搅拌器的机械设计
化工搅拌器的设计
1绪论1.1 搅拌器的概述1.1.1搅拌器的应用范围机械搅拌反应器适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于合成材料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、化肥、染料、涂料、食品、冶金、废水处理等行业。
如实验室的搅拌反应器可小至数十毫升，而污水处理、湿法冶金、磷肥等工业大型反应器的容积可达数千立方米。
除用作化学反应器和生物反应器外，搅拌反应器还可大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。
搅拌反应器由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。
搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。
搅拌器、搅拌轴、及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。
1.1.2搅拌器的工作原理通常搅拌装置由作为原动机的马达(电动、风动或液压)，减速机与其输出轴相连的搅拌抽，和安装在搅拌轴上的叶轮组成减速机体通过一个支架或底板与搅拌容器相连。
当容器内部有压力时，搅拌轴穿过底板进入容器时应有一个密封装置，常用填料密封或机械密封。
通常马达与密封均外购，研究的重点是叶轮。
叶轮的搅拌作用表现为“泵送”和涡流”，即产生流体速度和流体剪切，前者导至全容器中的回流，介质易位，防止固体的沉淀并产生对换热热管束 (如果有)的冲刷；剪切是一种大回流中的微混合，可以打碎气泡或不可溶的液滴，造成“均匀”。
1.1.3化工反应中的搅拌设备根据搅拌器叶轮的形状可以分成直叶桨式、开启涡轮式、推进式、圆盘涡轮式、锚式、螺带式、螺旋式等}根据处理的掖体牯度不同可以分为低粘度液搅拌器。
低粘度液搅拌器，如：三叶推进式、折叶桨叶，6直叶涡轮式、超级混合叶轮式 HR 100，HV 100等；中高粘度液搅拌器如：锚式、螺杆叶轮式、双螺旋螺带叶轮型，MR 205，305超混合搅拌器等等。
1.2化工搅拌器的适应条件和构造1.2.1化工搅拌器的适应条件搅拌加速传热和传质，在化工设备中广泛运用。
化工搅拌器的作用使化工生产中的液体充分混合，以满足化学反应能够最大程度的进行，该设备可以代替手动搅拌对人体有毒或对皮肤有伤害的化工原料减少对人体的危害，同时通过电动机带动轴加速搅拌，提高生产率。
卧式搅拌机设计
卧式搅拌机的结构设计摘要卧式搅拌机具有悠久的历史，它的应用范围极其广泛，在化学，机械，建筑，轻工业，重金属领域都会看见搅拌机的应用。
从不同的角度可以把搅拌机分为立式和卧式两种，其中卧式搅拌机主要是指搅拌机的轴线与搅拌机回旋轴线都在水平的位置。
本文设计的卧式搅拌器在分析国内外搅拌机械的发展的基础上，设计一种新的卧式搅拌器，这种新的新的结构设计可用于面粉，饲料等粒状物质的搅拌和混合，相比传统的搅拌装置更加快速简单并且工作效率高。
设计的搅拌器具有两个水平的传送方式，第一个是V型皮带和齿轮结合的第一主变速器，以实现混合操作。
第二个是采用楔带和凸轮组成的传动方式，以提高搅拌工作效率。
在该课题中，对卧式搅拌器的基本结构，基本尺寸的详细设计和对搅拌器结构的建模和运动模拟，更为真实简单的体现设计的过程和结构分析，再进行安全分析校核的计算，搅拌器结构设计，参数计算，功率检查，从而确保该搅拌器稳定可靠的运转。
关键词卧式搅拌器；混合设备；搅拌机；上料装置- I -Structure Design of Horizontal MixerAbstractThis design introduced the development course of the domestic and foreign mixer machinery and domestic and foreign research trends，and the design of the mixer. Based on this topic agitator in the domestic and foreign research and development，design a new with vibratory mixing and row material function of horizontal agitator structure design scheme to be used for dry mixing operation．The horizontal mixer has two transmission systems，the first main drive system uses V belt and gear drive to achieve mixing operation．In this paper, the design of horizontal agitator in the analysis of the domestic and foreign mixing based on the development of mechanical, design a new horizontal mixer, this new structure design can be used for flour, feed and other particulate matter and stir the mixture compared to the traditional stirring device is more simple and fast and high work efficiency. The design of the mixer has two levels of transmission, the first is the V type belt and gear combination of the first main transmission, in order to realize the mixed operation. The second is the use of the drive mode of the wedge and the cam to improve the efficiency of mixingIn the paper, the basic structure of horizontal agitator, the detailed design of the basic dimensions and the agitator structure modeling and motion simulation, more simple and true embodiment of the design process and structural analysis, and security analysis and checking calculation, agitator structure design,- II -parameter calculation, check power, so as to ensure the stirrer is stable and reliable operation.Keywords Horizontal mixer, mixing equipment, mixer, feeding device- III -目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题研究意义 (1)1.2 搅拌器国内外发展现状 (2)1.3 卧式搅拌器发展趋势 (4)1.4 论文主要研究内容 (5)1.5 本章小结 (5)第2章总体方案设计及参数设计 (6)2.1 传动机构方案设计 (6)2.2搅拌机容量确定 (7)2.3搅拌机结构参数确定 (8)2.4 搅拌功率的计算 (11)2.5 传动装置工作参数计算 (13)2.6带传动的计算 (14)2.7本章小结 (20)第3章卧式搅拌机零件设计 (21)3.1 搅拌轴的设计 (21)3.2 搅拌轴的校核 (23)3.3 搅拌机结构设计 (25)3.4 三维建模 (27)3.5 本章小结 (28)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录............................................................................................................... - 33 -- IV -第1章绪论1.1课题研究意义工程添加混合物在整个搅拌过程中的重点和被称为卧式搅拌机自动完成的机械装置，搅拌机在各个行业具有广泛应用，在食品行业更是必不可少的。
搅拌设备设计手册
搅拌设备设计手册一、搅拌设备的概述搅拌设备是化工、医药、食品、冶金等行业常见的重要设备之一，其作用是将固体颗粒或粉末与液体或不同粒度的固体颗粒进行均匀混合或搅拌，以达到理想的混合效果。
搅拌设备大致可分为机械式搅拌设备和非机械式搅拌设备两大类。
机械式搅拌设备主要由搅拌器、传动装置和搅拌容器组成，而非机械式搅拌设备则主要利用气流、液流或超声波等手段进行搅拌。
二、搅拌设备的设计原则1. 混合均匀性：搅拌设备的设计首要考虑因素是混合均匀性。
搅拌设备在搅拌过程中应该保证各种物料能够均匀分布，从而达到预期的混合效果。
2. 操作稳定性：搅拌设备在运行过程中应该保持稳定的操作状态，避免因为设备本身的不稳定而影响搅拌效果。
3. 能耗优化：优化搅拌设备的能耗是设计的重要目标之一。
合理设计传动系统、选用高效搅拌器以及优化搅拌容器结构都能有效降低设备的能耗。
4. 设备维护：搅拌设备的设计应该便于维护和清洁，以便于日常的操作和设备维护。
5. 安全性考虑：搅拌设备的设计应该符合相关的安全规范，保证设备运行过程中不会对操作人员和设备造成危险。
三、搅拌设备的设计要点1. 搅拌器设计：搅拌器是搅拌设备的核心组成部分，其设计应该充分考虑物料的特性以及搅拌的目的。
根据不同的混合要求，可以选择桨叶式搅拌器、螺旋式搅拌器、离心式搅拌器等不同类型的搅拌器。
2. 传动系统设计：传动系统是搅拌设备的动力来源，其设计应该考虑到搅拌器的工作转速、扭矩传递等参数。
在设计过程中应该选择合适的电机、减速机以及传动带等传动部件。
3. 搅拌容器设计：搅拌容器的设计应该充分考虑到物料的特性、搅拌过程中的压力、温度等因素。
对于易结块或粘性物料，搅拌容器的内壁应设计成光滑并防粘涂层。
4. 设备清洁设计：为了方便设备的清洁和维护，搅拌设备的设计应该充分考虑到设备内部结构的平滑度，以及清洁口的设置等。
5. 安全附件设计：在搅拌设备中应该加入相应的安全附件，如防爆设备、过载保护装置等，以保障设备在工作中的安全性。
生物工程设备课程设计-机械通风发酵搅拌器的设计2
3.2 搅拌器的强度计算
搅拌器的强度计算主要目的是计算（校核）桨
叶的厚度。它是在决定了搅拌器的直径，宽度、数
量、材料并决定了搅拌器的计算功率后，分析叶片
的受力情况，找出危险面，定出安全系数，用计算
或校核的方法决定叶片的厚度，并考虑腐蚀裕量。
3.2.1 搅拌器强度计算中的计算功率
当搅拌装置的电机功率P选定后，还需考虑起动时电 机的过载及传动系统的效率。 Pj=kηP-Pm Pj搅拌器强度计算中的计算功率，KW； k启动时电机的过载系数，可从电机特性表中查得；
η传动系统的效率；
Pm轴封处的摩叶最常用。在强度计算时 以各种叶片受力相等处理，每个叶片的危险断面为
叶片与圆盘连接的根部，其弯矩为：
抗弯断面系数：
W b 6
2
M
II
9551 z1
r0 r3 x0
N· Pm
j
n
最大弯曲应力应满足：
4.2 减速器类型、标准及其选用
• 减速器的类型主要有：两级齿轮传动减速器、三角皮带减速
器、摆线针齿行星减速器、蜗杆传动减速器和谐波减速器。
• （1）首先根据反应器搅拌传动所需要的电机功率、搅拌轴转 速（即减速器输出轴的转速）。然后根据其他具体条件综合
考虑，类比确定较适用的减速器。
• （2）考虑其他具体条件有：对减速器有无防爆要求；是单相 还是双向传动；是连续还是间隙传动等;同时还要考虑维修条
普通V带设计举例见下表。已知某搅拌反应器采用V 带传动，选用Y132S-8电机，额定功率P=2.2KW,转速
n1=710转/分,搅拌转速n2=180转/分,试设计V带传动。
4.4 联轴器
• 电机与减速器输出轴及传动轴与搅拌轴之间的连
搅拌器的结构与设计
全
封
闭
介质易燃、易爆
密
封
剧毒物料
贵重物料
高纯度物料
高真空操作
优点
1、功耗小、效率高。 2、电机过载保护。 3、可承受较高压力。
缺点
1、内轴承寿命短。 2、涡流、磁滞等损耗。 3、使用温度的限制。
传动装 置
适用于单跨轴
适用于悬臂轴
搅拌反应器的机械设计内容
1、釜体的结构型式和尺寸的确定 包括釜体结构、釜体尺寸（直径、高度）、封头形式的选择等。 2、材料的选择 根据工作温度、压力、物料的性质、设备加工要求等条件选择。 3、强度计算及校核（包括带夹套反应釜的稳定性校核） 如釜体壁厚的计算、封头壁厚的计算、搅拌轴直径的确定等。 4、主要零部件的选用 搅拌器、传动装置、轴封装置等的选择。 5、绘图、编制技术文件 装配图、各种零部件图、设计计算书、设计说明书、技术要求等。
影响搅拌轴直径的四个因素
1、扭转变形 2、临界转速 3、扭转和弯矩联合作用下的强度 4、轴封处允许的径向位移
搅拌轴的力学模型
按扭转变形计算搅拌轴的直径
刚度条件
583 .6M n max
Gd 4 (1 4 )
[ ]
轴径
d
4.92(
[
M n max
]G(1
4
)
)
1 4
按临界转速校核搅拌轴的直径 临界转速
（3）导热性要好，能够将摩擦产生的热量尽快传递出去。 （4）高温高压条件下使用的填料，要求具有耐高温性能及足够的机械强度。
植物纤维
填料非金属填料动 矿物 物纤 纤维 维
人造纤维
金属填料（钢、铅、铜等）
表（8-13）
填料箱
填料箱宽度：
搅拌器设计
搅拌器设计选型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。
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。
其结构形式如下图：一搅拌装置结构图第一章搅拌装置第一节搅拌装置的使用范围及作用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，二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：①使物料混合均匀；②使气体在液相中很好的分散；③使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；④使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；⑤强化相间的传质（如吸收等）；⑥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。
第二节搅拌物料的种类及特性搅拌物料的种类主要是指流体。
搅拌机设计
第一节 罐体的尺寸确定及结构选型 （一）筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头 （二）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 1.7~2.5，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/ 2.5i H D =根据工艺要求，装料系数0.7η=，罐体全容积39V m =，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）390.7 6.3g V V m η=•=⨯=。
初算筒体直径iii D H D H D V 442ππ=≈34ηπi gi D H V D ≈即m D i 66.17.05.214.33.643≈⨯⨯⨯=圆整到公称直径系列，去mm DN 1700=。
封头取与内筒体相同内经，封头直边高度mm h 402=， （三）确定内筒体高度H当mm h mm DN 40,17002==时，查《化工设备机械基础》表16-6得封头的容积30.734v m =224(90.734)3.643.14 1.74i V vH m D π--===⨯，取 3.7H m = 核算/i H D 与η/ 3.7/1.7 2.18i H D ==，该值处于1.7~2.5之间，故合理。
226.30.69'1.7 3.70.73444g gi V V V D H vηππ====+⨯⨯+该值接近0.7，故也是合理的。
（四）选取夹套直径表1 夹套直径与内通体直径的关系由表1，取10017001001800j i D D mm =+=+=。
夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径 （六）校核传热面积工艺要求传热面积为211m ，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积23.34,3.7i A m m =高筒体表面积为21 3.7 3.14 1.7 3.719.75i A D m π=⨯=⨯⨯=总传热面积为3.1419.7523.0911A =+=>故满足工艺要求。
第二节 内筒体及夹套的壁厚计算 （一）选择材料，确定设计压力按照《钢制压力容器》（15098GB -）规定，决定选用0189Cr Ni 高合金钢板，该板材在150C 一下的许用应力由《过程设备设计》附表1D 查取，[]103t MPa σ=，常温屈服极限137s MPa σ=。
机械搅拌机设计计算
机械搅拌机设计计算
1.设计要求
-搅拌机的容积大小
-搅拌机的转速
-搅拌机的功率需求
-搅拌机的结构和材料选择
2.容积大小计算
容积大小的计算是根据所需处理物料的量来确定的。
例如，如果需要混合500升的液体，那么搅拌机的容积应该大于或等于500升。
3.转速计算
转速的选择依赖于所需的混合程度和处理物料的性质。
通常情况下，较高的转速能够更好地实现混合，但是对于一些粘稠物料来说，较低的转速可能更为合适。
根据搅拌机的工作特性和物料性质，选择合适的转速。
4.功率需求计算
搅拌机的功率需要根据搅拌工作的性质来确定。
常见的方法是通过计算转矩和功率来确定所需的电机功率。
转矩的计算是通过考虑搅拌机所需要的最大转矩来确定的。
5.结构和材料选择
搅拌机的结构和材料选择是根据搅拌物料的特点和工作条件来确定的。
例如，对于一些食品或制药行业的应用，搅拌机通常会选择不锈钢等耐腐
蚀材料制作，以满足卫生要求。
6.动力传输系统设计
7.结构强度计算
搅拌机的结构强度计算是为了确保搅拌机在工作过程中不发生结构应
力过大、变形等问题。
针对不同的结构和材料，通过应力分析和材料力学
性质计算，确定搅拌机各个部件的尺寸和结构。
8.平衡性和稳定性计算
以上是关于机械搅拌机设计计算的一些基本内容，当然，具体的设计
计算还需根据具体的实际情况来确定。
设计者需要结合所处理的物料特性、工作环境要求、结构设计要求等方面的考虑进行计算和选择，以保证机械
搅拌机能够满足实际工作需要。
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2020/5/28
9.4 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
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 9.4 搅拌罐结构设计 9.5 传动装置及搅拌轴 9.6 轴 封
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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
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2020/5/28
9.1 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。
可以参看表9－1)
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2020/5/28
9.2 搅拌器的型式及选型
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2020/5/28
9.3 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。
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2020/5/28
9.5 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。
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
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2020/5/28
9.3 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)
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9.5 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：
max
T Wp
k
在静载荷作用下，[τ]=(0.5~0.6)[σ] 轴的抗扭截面系数Wp为：
Wp
T
k
对于实心轴，Wp＝πd3/16，便可计算轴的直径。
需要足够液料高度的，希望长径比大些。
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9.4 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η Vg＝V·η
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9.4 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
Di
3
4Vg
H
Di
3）确定筒体直径和高度
H
V V0
4
Di2
Vg
4
V0 Di2
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9.4 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
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9.3 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。
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9.2 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
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9.1 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。
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9.1 概 述
9.1.2 结构 搅拌设备
搅轴 搅
拌 装
拌
置封 罐
传搅搅 罐 附
动 装
拌
拌
置轴器 体 件
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9.2 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)。
及η，如大致符合要求即可。
9.4.2 顶盖的结构(自学)
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9.5 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