搅拌器设计

1搅拌器毕业设计第一章绪论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。在工业生产中，搅拌操作时从化学工业开始的，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与气流搅拌。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，或使气泡群一密集状态上升借所谓上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进行的搅拌时比较弱的，对于几千毫帕·秒以上的高粘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，高温高压条件下的反应液体的搅拌时比较便利的。在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌，以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。其结构形式如下：（结构图）搅拌设备在工业生产中的应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。搅拌设备在许多场合时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99%。。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（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围较广，又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的分散；③使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；④使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；⑤强化相间的传质（如吸收等）；⑥强化传热。2搅拌罐结构设计1.1罐体的尺寸确定及结构选型1.1.1筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头1.1.2确定内筒体和封头的直径先忽略封头体积，估算筒体内径DiDi=34iVV－工艺给定的容积,53mi－通体高径比，i=H/Di,由于是液-液混合体系选i=1.1;－装料系数，因搅拌状态比较平稳故取0.8。3450.816673.141.1DimmDi取整为1700mm，即筒体直径DN=1700mm1.1.3确定筒体高度封头直径确定后，确定筒体高度：24()dVVHDi2dV－容器封头体积，0.734取封头直径与内筒体直径相同，当DN=1700mm时，查《化工设备机械基础》表16-6得封头的容积30.734dVm24(50.734)1.883.141.7Hm取1.88Hm1.1.4核算/iHD即ii=/1.88/1.71.1iHD06，该值接近1.1且处于1.1~1.3之间，故合理。1.1.4选取夹套直径表1夹套直径与内通体直径的关系内筒径,iDmm700~18002000~3000夹套,jDmm50iD100iD200iD由表1，取10017001001800jiDDmm。夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径1.1.5确定夹套高度夹套高度H由传热面积决定，一般不高于料液静止高度。夹套高度H的计算公式为：220.850.7341.440.7850.7851.7diVVHDm1.1.6校核传热面积工艺要求传热面积为102m，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积23.34,1.44iAmm高筒体表面积为211.443.141.71.447.69iADm总传热面积为223.347.6911.0310Amm故满足工艺要求。1.2内筒体及夹套的壁厚计算1.2.1选择材料，确定设计压力按照《钢制压力容器》（15098GB）规定，筒体和夹套决定选用Q235-B碳素钢，该板材在150C一下的许用应力由《过程设备设计》附表1D查取，[]113tMPa，3常温屈服极限235sMPa。1.2.2计算筒体内压介质密度约为31000/kgm液柱静压力1000101.440.014gHMPa最高压力max0.5PMPa设计压力max1.10.495PPMPa所以0.0145%0.0.025gHMPaPMPa故计算压力0.495cPMPa内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取0.495cPMPa，按外压则取0.55cPMPa，由于外压大于内压，因此按外压计算。1.2.3夹套筒体和夹套封头厚度计算计算夹套筒体壁厚j2[]cjjtcPDP内筒体采用双面焊，局部探伤检查，查《过程设备设计》表4-3得0.85，则0.5518005.1721130.850.55jmm查《过程设备设计》表4-2取钢板厚度负偏差10.3Cmm，对于碳素钢腐蚀裕量可取22Cmm，对于碳钢取腐蚀裕量22Cmm，故内筒体厚度附加量122.3aCCCmm，夹套厚度附加量122.3bCCCmm。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度10njmm。夹套筒体强度校核221130.857.70.8218007.7tewiepMPaPD4故夹套筒体满足强度要求。因为夹套直接与空气接触，因此外压稳定性必符合要求。计算夹套封头壁厚kj为0.5518005.162[]0.521130.850.50.55cjkjtcPDmmP取厚度附加量2.8Cmm，为制造与焊接方便取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同，10kjmm夹套封头强度校核221130.857.70.830.518000.57.7tewiepMPaPD夹套封头与夹套筒体一样，外压稳定性必定符合要求。1.2.4内筒体壁厚计算焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：0.49517004.42[]21130.850.495cjtcPDmmP取内筒体名义厚度10nmm。内筒体外压失稳校核102.37.7enaCmm，217002101720oinDDmm。内筒体计算长度111440425158233jLHhmm。则/0.92oLD，/223oeD，由《过程设备设计》图4-6查得0.0006A，图4-9查得57BMPa，此时许用外压[]P为：577.7[]0.380.551720eoBPMPaMPaD不满足强度要求。重新取14nmm，则142.311.7naeCmm，217002141728oinDDmm，内筒体计算长度111440425158233jLHhmm5则/0.91oLD，/147.7oeD查《过程设备设计》图4-6得0.0008A,图4-9得110BMPa，此时许用外压为：11011.7[]0.740.551728eoBPMPaMPaD故取内筒体壁厚14nmm可以满足稳定性要求。内筒体强度校核221130.8511.71.3117007.7tewiepMPaPD因而内筒体强度也符合设计要求。1.2.5内封头厚度计算考虑到加工制造与焊接方便，取封头与夹套筒体等厚，即取封头名义厚度14nkmm。内封头稳定性校核封头有效厚度142.311.7emm。由《过程设备设计》表4-5查得标准椭圆形封头的形状系数10.9K，则椭圆形封头的当量球壳内径10.917001530iiRKDmm，计算系数A11.70.1250.1250.0009561530eiAR查《过程设备设计》图4-9得120BMPa11011.7[]0.920.551530eiBPMPaMPaR故内封头壁厚取14mm可以满足稳定性要求。内封头强度校核221130.8511.71.320.517000.511.7tewiepMPaPD因此内封头强度符合要求上封头计算为制造、焊接方便，去上封头厚度与内筒体厚度相同，即14nmm6由于封头直径大于1200mm，故在上封头上开人孔，上封头与内筒体以焊接方式连接，前面已经校核了其强度与稳定性，符合设计要求。1.3水压试验校核1.3.1试验压力内筒体试验压力取1.251.250.4950.619TPpMPa夹套实验压力1.251.250.550.687TPpMPa1.3.2内压试验校核内筒筒体应力()0.687(170011.7)45.262211.70.85TieiTieiPDMPa夹套筒体应力()0.65(18007.7)80.7227.70.85TjejTjejPDMPa而0.9R0.90.85235179.8elMPa0.90.90.85235179.8elRMPa故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。1.3.3外压实验校核由前面的计算可知，当内筒体厚度取14mm时，它的许用外压为[]0.74PMPa，小于夹套0.6MPa的水压试验压力，故在做夹套的压力实验校核时，必须在内筒体内保持一定压力，以使整个试验过程中的任意时间内，夹套和内同的压力差不超过允许压差。1.4人孔选型及开孔补强设计1.4.1人孔选型选择回转盖法兰人孔，标记为：人孔PL0.6,DN450,HG/T21518-2005,尺寸如下表所示:密封面形式公称压力PN（MP）公称直径DNwdsdD1D1H2Hb突面（RF）0.645048014595550220192301b2bABLod螺柱螺母总质量数量7（kg）2630330150200361632115开孔补强设计最大的开孔为人孔，筒节14ntmm，厚度附加量2.3Cmm，补强计算如下：开孔直径45022.32070dmm圆形封头因开孔削弱所需补强面积为：2()(1)ntrAdCf人孔材料亦为Q235B，所以1.0rf所以20.49517004500198021130.850.50.495Amm有效补强区尺寸：1207014170nthdmm2220704140Bdmmm在有效补强区范围内，壳体承受内压所需设计厚度之外的多余金属面积为：1()()2()()(1)enterABdCf故21()()2070(11.76.7)13500eABdmm由此可见仅1A就大于A,因此不需另行补强。最大开孔为人孔，而人孔都不需另行补强，则其他接管则均不需另行补强。2搅拌装置设计3.1搅拌器设计与选型搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。搅拌器的形式主要有：浆式、涡轮式、推进式、螺杆式、框式等。根据工艺要求及特点，即混合液体粘度较低，轴的转速较小n100r/min，因此选择浆式直叶搅拌器。2.1.1搅拌器计算b——搅拌器桨叶的宽度d——轮毂内经jd——搅拌器直径G——搅拌器参考质量——搅拌器桨叶的厚度8/0.5850/0.1~0.25jijjdDdmmbb取b=12016mm叶端线速度v=85/60×0.85×3.14=3.78m/s5m/s满足常用运转条件。3.2.2搅拌器安装无论采取几层浆叶，最下层均安装在封头焊缝高度处；为提高搅拌效果，设置双层浆叶；第二层浆叶安装在液面至底层浆叶距离中间稍高的地方，取h=800mm。因浆叶在700~1000mm之间，故用两对螺栓固定，且均应再加紧定螺钉固定。3.2搅拌附件挡板挡板一般是指长条形的竖向固定在罐底上板，主要是在湍流状态时，为了消除搅拌器形成的“打漩区”而增设的。罐内径为1700mm，选择6块竖式挡板，宽度为150mm，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。3.3搅拌轴设计搅拌轴的设计内容包括结构设计和强度校核，当转速n200r/min时，需校核临界转速，由于实际转速只有85r/min，因此不要校核临界转速。3.3.1搅拌轴的结构搅拌轴可用实心或空心直轴，本设计采用实心直轴，碳钢材料选用45号钢。其结构形式根据轴上安装搅拌器类型、支撑的结构和数量以及与联轴器