曹明智立式搅拌反应釜的机械设计.doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上毕 业 设 计（论 文）题目 立式搅拌反应釜的机械设计 院 别：继续教育学院 专 业：过程装备与控制工程 班 级： 装备092 设 计 人： 曹明智 指导教师： 富玉竹 毕业设计（论文）任务书学生姓名曹明智准考证号5 自考班级装备091 设计(论文)题 目题目 立式搅拌反应釜的机械设计基础数据1工作压力：壳程1.0 MPa、夹套0.5 MPa2工作温度：壳程95 、 夹套 1333物料名称：壳程 NaOH50% 、夹套 油、萘、4反应容积：4000L5搅拌轴转速：63 r/min毕业设计(论文）的主要内容说明部分1绪论2反应釜釜体结构设计3强度计算及零部件选择4结束语

2、5参考文献主要参考文献：GB150钢制压力容器JB4731钢制卧式压力容器JB4746钢制压力容器用封头压力容器工程师设计指南化工容器设计计算部分1釜体工艺尺寸的确定计算2釜体壁厚设计计算3搅拌轴设计计算绘图部分：A0立式搅拌反应釜装配图一张任务下达时间2010年7月12日指导教师签 字富玉竹要求完成日期2010 年9月 20 日评阅（审）人意 见签字：年 月 日专 业指导委员会意 见负责人签字：年 月 日备 注专心-专注-专业立式搅拌反应釜的机械设计摘 要本设计涉及的搅拌设备是立式搅拌反应釜的机械设计，釜的结构采用夹套式。内筒介质为萘和热油、设计压力为1.0MPa；夹套内介质为水、设计压力为

3、0.5MPa；主体材质为16MnR；搅拌速度为63r/min。操作时夹套内的水冷却内筒的物料。设计方法采用压力容器的常规设计方法，按照GB150-98钢制压力容器等技术法规执行，设计内容主要包括设计方案的选择、釜体（内筒和夹套）强度及结构设计、搅拌装置设计、传热装置设计、传动装置设计以及反应釜其他零部件设计等。其设计计算结果准确，与工程实际聚合釜相符；图纸符合国家机械制图标准要求，结构简单、合理，优于现场实际设备。搅拌器在原设计的基础上改为立式螺带式搅拌器，釜内物料混合充分、均匀，搅拌效果满足了生产要求。本设备混合性能好、能耗低、结构简单、紧凑，占用空间及作业面积小、操作维修方便、易于使物料形

4、成轴向流型并在彼此之间相互分散，能增大不同物相间的接触面积，大大加快传热和传质过程。因此，该浆式搅拌反应釜应用前景广阔。关键词：反应釜；聚合釜；搅拌设备；传热装置；Vertical stirrer tanks of mechanical designAbstractReactors are one kind of important vessels in chemical production. The reaction mechanism in it is complicated. Because of multiple controlled objects and big time-var

5、iant, non-linear, time-delay, classical control theory and optimal control of modern control theory are not fit for the control of reactors. The analysis of the reactors heat transfer characteristics, and the transfer function of cooling mixtures flux to the temperature in reactors are concluded in

6、the paper. Intelligent control system of two-part control according to error range is designed also. Adaptive fuzzy-control based on modified rule and incomplete differential PID-control are adapted in the system. The analysis process and control algorithm are described in detail. On the basis of th

7、is, intelligent controller based on series of MCS-51 single-chipcomputer is designed, and popular serial bus-I2C bus and 1-wire bus are used in thispaper, which constitute the system of multiple points temperature measurement. Port circuits of single-chip computer and software program are designed i

8、n the paper, too. By controlling the executive device and condition parameters of the reactor, the control of temperature and its grade realized.The equipment is about the design of demulsified polymerize, which is used in medical, the structure of polymerize is jacket style, the media of boiler is

9、ethylene oxide and propylene oxide, the designed pressure is 0.55MPa, the media of the jacket is water, the designed pressure is 1.98MPa; the main material is 0Cr18Ni9, and stirring speed is 85r/min. The water of jacket cools the material of boiler. Designed methods is common, and according to GB150

10、98steel pressure vessels, the major designed content included the choice of designed method, the design of cauldron bodys (including boiler inner and jacket) strength and structural, design of Mixing device、Heat transfer device、Actuator and other parts.Key words：Reactor; polymerization reactor; mix

11、ing equipment; heat transfer devices.目 录第1章 绪论在生产实践中，要实现某种化工生产就需要由相应的机器和设备。例如，对物料进行混合、分离、加热和化学反应等操作，就需要有混合搅拌设备、分离设备、传热和反应设备；对流体进行输送，就血药有管道、阀门和储存设备等因此，化工机器及设备是实现化工生产的重要工具，没有相应的机器和设备，任何化工生产过程都将无法实现。石油化工生产过程主要由物理加工过程和化学加工过程所组成。物理加工过程可通过精馏、吸收、萃取、过滤、干燥等化工单元操作来完成。化工加工过程则是在反应设备内，而许多化工生产过程都需要采用搅拌操作来完成，搅拌可以使

12、两种或多种不同的物质在彼此之间互相分散，从而达到均匀混合，也可以加速传热和传质过程，它是一种广泛应用的单元操作，它的复杂性正在于它的原理要涉及流体力学、传热、传质以及化学反应等多种过程，它既可以是独立流体力学范畴的单元操作，又往往是完成其他单元操作的必要手段。从本质上讲搅拌过程就是在流动场中进行单一的动量、热量、质量传递及化学反应的过程。搅拌设备设计的基本要求有：1. 安全可靠2. 满足过程要求3. 综合经济性4. 易于操作、维护和控制5. 优良的环境性能搅拌反应设备对于流体力学的研究具有重要意义，在液体中进行搅拌时，搅拌器功能不仅引起液体的整个运动，而且在液体中会产生湍动，这就需要设计出避免

13、产生涡旋现象的搅拌器，常用的搅拌器有浆式、推进式和涡轮式。搅拌反应设备的应用很广泛。主要用于物料的混合、溶解、传热、制备悬浮液、制备催化剂等。尤其是化学工业中，很多的化工生产中都应用搅拌操作，化学工艺过程中的种种化学变化是以参加反应物的充分混合为前提的，对于加热、冷却、液体的萃取以及气体的吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到良好的效果，减半反应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，它作为反应器占反应器总数的90%，其他如染料、医药、农药、油漆等行业，都采用各种型式的搅拌反应设备。搅动液体使之发生某种方式的循环流动，从而使物料混合均匀或使物理、化学过程加速的

14、操作。搅拌在工业生产中的应用有：气泡在液体中的分散，如空气分散于发酵液中，以提供发酵过程所需的氧；液滴在与其不互溶的液体中的分散，如油分散于水中制成乳浊液；固体颗粒在液体中的悬浮，如向树脂溶液中加入颜料，以调制涂料；互溶液体的混合，如使溶液稀释，或为加速互溶组分间的化学反应等。此外，搅拌还可以强化液体与固体壁面之间的传热，并使物料受热均匀。搅拌的方法有机械搅拌和气流搅拌。搅拌操作分为机械搅拌和气流搅拌。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，或使气泡群以密集状态上升借所谓气升华作用促进液体产生对流循环。与机械相比，仅气泡的作用对液体所进行的搅拌是比较弱的，对于几千毫帕秒以上的高黏

15、度液体是难于适用的。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映液体的搅拌是很便利的。在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌。搅拌设备在工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。化学工艺过程的种种化学变化，是以参加反应物质的充分混合为前提的。对于加热、冷却和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到好的效果。搅拌设备在许多场合是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90%。其他如染料、医药、农药、油漆等行业，搅拌设备的使用亦很广泛。搅拌设备的应用之所以这样广泛，还

16、因搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留的时间等）的可控范围较广，又能适应多样化的是生产。在石油工业中因为大量应用催化剂、添加剂，所以对搅拌设备的需要量很大。由于物料操作条件的复杂性、多样性，对搅拌设备的要求也复杂化了。如炼油厂的硅铝反应器、打浆罐、等都是装有各种不同型式的搅拌器的搅拌设备。第2章 设计方案的选择及设计参数的确定2.1 反应釜类型的选择随着石油化工生产的不断发展和需求，搅拌反应釜成为化工生产中常用的反应设备，一台搅拌反应设备大致由釜体、换热元件、搅拌装置、传动装置以及密封装置等组成。搅拌容器筒体基本上是圆筒形，封头常采用椭圆形封头、锥形封头和平盖，其中以椭圆形封头应用最广。反应釜

17、是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。为了在操作过程中队反应物进行控制，从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。反应釜操作温度较高，通常化学反应需要在一定的温度条件下才能进行，所以反应釜既承受压力又承受温度。获得高温的方法通常有水加温要求温度不高时可采用，其加热系统有敞开式和密闭式两种。敞开式较简单，它由循环泵、水槽、管道及控制阀门的调节器所组成，当采用高压水时，设备机械强度要求高，反应釜外表面焊上蛇管，蛇管与釜壁有间隙，使热阻增加，传热效果降低。反应釜一般分为

18、4类；搅拌反应釜：一般用于石油化工业、以及化学工业物质材料的搅拌，使物质更加均匀，反应充分等。不锈钢反应釜：适用于石油、化工、医药、冶金、科研、大专院校等部门进行高温、高压的化 学反应试验，对粘稠和颗粒的物质均能达到高搅拌的效果.搪玻璃反应釜：广泛应用于石油、化工、食品、医药、农药、科研等行业电加热反应釜：广泛应用于石油、化工、食品、医药、农药、科研等行业，是用业完成聚合、缩合、硫化、烃化、氢化等化学工艺过程，出及有机染料和中间体许多工艺过程的反应设备。2.2 设计参数的确定2.2.1 设计压力的确定设计压力是指容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不的低于工作压力。实

19、际计算时可以按压力容器安全技术监察规程等有关规来确定相信的设计压力1当容器上装有安全泄放装置时，考虑到安全阀开启时动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力应低于安全阀的开启压力，通常可取最高工作压力的1.051.10倍；2 装设爆破片时，设计压力不得低于爆破片的爆破压力。3当容器出口侧管线上装有安全阀时，其设计压力应不低于安全阀的开启压力加上流体从容器至安全阀处的压力降。 本次设计为立式搅拌反应釜的机械设计，釜内和夹套的工作压力分别为1.0Mpa和0.5Mpa，容器上并未装设安全阀和爆破片等安全泄放装置，但是为了使设备能安全地进行工作，本次釜内和夹套的设计压力都取1.1倍的工作压力，分别为1.1

20、Mpa和0.55Mpa。2.2.2 设计温度的确定设计温度是指容器在正常工作的情况下，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度（指沿金属截面厚度的温度平均值）。当元件金属温度不低于0时，其值不得高于金属可能达到的最低温度；GB150规定设计的温度等于或低于20的容器于低温元件的金属温度，可以通过传热计算或实测得到，也可按内部介质的最高（或最低）温度确定，或在此基准上增加（或减少）一定数值。设计温度与设计压力存在对应关系。当压力容器具有不同的操作工况时，应按最苛刻的压力与温度的组合设定容器的设计条件，而不能按其在不同工况各自的最苛刻条件确定设计温度和设计压力。本次设计严格遵循GB150规定，并

21、且考虑到设计压力，釜内的设计温度取95，夹套的设计温度取133。第3章 反应釜的结构设计3.1 釜体的选型及尺寸确定反应釜筒体的主要部分是容器，如图3-1（a）所示。其筒体基本是圆筒形，封头常采用椭圆形、锥形和平板形，其中以椭圆形应用最广泛。釜体结构与传热形式有关，最常见的是夹套式壁外传热结构，如图3-1（b）所示；也有釜体内设蛇管的传热结构，如图3-1（c）所示，必要时也可将夹套和蛇管联合使用。釜体上按工艺要求还需要安装各种接管口。(a) 筒体 （b）夹套 （c）蛇管图3-1釜体结构3.1.1 釜体材料及结构型式的选择1. 釜体材料的选择反应釜应用在在石油化工业、医药、食品、农药等行业，这些

22、行业大多是化学反应的，对釜体材料要求较高，应该考虑到它的耐腐蚀性、使用性能、工艺性、以及经济合理性、都要符合规定。在满足了以上要求之后，还要充分考虑介质的特性，介质特性主要是介质的组成、浓度和PH等，介质通常与构件材料以界面形式直接接触的，因此主要考虑的是材料的耐腐蚀性和耐磨性，腐蚀性的组分种类不同，含量不同，对材料的腐蚀性也不同；并且化工神色悲大多处理流动介质，当介质包含有固体颗粒或有很高的流速时，它会在构件的表面产生冲刷、涡旋和湍流等现象，引起材料严重冲击、磨损，这时又要求材料又足够的耐磨性。压力容器常用的材料又如下几种：1) Q235-AF 容器设计压力P0.6MPa；钢板使用温度为02

23、50；用于壳体时，钢板厚度不大于12mm；不得用于易燃介质以及毒性程度为中度、高度或极度危害介质的压力容器。2) Q235A 容器设计压力P1.0MPa；使用温度在0350。不得用于盛装液化石油气介质以及毒性程度为高度或极度危害介质。3) Q235B 容器设计压力P1.6MPa；钢板使用温度在0350；不得用于毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器。4) 16MnR 它属于强度用钢，是345MPa级的低合金钢，具有良好的机械性能、焊接性能、工艺性能极低温冲击韧性。中低温时机械性能均优于Q235-A、15、20等碳素钢，使用温度在-40475的场合，在石油化工设备、锅炉、压力容器中广泛使用。5)

24、 0Crl8Ni9 它属于不锈耐酸钢，抗高温氧化性能好、有良好的塑性、韧性、冷加工性，在氧化性酸和大气、水、蒸汽等介质中耐酸性亦佳。此钢有较好的冷变形性能，可以进行弯曲、卷边等工序，但冷作硬化能力很强，对冷变形量大的工序，则需进行一次中间热处理，焊接性能良好，可以进行各种方法的焊接。是在化工、原子能、食品设备中应用最广泛的不锈钢和耐热钢，除制作壳体外，还可作设备衬里、容器法兰衬环、紧固件、金属密封垫等。鉴于16MnR能够满足材料的使用性能、工艺性能和经济性能，并且适合本次设备设计，所以本次设计釜体的材料选用16MnR。2.釜体结构型式的选择搅拌反应釜釜体的主要部分是容器，其筒体基本上圆柱形的。

25、由于圆柱形筒体是最常见的一种压力容器结构形式，具有结构简单、易于制造、便于在内部装设内件等优点，被广泛应用于反应器、换热器、分离器和中小型容积储存容器。由于圆柱形筒体结构简单、易于在内部安装内件，所以本次设计选用圆柱形筒体。3.1.2 釜体直径及高度计算1.釜体直径的计算釜体的基本尺寸是内径Di和高度H，它们的尺寸首先要满足工艺设计要求。对于反应釜，设备容积式主要决定参数，根据化工原理知识，搅拌功率与搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器的直径往往需要随容器直径的增大而增加，因此在同样的容积下，反应釜的直径太大时不适宜的，但某些有待定要求的反应釜如发酵罐之类，为了使通入罐中的空气能与发酵液充分接触

26、需要一定的液体高度，故筒体的高度不宜太矮。 根据实践经验，集中反应釜的H/D如表3-1所示。 表3-1 反应釜的H/D值种类釜内物料类型H/D一般反应釜液液相或液固相物料11.3气液相物料12发酵罐类气液相物料1.72.5在确定反应釜直径及高度时，还根据反应釜操作时所允许的装料程度装料系数等予以综合考虑，通常装料系数可取0.60.85；如果物料在反应过程中产生泡沫或成沸腾状态，应取较低值，一般为0.60.7；若反应状态平稳，可取0.80.85（物料粘度大时，可取最大值）。因此，釜体容积V与操作容积V应有如下关系：V= V工程实际中，要合理选用装料系数，以尽量提高设备利用率。对于直立反应釜来说

27、釜体容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积之和，根据釜体容积V和物料性质，选定H/D值，估算筒体内径D，由公式（3-1）和（3-2）求得。 = (3-1) (3-2)可得 D=1620mm式中：V釜体容积，m（本次设计的釜体容积为4m）； H筒体高度，m； D筒体内径，m； H/D由表3.1得，并根据实际情况取H/D=1.2。将计算结果圆整为标准直径，的D=1600mm。2.釜体高度的计算对于直立式反应釜，其圆柱部分筒体的高度H可由公式（3-3）计算。 (3-3)=式中：V釜体容积，m（本次设计的釜体容积为4m）； V下封头所包含的容积，VH=0.617m；可从文献9中表166查得。 V

28、筒体每一米高的容积，V1=2.010m；可从文献9中表166查得。 3. H/D校核： 所以合格 V1 =3.141.61.61.7=3.416 m V= V1 + V=3.416 + 0.617 = 4.033 4 m 所以釜体容积合理 4.釜体的装料量 装料系数且取0.7； V釜体容积； V0 = V = 4.03 0.7 = 2.821 m3.1.3 釜体厚度计算由于釜内承受1.0Mpa压力，而夹套承受0.5Mpa压力，所以筒体的厚度有以下几种情况：1. 只受1.0Mpa内压1) 确定壁厚由公式（3-4）计算。2) 因为 = 1.1Pw = 1.1 1.0 = 1.1Mpa （3-4）C

29、C+C=0.6+1.5=2.1 mm将计算结果圆整，取 设计压力；筒体内径；名义厚度；有效厚度；3) 验算最小壁厚对于压力较低的容器，按强度计算出来的壁厚很薄，往往会给制造和运输、吊装带来困难，为此对壳体元件规定了不包括腐蚀裕量的最小厚度。对于碳素钢、低合金钢制的容器，不小于3mm；对于高合金钢不小于2mm。 将计算结果圆整，取而所以，取壁厚。4) 校核水压试验强度 因为 = 1.1Pw = 1.1 1.0 = 1.1MpaP=1.25P0.9显然，故水压试验强度足够。设计压力；实验压力；计算应力；屈服应力；焊接接头系数；3.2 封头的选型及尺寸确定3.2.1 封头材料及结构型式的选择1.

30、封头材料的选择此次设计封头的材料与釜体的材料相同，采用16MnR。2. 封头结构型式的选择压力容器封头的种类较多，封头又称端盖，按其形状可分为三类：凸形封头、锥形封头、平板形封头。其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠形封头。1）半球形封头半球形封头，如图3-2（a）所示，为半个球壳，半球形封头与球壳具有相同的优点，即在同样的条件下，它所需要的壁厚最薄，在同样的容积时其表面积最小，壳节省钢材，故从这些方面看来，半球形封头是最理想的结构形式。但其缺点是深度较大，直径小时，整体冲压困难；直径大时，采用分瓣冲压其拼焊工作量又较大。因此，对于一般中小直径的容器很少采用半球形封头，半球形

31、封头常用在高压容器上。2）椭圆形封头椭圆形封头，如图3-2（b）所示，是由半个椭球面和一个短圆筒组成，由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压和成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。受内压椭圆形通体封头中的应力，包括由内压引起的薄膜应力和封头与圆筒连接处不连续应力，都与椭圆封头长轴与短轴的比例有关。目前，工程上一般都采用限制椭圆形封头最小厚度的方法，如GB150规定标准椭圆封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15%，非标准椭圆形封头的有效厚度应不小于0.30%。 （a）半球形封头 （b）椭圆形封头 （c）碟形封头图3-2

32、封头类型3）碟形封头碟形封头，如图3-2（c）所示，是带折边的球面封头，由半径为RI球面体、半径为r的过渡环壳和短圆筒等三部分组成。在工程中使用并不理想。但过渡环壳的存在降低了封头的深度，方便了成型加工，且压制碟形封头的钢模加工简单，因此，在某些场合仍可以代替椭圆形封头的使用4）球冠形封头碟形封头当r=0时，即成为球冠形封头，它是部分球面与圆筒直接相连，因而结构简单、制造方便，常用于容器中两独立受压室的中间封头，也可用作端盖。由于球面与圆筒连接部分没有转角过渡，所以在连接处附近的封头和圆筒上都存在相当大的不连续应力。综上所述，本次设计选用椭圆形封头。3.2.2 封头的厚度计算1. 上封头厚度的

33、计算1）确定壁厚釜体的上封头只承受0.5MPa的内压时。 因为 = 1.1Pw = 1.1 1.0 = 1.1MpaC=C+C=0.6+1.5=2.1 mm将计算结果圆整，取2）验算最小壁厚对于压力较低的容器，按强度计算出来的壁厚很薄，往往会给制造和运输、吊装带来困难，为此对壳体元件规定了不包括腐蚀裕量的最小厚度。对于碳素钢、低合金钢制的容器，不小于3mm；对于高合金钢字母不小于2mm。将计算结果圆整，取而所以，取壁厚。3）校核水压试验强度=1.25P0.9显然，故水压试验强度足够。所以，上封头厚度。2.下封头厚度的计算 1）当只受0.5MPa内压时与上封头相同。2）当只承受外压时与筒体厚度计

34、算方法相同。3）当同时承受内压和外压时与筒体厚度计算方法相同。所以，封头厚度取 设计压力；实验压力；计算应力；筒体内径；名义厚度；有效厚度 第4章 反应釜的搅拌装置4.1 搅拌器的类型及选择一、设计反应釜时，选择合适的搅拌器时十分重要的。选择时根据什么原则，考虑什么因素，下面提出一些原则性的意见。考虑的因素主要有两个方面，一是介质的性质，如被搅拌液体的黏度、重度及腐蚀性；另是反应过程的特性及传质传热的要求等。二、搅拌附件减半附件通常是指在搅拌槽内为了改变流动状态而增加的设备零件，如挡板和导流筒。在某些场合，这些附件是不可缺少的。采用那种附件要和搅拌器的造型综合考虑，以达到预期的搅拌流动状态增设

35、附件会使液体的流动阻力增大，当然要影响搅拌功率，这在后面的功率计算中还要谈到。有时，搅拌槽内的某些零件不是专为某些专为改变流动状态而设计的，但因为它对也留也有一定的阻力，也会起到这方面的部分作用，如蛇管传热、温度计套管就属此类零件。三、搅拌反应设备可以从不同角度进行分类，其中按搅拌装置的安装型式可分为以下几类：1.立式容器中心搅拌2.偏心式搅拌3.倾斜式搅拌本次的设计主要应用的是立式反应釜的机械设计，下面简单介绍一下特点：立式容器中心搅拌设备，是将搅拌装置安装在立式设备筒体的中心线上，驱动方式一般为皮带传动或齿轮传动，用普通电机直联或与减速器直联，功率为0.1kw,在实际应用中0.222kw比

36、较常见。由于设备的大型化，超过400kw，的大型设备也出现了，一般认为功率3.7kw以下为小型，5.522kw为中型；转速低于100r/min为低速，100400r/min为中速，大于400r/min为高速。中、小型立式容器搅拌反应设备，转速为300360r/min，电机功率大约为0.415kw的范围，用皮带或齿轮一级减速。桨叶的形状，根据用途可以考虑各种各样的组合方式，以三叶推进式、涡轮式为主体。图4-1 立式容器中心搅拌四、搅拌轴的设计1、搅拌轴的材料和普通的轴一样，常用45 号钢，不重要的强度要求不高的搅拌轴可用Q235钢，当耐腐蚀要求较高或要求物料不被铁离子污染时，应采用不锈耐酸钢或采

37、用防腐措施。2、搅拌轴的结构搅拌轴常用实心和空心直轴。其结构型式轴上安装的搅拌器的类型、支撑的结构和数量以及与联轴器的链接要求不高而定。还要考虑腐蚀等因素的影响。下面介绍几种常用的搅拌器将结构和特点。1. 桨式搅拌器桨式搅拌器结构简单，制造容易。缺点是主要产生旋转方向的液流，即便是折叶式桨式搅拌器，所造成的轴向流动范围也不大。它主要应用于流体的循环或黏度较高物料的搅拌。 （a）平直叶式 （b）折叶式图4-2 桨式搅拌器2. 涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高涡轮式搅拌器（又称透平式叶轮）。它是应用较广的一种搅拌器，能有效地完成几乎所有的教版操作，并能处理黏度范围

38、很广的流体。3. 推进式搅拌器推进式搅拌器结构简单、制造方便，适用于黏度低，流量大的场合，利用较小的搅拌功率通过高速转动的叶片能获得较好的搅拌效果，主要用于液液系混合，使温度均匀，在低浓度固液系中防止淤泥沉降等。推进式搅拌器循环性能好，剪切作用不大，属于循环型搅拌器。4. 螺带式搅拌器螺带式搅拌器是由桨式搅拌器变化而来的。它主要特点是消耗功率小。根据资料介绍，在雷诺数相同的情况下，单螺旋搅拌器的消耗功率是涡轮式搅拌器的消耗功率的二分之一，因此在化工生产中应用较为广泛，并主要适合在高粘度、低转速的情况下使用。由于桨式混合设备结构简单、混合性能好、能耗低、装料系数较大、同时所占用空间及作业面积小、

39、操作维修方便，而且应用很广泛。鉴于以上各种搅拌器的特点和此次设计的基本条件，本次设计选用桨式搅拌器作为反应釜的搅拌装置。4.2 搅拌功率的计算搅拌过程进行时需要动力，这动力也称搅拌功率，具有一定结构形状的设备中装有一定物性的液体，其中用一定形式的搅拌器以一定的转速进行搅拌时，将对液体做功并使之发生流动，这是使搅拌器连续运转所需要的功率即搅拌功率。显然，搅拌功率是搅拌器的几何参数、搅拌罐的几何参数、物料的物性参数和搅拌器的运转参数的函数。搅拌功率准数Np是搅拌设备最基本得特征参数之一，搅拌功率可由文献中P362公式82计算。影响搅拌功率P的主要因素有以下四种：1. 搅拌器的集合尺寸和转速：如叶轮

40、的直径d、叶宽b、叶片倾角、转速N、单个叶片数Np和叶轮离罐底宽度e等。2. 搅拌容器的结构：如罐形、罐径D、深度H、挡板数Nb和挡板宽度Wb等。3. 搅拌介质的特性：液体的密度、粘度等。4. 重力加速度g等。上述影响因素可以用下式关联：式中：B桨叶宽，m； d搅拌器直径，m； D搅拌容器内径，m； Fr弗劳德数，F； h液面深度，m； K系数； N转速，s； Np功率准数； P搅拌功率，w； r, q指数； R雷诺数， 粘度，Pas一般情况弗劳德数F的影响较小，容器的内直径D、挡板的宽度W等几何参数可归结到系数K。本次设计已知搅拌反应器筒体的直径为1600mm，采用螺旋式搅拌器，搅拌轴转速为

41、63r/min，容器内液体密度为913.6kg/m，粘度为0.45310-3mPas。搅拌功率计算如下：因为 搅拌器直径筒体直径装料系数 DJ= Di =16000.7=1120mm 取圆整值 DJ = 1200mm；n=63r/min=1.05 s由文献中P60图3-3EKATO公司的Np-Re算图可查的Np=1.7按公式可计算搅拌功率： kw所以本次设计的搅拌功率为4.7千瓦。4.3 搅拌轴的校核4.3.1 搅拌轴材料的选择搅拌轴材料的选择主要根据轴的工作条件并考虑制造工艺等阴虚共同来确定。轴的材料应有较高的强度和刚度，同时还要考虑材料的来源、工艺性和经济性。通常轴的常用材料是碳素钢和合金

42、钢。锻件的内部组织比较均匀，强度较好，故重要的轴（或尺寸变化大的轴）应采用锻件，常用优质碳素钢有35、45、50钢，其中以45钢应用最多。有时还需要适当热处理，以提高轴的强度、刚度和耐磨性。这类钢板的强度、塑性与韧性等综合机械性好，一般经正火、调质处理，且材料来源方便，加工方便，经济性好，可用于一般要求较高的轴，对于不重要或受载荷较小的轴可采用Q235A、Q275等普通碳素钢。搅拌轴收到扭矩和弯曲的组合作用，其中以扭转为主，所以工程删采用近的方法来确定搅拌轴的直径。综合考虑，本次设计选用45钢作为搅拌轴的材料。4.3.2 搅拌轴的强度校核 (4-1)式中：轴横截面上的最大剪切应力，MPa； MT轴所传递的扭矩，N mm；Wp轴的抗扭截面系数，mm；材料许用剪切应力，MPa。通常45钢取30MPa40MPa, Q235-A 取 12 MPa20 MPa。 选取45钢，查表可知A，A为(110120)，取A=115 因为d 所以 d d=56.5724mm；取圆整值d=57mm MT =9.55106 (4-2) 所以 MT =9.55106 =9.55106 MT =1.136 106 对于实心轴，