反應(yīng)釜的攪拌裝置設(shè)計(jì)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——反應(yīng)釜的攪拌裝置設(shè)計(jì)第三章反應(yīng)釜的攪拌裝置

攪拌裝置由攪拌器、軸及其支撐組成。攪拌器的形式好多，根據(jù)任務(wù)說(shuō)明書(shū)的要求，本次設(shè)計(jì)采用的是推進(jìn)式攪拌器。推進(jìn)式攪拌器的特點(diǎn)是能使液體產(chǎn)生猛烈滾動(dòng)及湍流運(yùn)動(dòng)的性能很高。推進(jìn)式攪拌器的主要運(yùn)用范圍是攪拌及混合絕對(duì)粘度小于36000厘泊的各種滾動(dòng)性的液體，以及制成乳濁液或懸浮液。[3]

推進(jìn)式攪拌器機(jī)械設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：確定攪拌軸的直徑、攪拌器直徑、攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)。進(jìn)行攪拌軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)和臨界轉(zhuǎn)速校核、選擇軸的支撐結(jié)構(gòu)及材料的選用。由于介質(zhì)具有一定的腐蝕性，攪拌裝置的材料選用與反應(yīng)罐主體材料一致的材料06Gr19Ni10同一數(shù)字S30403。

由前三章的相關(guān)設(shè)計(jì)得知反應(yīng)釜凈直徑Di=1500mm，

凈高H=1900mm；工作溫度：25℃；工作壓力：0.125MPa；攪拌目的：攪拌均勻。攪拌裝置圖3-1

第3.1節(jié)攪拌器形式的確定

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求，初步設(shè)定攪拌器為兩層攪拌，采用三葉開(kāi)啟渦輪式攪拌器(又稱為螺旋推進(jìn)式攪拌器）。

圖3-2推進(jìn)式攪拌器

攪拌器直徑Dj取標(biāo)準(zhǔn)值，即攪拌容器直徑的三分之一：[4]Dj=Di/3=1500m/3=500mm

————————————（3-1）

底間距（C）即攪拌器距容器底部高度，尋常底間距與攪拌容器內(nèi)徑比值一般在0.05~0.3范圍內(nèi)選取[4]。則C=（0.05~0.3）Dj=15~150mm——————————

（3-2）

由于底間距比值越小，固相完全離底懸浮臨界轉(zhuǎn)數(shù)越小，所以在滿足底層槳軸向排量的前提下，該比值盡量取得最小。但是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中容器底部會(huì)出現(xiàn)一定量的沉積物，C值不能太小[4]；C值太大攪拌效果不足，結(jié)合實(shí)際取C=130mm

攪拌器浸入攪拌容器液面下的深度（S），攪拌器浸入液體內(nèi)的最正確深度為：

[2]

錯(cuò)誤！未找到引用源?！?-3）對(duì)于雙層攪拌器，攪拌器層間距（Sp）與槳徑之比一般為0.5~2范圍內(nèi)，由

攪拌槳的軸向作用范圍和反應(yīng)釜的高度決定攪拌槳層數(shù)。對(duì)于兩層以上的多層槳，要調(diào)整槳徑和層數(shù)取得合理的層間距，達(dá)到攪拌效果好，軸功率低的效果。

[2]

故：Sp=（0.9~1.5）Di=250~1000mm———————————（3-4）

取Sp=700mm

攪拌器和容器的幾何參數(shù)條件如表3-1[5]：

表3-1攪拌器容器幾何參數(shù)條件

擋板數(shù)量擋板寬度擋板與容器內(nèi)壁間距攪拌器槳葉數(shù)量螺釘d2M12M12M12M12M16M16M20M20無(wú)無(wú)無(wú)Zj=3攪拌器距容器底部距離攪拌器潛液深度攪拌器直徑攪拌器槳葉的螺距鍵槽b88121216181824t33.133.143.643.655.170.670.687.2S=1200Dj=500Pt=Dj=500P/n不大于0.0080.0080.010.010.0310.0620.110.16表3-2推進(jìn)式槳葉尺寸表[2]

dj150200250300400500600700d3030404050656580d16060808090110110140δ11010101214182222δ155568101212h4045556595105125150a51°31′43°22′36°11′39°59′35°19′34°39′29°59′32°14′注：表中P/n為攪拌器槳葉強(qiáng)度所允許的數(shù)值，其計(jì)算溫度≤200℃；

P————計(jì)算功率，Kw；n————攪拌器每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。

表3-3推進(jìn)式槳葉展開(kāi)截面尺寸

第3.2節(jié)攪拌軸的設(shè)計(jì)

攪拌軸將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給攪拌器。它承受的是以扭轉(zhuǎn)為主的扭—彎聯(lián)合作用。

已知混合物的密度為（900—1050）Kg/m3，則取ρ=1050Kg/m3；攪拌器直徑Dj=500mm；攪拌器攪拌轉(zhuǎn)速n=281r/min=4.68r/s；粘度μ=100cP=100mPa·s=0.1Pa·s攪拌液的雷諾準(zhǔn)數(shù)：

錯(cuò)誤！未————————————————（3-5）代入3-2-1式可得錯(cuò)誤！未找到引用源。

一、攪拌軸消耗的功率

單層攪拌器攪拌軸上所消耗的功率：

找

到

引

用

源

。

錯(cuò)————————————（3-6）

誤！未找到引用源。

式中錯(cuò)誤！未找到引用源?！β蕼?zhǔn)數(shù)，與被攪拌液體的雷諾準(zhǔn)數(shù)（Re）有關(guān)，與攪拌器的形式及交融其相關(guān)的幾何參數(shù)有關(guān)。

對(duì)于雙層攪拌器的總功率準(zhǔn)數(shù)：錯(cuò)誤！未找到引用源?！?-7）

式中錯(cuò)誤！未找到引用源?！c多層攪拌器的間距和直徑比（錯(cuò)誤！未

找到引用源。）有關(guān)的系數(shù)

圖3-3多層攪拌器總功率準(zhǔn)數(shù)錯(cuò)誤！未找到引用源。的系數(shù)錯(cuò)誤！未找到引用源。

且錯(cuò)誤！未找到引用源。兩層攪拌器排液方向一致，查圖4-1可得：錯(cuò)誤！未找到引用源。[5]

由圖4-2功率準(zhǔn)數(shù)P0與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re關(guān)系的關(guān)系圖可得：P0=0.36[5]

圖3-4功率準(zhǔn)數(shù)P0與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re關(guān)系

故錯(cuò)誤！未找到引用源。講個(gè)數(shù)值帶入式3-6和3-7可得：

二、攪拌軸軸徑的設(shè)計(jì)計(jì)算

攪拌軸的材料：選用06Gr19Ni10（304舊鋼號(hào)0Gr18Ni9）；攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實(shí)心直軸。N0=0由上節(jié)的相關(guān)計(jì)算得知：

攪拌軸功率：P0c=1.8KWPc=1.2KW攪拌軸轉(zhuǎn)速：n=281r/min

L=2560L1=2285L2=1585

傳動(dòng)側(cè)軸承LeFb2L2L1LFeFb1底軸承FA圖3-5攪拌軸的受力圖

1、受扭轉(zhuǎn)變形控制的軸徑d1：錯(cuò)誤————————————(3-8)

！

未

找

到

引

用

源

。

式中[]————軸的許用扭轉(zhuǎn)角，錯(cuò)誤！未找到引用源。由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得：對(duì)于單跨軸：[]=0.7錯(cuò)誤！未找到引用源。；

G—————軸材料的剪切彈性模量，錯(cuò)誤！未找到引用源。查得G=0.8×104MPa[5]

錯(cuò)誤！未找到引用源。———攪拌軸傳遞的最大扭矩，N·m錯(cuò)誤！未找到引用源?！?3-9)式中錯(cuò)誤！未找到引用源。—————傳動(dòng)側(cè)軸承之前的傳動(dòng)裝置傳動(dòng)效率，按表3-3-1選取[5]

表3-4傳動(dòng)裝置各零部件的傳動(dòng)效率η1

類別傳動(dòng)形式傳動(dòng)效率η1擺線針輪傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)擺線針輪行星減速機(jī)諧波減速機(jī)開(kāi)式傳動(dòng)，鑄齒（考慮軸承損失）開(kāi)式傳動(dòng)，鐵齒（考慮軸承損失）圓柱齒輪傳動(dòng)單級(jí)圓柱齒輪減速器雙級(jí)圓柱齒輪減速器行星齒輪減速器開(kāi)式傳動(dòng)，鑄齒（考慮軸承損失）開(kāi)式傳動(dòng)，鐵齒（考慮軸承損失）圓錐齒輪傳動(dòng)單級(jí)圓錐齒輪減速器雙級(jí)圓錐—圓柱齒輪減速器自鎖的單頭蝸桿蝸桿傳動(dòng)雙頭蝸桿三頭和四頭蝸桿蝸桿傳動(dòng)圓弧面蝸桿傳動(dòng)皮帶傳動(dòng)開(kāi)式傳動(dòng)鏈傳動(dòng)鏈浸入油池中傳動(dòng)變速器無(wú)級(jí)變速器傳動(dòng)軸承軸承滑動(dòng)軸承由于電動(dòng)機(jī)功率錯(cuò)誤！未找到引用源。故可得＞0.9＞0.830.9—0.930.950.97—0.980.95—0.960.9—0.930.9—0.930.9—0.930.9—0.930.9—0.930.40—0.450.70—0.750.80—0.920.40—0.450.85—0.950.95—0.960.92—0.940.95—0.970.80.99—0.9950.93—0.995

則由式3-2-4可得：錯(cuò)誤！未找到引用源。圓整可得：d1=65mm(攪拌軸標(biāo)準(zhǔn)值)[5]2、按強(qiáng)度計(jì)算攪拌軸直徑d21）攪拌軸上的流體徑向力：錯(cuò)

誤

！

未

找

到

引

用

源

。

———————————————(3-10)

式中k1—————攪拌器的流體徑向系數(shù)取0.16[]則錯(cuò)誤！未找到引用源。2）攪拌器的質(zhì)量mj≈7.5Kg

3）攪拌軸的質(zhì)量：錯(cuò)誤！未找到引用源。4）攪拌軸的組合質(zhì)量：錯(cuò)誤！未找到引用源。5）攪拌軸的臨界轉(zhuǎn)速：

假使攪拌軸的工作轉(zhuǎn)速等于或接近于軸的固有頻率時(shí)，軸將發(fā)生猛烈震動(dòng)，

即發(fā)生共振現(xiàn)象。發(fā)生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。工程上軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速。攪拌軸與攪拌器作為一個(gè)整體，有多個(gè)臨界轉(zhuǎn)速[1]。對(duì)于剛性軸，要求n≤0.7nc

故

按

保

守

值

取

：

錯(cuò)誤！未找到引用源。

6）攪拌軸的許用偏心距[e]（取攪拌軸的平衡精度G=6.3mm/s）[5]

7）攪拌軸的偏心力Fe錯(cuò)誤！未找到引用源?！?3-11)錯(cuò)誤！未找到引用源。

8）攪拌器和攪拌軸的組合質(zhì)量m組重心至軸承的距離Le錯(cuò)誤！未找到引用源?！?3-12)9）攪拌軸的徑向彎矩MR

由于攪拌軸在攪拌容器內(nèi)為垂直安裝，故其傾角α=0°[5]則有：

錯(cuò)誤！未找到引用源?！?3-13)

10）攪拌軸的軸向彎矩MA

由于攪拌軸的排液方向?yàn)橄蛳拢蕯嚢栎S受拉，所以MA=011）攪拌軸的當(dāng)量彎矩Mte

錯(cuò)誤！未找到引用源?！?3-14)則考慮彎扭組合計(jì)算攪拌軸的軸徑d2：錯(cuò)—————————————(3-15)

式中[]—————攪拌軸材料許用剪應(yīng)力，錯(cuò)誤！未找到引用源。MPa

σb—————攪拌軸材料的抗拉強(qiáng)度，520MPa[5]

錯(cuò)誤！未找到引用源?！獢嚢栎S的扭矩和彎矩同時(shí)作用下的當(dāng)量扭矩，N?m

各數(shù)值代入3-2-11式中得：

誤

！

未

找

到

引

用

源

。

d2=34.9mm＜d1=65mm

表3-5攪拌軸常用金屬材料及力學(xué)性能

材料Q235-A35450Gr17Ni12Mo2(316不銹鋼)0Gr18Ni9(304不銹鋼)3Gr1340Gr鈦（TA5）軸的加工狀態(tài)熱軋，段后空冷正火正火調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)退火σzMPa225265295205205635540585σbMPa400510590520520835735685EMPa2.1×1062.1×1062.1×1061.93×1061.93×1061.03×106GMPa8.1×1048.1×1048.1×104三、攪拌軸強(qiáng)度校核1、對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算錯(cuò)誤！未找到引用源?！?/p>

————（3-16）

式中Wp—————對(duì)于實(shí)心軸錯(cuò)誤！未找到引用源。

錯(cuò)誤！未找到引用源?！獢嚢栎S傳遞的最大扭矩錯(cuò)誤！未找到引用源。各數(shù)據(jù)代入式3-2-12得錯(cuò)誤！未找到引用源。2、對(duì)軸的剛度進(jìn)行校核計(jì)算攪拌軸的扭轉(zhuǎn)角：

錯(cuò)誤！未找到引用源?！?-17）即：錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。注：軸的表面粗糙度可按所配零件的標(biāo)準(zhǔn)要求選取。

第3.3節(jié)攪拌器與攪拌軸的連接

1、連接方式的選取

攪拌器的軸套與攪拌軸采用鍵連接并用止動(dòng)螺釘將其固定攪拌器軸套的外徑d1和長(zhǎng)度l推薦值：錯(cuò)

誤

！

未

找

到

引

用

源

。

——————————————（3-18）

則d1=（1.6~2）×75=120~150，取d1=120mm

l＞攪拌器槳葉寬度在軸線上的投影長(zhǎng)度，但l不得小于d。查表3-3-1得：l=195mm采用鍵連接的方式，查表3-3-2及參考資料[]：

鍵的工作長(zhǎng)度l=110mm鍵的高度h=11mm鍵的寬度B=18mm[6]2、鍵連接強(qiáng)度校核計(jì)算鍵鏈接的擠壓強(qiáng)度條件

錯(cuò)誤！未找到引用源。————————————（3-19）

式中Mnq————攪拌軸上每個(gè)攪拌器的扭矩錯(cuò)誤！未找到引用源。

Pk————每一層攪拌器的設(shè)計(jì)功率錯(cuò)誤！未找到引用源?！?-20）

hk————鍵的高度11mml————鍵的工作長(zhǎng)度110mmn————攪拌器轉(zhuǎn)速281r/mind————攪拌軸直徑65mm各數(shù)值代入可得：錯(cuò)誤！未找到引用源。鍵連接的剪切強(qiáng)度條件

錯(cuò)誤！未找到引用源?！?-21）式3-3-4中τk————鍵的剪應(yīng)力MPa

B————鍵的寬度18mm各數(shù)值代入式3-3-4中得：錯(cuò)誤！未找到引用源。

第3.4節(jié)攪拌軸的支撐