搅拌器的机械设计课件

第九章搅拌器的机械设计9.1概述9.2搅拌器的型式及选型9.3搅拌器的功率9.5传动装置及搅拌轴9.6轴封9.4搅拌罐结构设计2023/6/6第九章搅拌器的机械设计本章重点：搅拌器各部件的选型本章难点：搅拌轴和搅拌器的设计计划学时：4学时2023/6/69.1概述

搅拌设备在工业生产中应用范围较广，它最主要的作用是使物料混合均匀，这种过程可能是物理过程，也可能是化学反应过程。如：聚酯行业，油剂调配罐，也是一个搅拌设备，使短纤油剂在水中搅拌均匀。又如，生产高压聚乙烯的反应器是超高压反应器，乙烯气与催化剂、调节剂进入反应器后在200Mpa的超高压、250℃的温度下进行聚合，反应器内有一搅拌器进行搅拌，从而使化学反应过程良好地进行。2023/6/69.1概述9.1.1作用1使物料混合均匀使气体在液相中很好地分散；使固体粒子(如催化剂)在液相中均匀地悬浮；使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化。2强化传热、传质强化相间的传质(如吸收等)；强化传热。混合的快慢、均匀程度和传热情况的好坏，都会影响反应结果，因此，搅拌情况的改变，会很敏感地影响产品质量和数量。2023/6/69.1概述9.1.2结构搅拌设备搅拌装置轴封搅拌罐传动装置搅拌轴搅拌器罐体附件2023/6/69.2搅拌器的型式及选型9.2.1常见型式桨式、涡轮式、推进式、锚式、框式、螺带式、螺杆式(图9－2)。2023/6/69.2搅拌器的型式及选型9.2.2搅拌器的功能提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动状态，以达到搅拌过程的目的。（浆叶旋转运动，产生能量，给液体，形成流动状态，故关键在浆叶，当然与其它因素也有关，如介质特性，搅拌器的工作环境等）9.2.3选型依据考虑搅拌的目的、考虑动力消耗等问题(具体选型可以参看表9－1)2023/6/69.2搅拌器的型式及选型2023/6/69.3搅拌器的功率9.3.1搅拌器功率和搅拌器作业功率1定义搅拌功率：搅拌过程进行时需要动力，笼统地称这一动力时叫做搅拌功率。搅拌器功率：为使搅拌器连续运转所需要的功率称为搅拌器功率。不包括机械传动和轴封部分所消耗的功率。此功率的涉及因素较多，与搅拌器几何参数，搅拌器运行参数有关。搅拌作业功率：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。最理想状态：搅拌器功率＝搅拌作业功率2023/6/69.3搅拌器的功率2.影响搅拌器功率的因素1）搅拌器的几何参数与运转参数2）搅拌槽的几何参数;3）搅拌介质的物性参数。3.从搅拌作业功率的观点决定搅拌过程的功率1）液体单位体积的平均搅拌功率的推荐值(表9－2)2023/6/69.3搅拌器的功率2）按搅拌过程求搅拌功率①、从液体容积值与液体粘度值连线，交于参考线Ⅰ；②、由该点与液体比重连线，并交于参考线Ⅱ上某点；③、将该点与某一搅拌过程连线，交于搅拌功率线，即可求得该过程的搅拌功率。2023/6/69.4搅拌罐结构的设计9.4.1罐体的长径比1罐体长径比对搅拌功率的影响需要较大搅拌功率的，长径比可以选得小些；2罐体长径比对传热的影响体积一定时，长径比越大，表面积越大，越利于传热；并且此时传热面距罐体中心近，物料的温度梯度就越大，有利于传热效果。因此，单纯从夹套传热角度考虑，一般希望长径比大一些。3物料特性对罐体长径比的要求需要足够液料高度的，希望长径比大些。2023/6/69.4搅拌罐结构的设计9.4.2搅拌罐装料量

已知长径比H/Di公称容积Vg：操作时盛装物料的容积1）装料系数ηVg＝V·η2023/6/69.4搅拌罐结构的设计一般取0.6～0.85

。物料在反应过程中要起泡沫或呈沸腾状态，装料系数取低值，约为0.6～0.7；物料反应平稳，可取0.8～0.85，物料粘度较大可取大值。2）初步计算筒体直径3）确定筒体直径和高度2023/6/69.4搅拌罐结构的设计式中V0－封头容积，m3；

Di－由式9－3计算值经圆整后的筒体直径，m。将上式算出的筒体高度进行圆整，然后核算H/Di及η，如大致符合要求即可。9.4.2顶盖的结构(自学)2023/6/69.5传动装置及搅拌轴9.5.1传动装置

一般包括电动机、减速装置、联轴节及搅拌轴。9.5.2轴的计算1轴的强度计算

承受扭转和弯曲作用，以扭转为主，工程上只考虑扭矩，然后用增加安全系数以降低材料2023/6/69.5传动装置及搅拌轴的许用应力来弥补由于忽略受弯曲作用所引起的误差。轴扭转的强度条件：

在静载荷作用下，[τ]=(0.5~0.6)[σ]

轴的抗扭截面系数Wp为：对于实心轴，Wp＝πd3/16，便可计算轴的直径。2023/6/69.5传动装置及搅拌轴2轴的刚度计算为了防止转轴产生过大的扭转变形，以免在运转中产生震动，造成轴封失败，应该将轴的扭转变形限制在一个允许的范围内。工程上以单位长度的扭转角φo不得超过许用扭转角[φo]作为扭转刚度条件。式中φo－轴扭转变形的扭转角，o/m。

Jp－轴截面的极惯性矩，mm4。G0－轴材质的剪切弹性模量，MPa，对于碳钢及合金钢＝8.1×104MPa。2023/6/69.5传动装置及搅拌轴工程上将G0Jp称为扭转刚度。对于许用扭转角一般取值如下：①在精密稳定的传动中，[φo]取0.25～0.5；②在一般传动和搅拌轴的计算中可取0.5～1.0；③对精度要求低的传动中可取[φo]>1。3还要考虑轴截面局部削弱，因此应按计算直径给予适当增大。2023/6/69.6轴封9.6.1填料密封(图9－11)1、原理

填料中含有润滑剂，在对搅拌轴产生径向压紧力的同时，形成极薄的液膜，一方面使搅拌轴受到润滑，另一方面阻止设备内流体的逸出或外部流体的渗入，达到密封目的。2、特点应允许填料密封有一定的泄漏量。使用过程中需要经常调整填料压盖的压紧力。2023/6/69.6轴封2023/6/69.6轴封9.6.2机械密封(图9－12)1、原理

机械密封是依靠垂直于轴的两个密封元件的平面相互贴合(依靠介质压力或弹簧力)，并作相对运动达到密封的装置。又称端面密封。四个密封点：A动环和轴之间的密封(静密封)，B动环和静环作相对旋转运动时的端面密封(动密封)，C静环与静环座之间的密封(静密封