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。

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。

第三节搅拌装置的安装形式搅拌设备可以从不同的角度进行分类，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三形式进行分类说明。

一、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，5.5~22kW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。

二、偏心式搅拌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。

三、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0.1~22kW，使用一层或两层桨叶，转速为36~300r/min，常用于药品等稀释、溶解、分散、调和及pH值的调整等。

四、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：搅四拌轴短、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。

五、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相系的物料，例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。

六、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。

七、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。

五六旁入式搅拌设备，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。

八、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。

第二章 容器第一节 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ii i D H D H D V 442ππ=≈ 34ηπi g i 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，七封头直边高度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 3.70.73444ggi V V V D H v ηππ====+⨯⨯+ 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 内筒径,i D mm500~600 700~1800 2000~3000 夹套,j D mm 50i D + 100i D + 200i D + 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 =+=>八故满足工艺要求。

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=。

计算夹套内压介质密度31000/kg m ρ=液柱静压力100010 3.70.037gH MPa ρ=⨯⨯=最高压力max 0.5P MPa =设计压力max 1.10.55P P MPa ==所以0.0375%0.0275gH MPa P MPa ρ=>=故计算压力0.550.0370.587c P P gH MPa ρ=+=+=内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取0.587c P MPa =，按外压则取0.5c P MPa =（三）夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择235Q B -热轧钢板，其235,[]113t s MPa MPa σσ== 夹套筒体计算壁厚j δ2[]c jj t c P D P δσϕ=-夹套采用双面焊，局部探伤检查，查《过程设备设计》表4-3得0.85ϕ= 则0.551800 5.1721130.850.55j mm δ⨯==⨯⨯- 查《过程设备设计》表4-2取钢板厚度负偏差10.8C mm =，对于不锈钢，九当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量20C =，对于碳钢取腐蚀裕量22C mm =，故内筒体厚度附加量120.8a C C C mm =+=，夹套厚度附加量12 2.8b C C C mm =+=。

根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度14nj mm δ=。

夹套封头计算壁厚kj δ为0.551800 5.162[]0.521130.850.50.55c jkj t c P D mm P δσ⨯===-⨯⨯-⨯ 取厚度附加量 2.8C mm =，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。

（四）内筒体壁厚计算①按承受0.587MPa 内压计算焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：0.5871700 5.722[]21030.850.587c jt c P D mm P δσϕ⨯===-⨯⨯- ②按承受0.55MPa 外压计算设内筒体名义厚度12n mm δ=，则120.811.2e n a C m m δδ=-=-=，内筒体外径21700211.21722.4o i n D D mm δ=+=+⨯=。

内筒体计算长度112800(42512)2945.733j L H h mm =+=++=。

则/ 1.71o L D =，/153.79o e D δ=，由《过程设备设计》图4-6查得0.0004A =，图4-9查得50B MPa =，此时许用外压[]P 为：5011.2[]0.330.551722.4e o B P MPa MPa D δ⨯===< 不满足强度要求，再假设16n mm δ=，则160.815.2n a e C mm δδ=-=-=，21700215.21730.4o i n D D mm δ=+=+⨯=，十 内筒体计算长度112800(42516)294733j L H h mm =+=++=则/ 1.7o L D =，/113.84o e D δ= 查《过程设备设计》图4-6得0.0006A =,图4-9得60B MPa =，此时许用外压为：6015.2[]0.5620.551730.4e o B P MPa MPa D δ⨯===> 故取内筒体壁厚16n mm δ=可以满足强度要求。