【正文】 醫(yī)藥、食品、采礦、造紙、涂料、冶金、廢水處理等行業(yè)中。攪拌器除用作化學(xué)反應(yīng)器和生物反應(yīng)器外，攪拌反應(yīng)器還大量用于混合、分散、溶解、結(jié)晶、萃取、吸收或解吸、傳熱等操作。設(shè)計的正確、合理與否，不僅涉及到制造、檢驗等環(huán)節(jié)的難易程度，影響到壓力容器的制造成本和運轉(zhuǎn)費用，而且直接關(guān)系到產(chǎn)品運行的可靠性。第二階段，21世紀(jì)50年代以后，隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展，壓力容器有廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍工及民用等許多部門，這時的壓力容器不能單獨地構(gòu)成一臺設(shè)備，它內(nèi)部必須裝入為完成某一化工單元操作所需的內(nèi)件，諸如合成塔、分離器、熱交換器及特殊工藝的高壓容器。但隨著世界性的能源危機，許多國家正在大力的開發(fā)能源，一方面加緊開發(fā)煤氣和天然氣，另一方面積極發(fā)展核能發(fā)電，這些能源裝置需要大量的高壓容器和超高壓容器。機械攪拌設(shè)備由攪拌容器和攪拌機兩大部分組成。攪拌機包括傳動裝置、攪拌器、攪拌軸、軸封等。反應(yīng)液體密度：；反應(yīng)液體粘度：；攪拌器轉(zhuǎn)速：100r/min。 設(shè)計溫度：；殼體材料：16MR(熱軋)；；；壓力試驗下的屈服點；高徑比。2攪拌反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計計算攪拌反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計計算按[5]的規(guī)定。設(shè)計工藝條件一般包括反應(yīng)釜的全容積、最大工作壓力、工作溫度、介質(zhì)腐蝕性、攪拌形式、轉(zhuǎn)速和功率、工藝接管尺寸方位等,而這些條件都是由用戶提供的。該反應(yīng)釜主要由筒體、封頭、攪拌軸、攪拌器、電動機、減速機、聯(lián)軸器、軸承組件、填料箱、機架等部件組成。罐底通常為橢圓形封頭。下面根據(jù)物料量初步選定罐體的長徑比和裝料量：已知容反應(yīng)釜的全容積為5m3： 種類設(shè)備內(nèi)物料類型H/Di一般攪拌罐液固相或液液相物料1~氣液相物料1~2發(fā)酵罐類~本設(shè)計中取長徑比H/ Di =,內(nèi)徑計算：筒體直徑D i===1652mm。取H=2400mm.實際長徑比為(2400+400)/1600=基本符合要求。內(nèi)徑Di=1600mm焊接接頭系數(shù)ф=筒體材料16MR（熱軋）（板材）2. 名義厚度：有效厚度：鋼材厚度負(fù)偏差腐蝕裕量厚度附加量. 3壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型：水壓試驗試驗壓力值：式中：試驗溫度下許用應(yīng)力設(shè)計溫度下許用應(yīng)力壓力試驗下允許通過的應(yīng)力水平：試驗溫度下屈服點試驗壓力下圓筒的應(yīng)力校核條件校核結(jié)果：合格2. 3 攪拌容器上下封頭內(nèi)壓計算2. 上下封頭都為校準(zhǔn)橢圓封頭，且符合JB/T47462002《壓力容器封頭》要求設(shè)計壓力p= 設(shè)計溫度t=35℃內(nèi) 徑Di=1600mm焊接接頭系數(shù)ф=曲面深度Hi=400mm材料16MR（熱軋）（板材）試驗溫度下許用應(yīng)力設(shè)計溫度下許用應(yīng)力鋼材負(fù)偏差腐蝕裕量（包含封頭沖壓減薄量）2. 厚度計算形狀系數(shù)計算厚度有效厚度名義厚度滿足厚度要求2. 最大允許工作壓力最大允許工作壓力計算壓力校核結(jié)論：合格2. 4人孔接管開孔補強計算人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。人孔的大小及位置應(yīng)以人進出設(shè)備方便為原則，對于反應(yīng)釜，還要考慮攪拌器的尺寸，以便攪拌軸能通過人孔放入罐體內(nèi)。因此，要考慮加強。補強圈形狀應(yīng)與被補強部分相符，使之與設(shè)備殼體密切貼合，焊接后能與殼體同時受力。補強圈的厚度和材料一般與設(shè)備殼體相同。本開孔外徑遠大于該值，故需另行考慮其補強。2. 接管的腐蝕裕量為1mm補強方法判別開孔直徑 本凸形封頭開孔直徑d=416mm,滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。(f)補強圈設(shè)計 根據(jù)接管公稱直徑DN518選補強圈，參照補強圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736查補強圈尺寸表，取補強圈外徑D=680mm,內(nèi)徑d=430mm。補強圈厚度為 考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取補強圈名義厚度為10mm（與封頭厚度相同，便于制造時準(zhǔn)備材料）。接管是用來與管道或其他設(shè)備連接的，接管的伸出長度一般為從法蘭密封面到殼體外徑為150mm。當(dāng)采用補強圈補強時，接管厚度可參照下列值選?。? 2. 接管規(guī)格：a, 設(shè)計壓力P=設(shè)計溫度t=35℃殼體型式：橢圓形封頭殼體材料：16MR（熱軋）板材補強圈材料名稱：16MR（熱軋）殼體開孔處焊接接頭系數(shù)：ф=殼體內(nèi)徑：Di=1600mm殼體開孔處名義厚度：殼體厚度負(fù)偏差：殼體腐蝕裕量： 殼體材料許用應(yīng)力橢圓形封頭長短軸之比為2接管軸線與殼體表面發(fā)現(xiàn)的夾角接管實際外伸長度接管實際內(nèi)伸長度：接管材料名稱及類型：10（GB8163）管材接管焊接接頭系數(shù)：接管腐蝕裕量：凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離為500mm補強圈外徑：540mm補強圈厚度：14mm接管厚度負(fù)偏差補強圈厚度負(fù)偏差接管材料許用應(yīng)力補強圈許用應(yīng)力2. (a)補強及補強方法判別補強判別 根據(jù)下表，允許不另行補強的最大接管外徑為89mm。補強方法判別開孔直徑 d開孔直徑，為在殼體或封頭計算厚度中面上通過開孔中心沿各個所考慮截面上測至接管內(nèi)壁的弦長，并加2倍厚度附加量本凸形封頭開孔直徑d=166mm,滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。(f)補強圈設(shè)計 根據(jù)接管公稱直徑DN150選補強圈，參照補強圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736取補強圈外徑D=300mm,內(nèi)徑d=170mm。補強圈厚度為 為便于制造時準(zhǔn)備材料，補強圈名義厚度也可取為封頭的厚度，即取3反應(yīng)器攪拌裝置設(shè)計攪拌裝置由攪拌器、攪拌軸及其支承等組成。其功能是提供過程所需要的能量和適宜的流動狀態(tài)。所謂的結(jié)構(gòu)指葉片的幾何尺寸及安裝位置要合理，葉片的制造工藝合理，葉片與攪拌軸的連接方式穩(wěn)妥可靠，葉片安裝檢修方便。選用是除滿足工藝要求外，還應(yīng)考慮功耗、操作費用，以及制造、維護和檢修等因素。該攪拌器由于葉片的寬度和傾角隨徑向位置而變，又稱為變傾角變?nèi)~片寬攪拌器。具有高效節(jié)能、造價低廉而且易于大型化的優(yōu)點。當(dāng)用于固液懸浮操作時，達到同樣懸浮效果，A310葉輪比傳統(tǒng)使用的45176。其特點是：1．為了使槳葉沿整個長度的抽吸作用均勻和在槳葉上每一點獲得最佳的速度效應(yīng)， 沿槳葉長度方向的傾角及曲面弦寬都是變化的 線速度較小的槳葉根部寬且傾斜度大， 線速度較大的槳葉端部窄且傾斜度小。槳葉的曲面向下， 從而以最小的推動力產(chǎn)生高效向下的抽吸作用， 最終獲得流體介質(zhì)的平滑運動， 同時阻止了耗損能量的邊界層分離。4．最底層槳葉上都帶有穩(wěn)定葉片(在每個槳葉上焊有一軸向的短葉片)， 其作用是利用其阻尼作用減小攪拌軸端的撓度和提高攪拌器的臨界轉(zhuǎn)速，進而起到防振作用。仿A310型新型攪拌器槳葉強度的精確計算比較麻煩，可近似地用螺旋漿的實用計算方法。II斷面的彎曲應(yīng)力：應(yīng)力滿足校核公式：攪拌器槳葉材料的需用應(yīng)力：彎曲許用應(yīng)力：：安全系數(shù) 按標(biāo)準(zhǔn)要求的炭鋼材質(zhì)選用為3：槳葉材料在設(shè)計溫度下的抗拉強度 345MPa扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力：攪拌附件是指為了改善攪拌容器聶液體的流動狀態(tài)而增設(shè)的附件。隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增加，漩渦中心下凹到與槳葉接觸，此時外面的空氣進入槳葉被吸到液體中，液體混入氣體后密度減小，從而降低了混合效果。安裝在筒體內(nèi)壁的擋板可把回轉(zhuǎn)的切向流動改為徑向和軸向流，較大地增加了流體的剪切強度，從而改善攪拌效果。由于本設(shè)備的物料黏度比較低，攪拌器轉(zhuǎn)速較高，故本設(shè)計在容器內(nèi)壁面安裝4塊寬度為120mm的擋板以改善主體循環(huán)，增大湍動程度，改善攪拌效果；同時降低攪拌載荷的波動，使功率消耗保持穩(wěn)定。攪拌軸的設(shè)計主要是確定危險截面處軸的最小尺寸，進行強度、剛度計算或校核、驗算軸的臨界轉(zhuǎn)速和撓度，以便保證攪拌軸能安全平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)。確定軸的實際直徑時，通常還得考慮材料的腐蝕裕量，最后把直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)軸徑。計算攪拌功率的目的，一是用于設(shè)計或校核攪拌器和攪拌軸的強度和剛度，而是用于選擇電機和減速機等傳動裝置。攪拌功率 計算條件：軸支承情況：懸臂軸軸計算類型：剛性軸電動機額定功率：式中 P表示攪拌器的功率， Pm表示軸封系統(tǒng)的摩擦損失，, 表示傳動系統(tǒng)的機械效率,軸設(shè)計轉(zhuǎn)速n=100r/min設(shè)備內(nèi)設(shè)計壓力P=軸安裝形式：上插式軸軸材料名稱:45鋼軸材料抗拉強度：軸材料壓縮屈服強度：軸材料彈性模量：軸材料剪切模量：軸材料密度：平衡精度等級：16mm/s(對于壓力低、轉(zhuǎn)速低及一般物料的工況)傳動裝置效率：=許用扭轉(zhuǎn)角軸結(jié)構(gòu)類型：實心軸兩軸承之間長度500mm流體徑向力系數(shù): (4塊擋板)軸封形式：填料密封填料密封圈總高度100mm軸承A形式：滾動軸承軸承B形式：滾動軸承軸線與安裝垂直直線夾角: 00攪拌物料密度攪拌介質(zhì)類型：液液混合物攪拌介質(zhì)性質(zhì)：一般物料攪拌器數(shù)量：2個攪拌器類型：斜葉推進式攪拌器的尺寸及主要參數(shù)：攪拌器Ⅰ：推進式攪拌器至軸承的距離2500mm攪拌器直徑：500mm攪拌器的槳葉數(shù)：3攪拌器Ⅱ：推進式攪拌器至軸承的距離1200mm攪拌器尺寸同攪拌器一軸上受扭矩是時其截面上產(chǎn)生剪應(yīng)力，其扭矩的強度條件是： 軸上轉(zhuǎn)遞扭矩和軸 抗扭截面系數(shù)可以分別由以下各式求?。? 式中 P攪拌傳遞功率，kw N攪拌軸轉(zhuǎn)數(shù)，r/min d實心軸的直徑，mm將和值代入上式經(jīng)整理強度計算所需的最小攪拌軸徑按受扭轉(zhuǎn)變形控制計算軸徑d實心軸攪拌軸及攪拌器（包括附件）有效質(zhì)量的計算攪拌軸有效質(zhì)量的計算 剛性軸的有效質(zhì)量等于軸自身的質(zhì)量加上軸附帶的液體質(zhì)量。計算公式如下： 式中 第個i攪拌器的附加質(zhì)量系數(shù)，按下表差得； 表 葉片數(shù)葉片角附加質(zhì)量系數(shù)葉片數(shù)葉片角附加質(zhì)量系數(shù)2(直葉）4(直葉）2(斜葉)4(斜葉)3(直葉）6(直葉）3(斜葉)6(斜葉)第個i攪拌器的直徑，mm。故第一個攪拌器的有效質(zhì)量為由于第二個攪拌器與第一個攪拌器相同，所以第二個攪拌器的有效質(zhì)量等于第一個攪拌器的有效質(zhì)量，即 懸臂軸第一階臨界轉(zhuǎn)速的計算軸有效質(zhì)量在末端S點處的相當(dāng)質(zhì)量W第i個攪拌器有效質(zhì)量mie在末端S點處的相當(dāng)質(zhì)量Wi 故第1個攪拌器有效質(zhì)量m1e在末端S點處的相當(dāng)質(zhì)量W1為 W1=m1e=第2個攪拌器有效質(zhì)量m2e在末端S點處的相當(dāng)質(zhì)量W2為 W2=在S點處所有相當(dāng)質(zhì)量的總和Ws 具有兩個攪拌器的等直徑懸臂軸的一階臨界轉(zhuǎn)速nk為軸的轉(zhuǎn)速n與一階臨界轉(zhuǎn)速nk的比值 按標(biāo)準(zhǔn)選取的攪拌軸抗振條件：a 液液；b 葉片式攪拌器；c 剛性軸軸的轉(zhuǎn)速n與臨界轉(zhuǎn)速nk的比值符合以下條件： 和抗振條件校核合格第一個攪拌器上的流體徑向力計算 式中 Mnq1第一個攪拌器功率產(chǎn)生的扭矩，Mnq1=Pq1第一個攪拌器的設(shè)計功率，kw K1流體徑向力系數(shù)，其值根據(jù)試驗確定。 推進式、三葉后掠式攪拌器的流體徑向系數(shù)K1擋板及內(nèi)件數(shù)介質(zhì)黏度≤20mpas無擋板1～3塊擋板或1～2個內(nèi)件4塊擋板將數(shù)據(jù)帶入上公式計算得 因為第二個攪拌器選的與第一個相同，故攪拌軸與各層攪拌器的組合質(zhì)量攪拌軸與各層攪拌器組合質(zhì)量偏心引起的離心力Fe對于懸臂軸式中 —攪拌軸的許用偏心距， G—平衡精度，對于操作壓力低、轉(zhuǎn)速低以及一般物料的工況，G取16mm/s攪拌軸與各層攪拌器質(zhì)量的重心距離軸承的距離Le 對于懸臂軸懸臂支承攪拌軸的徑向彎矩由軸向推力引起的攪拌軸彎矩MA 彎矩MA的粗略計算當(dāng)p2MPa時，取彎矩MA=0攪拌軸軸徑d2的強度計算公式 攪拌軸的強度條件是 式中 Mte軸上扭轉(zhuǎn)和彎矩聯(lián)合作用時的當(dāng)量扭矩，M軸上彎矩總和，WP抗扭截面模量，WP ，m3。則攪拌軸的直徑 故攪拌軸的最終直徑選用d=連接型式：采用鍵與止動螺釘將攪拌器軸套固定在攪拌軸上。鑒于攪拌設(shè)備以立式容器中心頂插式攪拌為主，很少滿釜操作，軸封的對象主要為氣體；而且攪拌設(shè)備由于反應(yīng)工況復(fù)雜，軸的偏擺振動大，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點，故不是所有形式都能用于攪拌設(shè)備上。填料密封的結(jié)構(gòu)是由襯套、填料箱體、填料環(huán)、壓蓋、壓緊螺栓等組成。填料密封的材料 確定選用何種材料的主要依據(jù)是攪拌設(shè)備的攪拌軸轉(zhuǎn)速、操作溫度、操作壓力以及物料的化學(xué)性質(zhì)，機械的作用，如軸的偏轉(zhuǎn)或周向跳動對填料材料的選擇也有一定的影響。b 應(yīng)耐設(shè)備內(nèi)介質(zhì)及潤滑劑的浸泡和腐蝕，且不含有被介質(zhì)和潤滑劑所溶脹及消弱的其他物質(zhì)。d 在填料函壓蓋壓得過緊的情況下具有運轉(zhuǎn)自如，不產(chǎn)生破壞性摩擦和熱的性能。f 磨損緩慢，很少需要調(diào)整和更換。石墨很