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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
攪拌器是在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛的一類通用設(shè)備，尤其是在工業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。目前在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的攪拌器種類和規(guī)格很多。本文設(shè)計(jì)了一種能適應(yīng)于造紙廠堿回收車間苛化工段產(chǎn)生的白泥攪拌，所設(shè)計(jì)的攪拌器為立式，采用槳葉式攪拌器，槳葉式攪拌去具有以下特點(diǎn)：軸流性攪拌器，剪切力非常強(qiáng)。在設(shè)有擋板的條件下，可得到較好的上、下循環(huán)流。槳葉式攪拌器能夠滿足需要，提高質(zhì)量，減少損耗，增加下一具有積極意義。
關(guān)鍵詞 攪拌器；槳式攪拌器；白泥攪拌
Abstract
Mixer is a kind of general equipment is widely used in the industrial production, especially plays an important role in the industry. Currently used in industrial and agricultural production types and specifications. This paper describes the design of a suitable for papermaking factory alkali recovery workshop section generated causticizing white mud mixer, mixerdesigned for vertical, the paddle mixer, stirring paddle to have the following characteristics: axial flow agitator, shear force is very strong. Thebaffle plate is provided under the condition, can get better, circulation flow.Blade type stirrer can meet the needs, improve quality, reduce loss,increase has positive significance to the next.
Keywords agitator ; agitator ; white mud agitato
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒 論 1
1.1 選題的目的、背景及意義 1
1.1.1背景 1
1.1.2目的 1
1.1.3意義 1
1.1.4研究設(shè)想 2
1.2 堿回收概述及攪拌設(shè)備在堿回收中的應(yīng)用 2
1.3 攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 4
1.4 攪拌裝置的安裝型式 6
1.5本章小結(jié) 7
第2章 總體方案設(shè)計(jì) 8
2.1本章小結(jié) 9
第3章 罐的結(jié)構(gòu)形式和尺寸 10
3.1 化工容器設(shè)計(jì)規(guī)范簡介 10
3.2 材料的選擇 10
3.3 罐體的長徑比和裝料量 11
3.4 裝料系數(shù)η 11
3.5 初步計(jì)算筒體直徑 11
3.5.1 確定筒體高度 12
3.6 罐體的設(shè)計(jì) 12
3.6.1 筒壁的厚度δ 12
3.6.2 筒壁的應(yīng)力校核 13
3.7 封頭的設(shè)計(jì) 13
3.7.1.碟形封頭的壁厚設(shè)計(jì) 13
3.7.2 碟形封頭的許用應(yīng)力校核 14
3.8 本章小結(jié) 14
第4章 減速機(jī)的選擇 15
4.1 減速器的選擇 15
4.２本章小結(jié) 15
第5章 攪拌裝置的設(shè)計(jì) 16
5.1 材料的選擇 16
5.2 槳葉的尺寸確定 16
5.3 攪拌器的設(shè)計(jì) 16
5.4 攪拌器層數(shù)的確定 17
5.5 攪拌器的強(qiáng)度校核 18
5.5.1 葉輪強(qiáng)度的計(jì)算功率 18
5.5.2 槳葉的強(qiáng)度計(jì)算 18
5.6本章小結(jié) 19
第6章 攪拌軸設(shè)計(jì) 20
6.1 選擇軸的材料 20
6.2 軸的具體尺寸及結(jié)構(gòu)確定 20
6.2.1 攪拌軸的載荷分析 20
6.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算 21
6.4 最小軸徑確定 23
6.5 攪拌軸的剛度校核 24
6.6 攪拌軸的具體結(jié)構(gòu) 25
6.7 本章小結(jié) 26
第7章 人孔與法蘭的選擇 27
7.1 人孔的選擇 27
7.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì) 27
7.3 補(bǔ)強(qiáng)形式 27
7.4 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 28
7.5法蘭的選擇 29
7.6 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 29
7.6.1 開孔處的有效補(bǔ)強(qiáng)面積 30
7.7本章小結(jié) 31
結(jié) 論 32
致 謝 33
參考文獻(xiàn) 34
附錄1 35
附錄2 38
-- 5 --
第1章 緒 論
1.1 選題的目的、背景及意義
1.1.1 背景
攪拌可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過程。攪拌操作的例子頗為常見，例如在化驗(yàn)室里制備某種鹽類的水溶液時(shí)，為了加速溶解，常見用玻璃棒將燒杯中的液體進(jìn)行攪拌。又如為了制備某種懸浮液，就要用玻璃棒不斷地?cái)噭?dòng)容器中液體，是固體顆粒不致沉下，而保持它在液體中的懸浮狀態(tài)。在工業(yè)生產(chǎn)中，攪拌操作是從化學(xué)工業(yè)開始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過程的一部分而被廣泛應(yīng)用。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
攪拌器是在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛的一類通用設(shè)備，尤其是在工業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。目前在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的攪拌器種類和規(guī)格很多。本文設(shè)計(jì)了一種能適應(yīng)于造紙廠堿回收車間苛化工段產(chǎn)生的白泥攪拌，所設(shè)計(jì)的攪拌器為立式，采用槳葉式攪拌器，槳葉式攪拌去具有以下特點(diǎn)：軸流性攪拌器，剪切力非常強(qiáng)。在設(shè)有擋板的條件下，可得到較好的上、下循環(huán)流。槳葉式攪拌器能夠滿足需要，提高質(zhì)量，減少損耗，增加下一具有積極意義。
關(guān)鍵詞 攪拌器；槳式攪拌器；白泥攪拌
Abstract
Mixer is a kind of general equipment is widely used in the industrial production, especially plays an important role in the industry. Currently used in industrial and agricultural production types and specifications. This paper describes the design of a suitable for papermaking factory alkali recovery workshop section generated causticizing white mud mixer, mixerdesigned for vertical, the paddle mixer, stirring paddle to have the following characteristics: axial flow agitator, shear force is very strong. Thebaffle plate is provided under the condition, can get better, circulation flow.Blade type stirrer can meet the needs, improve quality, reduce loss,increase has positive significance to the next.
Keywords agitator ; agitator ; white mud agitato
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒 論 1
1.1 選題的目的、背景及意義 1
1.1.1背景 1
1.1.2目的 1
1.1.3意義 1
1.1.4研究設(shè)想 2
1.2 堿回收概述及攪拌設(shè)備在堿回收中的應(yīng)用 2
1.3 攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 4
1.4 攪拌裝置的安裝型式 6
1.5本章小結(jié) 7
第2章 總體方案設(shè)計(jì) 8
2.1本章小結(jié) 9
第3章 罐的結(jié)構(gòu)形式和尺寸 10
3.1 化工容器設(shè)計(jì)規(guī)范簡介 10
3.2 材料的選擇 10
3.3 罐體的長徑比和裝料量 11
3.4 裝料系數(shù)η 11
3.5 初步計(jì)算筒體直徑 11
3.5.1 確定筒體高度 12
3.6 罐體的設(shè)計(jì) 12
3.6.1 筒壁的厚度δ 12
3.6.2 筒壁的應(yīng)力校核 13
3.7 封頭的設(shè)計(jì) 13
3.7.1.碟形封頭的壁厚設(shè)計(jì) 13
3.7.2 碟形封頭的許用應(yīng)力校核 14
3.8 本章小結(jié) 14
第4章 減速機(jī)的選擇 15
4.1 減速器的選擇 15
4.２本章小結(jié) 15
第5章 攪拌裝置的設(shè)計(jì) 16
5.1 材料的選擇 16
5.2 槳葉的尺寸確定 16
5.3 攪拌器的設(shè)計(jì) 16
5.4 攪拌器層數(shù)的確定 17
5.5 攪拌器的強(qiáng)度校核 18
5.5.1 葉輪強(qiáng)度的計(jì)算功率 18
5.5.2 槳葉的強(qiáng)度計(jì)算 18
5.6本章小結(jié) 19
第6章 攪拌軸設(shè)計(jì) 20
6.1 選擇軸的材料 20
6.2 軸的具體尺寸及結(jié)構(gòu)確定 20
6.2.1 攪拌軸的載荷分析 20
6.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算 21
6.4 最小軸徑確定 23
6.5 攪拌軸的剛度校核 24
6.6 攪拌軸的具體結(jié)構(gòu) 25
6.7 本章小結(jié) 26
第7章 人孔與法蘭的選擇 27
7.1 人孔的選擇 27
7.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì) 27
7.3 補(bǔ)強(qiáng)形式 27
7.4 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 28
7.5法蘭的選擇 29
7.6 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 29
7.6.1 開孔處的有效補(bǔ)強(qiáng)面積 30
7.7本章小結(jié) 31
結(jié) 論 32
致 謝 33
參考文獻(xiàn) 34
附錄1 35
附錄2 38
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第1章 緒 論
1.1 選題的目的、背景及意義
1.1.1 背景
攪拌可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過程。攪拌操作的例子頗為常見，例如在化驗(yàn)室里制備某種鹽類的水溶液時(shí)，為了加速溶解，常見用玻璃棒將燒杯中的液體進(jìn)行攪拌。又如為了制備某種懸浮液，就要用玻璃棒不斷地?cái)噭?dòng)容器中液體，是固體顆粒不致沉下，而保持它在液體中的懸浮狀態(tài)。在工業(yè)生產(chǎn)中，攪拌操作是從化學(xué)工業(yè)開始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過程的一部分而被廣泛應(yīng)用。
攪拌操作分為機(jī)械攪拌和氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體鼓泡通過液體層，對(duì)液體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣泡群以密集狀態(tài)上升借所謂氣升作用促進(jìn)液體產(chǎn)生對(duì)流循環(huán)。與機(jī)械攪拌相比，僅氣泡的作用對(duì)液體所進(jìn)行的攪拌是比較弱的，對(duì)于幾千毫帕每秒以上的高黏度液體是難于使用的。但氣流攪拌無運(yùn)動(dòng)部件，所以在處理腐蝕性液體，高溫高壓條件下的反映液體的攪拌是很便利的。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的攪拌操作均系機(jī)械攪拌，在機(jī)械攪拌中，以中、低壓立式鋼制容器的攪拌設(shè)備為主。
1.1.2 目的
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的理解，同時(shí)也希望能通過這次設(shè)計(jì)熟悉各種成型設(shè)備的工作原理與特點(diǎn)、設(shè)備結(jié)構(gòu)和使用性能，掌握一些設(shè)備的制造工藝和適用范圍，對(duì)圓筒型壓力容器設(shè)計(jì)和制造有一個(gè)深刻的理解。
1.1.3 意義
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步將理論應(yīng)用于實(shí)踐，豐富和完善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)。
1.1.4 研究設(shè)想
白泥對(duì)環(huán)境造成了很大的污染，通過此次設(shè)計(jì)，希望將來設(shè)計(jì)出的攪拌設(shè)備既結(jié)構(gòu)簡單，又具有較強(qiáng)的實(shí)用性，最主是能設(shè)計(jì)出低功率的多層槳葉的攪拌器。
1.2 堿回收概述及攪拌設(shè)備在堿回收中的應(yīng)用
造紙工業(yè)是關(guān)于國民生計(jì)的一個(gè)重要行業(yè),它在我們的生產(chǎn)和生活中都扮演重要的角色。但是在造紙工藝過程中污染也是一個(gè)重要的問題,大量的污染物不經(jīng)過有效的處理任其隨意的排放,將會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染。因此我們必須用科學(xué)的方法來處理和回收這些污染物,進(jìn)而來保護(hù)我們的生存環(huán)境。
造紙工藝過程中產(chǎn)生的蒸煮廢液和漂白廢水是制漿造紙工業(yè)的主要污染源，而堿回收是治理蒸煮廢液對(duì)環(huán)境污染的有效方法。蒸煮廢液中的固形物有兩個(gè)來源，一是作為蒸煮液加進(jìn)去的無機(jī)物，二是蒸煮過程中從原料里溶解出來的木素、糖類等有機(jī)物。堿回收就是從硫酸鹽法和燒堿法（統(tǒng)稱堿法）制漿廢液（即黑液）中回收化學(xué)藥品。經(jīng)過比較和實(shí)踐檢驗(yàn)，目前最為成熟和有效的方法仍是傳統(tǒng)的燃燒法。其主要過程為：先將盡可能多地從漿料中分離出來的黑液濃縮到燃燒所需要的濃度，一般為60%以上（制漿原料不同，濃度要求不同）。隨后把黑液送入堿回收爐燃燒，將有機(jī)物燒去并以蒸汽、電能的形式回收其能量，剩下鈉和硫的無機(jī)物被還原成碳酸鈉和硫化鈉（草漿黑液還有硅酸鈉）。最后把它們和石灰液反應(yīng)，使碳酸鈉（包括硅酸鈉）苛化成氫氧化鈉，從氫氧化鈉和硫化鈉的混合液（統(tǒng)稱白液）中分離出碳酸鈣和硅酸鈣（即白泥）。把苛化生成的碳酸鈣煅燒成生石灰稱為白泥回收。
現(xiàn)代化的木漿廠堿回收的效率一般為95%~98%?；厥招士煽醋鍪峭ㄟ^制漿和堿回收循環(huán)圈中鈉的單程留著率。
硫酸鹽法制漿和回收循環(huán)圈包括六個(gè)主要工藝工序：蒸煮 、洗滌、蒸發(fā)、燃燒、苛化、石灰石煅燒。堿回收的工藝過程包括：稀黑液蒸發(fā)、濃黑液蒸發(fā)、綠液苛化和白泥回收。
從本色漿洗滌機(jī)的稀黑液開始，堿回收系統(tǒng)所包括的工序如下：(1)在多效蒸發(fā)器中廢液濃縮，形成濃黑液。(2)黑液氧化、除硅等（據(jù)工藝需要決定是否采用）。(3)黑液進(jìn)一步濃縮成堿回收爐要求的“重黑液”（補(bǔ)充的芒硝可在此處加入）。(4)在堿回收爐中焚燒黑液。(5)溶解從堿回收爐出來的熔融物，形成綠液（補(bǔ)充堿損失的純堿可在此處加入）。(6)用石灰苛化綠液形成白液（補(bǔ)充堿損失的燒堿可在此處加入）。(7)焙燒白泥回收石灰。
在制漿造紙包括眾多工藝流程，其中堿回收是極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在我國現(xiàn)在大多數(shù)的造紙廠還使用堿法制漿的造紙方法，堿法制漿就是用堿性化學(xué)藥品的水溶液，處理植物纖維原料，使纖維分離的過程。堿法制漿每生產(chǎn)一噸漿，用堿量就制化學(xué)漿而論，大概在250~450千克之間。每噸漿排出的黑液量也很大，大約有固形物1400千克。其中有30%是無機(jī)物，其余70%為有機(jī)物。無機(jī)物主要是氫氧化鈉、硫化鈉、碳酸鈉、硫酸鈉及與有機(jī)物結(jié)合的鈉；草漿黑液還有硅酸鈉等。有機(jī)物主要是植物原料中木素和纖維素、半纖維素的降解生成物。由于這些溶解物的存在，致使黑液堿性增大，顏色深，臭味大，泡沫多，耗氧量很高。如果不利用任其放入江河湖泊，將回嚴(yán)重污染水域，使農(nóng)田土壤變質(zhì)，影響人民健康，威脅水生動(dòng)植物的生長，使水發(fā)黑變臭，破壞環(huán)境的自然生態(tài)，造成極大的危害。如果充分利用，堿的成本至少可以降低一半節(jié)約大量的化工原料；有機(jī)物可以作燃料回收大量的熱，節(jié)約燃料；也可以經(jīng)過處理后作其它的化工原料。所以搞好堿回收無論從環(huán)境保護(hù)，降低生產(chǎn)成本，充分利用國家資源各方面看，都有重大的意義。
在我國大多數(shù)采用燃燒法堿回收，由于長期的生產(chǎn)實(shí)踐，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，制漿廠規(guī)模的擴(kuò)大，堿回收率可達(dá)98%，燃燒熱利用率可達(dá)70%。在堿回收的設(shè)備中，攪拌設(shè)備又是必不可少的一部分，它將白泥（主要成分碳酸鈉）與水進(jìn)行充分的混合后，排出沉淀物（碳酸鈣），過濾出濾液（氫氧化鈉），對(duì)堿進(jìn)行回收。攪拌可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過程。攪拌操作的例子頗為常見，例如在化驗(yàn)室里制備某種鹽類的水溶液時(shí)，為了加速溶解,常見用玻璃棒將燒杯中的液體進(jìn)行攪拌。又如為了制備某種懸浮液，就要用玻璃棒不斷地?cái)噭?dòng)容器中的懸浮狀態(tài)。在工業(yè)生產(chǎn)中，攪拌操作是化學(xué)工業(yè)開始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過程的一部分而被廣泛應(yīng)用。
攪拌操作分為機(jī)械操作和氣流操作。氣流操作是利用氣體鼓泡通過液體層，對(duì)液體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣泡群以密集狀態(tài)上升借促進(jìn)液體產(chǎn)生對(duì)流循環(huán)。機(jī)械操作就是物料經(jīng)過攪拌器的攪拌使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合，也可以使兩種或多種物料彼此分散對(duì)物質(zhì)進(jìn)行回收。與機(jī)械攪拌相比。僅氣泡的作用對(duì)液體所產(chǎn)生的攪拌是比較弱的，對(duì)于高黏度液體是難于適用的。攪拌設(shè)備主要由攪拌裝置、軸封和攪拌罐三大部分組成。其構(gòu)成形式如圖1-1：
圖 1-1 攪拌設(shè)備的構(gòu)成形式
1.3 攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍很廣，尤其是化學(xué)工業(yè)中，很多的生產(chǎn)都或多或少地應(yīng)用著攪拌操作?；瘜W(xué)工藝過程的種種化學(xué)變化，是以參加反應(yīng)物質(zhì)的充分混合為前提的。對(duì)于加熱、冷卻和液體萃取以氣體吸收等物理變化過程，也往往要采用攪拌操作才能得到很好的效果。攪拌設(shè)備在許多場合是作為反應(yīng)器來應(yīng)用的。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，攪拌設(shè)備作為反應(yīng)器約占反應(yīng)器總數(shù)的90%。其他如染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、油漆等行業(yè)，攪拌設(shè)備的使用亦很廣泛。有色冶金部門對(duì)全國有色冶金行業(yè)中的攪拌設(shè)備做了調(diào)查及功率測定，結(jié)果是許多濕法車間的動(dòng)力消耗50%以上是用在攪拌作業(yè)上。攪拌設(shè)備的應(yīng)用范圍之所以這樣廣泛，還因攪拌設(shè)備操作條件（如溫度、濃度、停留時(shí)間等）的可控范圍較廣。能適應(yīng)多樣化的生產(chǎn)。
攪拌設(shè)備的作用如下：1）使物料混合均勻；2）使氣體在液相中很好地分散；3）使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻地懸?。?）使不相溶的另一液相均勻懸浮后充分乳化；5）強(qiáng)化相同的傳質(zhì)（如吸收等）；6）強(qiáng)化傳熱。對(duì)于均相反應(yīng)，主要是1）、6）兩點(diǎn)。混合的快慢、均勻程度和傳熱情況好壞，都會(huì)影響反應(yīng)結(jié)果。至于非均相系統(tǒng)，則還影響到相界面的大小和相間的傳質(zhì)速度，情況就更復(fù)雜。所以攪拌情況的改變，常常很敏感地影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，生產(chǎn)中的這種例子非常普遍。在溶液聚合和本體聚合的液相反應(yīng)裝置中，攪拌的主要作用是：促進(jìn)釜內(nèi)物料流動(dòng)。使反應(yīng)器內(nèi)物料均勻分布，增大傳質(zhì)和傳熱系數(shù)。在聚合反應(yīng)過程中，往往隨著轉(zhuǎn)化率的增加，聚合液的黏度也增加。如果攪拌情況不好，就會(huì)造成傳熱系數(shù)下降或局部過熱，物料和催化劑分散不均勻，影響聚合產(chǎn)品的質(zhì)量，也容易導(dǎo)致聚合物粘壁，使聚合反應(yīng)操作不能很好地進(jìn)行下去。
在互不相溶的液體之間或液體與固體之間相互作用時(shí)，攪拌在加速反應(yīng)的進(jìn)行方面起著非常重要的作用。因?yàn)樵黾右晃锵嗷烊肓硪晃锵嗟乃俣?，接觸面就會(huì)增大，物質(zhì)就以較大速度相互作用。在某些情況下，攪拌是在反應(yīng)過程中創(chuàng)造良好條件的一個(gè)重要因素。例如，使傳熱作用加強(qiáng)，減少局部過熱，以及加熱過程中物質(zhì)焦化等。如高壓聚乙烯生產(chǎn)中，由于攪拌的作用，使物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)有一定的停留時(shí)間，更重要的是使催化劑在器內(nèi)分布均勻，以防止局部猛烈的聚合作用而造成爆炸。因此攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中起著非常重要的作用。
攪拌設(shè)備在石油化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、制備懸浮物、聚合反應(yīng)、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調(diào)整和精制，汽油中添加四乙基鉛添加物而進(jìn)行混合使原料液或產(chǎn)品均勻化。化工生產(chǎn)中，制造苯乙烯，苯胺染料和油漆顏料等工藝過程，都裝備著各種型式的攪拌設(shè)備。
在石油工業(yè)中因?yàn)榇罅繎?yīng)用催化劑、添加劑，所以對(duì)攪拌設(shè)備的需要量很大。由于物料操作條件的復(fù)雜性、多樣性，對(duì)攪拌設(shè)備的要求也復(fù)雜化了。如化工行業(yè)用到的硅鋁反應(yīng)器、打漿罐、鋇化反應(yīng)器、硫磷反應(yīng)釜、烴化反應(yīng)釜、白泥攪拌槽等都是裝有各種不同型式攪拌器的攪拌設(shè)備。在造紙行業(yè)中，攪拌設(shè)備應(yīng)用及其廣泛，在制漿，堿回收等工藝過程都用到攪拌設(shè)備。
攪拌設(shè)備使用歷史悠久，應(yīng)用廣泛但對(duì)攪拌操作的科學(xué)研究卻很不夠。攪拌操作看來似乎簡單，但實(shí)際上，他所涉及的因素卻極為復(fù)雜。對(duì)于攪拌器型式的選擇。從工藝的觀點(diǎn)以及力學(xué)觀點(diǎn)來說，迄今都研究得不夠。隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于攪拌設(shè)備的改進(jìn)和新型的設(shè)計(jì)會(huì)有很大的提高。在近幾年來設(shè)備有大型化的發(fā)展趨勢，也要求攪拌設(shè)備大型化。如國外聚合釜的容積已由最初的8~40m3擴(kuò)大到60~100m3,最大的已達(dá)到200m3。采用大型聚合釜可大大減少操作和檢修人員，有利于自動(dòng)化，減少投資，提高生產(chǎn)率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。隨著容積的大型化，釜型逐漸由細(xì)長型向矮胖型發(fā)展，而且采用底部攪拌的方式越來越多。多用三葉后掠式攪拌器，三葉后掠式攪拌器是目前大型聚合釜采用的一種較好攪拌器。因排出量大，釜內(nèi)液相循環(huán)充分，每分鐘可達(dá)5~10次，能促釜內(nèi)反應(yīng)均勻一致。另外，經(jīng)實(shí)踐證明此槳葉必須配合擋板使用，以提高剪切力功能，才能更好地發(fā)揮作用。
攪拌也可以在管路中進(jìn)行，采用在管路中安裝裝置的辦法對(duì)氣—液系和液—液系進(jìn)行混合。例如采用噴射泵對(duì)水及醋酸丁酯進(jìn)行混合。在石油精制中，也采用使液體設(shè)置在管路中的銳孔板或擋板，以便使兩種液體進(jìn)行接觸。還有在管路中放入攪拌器的，即所謂管道攪拌。
管道攪拌設(shè)備能連續(xù)輸送一切流體，也能輸送含有固體的流動(dòng)化的半流體。此種攪拌型式，相當(dāng)于攪拌設(shè)備的筒體部分，容積較小，液體在此停留時(shí)間極短的情況比較多。在其內(nèi)部為了充分進(jìn)行混合分散或傳熱等需要極強(qiáng)的攪拌，由于管道攪拌設(shè)備空間很小，裝置小，可使攪拌力均勻作用，可減少過剩的攪拌，所以對(duì)整個(gè)液體減少了功率消耗。對(duì)于連續(xù)化、自動(dòng)化。特別是對(duì)成本有嚴(yán)格要求的，要求特別小的形狀和高性能時(shí)，使用管道攪拌設(shè)備是很有效的。正因?yàn)楣艿罃嚢柙O(shè)備有這些優(yōu)點(diǎn)，所以在石油精制、石油化工，化學(xué)纖維、食品等工業(yè)和水處理技術(shù)中廣泛被用于液—液混合、濃度調(diào)整、液—液萃取、油脂乳化、液—液稀釋溶解、固—液溶解、液—液和氣—液反應(yīng)等場合。
1.4 攪拌裝置的安裝型式
攪拌裝置可以從不同的角度進(jìn)行分類，如按工藝用途分、按攪拌器結(jié)構(gòu)型式分或按攪拌的裝置安裝型式分等。按攪拌裝置的安裝型式進(jìn)行分類有如下幾種：
1.立式容器中心攪拌
2.偏心式攪拌
3.傾斜式攪拌
4.底攪拌
5.臥式容器攪拌
6.臥式雙軸攪拌
7.旁入式攪拌
1.5 本章小結(jié)
在這里采用立式容器中心攪拌，將攪拌裝置安裝在立式設(shè)備筒體的中心線上，驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)與減速機(jī)直接聯(lián)接。這種安裝方式用于大型攪拌設(shè)備當(dāng)中。
第2章 總體方案設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的攪拌設(shè)備物料為水和白泥，主軸轉(zhuǎn)速為21r/min，電機(jī)功率為37kW，綜合經(jīng)濟(jì)因素和實(shí)用性，選用立式圓筒形儲(chǔ)灌較為合適。
在設(shè)計(jì)的初始階段，先要確定整套設(shè)備的傳動(dòng)裝置，先要根據(jù)攪拌軸的轉(zhuǎn)速來選擇出合適的電機(jī)，因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)速很大，要選擇減速比大、傳動(dòng)效率高、體積小、壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠的減速機(jī)來進(jìn)行減速
因?yàn)橥獠窟x用的儲(chǔ)罐為壓力容器，對(duì)安全性和各種技術(shù)參數(shù)具有較高的要求，所以在設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)儲(chǔ)罐的選材要嚴(yán)格，對(duì)罐底的厚度要進(jìn)行計(jì)算，罐壁要根據(jù)受力情況進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。此設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，為了方便檢查機(jī)器和實(shí)現(xiàn)一些特殊功能，要在罐頂和罐壁開一些孔，例如：人孔、白泥入口、白泥出口、排污口、濾液出口、清水出口等。因?yàn)殚_孔后造成承載材料的削弱，導(dǎo)致了孔邊緣的應(yīng)力集中，所以還需要進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)。
為了方便人到罐頂上去，在罐頂上焊有欄桿，以便于經(jīng)常檢修。在以往的設(shè)計(jì)中往往忽視在對(duì)沉淀物的清理，而在此次的設(shè)計(jì)中，在筒壁的內(nèi)側(cè)加了擋板,消除了攪拌過程中產(chǎn)生的“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”,使白泥能夠完全排出罐外。
此次設(shè)計(jì)沒有采用一根攪拌軸，而是通過三個(gè)聯(lián)軸器連接三根攪拌軸，這樣便于拆卸，有利用工廠的加工和軸的更換。本設(shè)備中的攪拌軸沒有用軸承固定，而是通過軸套進(jìn)行固定。
在本設(shè)計(jì)中，為了更徹底的攪拌，攪拌器采用了槳式的攪拌器，而且增加了增加了葉輪的層數(shù)，采用三層葉輪，即使液面過高也能充分?jǐn)嚢?。在罐體很多連接部位需要進(jìn)行焊接，可以采用手工電弧焊，封頭壁采用Q235-A。
軸的設(shè)計(jì)可采用兩個(gè)軸頭與空心鋼管焊接在一起，因?yàn)檩S轉(zhuǎn)速較速，在設(shè)計(jì)中可以降低一些精度。
在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮以上列出的各個(gè)環(huán)節(jié)，這樣機(jī)器才具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
2.1 本章小結(jié)
本章主要根據(jù)實(shí)際情況確定了總體設(shè)計(jì)方案，為以后的計(jì)算過程確定了框架。
- 32 -
第3章 罐的結(jié)構(gòu)形式和尺寸
3.1 化工容器設(shè)計(jì)規(guī)范簡介
化工容器設(shè)計(jì)中應(yīng)予考慮的主要因素：總的出發(fā)點(diǎn)是，要滿足工藝過程所需要的功能并方便使用；要滿足在運(yùn)行中的安全可靠；要滿足經(jīng)濟(jì)性，包括材料的易于獲得，便于制造，所用的材料及總的花費(fèi)最小。
1.化工容器的選型
容器首先要滿足工藝過程的要求，其次也要盡可能滿足強(qiáng)度及制造工藝的要求。
2.化工容器的選材
容器的選材和容器的選型相類似，總的原則也是要滿足工藝過程的要求、強(qiáng)度要求和制造工藝要求。
3.容器設(shè)計(jì)的規(guī)范化
為確保容器的選材、設(shè)計(jì)、制造檢驗(yàn)、試驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)都能達(dá)到相應(yīng)要求，各國的規(guī)定在設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)應(yīng)予取證，包括容器設(shè)計(jì)在內(nèi)的各項(xiàng)工作，都應(yīng)遵照各國有關(guān)監(jiān)管部門所規(guī)定或認(rèn)可的規(guī)范執(zhí)行，絕不能根據(jù)容器設(shè)計(jì)原理，自行按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以外的規(guī)定或公式進(jìn)行設(shè)計(jì)。
攪拌罐包括罐體和裝焊在其上的各種附件。罐體采用立式圓筒形容器，它有頂蓋、筒體、罐底和欄桿組成。罐體在規(guī)定的操作溫度和操作壓力下，為物料完成其攪拌過程提供了一定的空間。
3.2 材料的選擇
根據(jù)設(shè)計(jì)要求和經(jīng)濟(jì)性的原則選擇Q235-A作為罐壁，查得：Q235-A
屈服強(qiáng)度 бs=235MPa
抗拉強(qiáng)度 бb=460MPa
許用應(yīng)力 [б]=бs/Ns Ns為安全系數(shù)[б]=бs/Ns=235/3=78.3MPa （3.1）
3.3 罐體的長徑比和裝料量
知道了攪拌罐操作時(shí)盛裝物料的容積以后，首先要選擇適宜的長徑比（H/Di）和裝料量，確定筒體的直徑和高度。
由于是一般攪拌設(shè)備液-固相容物料H/Di=1-1.3
H為罐的高度
Di為罐的內(nèi)徑
根據(jù)設(shè)計(jì)要求罐的的有效容積為Vn =130m3 取H/Di=1.1
選擇罐體的長徑比應(yīng)考慮對(duì)攪拌功率的影響，一定結(jié)構(gòu)型式的攪拌器的葉輪直徑和與其裝配的攪拌罐體內(nèi)徑通常有一定的比例范圍。隨著罐體長徑比的減少，即高度減少而直徑放大，攪拌器槳葉直徑也相應(yīng)放大。在固定的攪拌軸轉(zhuǎn)速下，攪拌器功率與攪拌器槳葉直徑的5次方成正比。所以，隨著罐體直徑的放大，攪拌器功率增加很多，這對(duì)于需要較大攪拌作業(yè)功率過程是適宜的，否則減少長徑比只能無謂地?fù)p耗一些攪拌器功率，因此長徑比可以考慮選得大一些。
另外，物料的攪拌反應(yīng)過程對(duì)罐體長徑比有著特殊要求，在白泥攪拌設(shè)備中，物料對(duì)罐體的長徑比的影響很大。所以在這里要取的大一些。
3.4 裝料系數(shù)η
罐體全容積V與罐體的公稱容積Vn有如下關(guān)系:
Vn=ηV (3.2) 一般物料反應(yīng)平穩(wěn)η=0.85 代入數(shù)據(jù)得V=150m3
3.5 初步計(jì)算筒體直徑
確定了筒體的長徑比和裝料系數(shù)之后，還需要算出筒體直徑和高度，因當(dāng)筒體直徑不知道封頭的容積就不知道，罐體全容積也就不能最后確定。為了便于計(jì)算，先忽略封頭的容積，認(rèn)為；
V=π/4 Di2H m3 (3.3)
3.5.1 確定筒體高度
由3.3可以導(dǎo)出
(3.4)
式中 ——攪拌槽的全容積,m3
v——蝶形封頭容積,m3
因?yàn)椴捎玫畏忸^查文獻(xiàn)[6]表3-6 V=π/58Di3
mm
圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑得H=5700mm
3.6 罐體的設(shè)計(jì)
3.6.1 筒壁的厚度δ
（3.5） 式中 ——設(shè)計(jì)壓力（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）
——筒內(nèi)徑
[б]——設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用壓力
ψ——焊接接頭系數(shù)ψ〈1 取ψ=0.9
C2——當(dāng)材料的腐蝕速率為0.05—0.1mm/a時(shí)，考慮單面腐蝕，取C2=1～2mm,取C2=2mm。
所以
mm
考慮加工誤差等因素圓整為S=8mm，所以，取厚度為8mm的Q235—A鋼板作筒壁。
3.6.2 筒壁的應(yīng)力校核
(3.6)
所以滿足其強(qiáng)度要求
3.7 封頭的設(shè)計(jì)
選用Q235—A作為封頭壁，根據(jù)筒體直徑和工藝設(shè)計(jì)要求采用碟形封頭，碟形封頭的球面內(nèi)徑R內(nèi)=筒內(nèi)直徑RD/0.9;
則
R內(nèi)=5600/0.9=6160mm
3.7.1 碟形封頭的壁厚設(shè)計(jì)
(3.7)
式中 ψ——焊接接頭系數(shù)ψ〈1 取ψ=0.9
C——當(dāng)材料的腐蝕速率為0.05—0.1mm/a
同時(shí)，考慮單面腐蝕取C=1～2mm,取C=1.8mm，考慮加工誤差等因素圓整為S=6mm，所以，取厚度為6mm的Q235—A鋼板作碟形封頭筒壁的壁厚。
3.7.2 碟形封頭的許用應(yīng)力校核
（3.8）
所以滿足強(qiáng)度要求
3.8 本章小結(jié)
本章主要介紹了罐體各部分的尺寸如何來確定，以及各種零件和重要部位，并且哪部分需要校核。
第4章 減速機(jī)的選擇
4.1 減速器的選擇
攪拌裝置帶有攪拌器，并有一定的轉(zhuǎn)速，這就需要有電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置來帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)。傳動(dòng)裝置通常設(shè)置在攪拌容器的內(nèi)部，采用立式布置，電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速機(jī)將轉(zhuǎn)速減至工藝要求的攪拌轉(zhuǎn)速，再通過聯(lián)軸器與攪拌軸連接。減速機(jī)下設(shè)置一機(jī)架，安裝在攪拌容器的封頭上。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在化工設(shè)備中傳動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)和機(jī)架配套使用，只有在攪拌轉(zhuǎn)速很高時(shí)，才用電動(dòng)機(jī)不經(jīng)過減速機(jī)而直接與攪拌軸相連。按照設(shè)計(jì)要求電動(dòng)機(jī)的輸出功率為37kW，攪拌軸轉(zhuǎn)速為21r/min，采用行星擺線針輪減速機(jī)將電機(jī)的轉(zhuǎn)速減至攪拌軸的轉(zhuǎn)速。行星擺線針輪減速機(jī)適用于化工設(shè)備，而且減速比大、傳動(dòng)效率高、體積小、重量輕、故障少、壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠、噪聲小、拆裝方便、容易維修、結(jié)構(gòu)簡單、過載能力強(qiáng)和慣性力矩小等優(yōu)點(diǎn)。減速機(jī)和機(jī)架采用天津減速機(jī)廠的型號(hào)：減速機(jī)型號(hào)XLD37—11—47，機(jī)架的型號(hào)JXLD—11—130。
4.2 本章小結(jié)
本章主要介紹了如何根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求選擇合適的行星擺線針輪減速機(jī)的特點(diǎn)。
第5章 攪拌裝置的設(shè)計(jì)
5.1 材料的選擇
采用Q235—A，葉片一般采用扁鋼制作
屈服強(qiáng)度 бs=235MPa
抗拉強(qiáng)度 бb=460MPa
許用應(yīng)力 [б]=бs/Ns Ns為安全系數(shù)
對(duì)于碳素鋼、低合金鋼Ns>1.5，取Ns=3。常溫常壓下
[б]=бs/Ns=235/3=78.3MPa （5.1）
5.2 槳葉的尺寸確定
根據(jù)規(guī)定：
d/D=0.35—0.8，b/D=0.10—0.25
攪拌裝置通常由攪拌器和攪拌軸所組成，攪拌器的形式很多，應(yīng)根據(jù)攪拌目的和物料性質(zhì)以及經(jīng)濟(jì)性原則進(jìn)行選擇。在這里我們采用槳式攪拌器。攪拌器的功能概括地說就是在攪拌過程中所能達(dá)到所需要的能量和適宜的流動(dòng)性的目的。攪拌器的攪拌作用由運(yùn)動(dòng)著的葉輪所產(chǎn)生，因此，葉輪的形狀、尺寸、數(shù)量以及轉(zhuǎn)速就影響攪拌器的功能。同時(shí)攪拌器的功能還與攪拌介質(zhì)物性以及攪拌器的工作環(huán)境有關(guān)。另外，攪拌罐的形狀、尺寸、擋板的設(shè)置情況、物料在罐中的進(jìn)出方式都屬于工作環(huán)境的范疇，這些條件以及攪拌器在罐內(nèi)的安裝位置及方式都會(huì)影響攪拌器的功能。
5.3 攪拌器的設(shè)計(jì)
d—槳葉的長度
b—槳葉寬度
D—筒體直徑
已知D為5600mm 取d/D=0.5， 則， 取 b/d=0.12，則 b=300mm ，查表得槳葉厚度δ=16mm。
由于平槳的運(yùn)動(dòng)方向與槳面垂直，所以當(dāng)葉輪低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，液體的主要流動(dòng)為水平環(huán)向的流動(dòng)，葉輪運(yùn)動(dòng)時(shí)除有水平環(huán)流外，還有徑向分流，所以槳面與運(yùn)動(dòng)方向成一定角度角θ。從而提高了攪拌的效率，一般取θ=45o。簡圖5-1：
圖5-1 平槳的構(gòu)成形式
5.4 攪拌器層數(shù)的確定
從葉輪的攪拌范圍來說，液層過高則要設(shè)置多層葉輪，在本設(shè)計(jì)的攪拌設(shè)備中攪拌器安裝在圓形罐中心，槳式攪拌器的葉輪離罐底的高度C一般為槳徑的1/10～1/12倍。但是如果為了防止底部有沉淀可使葉輪放置低些，一般C=d/10左右。在這里取C=500，最上層葉輪高度離液面至少有1.25d的深度，取深度為3500mm。攪拌器設(shè)有3層，取第一層與第二層、第二層與第三層的距離分別為1500mm。
5.5 攪拌器的強(qiáng)度校核
5.5.1 葉輪強(qiáng)度的計(jì)算功率
葉輪強(qiáng)度計(jì)算中所用的計(jì)算功率值
(5.2)
式中 Na—電機(jī)額定功率kW
Ni—葉輪強(qiáng)度計(jì)算中用的計(jì)算功率kW
k—起動(dòng)時(shí)電機(jī)的過載系數(shù)，即起動(dòng)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩
—傳動(dòng)系數(shù)的機(jī)械功率，=0.95
Nm—軸封處的摩擦損失功率kW
由于存在內(nèi)壓時(shí)，才采用軸封，但在本設(shè)備中不存在內(nèi)壓則Nm=0，k從電機(jī)特性表中可以查到 k=0.93，
則
5.5.2 槳葉的強(qiáng)度計(jì)算
由于槳葉的傾斜角度θ=45o，所以其危險(xiǎn)斷面仍然是葉片根部，槳面的主慣性軸都不與攪拌軸線相平行，作用在槳表面上的液面阻力在葉片根部斷面對(duì)主慣性軸所產(chǎn)生的彎矩為
（5.3） 該斷面的抗彎模量為：
該端面的彎曲應(yīng)力為：
所以此攪拌器滿足強(qiáng)度要求。
為了在攪拌過程消除罐中央的“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”應(yīng)增設(shè)擋板，擋板一般是指長條形的豎向固定在罐壁上的板。顯然這種擋板使用于徑流型葉輪在湍流區(qū)的操作，而層流狀態(tài)時(shí)不能用這種擋板來改變流型。擋板還可以提高葉輪剪切性能，如有的懸浮聚合的攪拌裝置，在設(shè)有擋板時(shí)可使顆粒細(xì)而均勻。擋板的數(shù)量及其大小以及安裝方式都不是隨意的它們都會(huì)影響動(dòng)力損耗。
擋板的寬度W=（1/10~1/12）D(D為罐體直徑)，擋板的數(shù)量根據(jù)罐直徑的大小而定，在小直徑罐時(shí)用2~4個(gè)，在大直徑罐時(shí)用4~8個(gè)。在這里采用6個(gè)擋板。擋板沿罐壁周向均勻地直立安裝。擋板的上邊緣與靜止液面齊平，當(dāng)液面上有輕而易浮不易潤濕的固體物料時(shí)。則需在液面上造成旋渦，這時(shí)擋板上邊緣可低于液面100mm~150mm在這里將擋板低于液面100mm。擋板的下邊緣可到罐底。有時(shí)利用擋板高度來改變流型，如在罐底希望使較重的物料易于沉降而分離出來時(shí)，就可將擋板下端取在葉輪的下方，這樣可使罐底出現(xiàn)水平轉(zhuǎn)流，有利于物料的沉降。
5.6 本章小結(jié)
本章主要介紹了如何確定槳葉，攪拌器，以及選擇好的攪拌器要進(jìn)行強(qiáng)度校核。
第6章 攪拌軸設(shè)計(jì)
6.1 選擇軸的材料
選擇軸的材料為45號(hào)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理其機(jī)械性能查得：
屈服強(qiáng)度 бb=650MPa
抗拉強(qiáng)度 бs=360MPa
彎曲持久極限 τ-1=155MPa
剪切持久極限 б-1=300MPa
對(duì)稱循環(huán)狀態(tài)下的許用應(yīng)力 [б-1]b=60MPa
45號(hào)鋼的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 [τ]k=30-40MPa
6.2 軸的具體尺寸及結(jié)構(gòu)確定
6.2.1 攪拌軸的載荷分析
通常，攪拌軸上受到力（軸向拉力和壓力）和力矩（扭矩和彎矩）的作用。在立式攪拌容器中軸大部分都受到扭矩的作用，而彎矩很小，因此在這里主要分析扭矩的作用。其功率由傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)裝置提供。因此在一般情況，一個(gè)具有均布葉片并完全浸沒于液體中的攪拌器，其每個(gè)葉片上將受到垂直于葉片表面的流體阻力作用.除流體作用外，軸上還作用有如下載荷和由其產(chǎn)生的應(yīng)力：
1.軸和葉輪自身重量的重力
2.由軸和葉輪的組合質(zhì)量偏心
3.傳動(dòng)裝置傳遞的扭矩主要是傳遞流體作用力的切向合力矩
一個(gè)具有均布葉片并完全浸沒于液體之間的攪拌器，其每個(gè)葉片上將受到垂直于葉片表面的流體作用力。這個(gè)阻力可用“流體作用力”F表示，如圖所示：此處，F(xiàn)為假設(shè)作用于葉片上沿?cái)嚢杵鲝较蚰骋晃恢茫ㄈ鐖D中“A”處）代表流體阻力的當(dāng)量集中力。其中F力的軸向分力為Ft。作用在每組葉片上的軸向力Fa應(yīng)完全相等，切向力Ft應(yīng)大小相等、方向相反。完全相等的各流體作用力將對(duì)軸產(chǎn)生一個(gè)不變的合力（Ft合力矩）和作用于軸心不變的合力（Fa合力）
圖6-1葉片上的流體作用力及其分解圖
6.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算
攪拌軸上的每一點(diǎn)應(yīng)力都是變化的，它是由平均應(yīng)力和波動(dòng)應(yīng)力兩部分組成。因此在攪拌軸計(jì)算中要考慮兩種形式的材料強(qiáng)度破壞。一種是材料的屈服或斷裂破壞，另一種是由疲勞引起的材料破壞。攪拌軸合力應(yīng)力變化如下：
τt
時(shí)間
бp
時(shí)間
бb
時(shí)間
圖6-2 攪拌軸合成應(yīng)力變化
бb——軸向合力產(chǎn)生的拉（壓）應(yīng)力
бp——合力彎矩產(chǎn)生的拉（壓）彎曲應(yīng)力
τt
圖6-3 懸臂攪拌軸載荷圖
攪拌軸上受扭矩時(shí)其截面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力，其扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件是：
（6.1）式中 τmax ——截面上最大剪應(yīng)力，MPa
Mt——軸所傳遞的扭矩, N·mm
Wt——扭截面系數(shù)， mm3
[τ]k——降低后的扭轉(zhuǎn)許用剪應(yīng)力MPa
6.4 最小軸徑確定
三個(gè)葉輪各分得攪拌傳遞功率的1/3，最大扭矩為
（6.2）
式中 P——攪拌傳遞功率，kW
n——攪拌軸轉(zhuǎn)速，r/min
d——實(shí)心軸直徑，mm
另外N0—空心軸的內(nèi)直徑與外直徑的比值，N0=d1/d2查取N0=0.8 其中d1—空心軸外直徑; d2—空心軸外直徑。
將 Mt和Wt值代上式。[τ]k=36MPa經(jīng)整理得強(qiáng)度計(jì)算所需的最小攪拌軸徑計(jì)算公式如下：
（6.3）
圓整后取d=130mm 所以最小攪拌軸的直徑為130mm。
空心軸的外徑
圓整后取空心軸外直徑d1=168mm。
依據(jù)N0=d1/d2 其中N0=0.8可以得出空心軸內(nèi)直徑d2=133.4mm ，圓整后取空心軸內(nèi)直徑為136mm。
實(shí)心軸的抗扭截面系數(shù)
所以其滿足強(qiáng)要求。
空心軸的抗扭截面系數(shù)
6.5 攪拌軸的剛度校核
為了防止轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形，以免在運(yùn)轉(zhuǎn)中引起振動(dòng)造成損壞，對(duì)表面涂覆保護(hù)層的軸也為了防止由于過大變形對(duì)保護(hù)層的破壞，所以應(yīng)該將軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)。這就是設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)剛度條件，為此，攪拌軸要進(jìn)行剛度計(jì)算。過程上以單位長度的比扭轉(zhuǎn)角α不得超過許用比扭轉(zhuǎn)角[α]作為扭轉(zhuǎn)的剛度條件。即：
α——軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，在一般傳動(dòng)和攪拌軸的計(jì)算中可取
α=0.5-1（o）/m；
式中 G0——切變模量，對(duì)于碳鋼及合金鋼G=79400MPa
Jp——截矩的極慣性矩
將Mt=955300P/n和Jp帶入上式中，整理后得到按剛度計(jì)算所需要的最小攪拌軸徑的計(jì)算公式：
實(shí)心軸直徑
（6.4）
心軸外直徑
（6.5）
綜上，圓整后取實(shí)心軸的最小直徑130mm，空心軸的外直徑168mm，管材的壁厚為16mm。所以，實(shí)心軸與空心軸的軸徑都滿足設(shè)計(jì)要求。
6.6 攪拌軸的具體結(jié)構(gòu)
從上計(jì)算得出攪拌軸的最小直徑為130mm，軸的長度視攪拌器的位置而定。在攪拌軸較長時(shí)，應(yīng)該把攪拌軸分成幾段，由于該設(shè)計(jì)的攪拌設(shè)備很高，因此要它分成幾段。根據(jù)資料所知兩段攪拌軸之間用立式夾殼聯(lián)軸器連接，該聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單、拆卸方便，拆裝時(shí)不需做軸向移動(dòng)，但是只使用于低轉(zhuǎn)速，并且不適用于有沖擊的情況，攪拌軸的最上端與凸緣聯(lián)軸器相配合而且要開鍵槽和銷孔。攪拌軸的兩端用軸頭，軸頭中間用空心軸連接，因?yàn)橛每招妮S可以減少攪拌軸的自身重量，增加使用壽命而且還降低成本提高經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)設(shè)計(jì)要求用三段攪拌軸，而且在攪拌軸上都需要鍵槽，經(jīng)設(shè)計(jì)考慮最小軸直徑與減速機(jī)相聯(lián)處開140mm的鍵槽。校核其是否滿足強(qiáng)度要求，如滿足則其它的鍵都滿足強(qiáng)度要求。
經(jīng)查該鍵：l=140mm b=16mm h=12mm
對(duì)其進(jìn)校核，假設(shè)工作面上作用力沿鍵的長度和高度均勻分布。則平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度約束條件為：
平鍵采用45號(hào)鋼，其許用應(yīng)力和許用壓強(qiáng)[бp]=125-150MPa
式中 d——軸的直徑mm
k——鍵與輪轂的接觸高度，一般k=0.5h
h——鍵的高度mm
l——平鍵接觸面長度mm
T——轉(zhuǎn)矩N·mm
所以其滿足強(qiáng)度要求。
6.7 本章小結(jié)
本章主要確定了攪拌軸的結(jié)構(gòu)及尺寸，并且對(duì)軸在工作中的受力情況進(jìn)行分析，還對(duì)軸進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度校核。
第7章 人孔與法蘭的選擇
在大多數(shù)攪拌容器中，為滿足工藝要求和容器制造、安裝、檢修及維修等要求，開孔是不可避免的。由于容器開孔以后，不僅削弱了容器的整體強(qiáng)度，而且還因開孔引起的應(yīng)力集中以及接管和容器壁的連接造成邊緣的局部的高應(yīng)力，這種高應(yīng)力通?？蛇_(dá)到容器筒壁依次總體薄膜應(yīng)力的3倍。某些場合甚至?xí)_(dá)到5~6倍，再加上接管有時(shí)還會(huì)受到各種外加載荷的作用而產(chǎn)生的應(yīng)力以及溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使得開孔接管處的局部應(yīng)力進(jìn)一步提高。又因?yàn)椴馁|(zhì)和制造缺陷等各種因素的綜合作用，開孔接管附近就成為壓力容器的破壞源——主要疲勞破壞和脆性裂口。因此，壓力容器必須充分考慮開孔的補(bǔ)強(qiáng)問題。
7.1 人孔的選擇
在攪拌設(shè)備中，為了便于內(nèi)部附件的安裝、修理、襯里和防腐以及對(duì)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行檢查、清洗往往開設(shè)人孔。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和經(jīng)濟(jì)性原則，本設(shè)計(jì)選用常壓平蓋人孔（HG21525-95）。這種人孔只是在帶有法蘭的接管上安上一塊盲板，它的結(jié)構(gòu)簡單，用于常壓和不需要經(jīng)常利用人孔進(jìn)行維修的設(shè)備，由于人孔削弱了容器的強(qiáng)度，同時(shí)增加了泄漏的機(jī)會(huì)，人孔的尺寸應(yīng)盡量小些，但必須考慮成年人能夠進(jìn)出。所以選用兩個(gè)直徑為500mm的人孔，分別安裝在筒體和封頭上。
7.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)
容器在開孔以后會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力峰值，其位置在接管與容器的交界面上，但開孔所產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象有明顯的局限性。應(yīng)力值隨著離開孔邊緣距離的加大而逐漸衰減。由此可以采用在開孔附近局部補(bǔ)強(qiáng)的辦法來降低該區(qū)域的應(yīng)力集中。
7.3 補(bǔ)強(qiáng)形式
本設(shè)計(jì)采用1）外加強(qiáng)接管，補(bǔ)強(qiáng)金屬配置在容器或接管的外側(cè)，此種補(bǔ)強(qiáng)形式結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，又能滿足補(bǔ)強(qiáng)要求而且還適用于低壓容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)中。 2）補(bǔ)強(qiáng)圈進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)是在器壁上另外焊接一塊補(bǔ)強(qiáng)圈來增加開孔邊緣處的強(qiáng)度。由于承受壓力的金屬面積增大了，所以開孔邊緣處的應(yīng)力峰值降低，起到補(bǔ)強(qiáng)的作用。補(bǔ)強(qiáng)圈對(duì)稱分布于容器的內(nèi)、外側(cè)。這種方法比布置在容器外表面的應(yīng)力集中要小。補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)置在開孔邊緣區(qū)，其材料與容器壁材料相同，采用Q235—A。補(bǔ)強(qiáng)圈與容器壁之間應(yīng)很好的焊接，使其與器壁同時(shí)受力，否則就起不到補(bǔ)強(qiáng)作用。
7.4 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算
補(bǔ)強(qiáng)圈的公稱直徑為500mm筒體和封頭開孔后所需的補(bǔ)強(qiáng)面積為
式中 d——開孔直徑400mm
δ——?dú)んw開孔處的計(jì)算厚度
δet——接管有效厚度
fr——強(qiáng)度削弱厚度，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料與許用應(yīng)力之比，取其為1
殼體開孔處的計(jì)算厚度
（7.1）
式中 P——設(shè)設(shè)計(jì)壓力
Di——筒體直徑
Φ——焊接系數(shù)
則
根據(jù)規(guī)定如果有效補(bǔ)強(qiáng)面積Ae>A，則補(bǔ)強(qiáng)有效。 有效補(bǔ)強(qiáng)面積
式中 A1——?dú)んw有效厚度,mm
A2——接管有效厚度，這里沒有接管，該項(xiàng)為0,mm
A3——焊縫金屬面積，在這里忽略,mm
式中有效寬度B=3d ，δe=8mm ，Ae=A1=2960mm2>A=1320 mm2 補(bǔ)強(qiáng)面積有效，該補(bǔ)強(qiáng)圈合適。
7.5 法蘭的選擇
在攪拌設(shè)備中，為了便于原料的流入與排出，常用法蘭連接接管與設(shè)備。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和工藝要求，對(duì)法蘭的確定采用標(biāo)準(zhǔn)，具體尺寸與要求參照圖紙。
7.6 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算
對(duì)大開孔的法蘭進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，其他的不需要補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。具體原因參照參考文獻(xiàn)[6]中相關(guān)規(guī)定，在封頭上開一個(gè)直徑為250mm的作為檢視孔，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。
此孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積為
筒體和封頭開孔后所需的補(bǔ)強(qiáng)面積為
(7.2)
式中 d——開孔直徑，250mm
δ——?dú)んw開孔處的計(jì)算厚度
δet——接管有效厚度
fr——強(qiáng)度削弱厚度，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料與許用應(yīng)力之比，取其為1
7.6.1 開孔處的有效補(bǔ)強(qiáng)面積
根據(jù)資料中規(guī)定如果有效補(bǔ)強(qiáng)面積Ae>A，則補(bǔ)強(qiáng)有效。 有效補(bǔ)強(qiáng)面積
式中 A1——?dú)んw有效厚度mm
A2——接管有效厚度mm
A3——焊縫金屬面積，在這里忽略mm
式中有效寬度B=3d ，δe=6mm,
式中 h1——接管外伸高度，取其150mm
h2——接管內(nèi)伸高度，取其20mm
C2——腐蝕余量， 取其2 mm
則
Ae>A 補(bǔ)強(qiáng)面積有效，該補(bǔ)強(qiáng)圈合適。
綜上，補(bǔ)強(qiáng)圈都合適，經(jīng)計(jì)算其它的法蘭孔補(bǔ)強(qiáng)滿足要求。
7.7 本章小結(jié)
本章主要介紹了如何選擇人孔和法蘭，并且對(duì)開孔需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。
結(jié) 論
本文主要介紹了白泥攪拌器的設(shè)計(jì)，通過CAD軟件不斷的改進(jìn)，與以往相關(guān)的白泥洗滌、攪拌設(shè)備相比，此設(shè)備具有以下幾方面的創(chuàng)新點(diǎn)：
１白泥攪拌槽可以使存留在白泥中的殘堿進(jìn)行充分的回收。
２在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,增加了攪拌器的層數(shù),提高了攪拌效率.
３在筒壁的內(nèi)側(cè)加了擋板,消除了攪拌過程中產(chǎn)生的“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”,還可以防止沉淀物沉積于罐底。
致 謝
畢業(yè)在即，這次設(shè)計(jì)是在學(xué)完了大學(xué)的全部課程后所進(jìn)行的，也是大學(xué)期間最后的一次學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，同時(shí)還是我們步入工作崗位前的一次練兵。這對(duì)于我來說，不僅僅是一個(gè)考驗(yàn)和鍛煉的過程，也是一段美好的回憶。值得特別提出的是，在本次設(shè)計(jì)的過程中，我得到了指導(dǎo)教師閆輝老師及教研室其它老師的悉心指導(dǎo)和幫助，并提出了許多寶貴的建議。使我在設(shè)計(jì)的過程中及時(shí)的查漏、補(bǔ)缺、改正錯(cuò)誤。在此，我向閆輝老師及其它各位老師表示衷心的感謝。由于本人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)面有限，設(shè)計(jì)過程中難免存在缺點(diǎn)和不足之處，望各位老師予以批評(píng)指正。
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附錄1
攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍很廣，尤其是化學(xué)工業(yè)中，很多的生產(chǎn)都或多或少地應(yīng)用著攪拌操作?；瘜W(xué)工藝過程的種種化學(xué)變化，是以參加反應(yīng)物質(zhì)的充分混合為前提的。對(duì)于加熱、冷卻和液體萃取以氣體吸收等物理變化過程，也往往要采用攪拌操作才能得到很好的效果。攪拌設(shè)備在許多場合是作為反應(yīng)器來應(yīng)用的。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，攪拌設(shè)備作為反應(yīng)器約占反應(yīng)器總數(shù)的90%。其他如染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、油漆等行業(yè)，攪拌設(shè)備的使用亦很廣泛。有色冶金部門對(duì)全國有色冶金行業(yè)中的攪拌設(shè)備做了調(diào)查及功率測定，結(jié)果是許多濕法車間的動(dòng)力消耗50%以上是用在攪拌作業(yè)上。攪拌設(shè)備的應(yīng)用范圍之所以這樣廣泛，還因攪拌設(shè)備操作條件（如溫度、濃度、停留時(shí)間等）的可控范圍較廣。能適應(yīng)多樣化的生產(chǎn)。
攪拌設(shè)備的作用如下：1）使物料混合均勻；2）使氣體在液相中很好地分散；3）使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻地懸??；4）使不相溶的另一液相均勻懸浮后充分乳化；5）強(qiáng)化相同的傳質(zhì)（如吸收等）；6）強(qiáng)化傳熱。對(duì)于均相反應(yīng)，主要是1）、6）兩點(diǎn)。混合的快慢、均勻程度和傳熱情況好壞，都會(huì)影響反應(yīng)結(jié)果。至于非均相系統(tǒng)，則還影響到相界面的大小和相間的傳質(zhì)速度，情況就更復(fù)雜。所以攪拌情況的改變，常常很敏感地影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，生產(chǎn)中的這種例子非常普遍。在溶液聚合和本體聚合的液相反應(yīng)裝置中，攪拌的主要作用是：促進(jìn)釜內(nèi)物料流動(dòng)。使反應(yīng)器內(nèi)物料均勻分布，增大傳質(zhì)和傳熱系數(shù)。在聚合反應(yīng)過程中，往往隨著轉(zhuǎn)化率的增加，聚合液的黏度也增加。如果攪拌情況不好，就會(huì)造成傳熱系數(shù)下降或局部過熱，物料和催化劑分散不均勻，影響聚合產(chǎn)品的質(zhì)量，也容易導(dǎo)致聚合物粘壁，使聚合反應(yīng)操作不能很好地進(jìn)行下去。
在互不相溶的液體之間或液體與固體之間相互作用時(shí)，攪拌在加速反應(yīng)的進(jìn)行方面起著非常重要的作用。因?yàn)樵黾右晃锵嗷烊肓硪晃锵嗟乃俣?，接觸面就會(huì)增大，物質(zhì)就以較大速度相互作用。在某些情況下，攪拌是在反應(yīng)過程中創(chuàng)造良好條件的一個(gè)重要因素。例如，使傳熱作用加強(qiáng)，減少局部過熱，以及加熱過程中物質(zhì)焦化等。如高壓聚乙烯生產(chǎn)中，由于攪拌的作用，使物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)有一定的停留時(shí)間，更重要的是使催化劑在器內(nèi)分布均勻，以防止局部猛烈的聚合作用而造成爆炸。因此攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中起著非常重要的作用。
攪拌設(shè)備在石油化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、制備懸浮物、聚合反應(yīng)、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調(diào)整和精制，汽油中添加四乙基鉛添加物而進(jìn)行混合使原料液或產(chǎn)品均勻化。化工生產(chǎn)中，制造苯乙烯，苯胺染料和油漆顏料等工藝過程，都裝備著各種型式的攪拌設(shè)備。
在石油工業(yè)中因?yàn)榇罅繎?yīng)用催化劑、添