xx 科技学院毕业设计说明书 第 1 页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 xx 科技学院毕业设计说明书 第 2 页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。 搅拌加速传热和传质，在化工设备中广泛运用。搅拌的对象可以是液体 、固体和气体，其中液体是必不可少的。最常见的液体是水，其粘度很低。液体也可能很粘，如黄油在室温下可达 l，000，000 cP。液体中如加入过多的固体，如泥沙，会失去流动性，成为泥团。这种物料也可搅拌，但不在本文叙述的范围内。1.2.2 化工搅拌器的构造化工生产过程中，通常用到的搅拌器种类有桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、推进式搅拌器、锚式搅拌器、框式搅拌器、螺带式搅拌器等。各类搅拌器由于其构造，性能等差异，使其能够分别适用于化工生产中各种不同的工况。桨式搅拌器又可分为平直叶和折叶搅拌器两种。这类搅拌器的结构和加工都比较简单。搅拌器直径 d 与釜径 D之 比 dD 为 03508，其运转速度为 10100rmin，为大型低速搅拌器，适用于低、中等粘度物料的混合及促进传热，可溶固体的混合与溶解等场合。涡轮式搅拌器又可分为开启涡轮式和圆盘涡轮式两类，每类又可分为平直叶、折叶、后弯叶三种。涡轮式搅拌器外形结构上与桨式搅拌器类似，只是叶片较多。搅拌器直径 d 与釜径 D 之比 dD 为 01705，转速为 30500rmin。旋转时有较高的局部剪切作用，能得到高分散度微团，适用于气液混合及液液混合或强烈搅拌的场合，常用于低中等粘度物料 (1.0125 Mpa。故封头壁厚取 7mm 可以满足稳定性的要求。xx 科技学院毕业设计说明书 第 15 页3 传动装置的选择和搅拌器的设计3.1 搅拌器的选型化工生产过程中，通常用到的搅拌器种类有桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、推进式搅拌器、锚式搅拌器、框式搅拌器、螺带式搅拌器等。各类搅拌器由于其构造，性能等差异，使其能够分别适用于化工生产中各种不同的工况。由于本次设计的搅拌器是低粘度、低速度、液液混合的小功率设备，容积为 500L，根据搅拌器对这些因素的要求，本次设计选用斜桨式搅拌器。倾斜桨式搅拌器结构上，叶桨与搅拌轴的安装角90，在旋转搅拌时，阻力将碱小；另一方面，倾斜旋转的叶桨能使容器内的液料形成涡流，搅拌效果好，特别是当轴正向旋转时，可使沉淀物搅动上翻，对物料的搅拌效果相当好；当轴反向旋转时，又可使悬浮物搅至底部，对有悬浮物的液料搅拌十分有利但转轴受扭矩和弯矩复合作用，对其强度、剐度及安装的要求较高，多用于低速、低粘度、小功率( = 3040rmin) 搅拌因此桨式搅拌器符合设计的要求。3.2 搅拌器功率的计算在计算功率之前，首先计算搅拌过程的雷诺准数，计算公式为Re= （3.1）2 jnd已知 n=40 rmin=0.67r/s，dj=0.8m，=0.3Pa.s，=1500kg/m3所以雷诺数 Re=588。搅拌所需动力为P= （3.2）100053dnNP其中 Np 为功率准数，利用 Rushton 的功率曲线图，查得 Np=0.75，代入上式得xx 科技学院毕业设计说明书 第 16 页P=0.3KW，所需电动机的功率为 Pe=P/=0.31KW ，(=0.98)，所以选择 0.37KW 的电动机就可满足要求。3.3 搅拌轴的结构及材料3.3.1 轴的结构搅拌轴主要用来支承搅拌器的，并从减速器输出轴取得动力使搅拌器旋转，达到搅拌的目的。因此，搅拌轴的结构就是以这些要求为依据进行设计的。搅拌轴上端应同减速器输出轴相连。它们是通过联轴器相联接的，因此，搅拌轴上端必须复合联轴器的联接结构要求。轴上相应的位置应加工出同搅拌器相配合的结构尺寸。目前常用的搅拌器大都采用平键、穿轴销钉或穿轴螺钉固定。其结构如图 3.1 所示。1搅拌器 2防锈螺母图 3.13.3.2 轴的材料搅拌器轴的材料通常选用 45 号钢，还应进行正火或调质处理。同时由于化工反应中有腐蚀，所以还要进行防腐蚀处理。3.3.3 搅拌轴的计算搅拌轴的计算主要是确定轴的最小截面尺寸（轴径），需要进行强度、刚度计算或校核，验算轴的临界转速和挠度等，以便保证搅拌轴能安全可靠的运转。搅拌轴的特点是细而长，搅拌器设在轴的一端，轴受到扭转、弯曲和轴向等组合载荷，其中以扭转载荷为主。工程应用中常用近似的方法进行强度计算，即假定轴只xx 科技学院毕业设计说明书 第 17 页受到扭矩作用，然后用增加安全系数以降低材料许用应力的办法来补偿其他载荷的影响。(1) 轴的强度计算轴的扭转强度条件是：max =（3.3）PT WM由上式可知，只要知道了搅拌轴上所传递的扭矩 MT和轴材料的许用剪应力值后，就可求出轴的抗扭截面模量，即：WP= （3.4） TM已知MT可由轴传递的功率 P 和转速 n 求出，即：MT=9.55106P/n （3.5）然后再根据抗扭截面模量 Wp 同轴径 d 的关系求出搅拌轴的最小直径。因为Wp= （3.6）163d将（3.5） （3.6）式代入（3.4）式得d365.09mm361055. 916 3nP 3nP已知搅拌功率为 0.3KW，轴的转数 n=40r/min，=40Mpa，代入上式得 d=19mm。考虑到腐蚀，故搅拌轴的直径为 20mm。（2）轴的刚度的计算为了防止搅拌轴产生过大的扭转变形，从而在运转中引起振动，造成动密封失效，应该把轴的扭转变形限制在一个允许的范围内，这就是设计中的扭转刚度条件。为此搅拌轴要进行刚度计算。工程上是以单位长度的扭转角 不得超过许用扭转角作为刚度条件的，即：max=103 （3.7）PT GIMmax 180轴扭转变形的扭转角，/m；xx 科技学院毕业设计说明书 第 18 页G剪切弹性模量，Mpa；G=8.1104Mpa；Ip截面的极惯性矩。一般情况下 Ip =。324d从（3.7）式可以看出，扭转角 的大小与扭矩 MTmax成正比，与扭转刚度 GIp 成反比。许用扭转角值是根据实际情况确定的，一般搅拌轴选用=（0.51.0）/m。取=0.8。代入下式d1537mm (3.8) 4GnP得 d=20mm。轴径应同时满足刚度和强度两个条件。一般按刚度计算的轴径较按强度计算的轴径大，所以对搅拌轴来说，主要以刚度条件确定轴径。考虑到腐蚀，所以取最小轴径为d=20mm。3.3.4 搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求由于要求运转平稳，防止轴的弯曲对轴封处的不利影响，因此轴安装和加工要控制轴的直度，当转速 n100r/min 时，直线度允差为 1000：0.15。轴的配合面的配合公差和表面粗糙度可按所配零件的标准要求选取。3.4 搅拌器及传动装置等的设计及计算3.4.1 搅拌器的选择根据工艺要求，选用直径为 400mm，轴径 25mm 的桨式搅拌器，标记符号为40025.3.4.2 电动机的选型根据搅拌器的结构及电动机的安装方式，我们选用 YS 系列 V1 型立式电动机，电动机的型号 YS7112.转速 2800 r/min额定功率 370Wxx 科技学院毕业设计说明书 第 19 页最大转矩 2.4质量 9Kg其结构尺寸由文献6，表 1212可知。 3.4.3 减速器的选型根据我国目前情况，反应釜用的立式减速机主要有，摆线针轮减速机、两级齿轮减速机、V 带减速机、蜗杆减速机等几种，这几种减速机已由有关工业部门订有标准系列，根据本次设计情况和查阅有关手册，我们选用摆线针轮减速机，如图 3.2 所示。.图 3.2 摆线针轮减速机根据单支点机架（HG2156695）标准的附录中列有常用的“釜用传动装置减速机型号及技术参数”可以根据公称直径和搅拌轴转速来选择减速机的型号。我们选用BLD3129Q 型减速器。其安装尺寸参照文献 3, 表 1812（a）。3.4.4 轴承的选择轴承是机器中重要的部件，它的功用主要是支承轴及轴上的零件，并使轴保持一定的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦与磨损。一般的工作情况下，滚动轴承的摩擦阻力较滑动轴承的摩擦阻力小，其功率损耗也小，容易起动，润滑与维护简单，而且滚动轴承是标准件，可由专门工厂大批生产，选用方便。所以在各种机械设备中应用广泛。所以本次设计我们选用滚动轴承。滚动轴承通常由四种元件组成，即外圈 1、内圈 3、滚动体 2 和保持架 4，如下图。外圈和内圈都制有一定形状的滚道，以保证滚动体在其间作精确的运转。滚动体有球形、圆柱体、圆锥形、针形等，保持架的作用是把滚动体彼此隔开并沿滚道均匀分布，通常内圈装配在轴颈上，随轴一起转动；外圈装在轴承座里不转动。由于滚动体和内xx 科技学院毕业设计说明书 第 20 页圈、外圈的接触面积很小，接触应力很大，所以它们都是由合金钢制造的，经热处理使硬度达到 60HR