反應釜的攪拌裝置設計

第三章反應釜的攪拌裝置 攪拌裝置由攪拌器、軸及其支撐組成。攪拌器的形式很 多，根據(jù)任務說明書的要求，本次設計采用的是推進式攪拌 器。推進式攪拌器的特點是能使液體產(chǎn)生激烈流動及湍流運 動的性能很高。推進式攪拌器的主要運用范圍是攪拌及混合 絕對粘度小于36000厘泊的各種流動性的液體，以及制成乳 濁液或懸浮液。[3] 推進式攪拌器機械設計的主要內(nèi)容是： 確定攪拌軸的直 徑、攪拌器直徑、攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)。進行攪拌軸 的強度設計和臨界轉(zhuǎn)速校核、選擇軸的支撐結(jié)構(gòu)及材料的選 用。由于介質(zhì)具有一定的腐蝕性，攪拌裝置的材料選用與反 應罐主體材料相同的材料06Gr19Ni10同一數(shù)字代號 S30403o 由前三章的相關(guān)設計得知反應釜凈直徑 Di=1500mm， 凈高H=1900mm;工作溫度：25C；工作壓力：0.125MPa；攪拌目的：攪拌均 勻圖3-1攪拌裝置 第3.1節(jié)攪拌器形式的確定 根據(jù)實際生產(chǎn)要求，初步設定攪拌器為兩層攪拌，采用三葉開啟渦輪式攪拌 器（又稱為螺旋推進式攪拌器） 圖3-2推進式攪拌器 攪拌器直徑Dj取標準值，即攪拌容器直徑的三分之一：[4] Dj=Di/3=1500m/3=500mm （3-1） 底間距（C）即攪拌器距容器底部高度，通常底間距與攪拌容器內(nèi)徑比值一 般在0.05~0.3范圍內(nèi)選?、取Ｘ怳 C=（0.05~0.3） Dj=15~150mm （3-2） 因為底間距比值越小，固相完全離底懸浮臨界轉(zhuǎn)數(shù)越小，所以在滿足底層槳 軸向排量的前提下，該比值盡量取得最小。但是考慮到實際生產(chǎn)中容器底部會出 現(xiàn)一定量的沉積物，C值不能太?、?C值太大攪拌效果不足，結(jié)合實際取 C=130mm 攪拌器浸入攪拌容器液面下的深度（ [2]  S），攪拌器浸入液體內(nèi)的最佳深度為: 錯誤！未找到引用源。 （3-3） 對于雙層攪拌器，攪拌器層間距（Sp）與槳徑之比一般為0.5~2范圍內(nèi)，由 攪拌槳的軸向作用范圍和反應釜的高度決定攪拌槳層數(shù)。對于兩層以上的多層 槳，要調(diào)整槳徑和層數(shù)取得合理的層間距，達到攪拌效果好，軸功率低的效果。 [2] Sp= ( 0.9~1.5 ) Di=250~1000mm (3-4) 取 Sp=700mm 攪拌器和容器的幾何參數(shù)條件如表 3-1⑸: 表3-1攪拌器容器幾何參數(shù)條件 擋板數(shù)量 無 攪拌器距容器底部距離 D. 150 C = -^ = —= 50 3 3 擋板寬度 無 攪拌器潛液深度 S=1200 擋板與容器內(nèi)壁間距 無 攪拌器直徑 Dj=500 攪拌器槳葉數(shù)量 乙=3 攪拌器槳葉的螺距 Pt=Dj=500 表3-2推進式槳葉尺寸表[2] dj d d1 螺釘 6 6 h 鍵槽 a P/n 不大于 d2 b t 150 30 60 M12 10 5 40 8 33.1 51 31 0.008 200 30 60 M12 10 5 45 8 33.1 43 22 0.008 250 40 80 M12 10 5 55 12 43.6 36 11 0.01 300 40 80 M12 12 6 65 12 43.6 39 59 0.01 400 50 90 M16 14 8 95 16 55.1 35 19 0.031 500 65 110 M16 18 10 105 18 70.6 34 39 0.062 600 65 110 M20 22 12 125 18 70.6 29 59 0.11 700 80 140 M20 22 12 150 24 87.2 32 14 0.16 注：表中P/n為攪拌器槳葉強度所允許的數(shù)值，其計算溫度 < 200C； P 計算功率，Kw ; n 攪拌器每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。 表3-3推進式槳葉展開截面尺寸 第3.2節(jié)攪拌軸的設計 攪拌軸將電動機的動力傳遞給攪拌器。它承受的是以扭轉(zhuǎn)為主的扭一彎聯(lián)合 作用。 已知混合物的密度為(900—1050) Kg/m3，則取p =1050Kg/m3攪拌器直徑 Dj=500mm；攪拌器攪拌轉(zhuǎn)速 n=281r/min=4.68r/s;粘度 卩=100cP=100mPa? s=0.1Pa ?s 攪拌液的雷諾準數(shù)： 錯誤！ 未找到引用源。 (3-5) 代入3-2-1式可得 錯誤！未找到引用源。 一、攪拌軸消耗的功率 單層攪拌器攪拌軸上所消耗的功率： 錯誤！ 未找到引用源 （3-6） 式中 錯誤！未找到引用源。 功率準數(shù)，與被攪拌液體的雷諾準數(shù)（Re） 有關(guān)，與攪拌器的形式及交融其相關(guān)的幾何參數(shù)有關(guān)。 對于雙層攪拌器的總功率準數(shù) ：錯誤！未找到引用源。 (3-7) 與多層攪拌器的間距和直徑比（錯誤！未 式中錯誤！未找到引用源 錯誤！未找到引用源。 的系數(shù)錯誤！未找到引用源。 兩層攪拌器排液方向相同，查圖 4-1可得：錯 圖3-3多層攪拌器總功率準數(shù) 且 錯誤！未找到引用源。 [5] 誤！未找到引用源。⑸ 由圖4-2功率準數(shù)Po與雷諾準數(shù)Re關(guān)系的關(guān)系圖可得：Po=O.36 圖3-4功率準數(shù)P0與雷諾準數(shù)Re關(guān)系 故錯誤！未找到引用源。 講個數(shù)值帶入式3-6和3-7可得： Pc = 0.36 X 1050 X 4,683 X 0.5& = 1210.81W 溥 1.2KW = 0.51 X1050 X 4.683 X 0.5s = 17M M.8KW 二、攪拌軸軸徑的設計計算 攪拌軸的材料：選用 06Gr19Ni10（304 舊鋼號0Gr18Ni9）； 攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實心直軸。N0=0 由上節(jié)的相關(guān)計算得知： 攪拌軸功率： P0c=1.8KW Pc=1.2KW 攪拌軸轉(zhuǎn)速： n=281r/min L=2560 Li=2285 L2=1585 1、受扭轉(zhuǎn)變形控制的軸徑 di: 錯誤！ 未找到引用源。 (3-8) 式中[] 軸的許用扭轉(zhuǎn)角，錯誤！未找到引用源。 由實踐經(jīng)驗得： 對于單跨軸：[]=0.7錯誤！未找到引用源。； G 軸材料的 剪切彈性 模量，錯誤！未找 到引用源。 查得 G=0.8X04MPa [5] 錯誤！未找到引用源。 攪拌軸傳遞的最大扭矩，Nm 錯誤！未找到引用源。 (3-9) 式中錯誤！未找到引用源。 傳動側(cè)軸承之前的傳動裝置傳動效率， 按 表3-3-1選取[5] 表3-4傳動裝置各零部件的傳動效率 n 類別 傳動形式 傳動效率n  擺線針輪傳動 擺線針輪行星減速機 > 0.9 諧波齒輪傳動 諧波減速機 > 0.83「 圓柱齒輪傳動 開式傳動，鑄齒（考慮軸承損失） 0.9— 0.93 開式傳動，鐵齒（考慮軸承損失） 0.95 單級圓柱齒輪減速器 0.97— 0.98 雙級圓柱齒輪減速器 0.95— 0.96 : 行星齒輪減速器 0.9— 0.93 圓錐齒輪傳動 — 開式傳動，鑄齒（考慮軸承損失） 1 0.9— 0.93 開式傳動，鐵齒（考慮軸承損失） 0.9— 0.93 : 單級圓錐齒輪減速器 0.9— 0.93 雙級圓錐一圓柱齒輪減速器 0.9— 0.93 蝸桿傳動 自鎖的 0.40— 0.45 : 單頭蝸桿 0.70— 0.75 雙頭蝸桿 0.80— 0.92 三頭和四頭蝸桿 0.40— 0.45 1 蝸桿傳動 圓弧面蝸桿傳動 0.85— 0.95 皮帶傳動 0.95— 0.96 鏈傳動 開式傳動 鏈浸入油池中傳動 0.92— 0.94 0.95— 0.97 變速器 無級變速器 0.8 軸承 傳動軸承 滑動軸承 0.99— 0.995 0.93— 0.995 MBmai = 9553^ = 9553 X 2Kw 281r/min 67.9N * m 因為電動機功率 錯誤！未找到引用源。 故可得 則由式3-2-4可得：錯誤！未找到引用源。 圓整可得：di=65mm（攪拌軸標準值）[5] 2、按強度計算攪拌軸直徑d2 1） 攪拌軸上的流體徑向力： 錯誤！ 未找到 引 用源 （3-10） 式中ki 攪拌器的流體徑向系數(shù) 取0.16[]則錯誤！未找到引用源＜ 2） 攪拌器的質(zhì)量mj - 7.5Kg 3） 攪拌軸的質(zhì)量：錯誤！未找到引用源。 4） 攪拌軸的組合質(zhì)量：錯誤！未找到引用源。 5） 攪拌軸的臨界轉(zhuǎn)速： 如果攪拌軸的工作轉(zhuǎn)速等于或接近于軸的固有頻率時，軸將發(fā)生強烈震動， 即發(fā)生共振現(xiàn)象。發(fā)生共振時的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。工程上軸的轉(zhuǎn)速應避開臨界 轉(zhuǎn)速。攪拌軸與攪拌器作為一個整體，有多個臨界轉(zhuǎn)速 ⑴。對于剛性軸，要求 n< 0.7n 故 按 保 守 值 ?。? 錯誤！未找到引用源。 6） 攪拌軸的許用偏心距[e] （取攪拌軸的平衡精度G=6.3mm/s） [5] … G 6.3 [e] = 9.55 X - = 9,55 X ——=0.2mm n 281 7） 攪拌軸的偏心力Fe 錯誤！未找到引用源。 （3-11） 錯誤！未找到引用源。 8） 攪拌器和攪拌軸的組合質(zhì)量m組重心至軸承的距離Le 錯誤！未找到引用源。 （3-12） 9） 攪拌軸的徑向彎矩Mr 因為攪拌軸在攪拌容器內(nèi)為垂直安裝，故其傾角 a =0。[5] 則有： 錯誤！未找到引用源。 （3-13） = （64.4 x 22E5 + 64.4 X 1585+ S.7 X 1418） X IO-3 =22N-m 10） 攪拌軸的軸向彎矩Ma 因為攪拌軸的排液方向為向下，故攪拌軸受拉，所以 Ma=0 11） 攪拌軸的當量彎矩 Mte 錯誤！未找到引用源。 (3-14) 則考慮彎扭組合計算攪拌軸的軸徑 d2: 錯誤！ 未 找至V引用源 (3-15) 式中[] 攪拌軸材料許用剪應力， 錯誤！ 未找到引用源。MPa cb 攪拌軸材料的抗拉強度， 520MPa [5] 錯誤！未找到引用源。 攪拌軸的扭矩和彎矩同時作用下的當量扭 矩，N?m 各數(shù)值代入3-2-11式中得: d2=34.9mm v di=65mm 表3-5攪拌軸常用金屬材料及力學性能 材料 軸的加工狀態(tài) 0Z MPa ob MPa E MPa G MPa Q235-A 熱軋，段后空冷 225 400 6 2.1 X0 4 8.1 10 35 正火 265 510 2.1 X06 8.1 104 45 正火 295 590 6 2.1 X0 4 8.1 10 0Gr17Ni12Mo2 （316不銹鋼） 205 520 1.93 氷06 0Gr18Ni9 （304不銹鋼） 205 520 6 1.93 10 3Gr13 調(diào)質(zhì) 635 835 40Gr 調(diào)質(zhì) 540 735 鈦（TA5） 退火 585 685 1.03 XI06 三、攪拌軸強度校核 1、對軸的強度進行校核計算 錯誤！未找到引用源。 （3-16） 式中Wp 對于實心軸錯誤！未找到引用源。 錯誤！未找到引用源。 攪拌軸傳遞的最大扭矩 錯誤！未找到引用源。 各數(shù)據(jù)代入式3-2-12得錯誤！未找到引用源。 2、對軸的剛度進行校核計算 攪拌軸的扭轉(zhuǎn)角 ： 錯誤！未找到引用源。 （3-17） 即：錯誤！未找到引用源。錯誤！未找到引用源。 注：軸的表面粗糙度可按所配零件的標準要求選取。 第3.3節(jié)攪拌器與攪拌軸的連接 1、連接方式的選取 攪拌器的軸套與攪拌軸采用鍵連接并用止動螺釘將其固定 攪拌器軸套的外徑di和長度I推薦值： 錯誤！ 未找到引用源 （3-18） 則 di= （1.6 ~2） X75=120~150,取 di=120mm l >攪拌器槳葉寬度在軸線上的投影長度，但I不得小于d。查表3-3-1得：l=195mm 采用鍵連接的方式，查表3-3-2及參考資料[]: 鍵的工作長度l=110mm 鍵的高度h=11mm 鍵的寬度B=18mm⑹ 2、鍵連接強度校核計算 鍵鏈接的擠壓強度條件 錯誤！未找到引用源。 （3-19） 式中Mn q 攪拌軸上每個攪拌器的扭矩 錯誤！未找到引用源。 P< 每一層攪拌器的設計功率 錯誤！ 未找到引用源。一- (3-20) hk 鍵的高度 11mm I—— 鍵的工作長度 110mm n ――攪拌器轉(zhuǎn)速 281r/min d—— ――攪拌軸直徑 65mm 各數(shù)值代入可得：錯誤！未找到引用源。 鍵連接的剪切強度條件 錯誤！未找到引用源。 （3-21） 式3-3-4中t 鍵的剪應力 MPa B 鍵的寬度 18mm 各數(shù)值代入式3-3-4中得：錯誤！未找到引用源。 第3.4節(jié)攪拌軸的支撐 一般攪拌軸可依靠減速器內(nèi)的一對軸承支承。 當攪拌軸較長時，軸的剛度條 件變壞。為保證攪拌軸懸臂穩(wěn)定性，軸的懸臂長 L,軸徑d和兩軸承間距a應 滿足以下關(guān)系：L/a <4~5, L/d <4（~50,否則就要增加中間軸承或底軸承。由 于本次的設計中軸的懸臂長L,軸徑d和兩軸承間距a不能滿足這兩個要求， 故增加軸承。 攪拌軸的支承常采用滾動軸承。安裝軸承處的公差帶常采用 K6.外殼孔的公 差帶常采用H7。安裝軸承處軸的配合表面粗糙度 Ra取0.8 ~ 1.6外殼孔與軸承 配合表面粗糙度Ra取1.6[5] 為保證攪拌軸的穩(wěn)定，防止在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生晃動，在罐底部加上了軸承， 稱之為底軸承，攪拌軸的底軸承選用參考資料推薦結(jié)構(gòu)， 其機構(gòu)特點是再不拆除 攪拌軸的情況下可裝、拆底軸承。其形式有兩種：1型為碳鋼軸承；U型為不銹 鋼軸承。本次設計選用U型，其結(jié)構(gòu)和尺寸查圖 3-4-1和表3-4-1 表3-6 攪拌軸底軸承尺寸表 軸徑 序號 d d1 d2 d3 L L1 L2 L3 B B1 B2 H H1 S l 11 1 30 22 38 45 225 128 155 75 130 40 70 170 140 8 55 14 2 50 40 60 70 265 152 180 95 165 58 90 210 170 10 78 17 3 80 65 95 105 360 200 235 135 240 90 130 310 250 10 108 17