【正文】 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 小型攪拌器 的設(shè)計 摘 要 攪拌設(shè)備使用歷史悠久，應(yīng)用范圍廣。在化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、建筑行業(yè)等等傳統(tǒng)工業(yè)中均有廣泛的使用。攪拌操作看來似乎簡單，但實際上，它所涉及的因素卻極為復(fù)雜 。 本文介紹了小型攪拌器設(shè)計的基本思路和基本理論，分析了攪拌器的基本結(jié)構(gòu)及其相關(guān)內(nèi)容闡述了攪拌器的運動及其動力裝置。通過對攪拌器的基本設(shè)備的描述和對其基本工作原理、作用和功能等相關(guān)文獻的參考，從而對小型攪拌器的設(shè)計加以綜述。 關(guān)鍵詞 ：傳動裝置，聯(lián)軸器，支承裝置，電動機，減速器。 The design of smallscale agitator The equipment of pulsator have a long history and are used in most areas. meawhile pulsator are used in tradition industry such as chemistry industry， petroleum industry， architecture industry and so on. The operation of mix round looks as if simpleness， but actually， the ingredient it involved are plaguy plexity. Tht text introduces the basic consider way and the basic theoretics of small pulsator design，and analyzed the basic configuration of pulsator and interfix content and analyzed the athletics and motivity equipment of describe the basic fixture of pulsator and consult its basic employment principle， function and operation， thereby summarize the design of small pulsator. Key word: gearing， join shaft ware， bearing device， electromotor， reducer. 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁 攪拌器的設(shè)計 前言 畢業(yè)設(shè)計課題的目的、意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀 畢業(yè)設(shè)計課題的目的、意義 化工反應(yīng)中攪拌器的目的是借助攪拌器的作用使 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，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，在化工生產(chǎn)應(yīng)用比較廣泛。本課題要求設(shè)計一個小型攪拌器，容積在 500 升左右，工作平穩(wěn)靈活，使用方便。本題目主要涉及化工生產(chǎn)中攪拌器的設(shè)備設(shè)計，主要解決的問題是化工生產(chǎn)中該設(shè)備的設(shè) 計，包括：攪拌器的選擇、電動機及減速器的選型、支撐裝置的設(shè)計、軸的選擇及密封設(shè)置、攪拌容器的設(shè)計，并畫出相應(yīng)的設(shè)備圖。 攪拌器的發(fā)展史及現(xiàn)狀 攪拌混合設(shè)備是一種應(yīng)用廣泛、品種繁多的流體機械產(chǎn)品，適用于化工、冶金、醫(yī)藥、食品和飼料等領(lǐng)域。攪拌操作是工業(yè)反應(yīng)過程的重要環(huán)節(jié)，它的原理涉及流體力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)等多種過程，而攪拌器是為了使攪拌介質(zhì)獲得適宜的流動場而向其輸入機械能量的裝置。 因此攪拌器也叫做 Mixer，或叫做 Agitator,Stirrer。廣義的攪拌還包括將固體微粒分散懸浮在溶液 里面或?qū)⑷芤鹤兂删鶆虻娜榛?，因此它包括分散器和均質(zhì)機。某些攪拌器能產(chǎn)生極大的剪切力，以獲得細化的粒子比膠體磨大 10 倍以上的亞微米懸浮體，因此，可用于制造色拉醬、美容乳之類的精細食品和化學(xué)品。石化工業(yè)常用于聚氯乙烯合金、順丁橡膠合釜、反應(yīng)釜、汽提釜等統(tǒng)稱為攪拌容器（ Agitatored Vessels，或 Stirred Vessels）。 近年來，攪拌器和攪拌容器獲得飛速發(fā)展的同時，正面臨著 滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對環(huán)境保護要求的嚴峻挑戰(zhàn)。攪拌器和攪拌容器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟化和品種多樣化的同時，正日趨大 型化。日立制作所自 1949 年生產(chǎn)攪拌反應(yīng)釜以來已為聚氯乙烯、對苯二甲酸、苯乙烯單體、聚丙烯等裝置生產(chǎn)了攪拌反應(yīng)釜近 4000 臺，容器的最大容量達 576m ， 最大直徑達 7620 mm，圓筒部分最大黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 長度達 44380 mm，設(shè)計壓力最大 28 MPa，設(shè)計溫度最高 530 cI 二，電機最大功率達 1100 kW?；诠?jié)能的要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動代替機械傳動?；诮档彤a(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè)備平均維修間隔時間的要求，大大提高了設(shè)備運行 壽命?；跐M足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實現(xiàn)了 CIP(就地清洗 )和 SIP(就地殺菌 )，提高了自動化水平，避免了人與產(chǎn)品的接觸， 減少了人工操作和待機時間，大大提高 了產(chǎn)品的衛(wèi)生水平。 攪拌器的主要類型及其發(fā)展概況 根據(jù)攪拌器的形狀可以分成直葉漿式、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)不同液體的粘度可以分為低粘度液攪拌器、中高粘度液攪拌器。低粘度液攪拌器 ，如： 三葉推進式葉輪，折葉漿式 (2～ 4 折 葉 )， 6直葉渦輪式，超級混合葉輪式 (HR]O0， HV200)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，超混臺攪拌器 (MR205， 305)等。 為了達到成品高精度、高品質(zhì)化要求，國外，特別是日本開發(fā)了新型的攪拌裝置 ，以滿足高粘度產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。如倒圓錐形螺帶翼式攪拌器、超混合攪拌器、高性能浮動攪拌槽、超振動 α 型攪拌器 等。 在對物料的攪拌操作中，人們希望實現(xiàn)多種攪拌 目的， 因此了解各種攪拌器的特點，選擇適宜的葉輪型式，設(shè)計出符合流動狀態(tài)特性的攪拌器是非常重要的。攪拌槽內(nèi)的液體進行著三維流動，為了區(qū)分攪拌漿 葉排 液的流向特點，根據(jù)主要排液方向，按圓柱坐標把典型 漿葉分成徑向流葉輪和 軸向流葉輪 。齒片式、平葉漿式、直葉圓盤渦輪式和彎曲葉渦輪式在無擋板攪拌槽中除了使液體產(chǎn)生與葉輪一起回轉(zhuǎn)的周向流外，還由于葉輪的離心力是液體沿葉片向槽壁射出，形成強 大有力的徑向流，故稱這些葉輪為徑向流葉輪。徑向流葉輪攪拌器旋轉(zhuǎn)時，將物料由軸向吸入再徑向排出，葉輪功率消耗大，攪拌速度較快，剪切力強。如圖 圖 4 所示，是典型的徑向流葉輪型式。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 在湍流狀態(tài)下，推進式葉輪除了產(chǎn)生周向流動外，還產(chǎn)生大量軸向流動，是典型的軸向流葉輪。折葉渦輪式葉輪與 直葉圓盤渦輪和彎曲葉渦輪式葉輪相比，軸向流 成分較多， 多用于軸向流的場合。螺帶式和螺桿式葉輪使高粘度物料產(chǎn)生軸向流動，也屬軸向流葉輪型式。軸向流葉輪攪拌器不存在分區(qū)循環(huán)，單位功率產(chǎn)生的流量大，剪切速率小且在漿葉附近較大范圍內(nèi)分布均勻，具有較強的最大防脫流能力。如圖 圖 6 所示，是典型的軸向流葉輪型式。 新型軸向流葉輪 在通常情況下，大量的攪拌設(shè)備用于低粘物系的混合和固一液懸浮操作，要求葉輪能以低的能耗提供高的軸向循環(huán)流量。由于傳統(tǒng)的推進式葉輪葉片為復(fù)雜的立體曲面，雖能滿足要求，但制造卻很困難，亦不易大型化。因此競相開發(fā)節(jié)能高效 、造價低廉且易 于大型化的第二代高效軸流攪拌器成為混合設(shè)備公司的目標。美國萊寧公司開發(fā)了 A310 和 A315 系列 (如圖 7，圖 8 所示 )。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 國內(nèi)如北京化工大學(xué)和華東理工大學(xué)等也分別開發(fā)了 CBY 軸流漿和翼型漿；中國石油化工學(xué)院的沈惠平教授等人還研制開發(fā)了一種新型高效易于加工的軸流式攪拌葉輪 。 它是一種空間扭曲板材型漿葉，從葉片端部看，它由許多相似的拱組成，與其所處半徑有關(guān)，且具有合理的葉片傾角、拱度及葉片寬度。 新型攪拌混合設(shè)備 近年來歐洲和 Et 本開發(fā)了很多種適用于高粘和超高粘物系的臥式自清潔攪拌設(shè)備。瑞士臥式雙軸全相 (AllPhase)型攪拌機就是典型的一例。如圖 l2 所示。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 另外，北京燕山石油化工有限公司設(shè)計院針對在大直徑、低轉(zhuǎn)速、介質(zhì)較粘稠的場合，設(shè)計了一種復(fù)合式攪拌器，很好地解決了無法配備大功率的電機，存在制造、檢修 以及安裝的困難等問題。復(fù)合式攪拌器的結(jié)構(gòu)如圖 l3 所示 。 設(shè)備設(shè)計智能化的實現(xiàn) 根據(jù)混合專家的經(jīng)驗和常識，將攪拌混合設(shè)備與自動控制技術(shù)相結(jié)合，在混合設(shè)備選型和設(shè)計中運用人工智能技術(shù) (AJ)和基于知識的系統(tǒng) (KBS)，即實現(xiàn)了混合設(shè)備選型和設(shè)計的智能化。 如圖 l4 所示，攪拌設(shè)備設(shè)計 專家系統(tǒng)采用總設(shè)計任務(wù)控制各階段設(shè)計分任務(wù)，分任務(wù)調(diào)度相應(yīng)的設(shè)計知識和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)混合設(shè)備的專家系統(tǒng)設(shè)計的組織方法。通過仔細的分析、歸屬，用智能化設(shè)計系統(tǒng)原型階段性地實現(xiàn)混合設(shè)備的設(shè)計過程，可以把其表示為一系列的設(shè)計過程的鏈式序列。各階段相對獨立又相互連續(xù)，其中每一個設(shè)計階段都將設(shè)計結(jié)構(gòu)傳遞給后繼設(shè)計過程 L6j。該系統(tǒng)從攪拌葉輪的選型、過程設(shè)計、機械設(shè)計和經(jīng)濟分析評價，到最終機械繪圖的全過程的都給出了智能化的計算機輔助設(shè)計。它可應(yīng)用于牛頓流體和非牛頓流體，液一液體系、固 一液體系和氣 一液體系，并且可以處理容 積超過上百立方米的應(yīng)用體系。 20世紀 90 年代以來，有關(guān)攪拌設(shè)備選型和設(shè)計的專家系統(tǒng)在國外已有少量報道。如 1994 年美國 Chemineer 公司報道了該公司有一個用于渦輪式攪拌設(shè)備設(shè)計黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 的知識庫軟件 AgDesign， 據(jù)稱該公司 90％頂伸人攪拌器的設(shè)備均已用此軟件進行設(shè)計。芬蘭的 Lappeenranta 工業(yè)大學(xué)在 1994 年發(fā)表了有關(guān)混 合設(shè)備初步設(shè)計的知識庫系統(tǒng)的論文。在國內(nèi)，浙江大學(xué)也正與大型石化企業(yè)合作開發(fā)攪拌槽式反應(yīng)器的智能化輔助選型和設(shè)計軟件。 攪拌操作是工業(yè)反應(yīng)過程的重要環(huán)節(jié) ，攪拌混合設(shè)備在化學(xué)工業(yè)中擔當著非常重要的角色?，F(xiàn)代化學(xué)工業(yè)要求有更高更好的攪拌混合技術(shù)，因此必須改進傳統(tǒng)攪拌裝置、研制新型混合設(shè)備；同時使用 LDV、 PIV 和 EPT 等先進量測技術(shù)，運用計算流體動力學(xué)知識，深入分析攪拌反應(yīng)器內(nèi)的流體流動機理和微觀混合，安全和優(yōu)化設(shè)計、提高過程效率性能和降低失敗風險，并最終提高反應(yīng)產(chǎn)率。在這些現(xiàn)代先進技術(shù)的推動下，攪拌混合技術(shù)一定會向一個更新的階段發(fā)展。 攪拌器的工作原理 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 通常攪拌裝置由作為原動機的馬達 (電動、風動或液壓 )，減速機與其輸出軸相連的攪拌抽，和安裝在攪拌 軸上的葉輪組成 減速機體通過一個支架或底板與攪拌容器相連。當容器內(nèi)部有壓力時，攪拌軸穿過底板進入