《双轴无重力粉体混合机混合单元的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双轴无重力粉体混合机混合单元的设计（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学士学位论文双轴无重力粉体混合机混合单元的设计摘要：混合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，混合操作是从化学工业开始的，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。在工业生产中，大多数的混合操作均系机械混合，以中、低压立式钢制容器的混合设备为主。混合设备主要由混合装置、轴封和混合罐三大部分组成。本设计的课题是双轴无重力粉尘混合机主要涉及反应混合机的混合单元的设计，主要包括混合罐、电动机及减速器的选型、支撑装置设计、轴的密封设置的设计。关键词：混合机 双轴无重力 混合单元 机械设计1 绪论混合可以使两
2、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，混合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。混合操作分为机械混合与气流混合。气流混合是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生混合作用，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。与机械混合相比，仅气泡的作用对液体进行的混合时比较弱的，对于几千毫帕秒以上的高粘度液体是难于使用的。但气流混合无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下的反应液体的混合时比较便利的。在工业生产中，大多数的混合操作均系机械混合，以中、低压立式钢制容器的混
3、合设备为主。混合设备主要由混合装置、轴封和混合罐三大部分组成。1.1 混合设备在工业生产中的应用混合设备在工业生产中的应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着混合操作。混合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，混合设备作为反应器约占反应器总数的99%。混合设备的应用范围之所以这样广泛，还因混合设备操作条件（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。混合设备的作用如下：使物料混合均匀；使气体在液相中很好的分散；使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；强化相间的传质（如吸收等）；强化传热
4、。混合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混合设备。1.2 混合物料的种类及特性混合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。在混合设备中由于混合器的作用，而使流体运动。2 混合罐结构设计本课题的主要设计参数是：1、生产率：5吨/时；2、装机容量：11千瓦；3、分
5、批混合：500kg/批；4、产品质量：混合均匀度变异系数cv5%；5、能耗：耗电5kWh/t；2.1 罐体的尺寸确定及结构选型2.1.1 筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头2.1.2 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1.72.5，综合考虑罐体长径比对混合功率、传热以及物料特性的影响选取根据工艺要求，装料系数，罐体全容积，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）。初算筒体直径即圆整到公称直径系列，去。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度，2.1.3 确定内筒体高度H当时，查化工设备机械基础表16-6得封头的容积，取核算与，该值处于之间，故合理。该值接近，故也是合理的。
6、2.1.4 选取夹套直径表1 夹套直径与内通体直径的关系内筒径夹套由表1，取。夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径2.1.5 校核传热面积工艺要求传热面积为，查化工设备机械基础表16-6得内筒体封头表面积高筒体表面积为总传热面积为故满足工艺要求。2.2 内筒体及夹套的壁厚计算2.2.1 选择材料，确定设计压力按照钢制压力容器（）规定，决定选用高合金钢板，该板材在一下的许用应力由过程设备设计附表查取，常温屈服极限。计算夹套内压介质密度液柱静压力最高压力设计压力所以故计算压力内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取，按外压则取2.2.2 夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择
7、热轧钢板，其夹套筒体计算壁厚夹套采用双面焊，局部探伤检查，查过程设备设计表4-3得则查过程设备设计表4-2取钢板厚度负偏差，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量，对于碳钢取腐蚀裕量，故内筒体厚度附加量，夹套厚度附加量。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度。夹套封头计算壁厚为取厚度附加量，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。2.2.3 内筒体壁厚计算按承受内压计算焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：按承受外压计算设内筒体名义厚度，则，内筒体外径。内筒体计算长度。则，由过程设备设计图4-6查得，图4-9查得，此时许用外压为：不满足强度要求，再假设，则，内筒体计算长度则，查过程设备设计图4-
8、6得,图4-9得，此时许用外压为：故取内筒体壁厚可以满足强度要求。考虑到加工制造方便，取封头与夹套筒体等厚，即取封头名义厚度。按内压计算肯定是满足强度要求的，下面仅按封头受外压情况进行校核。封头有效厚度。由过程设备设计表4-5查得标准椭圆形封头的形状系数，则椭圆形封头的当量球壳内径，计算系数A查过程设备设计图4-9得故封头壁厚取可以满足稳定性要求。2.2.4 水压试验校核试验压力内同试验压力取夹套实验压力取内压试验校核内筒筒体应力 夹套筒体应力 而 故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。外压实验校核由前面的计算可知，当内筒体厚度取时，它的许用外压为，小于夹套的水压试验压力，故在做夹套的压力
9、实验校核时，必须在内筒体内保持一定压力，以使整个试验过程中的任意时间内，夹套和内同的压力差不超过允许压差。2.3 入孔选型及开孔补强设计入孔选型选择回转盖带颈法兰入孔，标记为：入孔PN2.5,DN450,HG/T 21518-2005,尺寸如下表所示: 密封面形式公称压力PN（MP）公称直径DN突面（RF）螺柱螺母螺柱总质量（）数量直径长度开孔补强设计最大的开孔为入孔，筒节，厚度附加量，补强计算如下：开孔直径 圆形封头因开孔削弱所需补强面积为：入孔材料亦为不锈钢0Cr18Ni9，所以所以有效补强区尺寸：在有效补强区范围内，壳体承受内压所需设计厚度之外的多余金属面积为：故可见仅就大于,故不需另行
10、补强。最大开孔为入孔，而入孔不需另行补强，则其他接管均不需另行补强。2.4 混合器的选型桨径与罐内径之比叫桨径罐径比,涡轮式叶轮的一般为0.250.5，涡轮式为快速型，快速型混合器一般在时设置多层混合器，且相邻混合器间距不小于叶轮直径d。适应的最高黏度为左右。混合器在圆形罐中心直立安装时，涡轮式下层叶轮离罐底面的高度C一般为桨径的11.5倍。如果为了防止底部有沉降，也可将叶轮放置低些，如离底高度.最上层叶轮高度离液面至少要有1.5d的深度。符号说明键槽的宽度混合器桨叶的宽度轮毂内经混合器桨叶连接螺栓孔径混合器紧定螺钉孔径轮毂外径混合器直径混合器圆盘的直径混合器参考质量轮毂高度圆盘到轮毂底部的高
11、度混合器叶片的长度弧叶圆盘涡轮混合器叶片的弧半径混合器许用扭矩轮毂内经与键槽深度之和混合器桨叶的厚度混合器圆盘的厚度工艺给定混合器为六弯叶圆盘涡轮混合器，其后掠角为，圆盘涡轮混合器的通用尺寸为桨径:桨长:桨宽，圆盘直径一般取桨径的，弯叶的圆弧半径可取桨径的。查HG-T 3796.112-2005,选取混合器参数如下表由前面的计算可知液层深度，而，故，则设置两层混合器。为防止底部有沉淀，将底层叶轮放置低些，离底层高度为，上层叶轮高度离液面的深度，即。则两个混合器间距为，该值大于也轮直径，故符合要求。2.5 混合附件挡板挡板一般是指长条形的竖向固定在罐底上板，主要是在湍流状态时，为了消除罐中央的“
12、圆柱状回转区”而增设的。罐内径为，选择块竖式挡板，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。3 传动装置的设计3.1 减速器和电动机的选型条件(1) 机械效率，传动化，功率，进出轴的许用扭距和相对位置。(2) 出轴旋转方向是单项或双向。(3) 混合轴轴向力的大小和方向。(4) 工作平稳性，如震动和荷载变化情况。(5) 外形尺寸应满足安装及检修要求。(6) 使用单位的维修能力。(7) 经济性。3.2电动机与减速器的选择 混合设备的电动机通常选用普通异步电动机。澄清池混合机采用YCT系列滑差式电磁调速异步电动机，消化池混合机一般采用防爆异步电动机。混合设备的减速器应优先选用标准减速器及专业生产厂产品，参考文
13、献2“标准减速器及产品”选用，其中一般选用机械效率较高的摆线针轮减速器或齿轮减速器：有防爆要求时一般不采用皮带传动：要求正反向传动时一般不选用蜗轮传动。电动机及减速机选用，见表3-1表3-1电动机与减速器的选型名称符号单位第一档第二档第三档混合器的转速nr/min7.55.93.64混合功率NKW0.340.160.04电动机算功率N=式中k工况系数24h连续运行为1.2=摆线针轮减速机传动效率=滚动轴承传动效率 KW0.460.220.05选用电动机的功率KW0.80.40.4电动机同步转速r/min150015001500减速比200254412选用减速器减速比187289385选用减速器输出轴转速r/min85.23.93.3 联轴器的选型根据机械设计手册及混合机的类型选用凸缘联轴器，由电机的尺寸选择联轴器轴径d=65mm， L1=104mm，L2 =42mm，许用扭转为850N.m，质量为17.97Kg，标记为：联轴器D65-ZG， 3.4 混合轴的设计及其结果验证 由上面所选联轴器的类型初步确定混合轴小径为：d1=65mm 下面来做轴径的理论计算：由过程装备设计查的公式： （3.1）式中C2按扭转刚度计算系数，当扭转角为1/m时，C2=91.5N混合器的功率，单位KWn混合器的转速，单位r/min得：第一档：第二档：第三档：
