【正文】 用是保證攪拌設(shè)備內(nèi)處于一定的正壓或真空狀態(tài)，防止被攪物料逸出和雜質(zhì)的滲入，因而不是所有的轉(zhuǎn)軸密封型式都能用于攪拌設(shè)備。當(dāng)攪拌介質(zhì)為劇毒、易然、易爆，或較為昂貴的高純度物料，或者需要在高真空狀態(tài)下操作，對(duì)密封要求很高，且填料密封和機(jī)械密封均無(wú)法滿足時(shí)，可選用全封閉的磁力傳動(dòng)裝置。它是利用永久磁體異極相吸、同極相斥的原理，通過(guò)氣隙和隔離膜（套）將機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞密閉的空間內(nèi)。6. 傳動(dòng)裝置攪拌設(shè)備的傳動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、變速器、聯(lián)軸器、軸承及機(jī)架等。傳動(dòng)裝置的作用是使攪拌軸以所需的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，并保證攪拌軸獲得所需的扭矩。然而也有一些特殊的攪拌設(shè)備，為獲得更佳的混合效果，可以在一個(gè)攪拌設(shè)備內(nèi)使用兩根攪拌軸，并讓攪拌器進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，如復(fù)動(dòng)式、往復(fù)式、行星式等。工藝設(shè)計(jì)提出機(jī)械設(shè)計(jì)的原始條件，即給出處理量、操作方式、最大工作壓力（或真空度）、最高工作溫度（或最低工作溫度）、被攪物料的物性和腐蝕情況等，同時(shí)還需提出傳熱面的型式和傳熱面積、攪拌器型式、攪拌轉(zhuǎn)速與功率等。1. 明確設(shè)計(jì)任務(wù)和目的設(shè)計(jì)的全部依據(jù)來(lái)源于攪拌的任務(wù)和目的，其基本內(nèi)容應(yīng)包括：1) 明確被攪物料體系；2) 攪拌操作所達(dá)到的目的；3) 被攪物料的處理量（間歇操作按一個(gè)周期的批量，連續(xù)操作按時(shí)班或年處理量）；4) 明確有無(wú)化學(xué)反應(yīng)、有無(wú)熱量傳遞等，考慮反應(yīng)體系對(duì)攪拌效果的要求。物系性質(zhì)包括物料處理量，物料的停留時(shí)間、物料的黏度、體系在攪拌或反應(yīng)過(guò)程中達(dá)到的最大黏度、物料的表面張力、粒狀物料在懸浮介質(zhì)中的沉降速度、固體粒子的含量和通氣量等。因此，攪拌器的選型好壞直接影響著整個(gè)攪拌設(shè)備的攪拌效果和操作費(fèi)用。往往在同一攪拌目的下，幾種攪拌器均可適用。有時(shí)對(duì)一些特殊的攪拌過(guò)程，還需進(jìn)行中試甚至需要模型演示過(guò)程才能確定合適的攪拌器結(jié)構(gòu)型式。4. 確定操作參數(shù)操作參數(shù)包括攪拌設(shè)備的操作壓力與溫度、物料處置量與時(shí)間、連續(xù)或間歇操作方式、攪拌器直徑與轉(zhuǎn)速、物料的有關(guān)物性與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。5. 攪拌設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在確定攪拌器結(jié)構(gòu)型式和操作參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容是確定攪拌器構(gòu)型的幾何尺寸、攪拌容器的幾何形狀和尺寸。攪拌功率計(jì)算又分兩個(gè)步驟：第一步確定攪拌功率；第二步考慮軸封和傳動(dòng)裝置中的功率損耗，確定適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)額定功率，進(jìn)而選用相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)。其主要目的是核算攪拌設(shè)備提供的換熱面積是否滿足傳熱的要求。 攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)與選用的基本原則1．?dāng)嚢杵饕话闱闆r下，攪拌器結(jié)構(gòu)型式的選用應(yīng)滿足下列基本要求：保證物料的有效混合，消耗最少的功率，所需費(fèi)用最低，操作方便，易于制造和維修。槳葉根部所受彎矩最大，該截面應(yīng)有足夠的抗彎截面模量。這不僅能有效地增加截面抗彎摸量，還不過(guò)分的增加槳葉的質(zhì)量。徑向流攪拌器可以焊水平的筋板。2．?dāng)嚢枞萜鲬?yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模（即物料處理量）、攪拌操作目的和物料性確定攪拌容器的形狀和尺寸。如果沒(méi)有特殊需要，釜體一般宜選用最常用的立式圓筒形容器，并選擇適宜的筒體高徑比（或容器裝液高徑比）。夾套種類有整體夾套、螺旋擋板夾套、半管夾套、蜂窩夾套，傳熱效果依次提高但制造成本也相應(yīng)增加。通常，攪拌軸均應(yīng)設(shè)計(jì)成剛性軸，要求具有足夠的剛性。當(dāng)操作轉(zhuǎn)速較高（800～1200r/min）時(shí)，攪拌軸也可設(shè)計(jì)成柔性的，但盡可能不用。4．軸封在允許液體泄漏量較多、釜內(nèi)壓力較低的場(chǎng)合，可選用填料密封；在允許液體泄漏量小、釜內(nèi)正壓力或真空度較高，并且要求軸與軸套間摩擦動(dòng)力消耗少的場(chǎng)合，則建議采用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)；而當(dāng)攪拌介質(zhì)為劇毒、易爆、易燃，或較為昂貴的高純度物料，或者需要在高真空狀態(tài)下操作，對(duì)密封要求很高，且填料密封和機(jī)械密封均無(wú)法滿足時(shí)，可選用全密閉的磁力傳動(dòng)裝置，但磁力傳動(dòng)裝置可傳遞的功率一般較小。所選用的變速器除應(yīng)滿足功率和輸出轉(zhuǎn)速的要求外，還應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，維修方便，并具有較高的機(jī)械效率和較低的噪聲。機(jī)架應(yīng)保證變速器輸出軸與攪拌軸對(duì)中，同時(shí)還應(yīng)與軸封裝置對(duì)中。7．?dāng)嚢柙O(shè)備內(nèi)構(gòu)件應(yīng)根據(jù)攪拌器結(jié)構(gòu)型式和物料操作特性確定容器內(nèi)是否設(shè)置擋板和內(nèi)冷管。對(duì)于低黏度液體的攪拌，常在釜內(nèi)安裝四塊擋板，寬度為D/12～D/10即可滿足全擋板條件。當(dāng)液體黏度為20Pas后，就沒(méi)有必要設(shè)置擋板。為了滿足不同的工藝要求，或者因?yàn)榉磻?yīng)釜本身結(jié)構(gòu)上的需要，釜體上裝有各種不同用途的附件。但是隨著附件的增加，往往會(huì)給設(shè)備的制造和維修帶來(lái)很多麻煩，增加設(shè)備的制造和維修費(fèi)用。 反應(yīng)器直徑和高度的計(jì)算在已知攪拌器的操作容積后，首先要選擇罐體適宜的長(zhǎng)徑比(H/Di)，以確定罐體直徑和高度。D5（其中D攪拌器直徑，P——攪拌功率），P隨釜體直徑的增大，而增加很多，減小長(zhǎng)徑比只能無(wú)謂地?fù)p耗一些攪拌功率。2．長(zhǎng)徑比對(duì)傳熱的影響：當(dāng)容積一定時(shí)，H/Di越高，越有利于傳熱。 表21 罐體長(zhǎng)徑比經(jīng)驗(yàn)表種類罐體物料類型H/Di一般攪拌罐液—固或液—液相物料氣—液相物料12發(fā)酵罐類反應(yīng)釜裝料量：選擇了釜體長(zhǎng)徑比之后，還要根據(jù)反應(yīng)釜操作時(shí)所允許的裝滿程度考慮選擇裝料系數(shù)，然后經(jīng)過(guò)初步計(jì)算、數(shù)值圓整及核算，最終確定筒體的直徑和高度。在生產(chǎn)中要合理選用裝料系數(shù)，以盡量提高設(shè)備利用率。4．初步計(jì)算筒體直徑：知道了筒體的長(zhǎng)徑比和裝料系數(shù)之后，還不能直接算出筒體直徑和高度，因?yàn)楫?dāng)筒體直徑不知道時(shí)封頭的容積就不知道，釜體全容積也就不能最后確定。將式(21)代入式(22)，并整理： (23)== m5．確定筒體直徑和高度 將式(23)計(jì)算出的結(jié)果圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑系列，故取 mm，由標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭容積[7]，代入式(24)，算出筒體高度： (24) ==再將上式算出的筒體高度進(jìn)行圓整，取mm[4]。 釜體的厚度：液柱靜壓力為： 大于設(shè)計(jì)壓力的5%即：P，故須記入計(jì)算壓力中，則：。采用16MnR作為設(shè)計(jì)材料，根據(jù)反應(yīng)溫度110℃，其許用應(yīng)力=170MPa（厚度為6～16 mm時(shí)）[5]。腐蝕余量C2取2 mm。檢查=8 mm時(shí)，沒(méi)有變化，故取名義厚度=8 mm合適。小于故水壓實(shí)驗(yàn)安全。表22 常用反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)形式[6]反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)形式的選擇，根據(jù)操作需要進(jìn)行，考慮到便于反應(yīng)釜內(nèi)部的清洗和部件的更換，同時(shí)反應(yīng)釜封頭在受壓狀態(tài)下操作常選用橢圓形封頭。 封頭的結(jié)構(gòu)計(jì)算反應(yīng)釜封頭在設(shè)計(jì)時(shí)一般先算出頂蓋承受操作壓力所需要的最小壁厚，然后跟據(jù)頂蓋上密集的開(kāi)孔情況按整體補(bǔ)強(qiáng)的方法計(jì)算其壁厚，再加上壁厚附加量，經(jīng)圓整即是采用的封頭壁厚，一般攪拌器重量及工作載荷對(duì)封頭穩(wěn)定性影響不大時(shí)，不必將封頭另行加強(qiáng)，如果攪拌器的工作狀況對(duì)封頭影響較大，則要把封頭壁厚適當(dāng)增加一些。必要時(shí)也可在反應(yīng)釜釜體之外另做一個(gè)框架，將攪拌裝置的軸承安裝在框架上，由框架承擔(dān)攪拌器的操作載荷。圓整至封頭標(biāo)準(zhǔn)后，可以與筒體取同樣厚度=8 mm[7]。攪拌操作分為機(jī)械攪拌和氣流攪拌。由于氣流攪拌無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，所以氣流攪拌在處理腐蝕性液體，高溫高壓條件下的反應(yīng)液體是很便利的；但與機(jī)械攪拌相比，氣流攪拌對(duì)液體的攪拌是比較弱的。攪拌裝置是反應(yīng)釜的關(guān)鍵部件。所以設(shè)計(jì)和選擇合理的攪拌裝置是提高反應(yīng)釜生產(chǎn)能力的重要手段。我國(guó)對(duì)攪拌裝置的主要零部件均已實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，供使用時(shí)選用[9]。材料可以采用碳鋼、合金鋼、有色金屬或碳鋼外包橡膠、環(huán)氧樹(shù)酯、酚醛玻璃布等。平直葉的葉片與旋轉(zhuǎn)方向垂直，主要使物料產(chǎn)生切線方向的流動(dòng)，若加設(shè)有擋板也可產(chǎn)生一定程度的軸向攪拌作用。起到充分?jǐn)嚢枳饔谩嚢铇霓D(zhuǎn)速比較慢，一般取20～100r/min。s槳式攪拌器的邊緣線速度范圍為1～5m/s。安裝。渦輪攪拌器形式較多，可分為開(kāi)啟式和帶圓盤兩大類，如圖32所示。渦輪的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為2～10m/s,D/B=5～8。圖32 渦輪式攪拌器3. 推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器形狀與船舶用螺旋槳相似。槳葉上表面為螺旋面，葉片數(shù)一般為三個(gè)。推進(jìn)式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造加工方便，工作時(shí)使液體產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)，液體剪切作用小，上下翻騰效果好。錨式攪拌器是由垂直槳葉和形狀相同的水平槳葉所組成圖34。攪拌器可先用鍵固定在軸上，然后從軸的下端擰上軸端蓋帽即可。其中（b）為單級(jí)式，（c）為多級(jí)式。由于直徑較大，能使釜內(nèi)整個(gè)液層形成湍動(dòng)，減小沉淀或結(jié)塊，故在反應(yīng)釜中應(yīng)用較多。其槳葉是一定寬度和一定螺矩的螺旋帶，通過(guò)橫向拉桿與攪拌軸連接。 攪拌器的標(biāo)準(zhǔn)及選用圖35螺式攪拌器由于攪拌過(guò)程種類繁多，操作條件各不相同，介質(zhì)情況千差萬(wàn)別，所以使用的攪拌器形式多種多樣?，F(xiàn)行的攪拌器標(biāo)準(zhǔn)有：槳式攪拌器（HG 522065）、渦輪式攪拌器（HG 522165）、推進(jìn)式攪拌器（HG 522265）、鋼制框架式攪拌器（HG 575778）、中華人民共和國(guó)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 212391。這樣能夠降低制造成本，以及設(shè)備維護(hù)過(guò)程中更換的費(fèi)用。各種選型資料都是建立在各自實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)的基礎(chǔ)上，所得結(jié)論不盡相同，大多帶有經(jīng)驗(yàn)性。由于反應(yīng)釜的筒體直徑較大，因而所選擇的攪拌器尺寸也較大，造成線速度較大，故選擇時(shí)既要滿足角速度要求，又要滿足線速度要求。漿式攪拌器主要用于流體的循環(huán)，在同樣的排量下，折葉式比平直葉式的功耗少，操作費(fèi)用低。故選擇折葉漿式攪拌器取DJ=1120mm，材料為45＃鋼。槳葉名義厚度：mm 攪拌器轉(zhuǎn)速：n=90 r/min攪拌器在攪拌容器中的位置尺寸關(guān)系如圖36圖36攪拌器在攪拌容器中的位置 攪拌功率的計(jì)算攪拌功率是指攪拌器以一定轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌時(shí)，對(duì)液體做功并使之發(fā)生流動(dòng)所需的功率。影響攪拌功率的因素很多，主要有以下四個(gè)方面。②攪拌容器的結(jié)構(gòu)：容器內(nèi)徑、液面高度、擋板救、擋板高度、導(dǎo)流筒的尺寸等。④重力加速度。s。容器內(nèi)直徑D、擋板寬度b等幾何參數(shù)可歸結(jié)到系數(shù)K；由式(31)得攪拌功率P為： (32)上式中ρ、n、d為已知數(shù)，故計(jì)算攪拌功率的關(guān)鍵是求得功率準(zhǔn)數(shù)。將此關(guān)系繪于雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上即得功率曲線。在低雷諾數(shù)(Re10)的層流區(qū)內(nèi)，流體不會(huì)打漩，電力影響可忽略，功率曲線為斜率1的直線；當(dāng)10Re10000時(shí)為過(guò)渡流區(qū)，功率曲線為一下凹曲線；當(dāng)Re＞10000時(shí)，流動(dòng)進(jìn)入充分湍流區(qū)。根據(jù)已知題設(shè)，有機(jī)溶劑，粘度計(jì)算雷諾數(shù)Re (33) 圖37漿式攪拌器攪拌功率準(zhǔn)數(shù)查圖37：折葉漿式功率準(zhǔn)數(shù)為： 按式(32)計(jì)算攪拌功率：= KW攪拌器功率計(jì)算的修正槳葉直徑的影響 (34) = = (35) = 攪拌軸設(shè)計(jì)攪拌軸的計(jì)算主要是確定軸的最小截面尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算或校核、驗(yàn)算軸的臨界轉(zhuǎn)速和撓度，以便保證攪拌軸能安全平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)。假定軸只承受扭矩的作用。軸受扭轉(zhuǎn)時(shí)，其截面上產(chǎn)生剪應(yīng)力。軸扭轉(zhuǎn)時(shí)材料的許用剪應(yīng)力值是根據(jù)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)所得的屈服極限或強(qiáng)度極限，再除以安全系數(shù)來(lái)決定的。在工程上常根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范選取。由上面可以看出，只要知道了攪拌軸上所傳遞的扭矩和軸材料的許用剪應(yīng)力值后，就可通過(guò)式(37)求出軸的抗扭斷面系數(shù)Wp。將、的值帶入式(37)中整理得：取45號(hào)鋼為攪拌軸材料，取=31MPa =軸的剛度計(jì)算：為了防止轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)變形以免在運(yùn)轉(zhuǎn)中引起震動(dòng)造成軸封失效，應(yīng)該將軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，這就是設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)剛度條件，為此，攪拌軸要進(jìn)行剛度計(jì)算。即 (38)式中：——軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角（176。從式(38)中可以看出，扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角的大小是與扭矩成正比，與成反比。工程上將稱為扭轉(zhuǎn)剛度。本次設(shè)計(jì)取 為條件。主要以剛度條件確定軸徑。 臨界轉(zhuǎn)速為了延長(zhǎng)攪拌設(shè)備的壽命，避免軸和設(shè)備的損壞，我們需要從彈性操作方面驗(yàn)算轉(zhuǎn)軸，尤其是高速轉(zhuǎn)軸。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到軸的自振頻率時(shí)，軸會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，并出現(xiàn)很大的彎曲現(xiàn)象，引起這種現(xiàn)象的轉(zhuǎn)軸速度，叫做轉(zhuǎn)軸的臨界速度。則軸的撓度將迅速增大，以致達(dá)到使軸發(fā)生破壞的程度。當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)該進(jìn)