白泥搅拌器的设计论文

《白泥搅拌器的设计论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《白泥搅拌器的设计论文（47页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、摘要搅拌器是在工业生产中应用非常广泛的一类通用设尤其是在工业中发挥着重 要的作用。目前在工农业生产中应用的搅拌器种类和规格很多文设计了一种能适 应于造纸厂碱回收车间苛化工段产生的白泥搅撕设计的搅拌器为立式，采用桨叶 式搅拌器，桨叶式搅拌去具有以下特点：轴流性搅拌器，剪切力非常强。在设有挡板 的条件下，可得到较好的上、下循环流。桨叶式搅拌器能够满足需要，提高质量，减 少损耗，增加下一具有积极意义。关键词 搅拌器；桨式搅拌器；白泥搅拌AbstractMixer is a kind of general equipment is widely used in the industrial produ

2、ction, especially plays an important role in the indusCryrrently used in industrial and agricultural production types and specifications.This paper describes the design of a suitable for papermakingfactory alkali recovery workshop section generated causticizingwhite mud mixer, mixerdesigned for vert

3、ical, the paddle mixer, stirring paddle to have the following characteristics axial flow agitator,shear force is very strong. Thebaffleplate is provided under the condition, can get better, circulation flow.Blade type stirrer can meet the needs, improve quality, reduce loss,increase has positive sig

4、nificance to the next.Keywords agitator ; agitator ; white mud agitato目录摘要 IAbstractII第1章绪论11.1选题的目的、背景及意义 11.1.1 背景11.1.2 目的11.1.3 意义11.1.4研究设想21.2碱回收概述及搅拌设备在碱回收中的应用 21.3搅拌设备在工业生产中的应用 41.4搅拌装置的安装型式61.5本章小结7第2章总体方案设计82.1本章小结9第3章 罐的结构形式和尺寸 103.1化工容器设计规范简介103.2材料的选择103.3罐体的长径比和装料量 113.4装料系数n 113.5初步计算

5、筒体直径 113.5.1确定筒体高度 123.6罐体的设计123.6.1筒壁的厚度6 123.6.2筒壁的应力校核 133.7封头的设计133.7.1.碟形封头的壁厚设计 133.7.2碟形封头的许用应力校核 143.8本章小结14第4章 减速机的选择 154.1减速器的选择154. 2本章小结15第5章搅拌装置的设计165.1材料的选择165.2桨叶的尺寸确定 165.3搅拌器的设计165.4 搅拌器层数的确定 175.5 搅拌器的强度校核 185.5.1叶轮强度的计算功率 185.5.2桨叶的强度计算 185.6本章小结19第6章搅拌轴设计206.1选择轴的材料206.2轴的具体尺寸及结构

6、确定206.2.1搅拌轴的载荷分析206.3轴的强度计算216.4最小轴径确定236.5搅拌轴的刚度校核246.6搅拌轴的具体结构256.7本章小结26第7章人孔与法兰的选择 277.1人孔的选择277.2开孔补强的设计277.3补强形式277.4补强计算287.5法兰的选择297.6补强计算297.6.1开孔处的有效补强面积 307.7本章小结31结 论32致 谢33参考文献34附录1 35附录238第1章绪论1.1选题的目的、背景及意义1.1.1 背景搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。搅拌操作的例子颇为常见，例如在 化验室里制备某

7、种盐类的水溶液时，为了加速溶解，常见用玻璃棒将烧杯 中的液体进行搅拌。又如为了制备某种悬浮液，就要用玻璃棒不断地搅动 容器中液体，是固体颗粒不致沉下，而保持它在液体中的悬浮状态。在工 业生产中，搅拌操作是从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、 水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。搅拌操作分为机械搅拌和气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液 体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群以密集状态上升借所谓气升作用 促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体所进行的 搅拌是比较弱的，对于几千毫帕每秒以上的高黏度液体是难于使用的。但 气流搅拌无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高

8、温高压条件下的反映液 体的搅拌是很便利的。在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌， 在机械搅拌中，以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。1.1.2目的通过这次毕业设计，进一步增强对机械设计的理解，同时也希望能通 过这次设计熟悉各种成型设备的工作原理与特点、设备结构和使用性能， 掌握一些设备的制造工艺和适用范围，对圆筒型压力容器设计和制造有一 个深刻的理解。1.1.3 意义通过本次毕业设计，进一步将理论应用于实践，丰富和完善自己的知 识结构。1.1.4研究设想白泥对环境造成了很大的污染，通过此次设计，希望将来设计出的搅 拌设备既结构简单，又具有较强的实用性，最主是能设计出低功率的多层 桨叶的

9、搅拌器。1.2碱回收概述及搅拌设备在碱回收中的应用造纸工业是关于国民生计的一个重要行业，它在我们的生产和生活中 都扮演重要的角色。但是在造纸工艺过程中污染也是一个重要的问题，大量的污染物不经过有效的处理任其随意的排放，将会对环境造成极大的污 染。因此我们必须用科学的方法来处理和回收这些污染物 ，进而来保护我 们的生存环境。造纸工艺过程中产生的蒸煮废液和漂白废水是制浆造纸工业的主要 污染源，而碱回收是治理蒸煮废液对环境污染的有效方法。蒸煮废液中的 固形物有两个来源，一是作为蒸煮液加进去的无机物，二是蒸煮过程中从 原料里溶解出来的木素、糖类等有机物。碱回收就是从硫酸盐法和烧碱法 （统称碱法）制浆废

10、液（即黑液）中回收化学药品。经过比较和实践检验， 目前最为成熟和有效的方法仍是传统的燃烧法。其主要过程为：先将尽可 能多地从浆料中分离出来的黑液浓缩到燃烧所需要的浓度，一般为60%以上（制浆原料不同，浓度要求不同）。随后把黑液送入碱回收炉燃烧，将 有机物烧去并以蒸汽、电能的形式回收其能量，剩下钠和硫的无机物被还 原成碳酸钠和硫化钠（草浆黑液还有硅酸钠）。最后把它们和石灰液反应， 使碳酸钠（包括硅酸钠）苛化成氢氧化钠，从氢氧化钠和硫化钠的混合液 （统称白液）中分离出碳酸钙和硅酸钙（即白泥）。把苛化生成的碳酸钙 煅烧成生石灰称为白泥回收。现代化的木浆厂碱回收的效率一般为95%98%。回收效率可看做

11、是通 过制浆和碱回收循环圈中钠的单程留着率。硫酸盐法制浆和回收循环圈包括六个主要工艺工序：蒸煮、洗涤、蒸发、燃烧、苛化、石灰石煅烧。碱回收的工艺过程包括：稀黑液蒸发、 浓黑液蒸发、绿液苛化和白泥回收。从本色浆洗涤机的稀黑液开始，碱回收系统所包括的工序如下：（1）在多效蒸发器中废液浓缩，形成浓黑液。（2）黑液氧化、除硅等（据工艺 需要决定是否采用）。（3）黑液进一步浓缩成碱回收炉要求的“重黑液”（补 充的芒硝可在此处加入）。（4）在碱回收炉中焚烧黑液。（5）溶解从碱回收炉 出来的熔融物，形成绿液（补充碱损失的纯碱可在此处加入）。（6）用石灰 苛化绿液形成白液（补充碱损失的烧碱可在此处加入）。（7

12、）焙烧白泥回收 石灰。在制浆造纸包括众多工艺流程，其中碱回收是极其重要的一个环节。在我国现在大多数的造纸厂还使用碱法制浆的造纸方法，碱法制浆就是用 碱性化学药品的水溶液，处理植物纤维原料，使纤维分离的过程。碱法制 浆每生产一吨浆，用碱量就制化学浆而论，大概在 250450千克之间。每 吨浆排出的黑液量也很大，大约有固形物 1400千克。其中有30%是无机 物，其余70%为有机物。无机物主要是氢氧化钠、硫化钠、碳酸钠、硫酸 钠及与有机物结合的钠；草浆黑液还有硅酸钠等。有机物主要是植物原料 中木素和纤维素、半纤维素的降解生成物。由于这些溶解物的存在，致使 黑液碱性增大，颜色深，臭味大，泡沫多，耗氧

13、量很高。如果不利用任其 放入江河湖泊，将回严重污染水域，使农田土壤变质，影响人民健康，威 胁水生动植物的生长，使水发黑变臭，破坏环境的自然生态，造成极大的 危害。如果充分利用，碱的成本至少可以降低一半节约大量的化工原料； 有机物可以作燃料回收大量的热，节约燃料；也可以经过处理后作其它的 化工原料。所以搞好碱回收无论从环境保护，降低生产成本，充分利用国 家资源各方面看，都有重大的意义。在我国大多数采用燃烧法碱回收，由于长期的生产实践，科学技术的 不断发展，制浆厂规模的扩大，碱回收率可达98%，燃烧热利用率可达70%。在碱回收的设备中，搅拌设备又是必不可少的一部分，它将白泥（主 要成分碳酸钠）与水

14、进行充分的混合后，排出沉淀物（碳酸钙），过滤出 滤液（氢氧化钠），对碱进行回收。搅拌可以使两种或多种不同的物质在 彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。搅 拌操作的例子颇为常见，例如在化验室里制备某种盐类的水溶液时，为了 加速溶解,常见用玻璃棒将烧杯中的液体进行搅拌。又如为了制备某种悬浮 液，就要用玻璃棒不断地搅动容器中的悬浮状态。在工业生产中，搅拌操 作是化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工 艺过程的一部分而被广泛应用。搅拌操作分为机械操作和气流操作。气流操作是利用气体鼓泡通过液 体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群以密集状态上升借促进液体产生

15、 对流循环。机械操作就是物料经过搅拌器的搅拌使两种或多种不同的物质 在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合，也可以使两种或多种物料彼此 分散对物质进行回收。与机械搅拌相比。仅气泡的作用对液体所产生的搅 拌是比较弱的，对于高黏度液体是难于适用的。搅拌设备主要由搅拌装置、 轴封和搅拌罐三大部分组成。其构成形式如图 1-1:图1-1搅拌设备的构成形式1.3搅拌设备在工业生产中的应用搅拌设备在工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的生 产都或多或少地应用着搅拌操作。化学工艺过程的种种化学变化，是以参 加反应物质的充分混合为前提的。对于加热、冷却和液体萃取以气体吸收 等物理变化过程，也往往要采用搅

16、拌操作才能得到很好的效果。搅拌设备 在许多场合是作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌 设备作为反应器约占反应器总数的90%。其他如染料、医药、农药、油漆 等行业，搅拌设备的使用亦很广泛。有色冶金部门对全国有色冶金行业中 的搅拌设备做了调查及功率测定，结果是许多湿法车间的动力消耗50%以 上是用在搅拌作业上。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因搅拌设 备操作条件（如温度、浓度、停留时间等）的可控范围较广。能适应多样 化的生产。搅拌设备的作用如下：1）使物料混合均匀；2）使气体在液相中很好 地分散；3）使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮；4）使不相溶 的另一液相均匀悬浮后充

17、分乳化；5）强化相同的传质（如吸收等）；6） 强化传热。对于均相反应，主要是1）、6）两点。混合的快慢、均匀程度 和传热情况好坏，都会影响反应结果。至于非均相系统，则还影响到相界 面的大小和相间的传质速度，情况就更复杂。所以搅拌情况的改变，常常 很敏感地影响到产品的质量和产量，生产中的这种例子非常普遍。在溶液 聚合和本体聚合的液相反应装置中，搅拌的主要作用是：促进釜内物料流 动。使反应器内物料均匀分布，增大传质和传热系数。在聚合反应过程中， 往往随着转化率的增加，聚合液的黏度也增加。如果搅拌情况不好，就会 造成传热系数下降或局部过热，物料和催化剂分散不均匀，影响聚合产品 的质量，也容易导致聚合

18、物粘壁，使聚合反应操作不能很好地进行下去。在互不相溶的液体之间或液体与固体之间相互作用时，搅拌在加速反 应的进行方面起着非常重要的作用。因为增加一物相混入另一物相的速 度，接触面就会增大，物质就以较大速度相互作用。在某些情况下，搅拌 是在反应过程中创造良好条件的一个重要因素。例如，使传热作用加强， 减少局部过热，以及加热过程中物质焦化等。如高压聚乙烯生产中，由于 搅拌的作用，使物质在反应器内有一定的停留时间，更重要的是使催化剂 在器内分布均匀，以防止局部猛烈的聚合作用而造成爆炸。因此搅拌设备 在工业生产中起着非常重要的作用。搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮 物、聚合

19、反应、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油的混合调整和 精制，汽油中添加四乙基铅添加物而进行混合使原料液或产品均匀化。化 工生产中，制造苯乙烯，苯胺染料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种 型式的搅拌设备。在石油工业中因为大量应用催化剂、添加剂，所以对搅拌设备的需要 量很大。由于物料操作条件的复杂性、多样性，对搅拌设备的要求也复杂 化了。如化工行业用到的硅铝反应器、打浆罐、钡化反应器、硫磷反应釜、 烃化反应釜、白泥搅拌槽等都是装有各种不同型式搅拌器的搅拌设备。在 造纸行业中，搅拌设备应用及其广泛，在制浆，碱回收等工艺过程都用到 搅拌设备。搅拌设备使用历史悠久，应用广泛但对搅拌操作的科学研究却很

20、不 够。搅拌操作看来似乎简单，但实际上，他所涉及的因素却极为复杂。对 于搅拌器型式的选择。从工艺的观点以及力学观点来说，迄今都研究得不 够。随着社会的进步，科学技术的发展，对于搅拌设备的改进和新型的设计会有很大的提高。在近几年来设备有大型化的发展趋势，也要求搅拌设 备大型化。如国外聚合釜的容积已由最初的 840m3扩大到60100m3,最 大的已达到200m3。采用大型聚合釜可大大减少操作和检修人员，有利于 自动化，减少投资，提高生产率，稳定产品质量。随着容积的大型化，釜 型逐渐由细长型向矮胖型发展，而且采用底部搅拌的方式越来越多。多用 三叶后掠式搅拌器，三叶后掠式搅拌器是目前大型聚合釜采用的

21、一种较好 搅拌器。因排出量大，釜内液相循环充分，每分钟可达510次，能促釜内反应均匀一致。另外，经实践证明此桨叶必须配合挡板使用，以提高剪 切力功能，才能更好地发挥作用。搅拌也可以在管路中进行，采用在管路中安装装置的办法对气一液系 和液一液系进行混合。例如采用喷射泵对水及醋酸丁酯进行混合。在石油 精制中，也采用使液体设置在管路中的锐孔板或挡板，以便使两种液体进 行接触。还有在管路中放入搅拌器的，即所谓管道搅拌。管道搅拌设备能连续输送一切流体，也能输送含有固体的流动化的半 流体。此种搅拌型式，相当于搅拌设备的筒体部分，容积较小，液体在此 停留时间极短的情况比较多。在其内部为了充分进行混合分散或传

22、热等需 要极强的搅拌，由于管道搅拌设备空间很小，装置小，可使搅拌力均匀作 用，可减少过剩的搅拌，所以对整个液体减少了功率消耗。对于连续化、 自动化。特别是对成本有严格要求的，要求特别小的形状和高性能时，使 用管道搅拌设备是很有效的。正因为管道搅拌设备有这些优点，所以在石 油精制、石油化工，化学纤维、食品等工业和水处理技术中广泛被用于液 液混合、浓度调整、液一液萃取、油脂乳化、液一液稀释溶解、固一液 溶解、液一液和气一液反应等场合。1.4搅拌装置的安装型式搅拌装置可以从不同的角度进行分类，如按工艺用途分、按搅拌器结 构型式分或按搅拌的装置安装型式分等。按搅拌装置的安装型式进行分类 有如下几种：1

23、. 立式容器中心搅拌2. 偏心式搅拌3. 倾斜式搅拌4. 底搅拌5. 卧式容器搅拌6. 卧式双轴搅拌7. 旁入式搅拌1.5本章小结在这里采用立式容器中心搅拌，将搅拌装置安装在立式设备筒体的中 心线上，驱动方式为电机与减速机直接联接。这种安装方式用于大型搅拌 设备当中。第2章 总体方案设计本次设计的搅拌设备物料为水和白泥，主轴转速为21r/min，电机功率为37kW，综合经济因素和实用性，选用立式圆筒形储灌较为合适。在设计的初始阶段，先要确定整套设备的传动装置，先要根据搅拌轴 的转速来选择出合适的电机，因为电机的转速很大，要选择减速比大、传 动效率高、体积小、寿命长、运转平稳可靠的减速机来进行减

24、速因为外部选用的储罐为压力容器，对安全性和各种技术参数具有较高 的要求，所以在设计的过程中，对储罐的选材要严格，对罐底的厚度要进 行计算，罐壁要根据受力情况进行强度计算。此设备在运转的过程中，为 了方便检查机器和实现一些特殊功能，要在罐顶和罐壁开一些孔，例如： 人孔、白泥入口、白泥出口、排污口、滤液出口、清水出口等。因为开孔 后造成承载材料的削弱，导致了孔边缘的应力集中，所以还需要进行开孔 补强的设计。为了方便人到罐顶上去，在罐顶上焊有栏杆，以便于经常检修。在以 往的设计中往往忽视在对沉淀物的清理，而在此次的设计中，在筒壁的内 侧加了挡板，消除了搅拌过程中产生的“圆柱状回转区”，使白泥能够完全

25、排 出罐外。此次设计没有采用一根搅拌轴，而是通过三个联轴器连接三根搅拌 轴，这样便于拆卸，有利用工厂的加工和轴的更换。本设备中的搅拌轴没 有用轴承固定，而是通过轴套进行固定。在本设计中，为了更彻底的搅拌，搅拌器采用了桨式的搅拌器，而且 增加了增加了叶轮的层数，采用三层叶轮，即使液面过高也能充分搅拌。 在罐体很多连接部位需要进行焊接，可以采用手工电弧焊，封头壁采用 Q235-A。轴的设计可采用两个轴头与空心钢管焊接在一起，因为轴转速较速， 在设计中可以降低一些精度。在设计中应该考虑以上列出的各个环节，这样机器才具有较强的实用 性。2.1 本章小结本章主要根据实际情况确定了总体设计方案，为以后的计

26、算过程确定 了框架。第3章罐的结构形式和尺寸3.1化工容器设计规范简介化工容器设计中应予考虑的主要因素：总的出发点是，要满足工艺过 程所需要的功能并方便使用；要满足在运行中的安全可靠；要满足经济性， 包括材料的易于获得，便于制造，所用的材料及总的花费最小。1. 化工容器的选型容器首先要满足工艺过程的要求，其次也要尽可能满足强度及制造工 艺的要求。2. 化工容器的选材容器的选材和容器的选型相类似，总的原则也是要满足工艺过程的要 求、强度要求和制造工艺要求。3. 容器设计的规范化为确保容器的选材、设计、制造检验、试验各个环节都能达到相应要 求，各国的规定在设计、制造、检验应予取证，包括容器设计在内

27、的各项 工作，都应遵照各国有关监管部门所规定或认可的规范执行，绝不能根据 容器设计原理，自行按规范标准以外的规定或公式进行设计。搅拌罐包括罐体和装焊在其上的各种附件。罐体采用立式圆筒形容 器，它有顶盖、筒体、罐底和栏杆组成。罐体在规定的操作温度和操作压 力下，为物料完成其搅拌过程提供了一定的空间。3.2材料的选择根据设计要求和经济性的原则选择Q235-A作为罐壁，查得：Q235-A 屈服强度Ss=235MPa抗拉强度6b=460MPa许用应力6=6s/NsNs为安全系数6=6s/Ns =235/3=78.3MPa（ 3.1）3.3罐体的长径比和装料量知道了搅拌罐操作时盛装物料的容积以后，首先要

28、选择适宜的长径比(H/Di)和装料量，确定筒体的直径和高度。由于是一般搅拌设备液-固相容物料H/Di=1-1.3H为罐的高度Di为罐的内径根据设计要求罐的的有效容积为 Vn =130m3 取H/Di=1.1选择罐体的长径比应考虑对搅拌功率的影响，一定结构型式的搅拌器 的叶轮直径和与其装配的搅拌罐体内径通常有一定的比例范围。随着罐体长径比的减少，即高度减少而直径放大，搅拌器桨叶直径也相应放大。在 固定的搅拌轴转速下，搅拌器功率与搅拌器桨叶直径的5次方成正比。所以，随着罐体直径的放大，搅拌器功率增加很多，这对于需要较大搅拌作 业功率过程是适宜的，否则减少长径比只能无谓地损耗一些搅拌器功率， 因此长

29、径比可以考虑选得大一些。另外，物料的搅拌反应过程对罐体长径比有着特殊要求，在白泥搅拌 设备中，物料对罐体的长径比的影响很大。所以在这里要取的大一些。3.4装料系数n罐体全容积V与罐体的公称容积Vn有如下关系：Vn 二nV(3.2)一般物料反应平稳n=0.85代入数据得V=150m33.5初步计算筒体直径确定了筒体的长径比和装料系数之后，还需要算出筒体直径和高度， 因当筒体直径不知道封头的容积就不知道，罐体全容积也就不能最后确 定。为了便于计算，先忽略封头的容积，认为；V=n/4 Di2H m3(3.3)Di 孔 4 也：_上 05 5 94mm3 兀(H Di 川 3 3 . 14 1.1圆整

30、成标准直径Di = 5 600mm3.5.1 确定筒体高度由3.3可以导出(3.4)V - vH =兀 /4Di式中 V 搅拌槽的全容积,m3v蝶形封头容积,m3因为采用蝶形封头查文献6表3-6 V=n/58Di3H = _Lz = _150 - 9.5 = 5702 mm 兀 /4Di 3.14 + 4x 5.62圆整成标准直径得H=5700mm3.6罐体的设计3.6.1筒壁的厚度（5（3.5）式中 P 设计压力（标准大气压）Di筒内径 6设计温度下圆筒材料的许用压力W焊接接头系数甲1取w=0.9C2当材料的腐蚀速率为0.05 0.1mm/a时，考虑单面腐蚀，取。2=1 2mm,取 C2=2

31、rnrn。所以0.101 x 56002 x 157 x 0.9 - 0.101+ 2 = 4.3 mm考虑加工误差等因素圆整为S=8mm，所以，取厚度为8mm的Q235 A钢板作筒壁。3.6.2筒壁的应力校核PDi + (S - C) 0.101 x (5600 + (8 - 2) t 2(S - C)中=43.8MPa V 。 = 78.3MPa2 x (8 - 2) x 0.9(3.6)所以满足其强度要求3.7封头的设计选用Q235 A作为封头壁，根据筒体直径和工艺设计要求采用碟形 封头，碟形封头的球面内径R内=筒内直径Rd/0.9;则R 内=5600/0.9=6160mm3.7.1碟形

32、封头的壁厚设计1.4 PD 内一2 Lc Jt w - P1.4 x 0.101 x 56001 c+1.8 =2 x 157 x 0.9 - 0.1014.3mm(3.7)式中w焊接接头系数“1取w=0.9C当材料的腐蚀速率为0.05 0.1mm/a同时，考虑单面腐蚀取 C=12mm,取C=1.8mm，考虑加工误差等因 素圆整为S=6mm，所以，取厚度为6mm的Q235 A钢板作碟形封头筒壁 的壁厚。3.7.2碟形封头的许用应力校核2中 S C ） 2 x 1 5 / 01.5，取Ns=3。常温常压下6=6s/Ns=235/3=78.3MPa（ 5.1）5.2桨叶的尺寸确定根据规定：d/D

33、=0.35 0.8，b/D =0.10 0.25搅拌装置通常由搅拌器和搅拌轴所组成，搅拌器的形式很多，应根据 搅拌目的和物料性质以及经济性原则进行选择。在这里我们采用桨式搅拌器。搅拌器的功能概括地说就是在搅拌过程中所能达到所需要的能量和适 宜的流动性的目的。搅拌器的搅拌作用由运动着的叶轮所产生，因此，叶 轮的形状、尺寸、数量以及转速就影响搅拌器的功能。同时搅拌器的功能 还与搅拌介质物性以及搅拌器的工作环境有关。另外，搅拌罐的形状、尺 寸、挡板的设置情况、物料在罐中的进出方式都属于工作环境的范畴，这 些条件以及搅拌器在罐内的安装位置及方式都会影响搅拌器的功能。5.3搅拌器的设计d桨叶的长度b一桨

34、叶宽度D一筒体直径已知 D 为 5600mm 取 d/D =0.5， 则 d = 5600 x 0.5 = 2800mm， 取 b/d=0.12，贝Ub=300mm，查表得桨叶厚度 W16mm。由于平桨的运动方向与桨面垂直，所以当叶轮低速运转时，液体的主 要流动为水平环向的流动，叶轮运动时除有水平环流外，还有径向分流， 所以桨面与运动方向成一定角度角0。从而提高了搅拌的效率，一般取0=45。简图 5-1:图5-1平桨的构成形式5.4搅拌器层数的确定从叶轮的搅拌范围来说，液层过高则要设置多层叶轮，在本设计的搅 拌设备中搅拌器安装在圆形罐中心，桨式搅拌器的叶轮离罐底的高度 C一 般为桨径的1/10

35、1/12倍。但是如果为了防止底部有沉淀可使叶轮放置低 些，一般C=d/10左右。在这里取C=500，最上层叶轮高度离液面至少有 1.25d的深度，取深度为3500mm。搅拌器设有3层，取第一层与第二层、 第二层与第三层的距离分别为1500mm。5.5搅拌器的强度校核5.5.1叶轮强度的计算功率叶轮强度计算中所用的计算功率值N =饥Na - Nm(5.2)式中Na电机额定功率kWNi -叶轮强度计算中用的计算功率kWk一起动时电机的过载系数，即起动转矩/额定转矩门一传动系数的机械功率，门=0.95Nm一轴封处的摩擦损失功率kW由于存在内压时，才采用轴封，但在本设备中不存在内压则Nm =0, k从

36、电机特性表中可以查到k=0.93，则N = K N - N = 0.93 x 0.95 x 37 = 33kW5.5.2 桨叶的强度计算由于桨叶的倾斜角度0=45。，所以其危险断面仍然是叶片根部，桨面 的主惯性轴都不与搅拌轴线相平行，作用在桨表面上的液面阻力在叶片根 部断面对主惯性轴所产生的弯矩为N 1331,M = 4773T x =4773 x x= 10609N.mm( 5.3)n sin 921 0.707该断面的抗弯模量为：b2 300x162 W = 12800mm366该端面的弯曲应力为：b*= M =10609 = 0.83MPa b= 78.3MPa 弯 W 12800所以此

37、搅拌器满足强度要求。为了在搅拌过程消除罐中央的“圆柱状回转区”应增设挡板，挡板一 般是指长条形的竖向固定在罐壁上的板。 显然这种挡板使用于径流型叶轮 在湍流区的操作，而层流状态时不能用这种挡板来改变流型。挡板还可以 提高叶轮剪切性能，如有的悬浮聚合的搅拌装置，在设有挡板时可使颗粒 细而均匀。挡板的数量及其大小以及安装方式都不是随意的它们都会影响 动力损耗。挡板的宽度W二（1/101/12）D（D为罐体直径），挡板的数量根据罐直 径的大小而定，在小直径罐时用24个，在大直径罐时用48个。在这里 采用6个挡板。挡板沿罐壁周向均匀地直立安装。挡板的上边缘与静止液 面齐平，当液面上有轻而易浮不易润湿的

38、固体物料时。则需在液面上造成 旋涡，这时挡板上边缘可低于液面100mm150mm在这里将挡板低于液面 100mm。挡板的下边缘可到罐底。有时利用挡板高度来改变流型，如在罐 底希望使较重的物料易于沉降而分离出来时，就可将挡板下端取在叶轮的 下方，这样可使罐底出现水平转流，有利于物料的沉降。5.6 本章小结本章主要介绍了如何确定桨叶，搅拌器，以及选择好的搅拌器要进行 强度校核。第6章搅拌轴设计6.1选择轴的材料选择轴的材料为45号钢，经调质处理其机械性能查得：屈服强度6b=650MPa抗拉强度6s=360MPa弯曲持久极限T-1=155MPa剪切持久极限 6-1=300MPa对称循环状态下的许用应

39、力6 _1b=60MPa45号钢的扭转应力Tk=30 -40MPa6.2轴的具体尺寸及结构确定6.2.1搅拌轴的载荷分析通常，搅拌轴上受到力（轴向拉力和压力）和力矩（扭矩和弯矩）的 作用。在立式搅拌容器中轴大部分都受到扭矩的作用，而弯矩很小，因此 在这里主要分析扭矩的作用。其功率由传递动力的传动装置提供。因此在 一般情况，一个具有均布叶片并完全浸没于液体中的搅拌器，其每个叶片 上将受到垂直于叶片表面的流体阻力作用.除流体作用外，轴上还作用有 如下载荷和由其产生的应力：1. 轴和叶轮自身重量的重力2. 由轴和叶轮的组合质量偏心3. 传动装置传递的扭矩主要是传递流体作用力的切向合力矩一个具有均布叶

40、片并完全浸没于液体之间的搅拌器，其每个叶片上将 受到垂直于叶片表面的流体作用力。这个阻力可用“流体作用力” F表示， 如图所示：此处，F为假设作用于叶片上沿搅拌器径向某一位置（如图中“A”处）代表流体阻力的当量集中力。其中 F力的轴向分力为Ft。作用 在每组叶片上的轴向力Fa应完全相等，切向力Ft应大小相等、方向相反。完全相等的各流体作用力将对轴产生一个不变的合力（Ft合力矩）和作用于轴心不变的合力（Fa合力）6.3轴的强度计算搅拌轴上的每一点应力都是变化的，它是由平均应力和波动应力两部 分组成。因此在搅拌轴计算中要考虑两种形式的材料强度破坏。一种是材 料的屈服或断裂破坏，另一种是由疲劳引起的

41、材料破坏。搅拌轴合力应力 变化如下：时间时间时间6b轴向合力产生的拉（压）应力合力弯矩产生的拉（压）弯曲应力T t图6-3悬臂搅拌轴载荷图搅拌轴上受扭矩时其截面上产生的剪应力，其扭转的强度条件是:Tmax（6.1）式中 Tmax截面上最大剪应力，MPaM轴所传递的扭矩，N-mmWt扭截面系数，mm3t k降低后的扭转许用剪应力MPa6.4最小轴径确定三个叶轮各分得搅拌传递功率的1/3，最大扭矩为m9553000-P9553000k 33M =站。、（max） n3 x 21（ 6.2）=15011857N.mm吗=芸（实心轴）式中 P搅拌传递功率，kWn搅拌轴转速，r/mind实心轴直径，mm

42、另外N0一空心轴的内直径与外直径的比值，N0=d1/d2查取N0=0.8其中d一空心轴外直径；d2空心轴外直径。将Mt和Wt值代上式。tk=36MPa经整理得强度计算所需的最小搅拌 轴径计算公式如下：-y = 127.4mmK所以最小搅拌轴的直径为130mm。（6.3）9550 x 10? x 16P = 365.1 -J n圆整后取d=130mm空心轴的外径9550 x 103 x16PP= 365.1 J = 164.7mm（1-N 4）n0圆整后取空心轴外直径d1=168mm。IrJ (1-N 4)n3IrJ (1-N;)n依据N=d1/d2其中N0=0.8可以得出空心轴内直径d2=13

43、3.4mm，圆整后 取空心轴内直径为136mm。实心轴的抗扭截面系数兀 d 33.14 x 1303W = 431161.25mm3t 1616t = M = 1501185Z = 34.8MPa 兀max W 431161.25kt k所以其满足强要求。空心轴的抗扭截面系数16W = (1-N 4)d 3= 314x (1-0.84)168 = 549393.93MPa t 1602tmaxM = 15011857 = 27.3MPa 3 1p x 180in=15 3 612 7.4mm= 1 5 3 64；64 0. X 7 9 40 0 2 1心轴外直径955X1（6 幺整土工=153

44、6（6；5）=1536. 33=167；3mm牛0.57940021（上0.4096）综上，圆整后取实心轴的最小直径130mm，空心轴的外直径168mm， 管材的壁厚为16mm。所以，实心轴与空心轴的轴径都满足设计要求。6.6搅拌轴的具体结构从上计算得出搅拌轴的最小直径为 130mm，轴的长度视搅拌器的位 置而定。在搅拌轴较长时，应该把搅拌轴分成几段，由于该设计的搅拌设 备很高，因此要它分成几段。根据资料所知两段搅拌轴之间用立式夹壳联 轴器连接，该联轴器的优点是构造简单、拆卸方便，拆装时不需做轴向移 动，但是只使用于低转速，并且不适用于有冲击的情况，搅拌轴的最上端 与凸缘联轴器相配合而且要开键

45、槽和销孔。搅拌轴的两端用轴头，轴头中 间用空心轴连接，因为用空心轴可以减少搅拌轴的自身重量，增加使用寿 命而且还降低成本提高经济效益。根据设计要求用三段搅拌轴，而且在搅 拌轴上都需要键槽，经设计考虑最小轴直径与减速机相联处开140mm的键槽。校核其是否满足强度要求，如满足则其它的键都满足强度要求。经查该键：l =140mm M16mm h=12mm对其进校核，假设工作面上作用力沿键的长度和高度均匀分布。则平 键联接的强度约束条件为：5 =空 blk dlk 平键采用45号钢，其许用应力和许用压强6p=125150MPa131MPa A，则补强有效。有效补强面积A = A + A + A式中 A

46、1壳体有效厚度,mmA2接管有效厚度，这里没有接管，该项为 0,mmA5焊缝金属面积，在这里忽略，mmA= ( B-演-5 -) 52 5 国-)(1)=(B - d )5( - 5 ) I re=(1 20-0 4 0 0 - (8 4.3 )=2 9 6 0mm式中有效宽度 B=3d，3=8mm，Ae =A1=2960mm2 A=1320 mm2 补 强面积有效，该补强圈合适。7.5法兰的选择在搅拌设备中，为了便于原料的流入与排出，常用法兰连接接管与设 备。根据设计标准和工艺要求，对法兰的确定采用标准，具体尺寸与要求 参照图纸。7.6补强计算对大开孔的法兰进行补强计算，其他的不需要补强计算

47、。具体原因参 照参考文献6中相关规定，在封头上开一个直径为250mm的作为检视孔， 对其进行补强计算。此孔所需的补强面积为筒体和封头开孔后所需的补强面积为A = d5 + 255 (1 - f)(7.2)式中 d开孔直径，250mm3壳体开孔处的计算厚度3et接管有效厚度fr强度削弱厚度，等于设计温度下接管材料与壳体材料与许 用应力之比，取其为1PMR2b -0.5P0101x1.48 x 6160 A。=3.3 mm2 x157 x 0.8 - 0.5 x 0.101A = d8 + 288 (1- f ) = d8 = 250x 3.3 = 825mm2 etr7.6.1开孔处的有效补强面

48、积根据资料中规定如果有效补强面积 AeA，则补强有效。 有效补强 面积eA = A + A + Ae 123式中 A1壳体有效厚度mmA2接管有效厚度mmA,焊缝金属面积，在这里忽略mmA = (B -d)(8 -8) -28 (8 -8)(1- f )=(B - d )(8 -8)et e re=(750 - 250) x (6 - 3.3)=1350mm2式中有效宽度B=3d，0=6mm,A = 2h (8 -8 )f + 2h(8 -C )f 21 e t re2 r=2 x 150 x 2.7 + 2 x 20 x 4=970mm 2式中h1接管外伸高度，取其150mmh2接管内伸高度

49、，取其20mmC2腐蚀余量，取其2 mm则A = A A2 = 1350+970 = 2320mm2AeA补强面积有效，该补强圈合适。综上，补强圈都合适，经计算其它的法兰孔补强满足要求。7.7本章小结本章主要介绍了如何选择人孔和法兰，并且对开孔需要进行补强计结论本文主要介绍了白泥搅拌器的设计，通过 CAD软件不断的改进，与 以往相关的白泥洗涤、搅拌设备相比，此设备具有以下几方面的创新点：1白泥搅拌槽可以使存留在白泥中的残碱进行充分的回收。2在传统设计方法的基础上，增加了搅拌器的层数，提高了搅拌效率.3在筒壁的内侧加了挡板，消除了搅拌过程中产生的“圆柱状回转区”, 还可以防止沉淀物沉积于罐底。致

50、谢毕业在即，这次设计是在学完了大学的全部课程后所进行的，也是大 学期间最后的一次学习机会，同时还是我们步入工作岗位前的一次练兵。 这对于我来说，不仅仅是一个考验和锻炼的过程，也是一段美好的回忆。 值得特别提出的是，在本次设计的过程中，我得到了指导教师闫辉老师及 教研室其它老师的悉心指导和帮助，并提出了许多宝贵的建议。使我在设 计的过程中及时的查漏、补缺、改正错误。在此，我向闫辉老师及其它各 位老师表示衷心的感谢。由于本人的经验和知识面有限，设计过程中难免 存在缺点和不足之处，望各位老师予以批评指正。123456789101112131415参考文献吴宗泽.机械设计手册M.北京:机械工业出版社，

51、1987.周景辉.制浆造纸工艺设计手册S.南京:轻工业出版社，2004.徐灏.新编机械师手册S.北京:机械工业出版社,1995.王文博.机构和机械零部件优化设计M.北京:机械工业出版社,1990.江耕华.机械传动设计手册S.南京:煤炭工业出版社,1992.魏锋.压力容器实用技术丛书M.兰州:化学工业出版社,2005.尹常治.机械设计制图（第三版）M.北京:高等教育出版社,2004.邱宣怀.机械设计（第三版）M.北京:高等教育出版社,1989.王三民,诸文俊.机械原理与设计M.北京:机械工业出版社,1996.王凯.搅拌设备M.北京:化学工业出版社,2006.刘品,徐晓希.机械精度设计与检测基础M

52、.哈尔滨:哈尔滨工业大学出 版社,2004.王志文,蔡仁良.化工容器设计（第三版）M.北京:化学工业出版社， 2005.Orlovp.Fundamentals of Machine Design.Moscow:Mir Pub,1987.Meirovich L.Elements of Vibration analysis.New York:McGraw Hill,1986 .PattonWJ .Mechanical Power Transmission .New Jersey :printice Hall ,1980.附录1搅拌设备在工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的生 产都或多或

53、少地应用着搅拌操作。化学工艺过程的种种化学变化，是以参 加反应物质的充分混合为前提的。对于加热、冷却和液体萃取以气体吸收 等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到很好的效果。搅拌设备 在许多场合是作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌 设备作为反应器约占反应器总数的90%。其他如染料、医药、农药、油漆 等行业，搅拌设备的使用亦很广泛。有色冶金部门对全国有色冶金行业中 的搅拌设备做了调查及功率测定，结果是许多湿法车间的动力消耗50%以上是用在搅拌作业上。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因搅拌设 备操作条件（如温度、浓度、停留时间等）的可控范围较广。能适应多样 化的生产。搅拌设备的作用如下：1）使物料混合均匀；2）使气体在液相中很好 地分散；3）使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮；4）使不相溶 的另一液相均匀悬浮后充分乳化；5）强化相同的传质（如吸收等）；6） 强化传热。对于均相反应，主要是1）、6）两点。混合的快慢、均匀程