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1、黄河科技学院毕业设计（论文） 第 1 页 小型搅拌器的设计摘要搅拌设备使用历史悠久，应用范围广。在化学工业、石油工业、建筑行业等等传统工业中均有广泛的使用。搅拌操作看来似乎简单，但实际上，它所涉及的因素却极为复杂。本文介绍了小型搅拌器设计的基本思路和基本理论，分析了搅拌器的基本结构及其相关内容阐述了搅拌器的运动及其动力装置。通过对搅拌器的基本设备的描述和对其基本工作原理、作用和功能等相关文献的参考，从而对小型搅拌器的设计加以综述。关键词：传动装置，联轴器，支承装置，电动机，减速器。The design of small-scale agitatorThe equipment of pulsat
2、or have a long history and are used in most areas. meawhile pulsator are used in tradition industry such as chemistry industry，petroleum industry，architecture industry and so on. The operation of mix round looks as if simpleness，but actually，the ingredient it involved are plaguy complexity. Tht text
3、 introduces the basic consider way and the basic theoretics of small pulsator design，and analyzed the basic configuration of pulsator and interfix content and analyzed the athletics and motivity equipment of pulsator.Overpass describe the basic fixture of pulsator and consult its basic employment pr
4、inciple，function and operation，thereby summarize the design of small pulsator.Key word: gearing，join shaft ware，bearing device，electromotor，reducer.黄河科技学院毕业设计（论文） 第 2 页 搅拌器的设计前言1.1 毕业设计课题的目的、意义、国内外现状1.1.1 毕业设计课题的目的、意义化工反应中搅拌器的目的是借助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，结构简
5、单，使用方便，在化工生产应用比较广泛。本课题要求设计一个小型搅拌器，容积在 500 升左右，工作平稳灵活，使用方便。本题目主要涉及化工生产中搅拌器的设备设计，主要解决的问题是化工生产中该设备的设计，包括：搅拌器的选择、电动机及减速器的选型、支撑装置的设计、轴的选择及密封设置、搅拌容器的设计，并画出相应的设备图。1.1.2 搅拌器的发展史及现状搅拌混合设备是一种应用广泛、品种繁多的流体机械产品，适用于化工、冶金、医药、食品和饲料等领域。搅拌操作是工业反应过程的重要环节，它的原理涉及流体力学、传热、传质及化学反应等多种过程，而搅拌器是为了使搅拌介质获得适宜的流动场而向其输入机械能量的装置。因此搅拌
6、器也叫做Mixer，或叫做 Agitator,Stirrer。广义的搅拌还包括将固体微粒分散悬浮在溶液里面或将溶液变成均匀的乳化液，因此它包括分散器和均质机。某些搅拌器能产生极大的剪切力，以获得细化的粒子比胶体磨大 10 倍以上的亚微米悬浮体，因此，可用于制造色拉酱、美容乳之类的精细食品和化学品。石化工业常用于聚氯乙烯合金、顺丁橡胶合釜、反应釜、汽提釜等统称为搅拌容器（Agitatored Vessels，或 Stirred Vessels）。黄河科技学院毕业设计（论文） 第 3 页 近年来，搅拌器和搅拌容器获得飞速发展的同时，正面临着满足合理利用资源、节能降耗和对环境保护要求的严峻挑战。搅拌
7、器和搅拌容器在服从装置规模经济化和品种多样化的同时，正日趋大型化。日立制作所自 1949 年生产搅拌反应釜以来已为聚氯乙烯、对苯二甲酸、苯乙烯单体、聚丙烯等装置生产了搅拌反应釜近 4000 台，容器的最大容量达 576m ，最大直径达 7620 mm，圆筒部分最大长度达 44380 mm，设计压力最大 28 MPa，设计温度最高 530 cI 二，电机最大功率达 1100 kW。基于节能的要求，开发出变频调速电机、小剪切阻力桨叶、以新型密封代替机械密封和填料密封，以磁力驱动代替机械传动。基于降低产品总体成本、减少维修保养成本和提高设备平均维修间隔时间的要求，大大提高了设备运行寿命。基于满足卫生
8、和降低清洗和杀菌成本的要求，实现了 CIP(就地清洗 )和 SIP(就地杀菌)，提高了自动化水平，避免了人与产品的接触，减少了人工操作和待机时间，大大提高了产品的卫生水平。1.1.3 搅拌器的主要类型及其发展概况 根据搅拌器的形状可以分成直叶浆式、开启涡轮式、推进式、圆盘涡轮式、锚式、螺带式、螺旋式等；根据不同液体的粘度可以分为低粘度液搅拌器、中高粘度液搅拌器。低粘度液搅拌器，如：三叶推进式叶轮，折叶浆式 (24 折叶) ，6 直叶涡轮式，超级混合叶轮式 (HRO0， HV200)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，超混台搅拌器 (MR205，305)等。为了达到成品
9、高精度、高品质化要求，国外，特别是日本开发了新型的搅拌装置 ，以满足高粘度产品的生产需要。如倒圆锥形螺带翼式搅拌器、超混合搅拌器、高性能浮动搅拌槽、超振动 型搅拌器等。 在对物料的搅拌操作中，人们希望实现多种搅拌目的，因此了解各种搅拌器的特点，选择适宜的叶轮型式，设计出符合流动状态特性的搅拌器是非常重要的。搅拌槽内的液体进行着三维流动，为了区分搅拌浆叶排液的流向特点，根据主要排液方向，按圆柱坐标把典型浆叶分成径向流叶轮和轴向流叶轮 。齿片式、平叶浆式、直叶圆盘涡轮式和弯曲叶涡轮式在无挡板搅拌槽中除了使液体产生与叶轮一起回转的周向流外，还由于叶轮的离心力是液体沿叶片向槽壁射出，形成强 大有力的径
10、向流，故称这些叶轮为径向流叶轮。径向流叶轮搅拌器旋转时，将黄河科技学院毕业设计（论文） 第 4 页 物料由轴向吸入再径向排出，叶轮功率消耗大，搅拌速度较快，剪切力强。如图 3、图 4 所示，是典型的径向流叶轮型式。在湍流状态下，推进式叶轮除了产生周向流动外，还产生大量轴向流动，是典型的轴向流叶轮。折叶涡轮式叶轮与直叶圆盘涡轮和弯曲叶涡轮式叶轮相比，轴向流成分较多，多用于轴向流的场合。螺带式和螺杆式叶轮使高粘度物料产生轴向流动，也属轴向流叶轮型式。轴向流叶轮搅拌器不存在分区循环，单位功率产生的流量大，剪切速率小且在浆叶附近较大范围内分布均匀，具有较强的最大防脱流能力。如图 5、图 6 所示，是典
11、型的轴向流叶轮型式。新型轴向流叶轮 在通常情况下，大量的搅拌设备用于低粘物系的混合和固一液悬浮操作，要求叶轮能以低的能耗提供高的轴向循环流量。由于传统的推进式叶轮叶片为复杂的立体曲面，虽能满足要求，但制造却很困难，亦不易大型化。因此竞相开发节能高效 、造价低廉且易于大型化的第二代高效轴流搅拌器成为混合设备公司的目标。美国莱宁公司开发了 A310 和 A315 系列(如图 7，图 8 所示)。黄河科技学院毕业设计（论文） 第 5 页 国内如北京化工大学和华东理工大学等也分别开发了 CBY 轴流浆和翼型浆；中国石油化工学院的沈惠平教授等人还研制开发了一种新型高效易于加工的轴流式搅拌叶轮。它是一种空
12、间扭曲板材型浆叶，从叶片端部看，它由许多相似的拱组成，与其所处半径有关，且具有合理的叶片倾角、拱度及叶片宽度。新型搅拌混合设备 近年来欧洲和 Et 本开发了很多种适用于高粘和超高粘物系的卧式自清洁搅拌设备。瑞士卧式双轴全相(AllPhase)型搅拌机就是典型的一例。如图 l2 所示。黄河科技学院毕业设计（论文） 第 6 页 另外，北京燕山石油化工有限公司设计院针对在大直径、低转速、介质较粘稠的场合，设计了一种复合式搅拌器，很好地解决了无法配备大功率的电机，存在制造、检修 以及安装的困难等问题。复合式搅拌器的结构如图 l3 所示。 设备设计智能化的实现 根据混合专家的经验和常识，将搅拌混合设备与
13、自动控制技术相结合，在混合设备选型和设计中运用人工智能技术(AJ)和基于知识的系统(KBS)，即实现了混合设备选型和设计的智能化。如图 l4 所示，搅拌设备设计专家系统采用总设计任务控制各阶段设计分任务，分任务调度相应的设计知识和数据，实现混合设备的专家系统设计的组织方法。通过仔细的分析、归属，用智能化设计系统原型阶段性地实现混合设备的设计过程，可以把其表示为一系列的设计过程的链式序列。各阶段相对独立又相互连续，其中每一个设计阶段都将设计结构传递给后继设计过程 L6j。该系统从搅拌叶轮的选型、过程设计、机械设计和经济分析评价，到最终机械绘图的全过程的都给出了智能化的计算机辅助设计。它可应用于牛
14、顿流体和非牛顿流体，液一液体系、固 一液体系和气 一液体系，并且可以处理容积超过上百立方米的应用体系。20 世纪 90 年代以来，有关搅拌设备选型和设计的专家系统在国外已有少量报道。如 1994 年美国 Chemineer 公司报道了该公司有一个用于黄河科技学院毕业设计（论文） 第 7 页 涡轮式搅拌设备设计的知识库软件 AgDesign，据称该公司 90顶伸人搅拌器的设备均已用此软件进行设计。芬兰的 Lappeenranta 工业大学在 1994 年发表了有关混合设备初步设计的知识库系统的论文。在国内，浙江大学也正与大型石化企业合作开发搅拌槽式反应器的智能化辅助选型和设计软件。1.1.4 结
15、束语 搅拌操作是工业反应过程的重要环节，搅拌混合设备在化学工业中担当着非常重要的角色。现代化学工业要求有更高更好的搅拌混合技术，因此必须改进传统搅拌装置、研制新型混合设备；同时使用 LDV、PIV 和 EPT 等先进量测技术，运用计算流体动力学知识，深入分析搅拌反应器内的流体流动机理和微观混合，安全和优化设计、提高过程效率性能和降低失败风险，并最终提高反应产率。在这些现代先进技术的推动下，搅拌混合技术一定会向一个更新的阶段发展。黄河科技学院毕业设计（论文） 第 8 页 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”。1.3 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
