1、学士学位论文1双轴无重力粉体混合机混合单元的设计摘要：混合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，混合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。在工业生产中，大多数的混合操作均系机械混合，以中、低压立式钢制容器的混合设备为主。混合设备主要由混合装置、轴封和混合罐三大部分组成。本设计的课题是双轴无重力粉尘混合机主要涉及反应混合机的混合单元的设计，主要包括混合罐、电动机及减速器的选型、支撑装置设计、轴的密封设置的设计。关键词：混合机 双轴无重力 混合单元 机械设计学士学位论文21
2、绪论混合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，混合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。混合操作分为机械混合与气流混合。气流混合是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生混合作用，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。与机械混合相比，仅气泡的作用对液体进行的混合时比较弱的，对于几千毫帕秒以上的高粘度液体是难于使用的。但气流混合无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下的反应液体的混合时比较便利的。在工业生产中，大多数的混合操作均系机械混合，以中、低压
3、立式钢制容器的混合设备为主。混合设备主要由混合装置、轴封和混合罐三大部分组成。1.1 混合设备在工业生产中的应用混合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混合操作。混合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，混合设备作为反应器约占反应器总数的 99%。 。混合设备的应用范围之所以这样广泛，还因混合设备操作条件（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。混合设备的作用如下：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；使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；强化相间的传质
4、（如吸收等） ；强化传热。混合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混合设备。1.2 混合物料的种类及特性混合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。在混合设备中由于混合器的作用，而使流体运动。学士学位论文32 混合罐结构设计本课题的主要设计参数是：1、生产率：5
5、 吨/时；2、装机容量：11 千瓦；3、分批混合：500kg/批；4、产品质量：混合均匀度变异系数 cv5%；5、能耗：耗电5kWh/t；2.1 罐体的尺寸确定及结构选型2.1.1 筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头2.1.2 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混合功率、传热以及物料特性的影响选取 根据工艺要求，装料系数 ，罐体全/2.5iHD0.7容积 ，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积） 。39Vm 396gVm初算筒体直径 iiDH423igiVD即 mi 6.1705.2143圆整到公称直径系列，去 。封头取与内筒体相
6、同内经，封头直边高度DN0，mh022.1.3 确定内筒体高度 H当 时，查化工设备机械基础表 16-6 得封头的容积mhDN40,17230.4v学士学位论文4，取224(90.73).641iVvHmD3.7H核算 与/i，该值处于 之间，故合理。3.712.8i1.725226.30.69 444ggiVDHv该值接近 ，故也是合理的。0.72.1.4 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 。1718ji m夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径2.1.5 校核传热面积工艺要求传热面积为 ，查化工设备
7、机械基础 表 16-6 得内筒体封头表面积21m高筒体表面积为23.4,.7iA21.379.5iD总传热面积为 3.49.752.01A故满足工艺要求。2.2 内筒体及夹套的壁厚计算2.2.1 选择材料，确定设计压力按照钢制压力容器 （ ）规定，决定选用 高合金钢板，15098GB0189CrNi该板材在 一下的许用应力由 过程设备设计 附表 查取， ，150C D03tMPa常温屈服极限 。37sMPa学士学位论文5计算夹套内压介质密度 310/kgm液柱静压力 .703HMPa最高压力 max.5PM设计压力 a1.所以 0.37%0.275gHPa故计算压力 3.8cPgMP内筒体和底
8、封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取 ，按外压则0.587cMPa取 0.5cMa2.2.2 夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择 热轧钢板，其23QB235,13tsMPaa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 4-3 得 0.85则 0.5185.1723.j m查过程设备设计表 4-2 取钢板厚度负偏差 ，对于不锈钢，当介质的10.8Cm腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量 ，对于碳钢取腐蚀裕量 ，故内筒体厚202度附加量 ，夹套厚度附加量 。12.8aCm1.b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kj0.585.16
9、20.5213.0cjkjtPD取厚度附加量 ，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。8Cm学士学位论文62.2.3 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0.5Pa设内筒体名义厚度 ，则 ，内筒体外径1n10.82enaCm。27.27.4oinD内筒体计算长度 。80(25)94.73jLHh则 ， ，由过程设备设计 图 4-6 查得 ，图/1.oL/15.9oe 0.4A4-9 查得 ，此时许用外压 为：50BMPaP.230.5174eoPMaD不满足强度要求，再假设 ，则 ，16nm160
10、.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 ，此时许用外压为：0.6A60BMPa605.2651734eoBPMPa故取内筒体壁厚 可以满足强度要求。nm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 。16nkm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 。由过程设备设计表 4-5 查得标准椭圆形封头的形状160.852e系数 ，则椭圆形封头的当量球壳内径 ，计算9K10.971530iiRKD学士学位论文7系数 A 15.2
11、0.125.043eiR查过程设备设计图 4-9 得 1BMPa.209.5153eiBP故封头壁厚取 可以满足稳定性要求。6m2.2.4 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.TieiiPDPa夹套筒体应力 ().(.)1.81.05Tjejj M而 0.9.1372.si MPa5sj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 ，小16m0.562PMa于夹套 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0
12、.6MPa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。2.3 入孔选型及开孔补强设计入孔选型选择回转盖带颈法兰入孔，标记为：入孔 PN2.5,DN450,HG/T 21518-2005,尺寸如下表所示: 学士学位论文8密封面形式公称压力PN（MP）公称直径 DN wdsD1H2b突面（RF）4.04508145.6807357螺柱 螺母 螺柱1b2ABLod数量 直径 长度总质量（ ）kg463751250420432165M24开孔补强设计最大的开孔为入孔，筒节 ，厚度附加量 ，补强计算如下：16ntm0.6Cm开孔直径 4502.45.d圆形封头因开孔削弱
13、所需补强面积为： ()1ntrACf入孔材料亦为不锈钢 0Cr18Ni9，所以 1.0rf所以 2.587040563213. m有效补强区尺寸： 4.284.97nthd5.9.Bdm在有效补强区范围内，壳体承受内压所需设计厚度之外的多余金属面积为： 1()2()(1)enterACf故 2)45.257436.d m可见仅 就大于 ,故不需另行补强。1A最大开孔为入孔，而入孔不需另行补强，则其他接管均不需另行补强。学士学位论文92.4 混合器的选型桨径与罐内径之比叫桨径罐径比 ,涡轮式叶轮的 一般为 0.250.5，涡/dD/dD轮式为快速型，快速型混合器一般在 时设置多层混合器，且相邻混
14、合器间1.3H距不小于叶轮直径 d。适应的最高黏度为 左右。50Pas混合器在圆形罐中心直立安装时，涡轮式下层叶轮离罐底面的高度 C 一般为桨径的11.5 倍。如果为了防止底部有沉降，也可将叶轮放置低些，如离底高度 ./10最上层叶轮高度离液面至少要有 1.5d 的深度。符号说明键槽的宽度b混合器桨叶的宽度B轮毂内经d混合器桨叶连接螺栓孔径0混合器紧定螺钉孔径1轮毂外径2d混合器直径JD混合器圆盘的直径1混合器参考质量G轮毂高度1h圆盘到轮毂底部的高度2混合器叶片的长度L弧叶圆盘涡轮混合器叶片的弧半径R混合器许用扭矩M()Nm轮毂内经与键槽深度之和t混合器桨叶的厚度学士学位论文10混合器圆盘的
15、厚度1工艺给定混合器为六弯叶圆盘涡轮混合器，其后掠角为 ，圆盘涡轮混合45o器的通用尺寸为桨径 :桨长 :桨宽 ，圆盘直径一般取桨径的 ，弯叶jdl20:54b23的圆弧半径可取桨径的 。38查 HG-T 3796.112-2005,选取混合器参数如下表JDd21D1do150810370M56由前面的计算可知液层深度 ，而 ，故 ，则2.45Hm1.320im1.3iHD设置两层混合器。为防止底部有沉淀，将底层叶轮放置低些，离底层高度为 ，425m上层叶轮高度离液面 的深度，即 。则两个混合器间距为 ，该值2JD00大于也轮直径，故符合要求。2.5 混合附件挡板挡板一般是指长条形的竖向固定在罐底上板，主要是在湍流状态时，为了消除罐中央的“圆柱状回转区”而增设的。罐内径为 ，选择 块竖式挡板，且沿罐170m4壁周围均匀分布地直立安装。
