1、第三章 反应釜的搅拌装置搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。搅拌器的形式很多，根据任务说明书的要求，本次设计采用的是推进式搅拌器。推进式搅拌器的特点是能使液体产生激烈流动及湍流运动的性能很高。推进式搅拌器的主要运用范围是搅拌及混合绝对粘度小于 36000 厘泊的各种流动性的液体，以及制成乳浊液或悬浮液。 3推进式搅拌器机械设计的主要内容是：确定搅拌轴的直径、搅拌器直径、搅拌器与搅拌轴的连接结构。进行搅拌轴的强度设计和临界转速校核、选择轴的支撑结构及材料的选用。由于介质具有一定的腐蚀性，搅拌装置的材料选用与反应罐主体材料相同的材料 06Gr19Ni10 同一数字代号 S30403。由前三章的相关设
2、计得知反应釜净直径 Di=1500mm，净高 H=1900mm；工作温度： 25；工作压力：0.125MPa；搅拌目的：搅拌均匀。第 3.1 节 搅拌器形式的确定根据实际生产要求，初步设定搅拌器为两层搅拌，采用三叶开启涡轮式搅拌器( 又称为螺旋推进式搅拌器） 。图 3-1 搅拌装置图 3-2 推进式搅拌器搅拌器直径 Dj 取标准值，即搅拌容器直径的三分之一： 4Dj=Di/3=1500m/3=500mm （3-1） 底间距（C ）即搅拌器距容器底部高度，通常底间距与搅拌容器内径比值一般在 0.050.3 范围内选取 4。则C=（0.050.3）D j=15150mm（3-2）因为底间距比值越小
3、，固相完全离底悬浮临界转数越小，所以在满足底层桨轴向排量的前提下，该比值尽量取得最小。但是考虑到实际生产中容器底部会出现一定量的沉积物，C 值不能太小 4； C 值太大搅拌效果不足，结合实际取 C=130mm搅拌器浸入搅拌容器液面下的深度（S） ，搅拌器浸入液体内的最佳深度为：2（3-3 ）对于双层搅拌器，搅拌器层间距（S p）与桨径之比一般为 0.52 范围内，由搅拌桨的轴向作用范围和反应釜的高度决定搅拌桨层数。对于两层以上的多层桨，要调整桨径和层数取得合理的层间距，达到搅拌效果好，轴功率低的效果。 2故： Sp=（0.91.5）D i=2501000mm （3-4 ）取 Sp=700mm搅
4、拌器和容器的几何参数条件如表 3-15：表 3-1 搅拌器容器几何参数条件挡板数量 无 搅拌器距容器底部距离挡板宽度 无 搅拌器潜液深度 S=1200挡板与容器内壁间距 无 搅拌器直径 Dj=500搅拌器桨叶数量 Zj=3 搅拌器桨叶的螺距 Pt=Dj=500表 3-2 推进式桨叶尺寸表 2螺钉 键槽dj d d1 d21 1 h b t a P/n不大于150 30 60 M12 10 5 40 8 33.1 5131 0.008200 30 60 M12 10 5 45 8 33.1 4322 0.008250 40 80 M12 10 5 55 12 43.6 3611 0.01300
5、40 80 M12 12 6 65 12 43.6 3959 0.01400 50 90 M16 14 8 95 16 55.1 3519 0.031500 65 110 M16 18 10 105 18 70.6 3439 0.062600 65 110 M20 22 12 125 18 70.6 2959 0.11700 80 140 M20 22 12 150 24 87.2 3214 0.16注：表中 P/n 为搅拌器桨叶强度所允许的数值，其计算温度200；P计算功率，Kw；n搅拌器每分钟转数。表 3-3 推进式桨叶展开截面尺寸第 3.2 节 搅拌轴的设计搅拌轴将电动机的动力传递给搅拌
6、器。它承受的是以扭转为主的扭弯联合作用。已知混合物的密度为（9001050）Kg/m 3，则取 =1050Kg/m3；搅拌器直径Dj=500mm；搅拌器搅拌转速 n=281r/min=4.68r/s；粘度 =100cP=100mPas =0.1Pas搅拌液的雷诺准数： （3-5）代入 3-2-1 式可得 一、搅拌轴消耗的功率单层搅拌器搅拌轴上所消耗的功率：（3-6）式中 功率准数，与被搅拌液体的雷诺准数（Re）有关，与搅拌器的形式及交融其相关的几何参数有关。对于双层搅拌器的总功率准数 ： （3-7） 式中 与多层搅拌器的间距和直径比（ ）有关的系数图 3-3 多层搅拌器总功率准数 的系数且 两
7、层搅拌器排液方向相同，查图 4-1 可得： 5由图 4-2 功率准数 P0 与雷诺准数 Re 关系的关系图可得： P0=0.36 5图 3-4 功率准数 P0 与雷诺准数 Re 关系故 讲个数值带入式 3-6 和 3-7 可得：二、搅拌轴轴径的设计计算搅拌轴的材料：选用 06Gr19Ni10（304 旧钢号 0Gr18Ni9） ；搅拌轴的结构：用实心直轴。N 0=0由上节的相关计算得知：搅拌轴功率： P0c=1.8KW Pc=1.2KW搅拌轴转速： n=281r/minL=2560 L1=2285 L2=1585 1、受扭转变形控制的轴径 d1：(3-8)式中 轴的许用扭转角， 由实践经验得：
8、对于单跨轴： =0.7 ；G轴材料的剪切弹性模量， 查得 G=0.8104MPa 5搅拌轴传递的最大扭矩，NmL2L1FA底轴承Fe传动侧轴承LeL图 3-5 搅拌轴的受力图Fb1Fb2(3-9)式中 传动侧轴承之前的传动装置传动效率，按表 3-3-1 选取 5 表 3-4 传动装置各零部件的传动效率 1类别 传动形式 传动效率 1摆线针轮传动 摆线针轮行星减速机 0.9谐波齿轮传动 谐波减速机 0.83开式传动，铸齿（考虑轴承损失） 0.90.93开式传动，铁齿（考虑轴承损失） 0.95单级圆柱齿轮减速器 0.970.98双级圆柱齿轮减速器 0.950.96圆柱齿轮传动行星齿轮减速器 0.9
9、0.93开式传动，铸齿（考虑轴承损失） 0.90.93开式传动，铁齿（考虑轴承损失） 0.90.93单级圆锥齿轮减速器 0.90.93圆锥齿轮传动双级圆锥圆柱齿轮减速器 0.90.93自锁的 0.400.45单头蜗杆 0.700.75双头蜗杆 0.800.92蜗杆传动三头和四头蜗杆 0.400.45蜗杆传动 圆弧面蜗杆传动 0.850.95皮带传动 0.950.96链传动 开式传动链浸入油池中传动 0.920.940.950.97变速器 无级变速器 0.8轴承 传动轴承滑动轴承 0.990.9950.930.995因为电动机功率 故可得则由式 3-2-4 可得：圆整可得：d 1=65mm(搅拌
10、轴标准值) 52、按强度计算搅拌轴直径 d21）搅拌轴上的流体径向力：(3-10)式中 k1搅拌器的流体径向系数 取 0.16 则2）搅拌器的质量 mj 7.5Kg3）搅拌轴的质量：4）搅拌轴的组合质量：5）搅拌轴的临界转速：如果搅拌轴的工作转速等于或接近于轴的固有频率时，轴将发生强烈震动，即发生共振现象。发生共振时的转速称为临界转速。工程上轴的转速应避开临界转速。搅拌轴与搅拌器作为一个整体，有多个临界转速 1。对于刚性轴，要求 n0.7nc 故按保守值取： 6）搅拌轴的许用偏心距e （取搅拌轴的平衡精度 G=6.3mm/s） 57）搅拌轴的偏心力 Fe(3-11) 8）搅拌器和搅拌轴的组合质
11、量 m 组 重心至轴承的距离 Le(3-12)9）搅拌轴的径向弯矩 MR因为搅拌轴在搅拌容器内为垂直安装，故其倾角 =0 5则有：(3-13)10）搅拌轴的轴向弯矩 MA因为搅拌轴的排液方向为向下，故搅拌轴受拉，所以 MA=011）搅拌轴的当量弯矩 Mte(3-14)则考虑弯扭组合计算搅拌轴的轴径 d2：(3-15)式中 搅拌轴材料许用剪应力， MPab 搅拌轴材料的抗拉强度， 520MPa 5搅拌轴的扭矩和弯矩同时作用下的当量扭矩，Nm各数值代入 3-2-11 式中得： d2=34.9mmd 1=65mm表 3-5 搅拌轴常用金属材料及力学性能材料 轴的加工状态 zMPa bMPa EMPa GMPaQ235-A 热轧，段后空 冷 225 400 2.1106 8.1104
