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          攪拌設備中的攪拌器是什么(四)

          • 經過上幾篇的介紹,朋友們已經對攪拌設備有了初步的認識了,這篇益泰攪拌機械將為我們從設計方面的思路入手。深入講解攪拌設備的核心理論知識。經過本篇相信朋友們會對攪拌設備有更深層的了解,將理論引入實際工作中,將是對益泰攪拌機械的撰稿人最大的支持!

            四、攪拌設備的設計思路

            攪拌設備思路可分為以下步驟:

            1)按設計要求可用的 D/T(輪徑/罐徑)值,和對攪拌時間、攪拌程度的要求,選定若干個不同轉速下的扭矩或功率要求;

            2)選定合理的葉輪安裝高度,結合設備情況,估計近似的攪拌軸長;

            3)估計合理的電動機功率;

            4)根據葉輪功耗。輸出軸、支架等等,選擇能滿足前三項要求的攪拌器;

            5)按照葉尖切線速度等條件,確定最合適的轉速,對設計進行優化,按已確定的條件,對軸系進行動力和強度等因素的驗算和分析。

            2 攪拌容器的設計

            1、 攪拌容器的設計探討

            攪拌容器的作用是為物料反應提供合適的空間。攪拌容器的筒體基本上是圓柱筒,封頭常采用橢圓形封頭、錐形封頭和平蓋,以橢圓形封頭應用最廣。下封頭與筒體一般為焊接連接,上封頭與筒體也可采用焊接連接,但在筒體直徑DN≤1500mm的場合多采用法蘭連接。筒體的直徑和高度是容器設計的基本尺寸。工藝條件通常給出設備容積V或操作容積V0 ,有時也給出筒體內徑Di,或者筒體高度H1和筒體內徑Di之比(稱為長徑比),其中V0=nV,n為裝料系數,表明容器操作時所允許的裝滿程度,在確定攪拌容器的容積時,其值通??扇?.6~0.85.如果物料在反應中產生泡沫或沸騰狀態,取0.6~0.7;如果物料在反應中比較平穩,可取0.8~0.85. 一般攪拌罐根據罐內物料類型筒體的高徑比可分為液固相、液液相1~1.3,氣液相1~2. 據設計要求,要求攪拌器的容積在500升左右,液體粘度為0.3Pa.s,液體的密度為ρ=1500kg/m3,運轉速度為40r/min,v=5m/s。結合實際條件,本課題選用筒式攪拌器。將攪拌器的外殼設計成圓筒形,攪拌器旋轉時,把機械能傳遞給流體,在攪拌器附近形成高湍動的充分混和區,并產生一股高速射流,使流體具有較高的壓頭,推動液體在攪拌容器內循環流動。在圓筒的導流作用下,介質從簡體的頂部和底部流入筒內,完成一個循環,使介質產生高速的徑向流和軸向流,同時加大介質流量,介質流動更均勻。通過筒式攪拌器與渦輪式攪拌器和推進式攪拌器的功率對比試驗,在相同的拌情況下,筒式攪拌器將電能轉化為機械能的效率更高,如圖2.1所示。

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            圖2.1三種攪拌器功率曲線

            (1) 筒式攪拌器的攪拌流型適于低黏度液體的攪拌,攪拌釜內的攪拌死角較少。

            (2) 筒式攪拌器對電能的利用率高,在相同的情況下,筒式攪拌器的功率準數較小,

            耗能少,表明筒式攪拌器在節能方面具有非常好的效果。

            (3) 筒式攪拌器的攪拌混合效率高,在相同的情況下,是渦輪式和推進式攪拌器的2~3倍。因此,本課題選用的筒式攪拌器能夠滿足設計的要求。

            2、 攪拌容器的設計計算 確定筒體的幾何參數

            (1)筒體型式

            選擇圓柱形筒體

            (2)確定內筒筒體的直徑和高度

            由于攪拌過程是液—液相混合,一般來說攪拌裝置的高徑比(H/D)為1~1.3,本

            次設計選用高徑比為1.2。已知攪拌容積是500L,根據公式

            D=4V (2.1) H/D可以計算處筒體的內直徑D=0.80m,筒體高H=0.96 m。

            (3)筒體材料的選擇及估算筒體鋼板的厚度

            根據冶金手冊產品的標準,我們選用普通碳素鋼,根據GB150—1998中對碳素鋼

            的要求和鋼板之間的差別,我們選用Q235—B熱軋鋼板,厚度尺寸選用9mm。

            (4)計算筒體的壁厚及強度校核

            按照材料力學中的強度理論,對于鋼制容器適宜采用第三、第四強度理論,但是由

            于第一強度理論在容器設計史上使用最早,有成熟的實踐經驗,而且由于強度條件不同而引起的誤差已考慮在安全系數內,所以至今在容器常規設計中仍采用第一強度理論,即σ1≤[σ] 式中是器壁中σ1三個主應力中最大一個主應力。對于內壓薄壁容器的回轉殼體,軸向應力σθ為第一主應力,徑向應力σψ為第二主應力,而另一個主應力σz是徑向應力,由于σθ、σψ與σz相比可忽略不計,即σ3=σz=0,所以第三強度理論與第一強度理論趨于一致。因此在對容器個元件進行強度計算時,主要確定σ1,并將其控制在許用應力范圍內,進而求取容器的壁厚。容器圓筒承受均勻內壓作用時,其器壁中產生的如下薄膜應力(圓筒的平均直徑為

            D,壁厚為t):σθ=PD 2t σψ=PD 4t 很顯然,σ1=σθ,故按照第一強度理論,有σ1 = tPD≤〔σ〕 (2.2) 2t 在容器設計中,一般只給出內徑值Di,則D=Di + t,將其代入上式,得tP(Di+t)/2t≤〔σ〕 (2.3)容器圓筒在制造時由鋼板卷焊而成,焊縫區金屬強度一般低于木材,所以上式中的t〔σ〕應乘以系數Ф。所以,考慮容器內部介質和周圍大氣腐蝕、供貨鋼板厚度的負偏差等原因,設計厚度應比計算厚度大。設t為圓筒的計算厚度,則由上式可得 t 2 ptpDtmm (2.4)式中p——設計內壓力,Mpa Di——圓筒內直徑,mm

            t ——計算厚度,mm Ф——焊縫系數,Ф≤1.0 t〔σ〕——設計溫度下圓筒材料的作用應力,Mpa。

            式(2.4)即為內壓圓筒厚度的計算公式。已知Q235—B 鋼的設計內壓力P<1.6 Mpa,

            t選用P=1.0Mpa,許用應力〔σ〕=125 Mpa,〔σ〕=125 Mpa,Ф=0.5,所以計算厚度t= (1.0×800)/(2×125×0.5—1)=7mm。代入公式(2.2)驗算得σ1=61.4<〔σ〕=125 Mpa,符合要求。

            3、 封頭的設計

            (1)封頭的選型及計算

            最常用容器封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和無折邊封頭等凸形封頭以及圓錐形封頭、平板封頭等數種。這些封頭都是壓力容器的主要受壓元件,由于與圓筒筒體的連接處有較為復雜的邊界條件,故有不同性質的應力存在,所以在對承受均勻內壓封頭進行強度計算時,除了要考慮封頭自身的薄膜應力外,還要考慮封頭與圓筒筒體連接處的不連續應力。

            綜上所述,根據本次設計的要求,從各個封頭的受力分析、制造工藝和的應用場合等各個方面綜合考慮,我們選用標準橢圓形封頭。如下圖2.2所示

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            圖2.2封頭

            橢圓形封頭是由半個橢球面和一圓筒直邊組成,其結構設計充分吸取了半球形封頭受力好和碟形封頭深度淺的優點,其應用最為廣泛。由于橢圓形封頭幾何特征造成經線曲率

            平滑連續,故封頭中的應力分布比較均勻。橢圓形封頭中的應力,包括由內壓引起的薄膜應力和封頭與圓筒體連接處的不連續應力兩部分。對于標準橢圓形封頭,其Di/2hi=2,K=1,則封頭的厚度計算公式為

            T=PDi/(2[σ]tφ-0.5p) (2.5)

            其中長軸為2a=Di=0.80m,hi/Di=0.25,所以hi=0.2m,短軸之半b=hi=0.2m。從式(2.5)可知,標準橢圓形封頭的厚度與筒體基本相同,若因Ф值有所不同,則相差也不會很大,為焊接方便,常取兩者等厚則t=7mm。

            (2)封頭的強度校核

            封頭的厚度為7mm,橢圓形封頭的當量球殼內半徑R1=KD=1ⅹ800=800mm,用(6)A= 查得B=120Mpa,由式(2.7)

            [P]=B (2.7) R0.125 e=0.0015, (2.6) R1

            得[P]=1.05Mpa>1.0125 Mpa。故封頭壁厚取7mm可以滿足穩定性的要求。

            如需要完整說明書和設計圖紙等.請聯系在線扣扣:九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業設計下載!全部設計都已通過答辯

            結論

            一方面我們可以根據操作目的、操作條件、操作方法、原料和成品的特性、安全等初選攪拌器葉輪的型式;另一方面還需要依據各種攪拌器葉輪的性能及其應用實例、使用經驗,綜合考慮選擇攪拌器。

            另一方面設計攪拌器時,除了運用經驗和公式計算所需要動力、回轉數等參數外,還需要以中小模擬試驗為基準,進行放大,以符合實際操作達到預期的效果。

            最后必須改進現有的攪拌器和設計新型的攪拌器,達到合適的攪拌液體流動狀態,以適應各種粘度攪拌的需要和滿足產品的性能要求,最終實現裝置高效、節能的效果。


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