1、1第 1 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，搅拌操作是从化学工业开始的，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
2、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 1 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：使物料混合均匀；使气体在液相中很好的分散；使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；使不2相溶的另一液相均匀悬浮或充分
3、乳化；强化相间的传质（如吸收等） ；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 2 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 3 节 搅拌装置的安装形式搅拌设备可以从不
4、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。1、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，5.522kW 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。2、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
5、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。3、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 0.122kW，使用一层或两层桨叶，转速为36300r/min，常用于药品等稀释、溶解、分散、调和及 pH 值的调整等。4、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
6、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4封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。5、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
7、相系的物料，例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。6、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。7、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。8、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 2 章 搅拌罐结构设计第 1 节 罐体的尺寸确定及结构选型（1
8、）筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头（2）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 1.72.5，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 ，罐体全容积 ，罐体公称容积0.739Vm（操作时盛装物料的容积） 。90.76gV初算筒体直径 iiDHV423igiD即 mi 6.1705.2143圆整到公称直径系列，去 。封头取与内筒体相同内经，DN70封头直边高度 ，h2（3）确定内筒体高度 H当 时，查化工设备机械基础表 16-6 得封mDN40,172头的容积 3.v6，取224(90.73).641iVvHmD3
9、.7H核算 与/i，该值处于 之间，故合理。3.712.8i1.72522630.69 .444ggiVDHv该值接近 ，故也是合理的。0.7（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 ,iDm5067018203夹套 j iiDiD由表 1，取 。17ji m夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径（6）校核传热面积工艺要求传热面积为 ，查化工设备机械基础表 16-6 得内筒21m体封头表面积 高筒体表面积为3.4,.7iA21.795iAD总传热面积为 3.49.523.01故满足工艺要求。第 2 节 内筒体及夹套的壁厚计算（1）选择材料，确定设计压力按照钢制压力容
10、器 （ ）规定，决定选用 高合金15098GB0189CrNi7钢板，该板材在 一下的许用应力由过程设备设计附表 查150C 1D取， ，常温屈服极限 。3tMPa137sMPa计算夹套内压介质密度 310/kgm液柱静压力 .703HPa最高压力 max.5PM设计压力 a10.所以 .37%.275gHPa故计算压力 03.8cgMP内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取，按外压则取0.587cPMa.5cPa（3）夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择 热轧钢板，其235QB23,13tsMPa夹套筒体计算壁厚 j2cjjtPD夹套采用双面焊，局部探伤检查，查过程设备设计表
11、4-3 得0.85则 .1805.1723.j m查过程设备设计表 4-2 取钢板厚度负偏差 ，对于不锈10.8Cm钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量 ，对于碳钢取腐蚀2裕量 ，故内筒体厚度附加量 ，夹套厚度附2Cm1.a加量 。12.8b8根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度 。14njm夹套封头计算壁厚 为kj0.5185.1620.523.0cjkjtPD取厚度附加量 ，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。.Cm（4）内筒体壁厚计算按承受 内压计算0.587MPa焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为： .1705.22238.cjtDm按承受 外压计算0.5MPa设内筒体名义厚度 ，则
12、，内筒体1n120.8enaCm外径 。270.27.4oiDm内筒体计算长度 。80(5)94.73jLHh则 ， ，由过程设备设计 图 4-6 查得/1.oL/15.9oe，图 4-9 查得 ，此时许用外压 为：0.4A0BMPaP5.23.517eoBPD不满足强度要求，再假设 ，则 ，16nm160.852naeCm，205.2730.4oin内筒体计算长度 8(25)947jLHh则 ，/1.7oLD/1.oe查过程设备设计图 4-6 得 ,图 4-9 得 ，此时许0.6A60BMPa9用外压为： 6015.260.5734eoBPMPaD故取内筒体壁厚 可以满足强度要求。nm（5）
13、考虑到加工制造方便，取封头与夹套筒体等厚，即取封头名义厚度 。按内压计算肯定是满足强度要求的，下面仅按封头16nk受外压情况进行校核。封头有效厚度 。由过程设备设计 表 4-5 查得160.852em标准椭圆形封头的形状系数 ，则椭圆形封头的当量球壳内径10.9K，计算系数 A10.973iiRKD15.2.25.04eiA查过程设备设计图 4-9 得 10BMPa105.29.53eiBPR故封头壁厚取 可以满足稳定性要求。6m（6）水压试验校核试验压力内同试验压力取 0.1587.06TcPMPa夹套实验压力取内压试验校核内筒筒体应力 ()0.687(15.2)4.622.TieiiPDP
14、a夹套筒体应力 ().(.)1.81.05Tjejj M10而 0.9.1372.si MPa5j故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。外压实验校核由前面的计算可知，当内筒体厚度取 时，它的许用外压为16m，小于夹套 的水压试验压力，故在做夹套的压0.562PMa0.6MPa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 3 节 人孔选型及开孔补强设计人孔选型选择回转盖带颈法兰人孔，标记为：人孔 PN2.5,DN450,HG/T 21518-2005,尺寸如下表所示: 密封面形式公称压力PN（ MP）公称直径 DN wdsD1H2b突面（RF） 4.0504815.6807357螺柱 螺母 螺柱1b2ABLod数量 直径 长度总质量（ ）kg463751250420432165M24开孔补强设计
