搅拌器毕业设计说明书(C)

1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）第一节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2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。搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、聚合反应、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等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、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。第二节搅拌物料的种类及特性搅拌物料的种类主要是指流体。在流体力学中，把流体分为牛顿型和非牛顿型。非牛顿型流体又分为宾汉塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体。在搅拌设备中由于搅拌器的作用，而使流体运动。第三节搅拌装置的安装形式搅拌设备可以从不同的角度进行分类，如按工艺用途分、搅拌器结构形式分或按搅拌装置的安装形式分等。一下仅就搅拌装置的各种安装形式进行分类说明。一、立式容器中心搅拌将搅拌装置安装在历史设备筒体的中心线上，驱动方式一般为皮带传动和齿轮传动，用普通电机直接联接。一般认为功率3.7kW一下为小型，5.5~22kW为中型。本次设计中所采用的电机功率为18.5kW，故为中型电机。二、偏心式搅拌3搅拌装置在立式容器上偏心安装，能防止液体在搅拌器附近产生“圆柱状回转区”，可以产生与加挡板时相近似的搅拌效果。搅拌中心偏离容器中心，会使液流在各店所处压力不同，因而使液层间相对运动加强，增加了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显的提高。但偏心搅拌容易引起振动，一般用于小型设备上比较适合。三、倾斜式搅拌为了防止涡流的产生，对简单的圆筒形或方形敞开的立式设备，可将搅拌器用甲板或卡盘直接安装在设备筒体的上缘，搅拌轴封斜插入筒体内。此种搅拌设备的搅拌器小型、轻便、结构简单，操作容易，应用范围广。一般采用的功率为0.1~22kW，使用一层或两层桨叶，转速为36~300r/min，常用于药品等稀释、溶解、分散、调和及pH值的调整等。四、底搅拌搅拌装置在设备的底部，称为底搅拌设备。底搅拌设备的优点是：搅拌轴短、细，无中间轴承；可用机械密封；易维护、检修、寿命长。底搅拌比上搅拌的轴短而细，轴的稳定性好，既节省原料又节省加工费，而且降低了安装要求。所需的检修空间比上搅拌小，避免了长轴吊装工作，有利于厂房的合理排列和充分利用。由于把笨重的减速机装置和动力装置安放在地面基础上，从而改善了封头的受力状态，同时也便于这些装置的维护和检修。底搅拌虽然有上述优点，但也有缺点，突出的问题是叶轮下部至轴封4处的轴上常有固体物料粘积，时间一长，变成小团物料，混入产品中影响产品质量。为此需用一定量的室温溶剂注入其间，注入速度应大于聚合物颗粒的沉降速度，以防止聚合物沉降结块。另外，检修搅拌器和轴封时，一般均需将腹内物料排净。五、卧式容器搅拌搅拌器安装在卧式容器上面，壳降低设备的安装高度，提高搅拌设备的抗震性，改进悬浮液的状态等。可用于搅拌气液非均相系的物料，例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。六、卧式双轴搅拌搅拌器安装在两根平行的轴上，两根轴上的搅拌叶轮不同，轴速也不等，这种搅拌设备主要用于高黏液体。采用卧式双轴搅拌设备的目的是要获得自清洁效果。七、旁入式搅拌旁入式搅拌设备是将搅拌装置安装在设备筒体的侧壁上，所以轴封结构是罪费脑筋的。旁入式搅拌设备，一般用于防止原油储罐泥浆的堆积，用于重油、汽油等的石油制品的均匀搅拌，用于各种液体的混合和防止沉降等。八、组合式搅拌有时为了提高混合效率，需要将两种或两种以上形式不同、转速不同的搅拌器组合起来使用，称为组合式搅拌设备。5第二章搅拌罐结构设计第一节罐体的尺寸确定及结构选型（一）筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头（二）确定内筒体和封头的直径发酵罐类设备长径比取值范围是1.7~2.5，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取/2.5iHD根据工艺要求，装料系数0.7，罐体全容积39Vm，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）390.76.3gVVm。初算筒体直径iiiDHDHDV44234igiDHVD即mDi66.17.05.214.33.643圆整到公称直径系列，去mmDN1700。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度mmh402，（三）确定内筒体高度H当mmhmmDN40,17002时，查《化工设备机械基础》表16-6得封头的容积30.734vm224(90.734)3.643.141.74iVvHmD，取3.7Hm核算/iHD与6/3.7/1.72.18iHD，该值处于1.7~2.5之间，故合理。226.30.69'1.73.70.73444ggiVVVDHv该值接近0.7，故也是合理的。（四）选取夹套直径表1夹套直径与内通体直径的关系内筒径,iDmm500~600700~18002000~3000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（六）校核传热面积工艺要求传热面积为211m，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积23.34,3.7iAmm高筒体表面积为213.73.141.73.719.75iADm总传热面积为3.1419.7523.0911A故满足工艺要求。第二节内筒体及夹套的壁厚计算（一）选择材料，确定设计压力按照《钢制压力容器》（15098GB）规定，决定选用0189CrNi高合金钢板，该板材在150C一下的许用应力由《过程设备设计》附表1D查取，[]103tMPa，常温屈服极限137sMPa。计算夹套内压7介质密度31000/kgm液柱静压力1000103.70.037gHMPa最高压力max0.5PMPa设计压力max1.10.55PPMPa所以0.0375%0.0275gHMPaPMPa故计算压力0.550.0370.587cPPgHMPa内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取0.587cPMPa，按外压则取0.5cPMPa（三）夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择235QB热轧钢板，其235,[]113tsMPaMPa夹套筒体计算壁厚j2[]cjjtcPDP夹套采用双面焊，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10.8Cmm，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量20C，对于碳钢取腐蚀裕量22Cmm，故内筒体厚度附加量120.8aCCCmm，夹套厚度附加量122.8bCCCmm。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度14njmm。夹套封头计算壁厚kj为0.5518005.162[]0.521130.850.50.55cjkjtcPDmmP8取厚度附加量2.8Cmm，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。（四）内筒体壁厚计算①按承受0.587MPa内压计算焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：0.58717005.722[]21030.850.587cjtcPDmmP②按承受0.55MPa外压计算设内筒体名义厚度12nmm，则120.811.2enaCmm，内筒体外径21700211.21722.4oinDDmm。内筒体计算长度112800(42512)2945.733jLHhmm。则/1.71oLD，/153.79oeD，由《过程设备设计》图4-6查得0.0004A，图4-9查得50BMPa，此时许用外压[]P为：5011.2[]0.330.551722.4eoBPMPaMPaD不满足强度要求，再假设16nmm，则160.815.2naeCmm，21700215.21730.4oinDDmm，内筒体计算长度112800(42516)294733jLHhmm则/1.7oLD，/113.84oeD查《过程设备设计》图4-6得0.0006A,图4-9得60BMPa，此时许用外压为：6015.2[]0.5620.551730.4eoBPMPaMPaD故取内筒体壁厚16nmm可以满足强度要求。（五）考虑到加工制造方便，取封头与夹套筒体等厚，即取封头名义9厚度16nkmm。按内压计算肯定是满足强度要求的，下面仅按封头受外压情况进行校核。封头有效厚度160.815.2emm。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A15.20.1250.1250.0012421530eiAR查《过程设备设计》图4-9得110BMPa11015.2[]1.090.551530eiBPR故封头壁厚取16mm可以满足稳定性要求。（六）水压试验校核①试验压力内同试验压力取0.10.5870.10.687TcPPMPa夹套实验压力取0.10.550.10.65TcPPMPa②内压试验校核内筒筒体应力()0.687(170015.2)445.62215.20.85TieiTieiPDMPa夹套筒体应力()0.65(180011.2)61.82211.20.85TjejTjejPDMPa而0.90.9137123.3siMPa0.90.9235211.5sjMPa故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。③外压实验校核10由前面的计算可知，当内筒体厚度取16mm时，它的许用外压为[]0.562PMPa，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。第三节人孔选型及开孔补强设计①人孔选型选择回转盖带颈法兰人孔，标记为：人孔PN2.5,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）4.045048014451.6685610270137571b2bABLod螺柱螺母螺柱总质量（kg）数量直径长度4