對攪拌時間、攪拌程度的要求，選定若干個不同轉(zhuǎn)速 下的扭矩或功率要求 ； 2：選定合理的葉輪安裝高度，結(jié)合設(shè)備情況，估計近似的攪拌軸長 ； 3：估計合理的電動機功率 ； 4： 根據(jù)葉輪功耗。輸出軸、支架等等，選擇能滿足前三項要求的攪拌器； 5：按照葉尖切線速度等條件，確定最合適的轉(zhuǎn)速，對設(shè)計進行優(yōu)化，按已確定的條件，對軸系進行動力和強度等因素的驗算和分析。 2 攪拌容器的設(shè)計 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 攪拌容器的設(shè)計探討 根據(jù)設(shè)計要求， 要求攪拌器的 容積在 500 升左右 ， 液體粘度為 ，液體的密度為 ρ =1500kg/m3， 運轉(zhuǎn)速度為 40r/min， v=5m/s。 結(jié)合實際條件，本課題選用筒式攪拌器。 將攪拌器的外殼設(shè)計成圓筒形，攪拌器旋轉(zhuǎn)時，把機械能傳遞給流體，在攪拌器附近形成高湍動的充分混和區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流，使流體具有較高的壓頭，推動液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動。在圓筒的導(dǎo)流作用下，介質(zhì)從簡體的頂部和底部流入筒內(nèi)，完成一個循環(huán)，使介質(zhì)產(chǎn)生高速的徑向流和軸向流 ， 同時 加大介質(zhì)流量，介質(zhì)流動更均勻。 通過 筒式攪拌器與渦輪式攪拌器和推進式攪拌器的功率對比試驗 ，在相同的 拌情況下，筒式攪拌器將電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率更高，如圖所示。 (1) 筒式攪拌器的攪拌流型適于低黏度液體的攪拌，攪拌釜內(nèi)的攪拌死角較少。 (2) 筒式攪拌器對電能的利用率高，在相同的情況下，筒式攪拌器的功率準(zhǔn)數(shù)較小，耗能少，表明筒式攪拌器在節(jié)能方面具有非常好的效果。 (3) 筒式攪拌器的攪拌混合效率高，在相同的情況下，是渦輪式和推進式攪拌器的 2～ 3 倍。 因此，本課題選用的筒式攪拌器能夠滿足設(shè)計的要求。 3 總體設(shè)計方案的確定及動力元件選擇 總體設(shè)計方案 化工生產(chǎn)過程中，通常用到的攪拌 器種類有槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、推進式攪拌器、錨 式攪拌器、框式攪拌器、螺帶式攪拌器等。 各類攪拌器由于其構(gòu)造，性能等差異，使其能夠分別適用于化工生產(chǎn)中各種不同的工況。 由于本次設(shè)計的黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 攪拌器是低粘度、低速度、液 — 液混合的小功率設(shè)備，容積為 500L，根據(jù)攪拌器對這些因素的要求，本次設(shè)計選用斜漿式攪拌器。傾斜漿 式攪拌器結(jié)構(gòu)上，葉槳與攪拌軸的安裝角 ＜ 90176。 ，在旋轉(zhuǎn)攪拌時 ，阻力將堿?。涣硪环矫?，傾斜旋轉(zhuǎn)的葉槳能使容器內(nèi)的液料形成渦流， 攪拌效果好，特別是當(dāng)軸正向旋轉(zhuǎn)時，可使沉淀物攪動上翻，對物料的攪拌效果相當(dāng)好 ； 當(dāng)軸反向 旋轉(zhuǎn)時，又可使懸浮物攪至底部，對有懸浮物的液料攪拌十分有利．但轉(zhuǎn)軸受扭矩和彎矩復(fù)合作用，對其強度、剮度及安裝的要求較高，多用于低速 、低粘度、小功率 ( = 30~40r／ min)攪拌． 符合設(shè)計的要求。 攪拌容器的設(shè)計 計算 筒體 的幾何參數(shù) （ 1）筒體型式 選擇圓柱形筒體 （ 2）確定內(nèi)筒筒體 的直徑和高度 由于攪拌過程是液 — 液相混合，一般來說攪拌裝置的高徑比（ H／ D）為 1~，本次設(shè)計選用高徑比為 。已知攪拌容積是 500L，根據(jù)公式 D= ? ?3 /4 DHV?? （ 1） 可以計算處筒體的直徑 D=，筒體高 H= m。 （ 3） 筒體材料的選擇及 估算筒體 鋼板的厚度 根據(jù)冶金手冊產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，我們選用普通碳素鋼，根據(jù) GB150— 1998 中對碳素鋼的要求和鋼板之間的差別，我們選用 Q235— B 熱軋鋼板 ，厚度尺寸選用9mm。 （ 4）計算筒體 的 壁厚及強度校核 按照材料力學(xué)中的強度理論，對于鋼制容器適宜采用第三、第四強度理論，但是由于第一強度理論在容器設(shè)計史上使用最早，有成熟的實踐經(jīng)驗，而且 由于強度條件 不同而引起的誤差已考慮在安全系數(shù)內(nèi)，所以至今在容器常規(guī)設(shè)計中仍采用第一強度理論，即 σ 1≤ [σ ] 式中是器壁中 σ 1三個主應(yīng)力中最大一個主應(yīng)力。對于內(nèi)壓薄壁容器的回轉(zhuǎn)殼體，黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 周向應(yīng)力 σ θ 為第一主應(yīng)力，徑向應(yīng)力 σ ψ 為第二主應(yīng)力，而另一個主應(yīng)力 σ z是徑向應(yīng)力，由于 σ θ 、σ ψ 與相比殼忽略不計，即 σ 3=σ z=0，所以第三強度理論與第一強度理論趨于一致。因此 在對容器個元件進行強度計算時，主要確定σ 1，并將其控制在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，進而求取容器的壁厚。 容器圓筒承受均勻內(nèi)壓作用時，其器壁中產(chǎn)生的如下薄膜應(yīng)力（圓筒 的平均直徑為 D，壁厚為 t）： σ θ =tPD2 σ ψ =tPD4 很顯然， σ 1=σ θ ，故按照第一強度理論，有 σ 1 = tPD2 ≤ 〔 σ 〕 t （ 2） 在容器設(shè)計中，一般只給出內(nèi)徑值 Di，則 D=Di + t，將其代入上式，得 P(Di+t)/2t≤ 〔 σ 〕 t （ 3） 容器圓筒在制造時由鋼板卷焊而成，焊縫區(qū)金屬強度一般低于木材，所以上式中 的 〔 σ 〕 t 應(yīng)乘以系數(shù) Ф 。所以，考慮容器內(nèi)部介質(zhì)和周圍大氣腐蝕、供貨鋼板厚度的負(fù)偏差等原因，設(shè)計厚度應(yīng)比計算厚度大。設(shè) t 為圓筒的計算厚度，則由上式可得 （ 4） 式中 p—— 設(shè)計內(nèi)壓力， Mpa Di—— 圓筒內(nèi)直徑， mm t —— 計算厚度， mm Ф —— 焊縫系數(shù)，Ф≤ 〔 σ 〕 t—— 設(shè)計溫度下圓筒材料的作用應(yīng)力， Mpa。 式（ 4）即為內(nèi)壓圓筒厚度的計算公式。 已知 Q235— B 鋼的設(shè)計內(nèi)壓力 P 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 Mpa，選用 P=，許用應(yīng)力 〔 σ 〕 t=125 Mpa， 〔 σ 〕 =125 Mpa， Ф =，所以計算厚度 t=（ 800） ／ （ 2 125 — ） =7mm。代入（ 2）式驗算得 σ 1=〔 σ 〕 =125 Mpa，符合要求。 封頭的設(shè)計 （ 1）封頭的選型及計算 最常用容器封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和無折邊封頭等凸形封頭以及圓錐形封頭、平板封頭等數(shù)種。這些封頭都是壓力容器的主 要受壓元件，由于與圓筒筒體的連接處有較為復(fù)雜的邊界條件，故有不同性質(zhì)的應(yīng)力存在，所以在對承受均勻內(nèi)壓封頭進行強度計算時，除了要考慮封頭自身的薄膜應(yīng)力外，還要考慮封頭與圓筒筒體連接處的不連續(xù)應(yīng)力。 綜上所述，根據(jù)本次設(shè)計的要求，從各個封頭 的受力分析 、制造工藝和的應(yīng)用場合 等各個方面綜合考慮，我們選用 標(biāo)準(zhǔn) 橢圓行封頭。如下圖所示 橢圓形封頭是由半個橢球面和一圓筒直邊組成 ，其結(jié)構(gòu)設(shè)計充分吸取了半球形封頭受力好和碟形封頭深度淺的優(yōu)點，其應(yīng)用最為廣泛。由于橢圓形封頭幾何特征造成經(jīng)線曲率平滑連續(xù)，故封頭中的應(yīng)力分布比較均勻。橢圓形封頭中的應(yīng)力，包括由內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力和封頭與圓筒體連接處的不連續(xù)應(yīng)力兩部分。 對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其 Di/2hi=2， K=1，則封頭的厚度計算公式為 T=Pdi/(2[σ ]tφ ) （ 5） 則 t=7mm。 其中長軸為 2a=D=， h1/D=，所以 h=，短軸之半b=h=。從式（ 5）可知，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度與筒體基本相同，若因 Ф 值有所不同，則相差也不會很大，為焊接方便，常取兩者等厚。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）