搅拌器的机械设计分析ppt课件.ppt
第一节 概述第二节 搅拌器的形式及选型第三节 搅拌器的功率第四节 搅拌器结构设计第五节 传动装置及搅拌轴第六节 轴封,第九章 搅拌器的机械设计,搅拌设备在化学工业中的应用范围很广。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、冷却和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程，往往要采用搅拌操作才能得到好的效果。,第九章 搅拌器的机械设计,搅拌反应釜的组成：,1、釜体部分2、传热装置3、搅拌传动装置4、轴封装置5、其他结构,第一节 概述,第九章 搅拌器的机械设计,1、釜体部分（罐体） 是物料进行化学反应的场所。由筒体和上下封头组成，通过支座安装在基础上，其容积由生产能力和产品的反应要求决定。,2、传热装置 化学反应一般都伴有放热或吸热。为保持反应的温度稳定，必须设置加热或冷却装置。常用的是在釜体外设置夹套或在釜内设置蛇管。,第一节 概述,第九章 搅拌器的机械设计,3、搅拌传动装置 为使参加反应的各种物料混合均匀，接触良好，以加速反应的进行或减少负反应的发生，需在釜内设置搅拌装置。搅拌传动装置由搅拌轴、搅拌器和传动装置（电动机、减速器和联轴器等）组成。,4、轴封装置 搅拌轴要穿过釜体上封头与传动装置相连，为保证釜体内的反应介质不外泄，需对搅拌轴进行密封处理，一般采用填料密封或机械密封。,5、其他结构 除了上述几种主要结构外，还有人孔、物料进出口管、监测仪表和安全泄放装置等。,第一节 概述,第九章 搅拌器的机械设计,一、搅拌器（搅拌桨或叶轮）的功能提供工艺过程所需要的能量和适宜的流动状态，以达到搅拌目的。工艺过程对搅拌的要求可以分为以下四种。,第二节 搅拌器的型式及选型,混合：使相对密度、粘度不同的物料混合均匀；搅动：使物料强烈流动，以提高传热及传质效果；悬浮：使原来静止的液体中会沉降的固体颗粒或液 滴悬浮在液体介质中；分散：使气体、液体或固体分散在液体介质中，增 大不同物相间的接触面积，加快传质和传热,第九章 搅拌器的机械设计,二、搅拌器的液体流动状态搅拌器的桨叶形式：平直桨叶、斜桨叶和螺旋面桨叶。液体的流动状态：基本流向有环向流（沿搅拌器旋转半径的切线方向）、径向流（径向流出、轴向流入）和轴向流。,第二节 搅拌器的型式及选型,第九章 搅拌器的机械设计,三、常用搅拌器的形式和适用条件,第二节 搅拌器的型式及选型,第九章 搅拌器的机械设计,三、常用搅拌器的形式和适用条件,第二节 搅拌器的型式及选型,第九章 搅拌器的机械设计,一、搅拌器功率和搅拌作业功率 搅拌器功率 是搅拌器、搅拌槽的几何参数及物料的物性参数、搅拌器的运转参数等的函数。被搅拌的介质在流动状态下都要进行一定的物理过程和化学反应过程。不同的搅拌过程、不同的物性、物料量在完成其过程时所需要的动力不同（由工艺过程的特性所决定）。动力的大小是被搅拌的介质的物理、化学性能以及各种搅拌过程 所要求的最终结果的函数。把搅拌器使搅拌槽中的液体以最佳方式完成搅拌过程所需要的功率叫做搅拌作业功率。 最理想状况：搅拌器功率=搅拌作业功率。,第三节 搅拌器的功率,第九章 搅拌器的机械设计,二、影响搅拌器功率的因素 搅拌器的功率与槽内造成的流动状态有关。搅拌器的几何参数与运转参数桨径，桨宽，桨叶角度，桨转速，桨叶数量，桨叶离槽底安 装高度等。搅拌槽的几何参数槽内径，液体深度，挡板宽度，挡板数量，导流筒尺寸等。 搅拌介质的物性参数液相的密度，液相的粘度，重力加速度等。 因搅拌器的功率是从搅拌器本身的几何参数、运转条件来研究其动力消耗，所以在 影响因素中看不到搅拌目的不同的影响。,第三节 搅拌器的功率,第九章 搅拌器的机械设计,三、从搅拌作业功率的观点决定搅拌过程的功率 （一）液体单位体积的平均搅拌功率反映搅拌的难易程度。,第三节 搅拌器的功率,第九章 搅拌器的机械设计,推荐值,（二）按搅拌过程求搅拌功率的算图,第三节 搅拌器的功率,第九章 搅拌器的机械设计,一、罐体的尺寸确定 1、罐体的长径比长径比要考虑的主要因素：（1）对搅拌功率的影响 ：随着罐体长径比的减小， 搅拌器桨叶直径也相应放大。在一定的搅拌轴转速下，搅拌功率与搅拌器桨叶直径的五次方成正比。,第四节 搅拌罐结构设计,第九章 搅拌器的机械设计,（2）对传热的影响：容积一定时长径比越大罐体盛料部分表面积越大，夹套的传热面积越大；传热表面距离罐体中心越近，物料的温度梯度就越小，有利于提高传热 效果。（3）物料特性对罐体长径比的要求。,一、罐体的尺寸确定 2、搅拌罐装料量 根据搅拌罐操作时所允许的装满程度考虑选择装科系数，然后经过初步计算、数值圆整及核算，最终确定简体的直径和高度。（1）装料系数罐体的全容积与罐体的公称容积操作时盛装物料的容积的关系：,第四节 搅拌罐结构设计,选用装料系数值，尽量提高设备利用率取0.60.85。物 料在反应过程中要起泡沫或呈沸腾状态，取0.60.7；物科反应平稳，取0.80.85(物料粘度较大可取大值)。,第九章 搅拌器的机械设计,一、罐体的尺寸确定 2、搅拌罐装料量 （2）初步计算筒体直径 忽略封头的容 积： 把罐体长径比代入上式： 整理得：,第四节 搅拌罐结构设计,第九章 搅拌器的机械设计,一、罐体的尺寸确定 2、搅拌罐装料量 （3）确定筒体直径和高度将上式计算结果圆整成标准直径算出筒体高度,第四节 搅拌罐结构设计,第九章 搅拌器的机械设计,二、顶盖的结构 1、顶 盖 在受压状态下操作选用椭圆形封头。按外压（内压）压力容器计算壁厚。一般搅拌器重量及工作载荷对封头稳定性影响 不大时，不必另行加强；如搅拌器的工作状况对封头影响较大，则要将壁厚适当增加。必要时可在搅拌罐罐体之外另做一个框架以安装搅拌装置的轴承， 由框架承担搅拌器的操作载荷。对于常压或操作压力不大而直径较大的设备，在薄钢板上加设型钢制的横梁，用以支承搅拌器及其传动装量。,第四节 搅拌罐结构设计,第九章 搅拌器的机械设计,二、顶盖的结构 2、底座结构 底座焊接在罐体的顶盖上，用以连接减速机和轴的密封装置。图（a）：底座与封头接触处做成平面，底座外周焊一圆环，与封头焊成一体。图（b ）：底座与封头接触处为平面，其间隙中间垫一适当直径的圆钢后，再焊成一体。,第四节 搅拌罐结构设计,第九章 搅拌器的机械设计,二、顶盖的结构 2、底座结构 底座焊接在罐体的顶盖上，用以连接减速机和轴的密封装置。图（a）：底座与封头接触处做成平面，底座外周焊一圆环，与封头焊成一体。,二、顶盖的结构 2、底座结构 图（c）：在底座的底面车成一斜面约15，使外周与封头吻合，然后焊成一体。 图（d）：底座底面的曲率做成与封头相应部分外表层的曲率相同，使底面全部与封头吻 合，在加工中不易做到，一般很少采用。,第四节 搅拌罐结构设计,第九章 搅拌器的机械设计,二、顶盖的结构 2、底座结构 图（e）：适用于衬里设备,用衬里层包覆。衬里设备也可使用图 （a）图（d）所示底座。 图（f）：适用于碳钢或不锈钢制设备。,第四节 搅拌罐结构设计,第九章 搅拌器的机械设计,二、顶盖的结构 2、底座结构 图（g）：加工方便。图（h）：加工困难，设计中不宜采用 。,第四节 搅拌罐结构设计,第九章 搅拌器的机械设计,二、顶盖的结构 2、底座结构 为保证的搅拌轴运转顺利，轴封与减速机安装时有一定的同心度，常采用整体式底座。如减速机底座和轴封底座的直径相差很多，可采用分装式底座。 视搅拌罐内物料的腐蚀情况，底座有衬里和不衬里的两种。不衬里的底座材料可用Q235A或Q235AF。要求衬里的，则在可能与物料接触的底座表面衬一层耐腐蚀材料，常用不锈钢。为 便于和底座焊接，车削应在衬里焊好后进行。,第四节 搅拌罐结构设计,第九章 搅拌器的机械设计,第五节 传动装置及搅拌轴,一、传动装置包括：电动机、减速装置、联轴节及搅拌轴等。 常用的减速装置有齿轮减速机、蜗轮减速机、三角皮带（有爆炸危险场合不能使用）以及摆线针齿行星减速机等。如采用卧式减速机时，可用伞齿轮来改变方向。,第九章 搅拌器的机械设计,第五节 传动装置及搅拌轴,一、传动装置当搅拌器快速转动并和电机同步时，可与电机直接连用。对简单的圆筒形或方形敞口设备可将传动装置安装在筒体上，搅拌轴斜插入筒体内。 对高粘度搅拌过程，为提高搅拌效果，往往需要两种不同型式不同转速的搅拌器，使之能够同时达到搅拌、刮壁等要求。可采用双轴传动减速机。根据需要，双轴旋转方向可相同或相反。,第九章 搅拌器的机械设计,第五节 传动装置及搅拌轴,一、传动装置 底搅拌结构轴短不需要装设中间轴承和底轴承，轴所承受的应力小，运转稳定，对密封也有利。其传动装置可安放在地面基础上，便于维护检修，也有 利于上封头接管的排列和安装，并且可在封头上加夹套以冷却气相介质。,第九章 搅拌器的机械设计,第五节 传动装置及搅拌轴,一、传动装置轴承的布置形式： 轴承设置在支架内； 轴承设置在设备底部，主要承受径向载荷； 轴承设在密封处并与密封紧密相连，主要控制密封处的摆动量。,第九章 搅拌器的机械设计,第五节 传动装置及搅拌轴,二、轴的设计（自学） 1、轴的强度计算,第九章 搅拌器的机械设计,第五节 传动装置及搅拌轴,二、轴的设计（自学） 2、轴的刚度计算,第九章 搅拌器的机械设计,一、填料密封由衬套、填料箱体、填料环、压盖、压紧螺栓组成。,第六节 轴封,第九章 搅拌器的机械设计,被装填在搅拌轴和填料函之间环形间隙中的填料，在压盖压力的作用下，对搅拌轴表面产生径向压紧力。由于填料中含有润滑剂，在对搅拌轴产生径向压紧力的同时也产生一层极薄的液膜使搅拌轴得到润滑，同时起到阻止设备内流体漏出或外部流体渗入的作用。,一、填料密封（动密封）1、密封原理,第六节 轴封,第九章 搅拌器的机械设计,1）优点：结构简单，造价低，检修方便。 2）缺点：（1）当填料中缺乏润滑剂时，润滑情况会变坏，边界摩擦状态不能维持，轴和填料之间产生局部固体摩擦，造成发热，使填料和轴急剧磨损及密封面间隙扩大，泄漏增加；（2）不能做到点滴不漏；（3）维护不便。,2、优缺点,一、填料密封,第六节 轴封,第九章 搅拌器的机械设计,1、原理和结构,机械密封是用垂直于轴的两个密封元件动环和静环的平面相互贴合，且作相对运动，并达到密封的装置。,二、机械密封,第六节 轴封,第九章 搅拌器的机械设计,机械密封的密封比压来自弹簧的压力，小量的位移对弹簧的弹力影响甚微，密封比压不会有明显的变化，所以密封可靠。 一般用于易燃易爆的介质、高压、有毒等场合。,2、优点,二、机械密封,第六节 轴封,第九章 搅拌器的机械设计,1、常因轴尺寸和使用压力增加使结构趋于复杂；2、由于运转时密封环须作相对运动，因而产生磨擦和热，为了使密封得到润滑和冷却，必须使冷却润滑液在密封腔中不断循环。,3、缺点,二、机械密封,第六节 轴封,第九章 搅拌器的机械设计,二、机械密封,第六节 轴封,第九章 搅拌器的机械设计,作业课程设计,第九章 搅拌器的机械设计,
