1911_化工攪拌器的設(shè)計

1911_化工攪拌器的設(shè)計,化工,攪拌器,設(shè)計 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 1 頁攪拌器的研究與分析摘要： 攪 拌 機(jī) 式 攪 拌 設(shè) 備 的 心 臟 。 在 攪 拌 機(jī) 設(shè) 計 及 使 用 過 程 中 ， 合 理 的 選 取 攪 拌機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) ， 運(yùn) 動 和 工 作 參 數(shù) ， 直 接 關(guān) 系 到 混 泥 土 等 材 料 的 攪 拌 質(zhì) 量 和 攪 拌 效 率 。論 文 對 攪 拌 臂 的 排 列 、 攪 拌 葉 片 的 安 裝 角 、 拌 筒 長 寬 比 、 攪 拌 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 和 攪 拌 時 間 等主 要 參 數(shù) 的 選 取 進(jìn) 行 分 析 與 實(shí) 驗 研 究 。 通 過 歸 納 ， 給 出 了 雙 臥 軸 攪 拌 機(jī) 的 主 要 參 數(shù)， 包 括 攪 拌 臂 排 列 、 葉 片 安 裝 角 、 拌 筒 長 寬 比 、 攪 拌 線 速 度 等 ； 給 出 了 評 價 攪 拌 機(jī)參 數(shù) 合 理 與 否 的 準(zhǔn) 則 ； 給 出 了 攪 拌 臂 排 列 的 基 本 原 則 。關(guān)鍵詞：拌 臂 排 列 ， 葉 片 安 裝 角 ， 拌 筒 長 寬 比 ， 攪 拌 線 速 度1 攪拌機(jī)的簡介通常攪拌裝置由作為原動機(jī)的馬達(dá)(電動、風(fēng)動或液壓)，減速機(jī)與其輸出軸相連的攪拌抽，和安裝在攪拌軸上的葉輪組成 減速機(jī)體通過一個支架或底板與攪拌容器相連。當(dāng)容器內(nèi)部有壓力時，攪拌軸穿過底板進(jìn)入容器時應(yīng)有一個密封裝置，常用填料密封或機(jī)械密封。通常馬達(dá)與密封均外購，研究的重點(diǎn)是葉輪。葉輪的攪拌作用表現(xiàn)為“泵送”和 渦流”，即產(chǎn)生流體速度和流體剪切，前者導(dǎo)至全容器中的回流，介質(zhì)易位，防止固體的沉淀并產(chǎn)生對換熱熱管束 (如果有 )的沖刷；剪切是一種大回流中的微混合，可以打碎氣泡或不可溶的液滴，造成“均勻”。氣體和低黏度液體混合機(jī)械的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，且無轉(zhuǎn)動部件，維護(hù)檢修量小，能耗低。這類混合機(jī)械又分為氣流攪拌、管道混合、射流混合和強(qiáng)制循環(huán)混合等四種。中、高黏度液體和膏狀物的混合機(jī)械，一般具有強(qiáng)的剪切作用；熱塑性的物料混合機(jī)主要用于熱塑性物料(如橡膠和塑料)與添加劑混合；粉狀、粒狀固體物料混合機(jī)械多為間歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的機(jī)械，如輪輾機(jī)等。混合時要求所有參與混合的物料均勻分布?；旌系某潭确譃槔硐牖旌稀㈦S機(jī)混合和完全不相混三種狀態(tài)。各種物料在混合機(jī)械中的混合程度，取決于待混物料的比例、物理狀態(tài)和特性，以及所用混合機(jī)械的類型和混合操作持續(xù)的時間等因素。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 2 頁液 體 的 混 合 主 要 靠 機(jī) 械 攪 拌 器 、 氣 流 和 待 混 液 體 的 射 流 等 ， 使 待 混 物 料 受 到 攪動 ， 以 達(dá) 到 均 勻 混 合 。 攪 動 引 起 部 分 液 體 流 動 ， 流 動 液 體 又 推 動 其 周 圍 的 液 體 ， 結(jié)果 在 溶 器 內(nèi) 形 成 循 環(huán) 液 流 ， 由 此 產(chǎn) 生 的 液 體 之 間 的 擴(kuò) 散 稱 為 主 體 對 流 擴(kuò) 散 。當(dāng) 攪 動 引 起 的 液 體 流 動 速 度 很 高 時 ， 在 高 速 液 流 與 周 圍 低 速 液 流 之 間 的 界 面 上出 現(xiàn) 剪 切 作 用 ， 從 而 產(chǎn) 生 大 量 的 局 部 性 漩 渦 。 這 些 漩 渦 迅 速 向 四 周 擴(kuò) 散 ， 又 把 更 多的 液 體 卷 進(jìn) 漩 渦 中 來 ， 在 小 范 圍 內(nèi) 形 成 的 紊 亂 對 流 擴(kuò) 散 稱 為 渦 流 擴(kuò) 散 。機(jī) 械 攪 拌 器 的 運(yùn) 動 部 件 在 旋 轉(zhuǎn) 時 也 會 對 液 體 產(chǎn) 生 剪 切 作 用 ， 液 體 在 流 經(jīng) 器 壁 和安 裝 在 容 器 內(nèi) 的 各 種 固 定 構(gòu) 件 時 ， 也 要 受 到 剪 切 作 用 ， 這 些 剪 切 作 用 都 會 引 起 許 多局 部 渦 流 擴(kuò) 散 。攪 拌 引 起 的 主 體 對 流 擴(kuò) 散 和 渦 流 擴(kuò) 散 ， 增 加 了 不 同 液 體 間 分 子 擴(kuò) 散 的 表 面 積 減少 了 擴(kuò) 散 距 離 ， 從 而 縮 短 了 分 子 擴(kuò) 散 的 時 間 。 若 待 混 液 體 的 粘 度 不 高 ， 可 以 在 不 長的 攪 拌 時 間 內(nèi) 達(dá) 到 隨 機(jī) 混 合 的 狀 態(tài) ； 若 粘 度 較 高 ， 則 需 較 長 的 混 合 時 間 。對 于 密 度 、 成 分 不 同 、 互 不 相 溶 的 液 體 ， 攪 拌 產(chǎn) 生 的 剪 切 作 用 和 強(qiáng) 烈 的 湍 動 將密 度 大 的 液 體 撕 碎 成 小 液 滴 并 使 其 均 勻 地 分 散 到 主 液 體 中 。 攪 拌 產(chǎn) 生 的 液 體 流 動 速度 必 須 大 于 液 滴 的 沉 降 速 度 。少 量 不 溶 解 的 粉 狀 固 體 與 液 體 的 混 合 機(jī) 理 ， 與 密 度 成 分 不 同 ， 互 不 相 溶 的 液 體的 混 合 機(jī) 理 相 同 ， 只 是 攪 拌 不 能 改 變 粉 狀 固 體 的 粒 度 。 若 混 合 前 固 體 顆 粒 不 能 使 其沉 降 速 度 小 于 液 體 的 流 動 速 度 ， 無 論 采 用 何 種 攪 拌 方 式 都 形 不 成 均 勻 的 懸 浮 液 。不 同 膏 狀 物 的 混 合 主 要 是 將 待 混 物 料 反 復(fù) 分 割 并 使 其 受 到 壓 、 輾 、 擠 等 動 作 所產(chǎn) 生 的 強(qiáng) 剪 切 作 用 ， 隨 后 又 經(jīng) 反 復(fù) 合 并 、 捏 合 ， 最 后 達(dá) 到 所 要 求 的 混 合 程 度 。 這 種混 合 很 難 達(dá) 到 理 想 混 合 ， 僅 能 達(dá) 到 隨 機(jī) 混 合 。 粉 狀 固 體 與 少 量 液 體 混 合 后 為 膏 狀 物 ，其 混 合 機(jī) 理 與 膏 狀 物 料 混 合 的 機(jī) 理 相 同 。不 同 的 熱 塑 性 物 料 以 及 熱 塑 性 物 料 與 少 量 粉 狀 固 體 的 混 合 ， 需 要 依 靠 強(qiáng) 剪 切 作用 ， 反 復(fù) 地 揉 搓 和 捏 合 ， 才 能 達(dá) 到 隨 機(jī) 混 合 。 2 攪拌機(jī)的發(fā)展史及現(xiàn)狀攪拌混合設(shè)備是一種應(yīng)用廣泛、品種繁多的流體機(jī)械產(chǎn)品，適用于化工、冶金、醫(yī)藥、食品和飼料等領(lǐng)域。攪拌操作是工業(yè)反應(yīng)過程的重要環(huán)節(jié)，它的原理涉及流體力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)等多種過程，而攪拌器是為了使攪拌介質(zhì)獲得適宜的流黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 3 頁動場而向其輸入機(jī)械能量的裝置。因此攪拌器也叫做 Mixer，或叫做 Agitator,Stirrer。廣義的攪拌還包括將固體微粒分散懸浮在溶液里面或?qū)⑷芤鹤兂删鶆虻娜榛?，因此它包括分散器和均質(zhì)機(jī)。某些攪拌器能產(chǎn)生極大的剪切力，以獲得細(xì)化的粒子比膠體磨大 10 倍以上的亞微米懸浮體，因此，可用于制造色拉醬、美容乳之類的精細(xì)食品和化學(xué)品。石化工業(yè)常用于聚氯乙烯合金、順丁橡膠合釜、反應(yīng)釜、汽提釜等統(tǒng)稱為攪拌容器（Agitatored Vessels，或 Stirred Vessels）。近年來，攪拌器和攪拌容器獲得飛速發(fā)展的同時，正面臨著滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。攪拌器和攪拌容器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì)化和品種多樣化的同時，正日趨大型化。日立制作所自 1949 年生產(chǎn)攪拌反應(yīng)釜以來已為聚氯乙烯、對苯二甲酸、苯乙烯單體、聚丙烯等裝置生產(chǎn)了攪拌反應(yīng)釜近 4000 臺，容器的最大容量達(dá) 576m ，最大直徑達(dá) 7620 mm，圓筒部分最大長度達(dá) 44380 mm，設(shè)計壓力最大 28 MPa，設(shè)計溫度最高 530 cI 二，電機(jī)最大功率達(dá) 1100 kW?；诠?jié)能的要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機(jī)、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機(jī)械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動代替機(jī)械傳動?；诮档彤a(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè)備平均維修間隔時間的要求，大大提高了設(shè)備運(yùn)行壽命?；跐M足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實(shí)現(xiàn)了 CIP(就地清洗 )和 SIP(就地殺菌)，提高了自動化水平，避免了人與產(chǎn)品的接觸，減少了人工操作和待機(jī)時間，大大提高了產(chǎn)品的衛(wèi)生水平。3 攪拌過程及攪拌槳葉的分類攪拌技術(shù)觀點(diǎn)看，流體攪拌可分為五種基本攪拌應(yīng)用，而每一種攪拌應(yīng)用又可根據(jù)物理過程和化學(xué)過程分為兩種類型。因此，總共有十種基本的攪拌應(yīng)用。每一種基本攪拌應(yīng)用都有各自的攪拌特點(diǎn)，過程要求和放大設(shè)計準(zhǔn)則。實(shí)際應(yīng)用時，每種攪拌應(yīng)用往往會有幾種基本攪拌應(yīng)用組成，如絮凝攪拌過程由液液混合和固體懸浮兩個基本攪拌應(yīng)用組成。攪拌機(jī)主要有電機(jī)、減速裝置、攪拌軸和槳葉等組成。攪拌槳葉的形式多種多樣但無論何種槳葉形式，攪拌機(jī)在操作時，其軸功率消耗都產(chǎn)生兩部分作用，一部分是槳葉產(chǎn)生的排液量，另一部分是槳葉產(chǎn)生的壓頭。槳葉產(chǎn)生的壓頭又可分成兩部分，即靜壓頭和剪切力；攪拌機(jī)槳葉在操作時，必須克服靜壓頭，而剪切力使得物料分散、混合。因此，根據(jù)槳葉產(chǎn)生排液量，克服靜壓頭和產(chǎn)生剪切力能力的大小，可將所有黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 4 頁槳葉分成三種基本類型，即流動型、壓頭型和剪切型。每一種槳葉在提供某種基本作用的同時（如流動型槳葉的基本作用是產(chǎn)生排液量），也提供另外兩種作用（產(chǎn)生剪切和克服靜壓頭）。根據(jù)不同的攪拌工程對攪拌要求的不同，選擇一種合理的槳葉形式，使得攪拌槳葉提供的排液量，靜壓頭和剪切之匹配能最大限度地滿足攪拌過程的攪拌要求。如固體懸浮及互容液體的混合，要求槳葉能提供大排液量、低剪切。而氣一液分散，要求槳葉能同時提供剪切、排液量和靜壓。攪拌槳葉的分類，也可以按照槳葉對流體作用所產(chǎn)生的流動型態(tài)來分，可將槳葉分成兩種類型-軸流式槳葉及徑流式槳葉。所謂軸流式槳葉，是指槳葉的主要排液方向與攪拌軸平行，螺旋推進(jìn)式槳葉即是一種典型的軸流式槳葉；所謂徑流式槳葉，是指槳葉的主要排液方向與攪拌軸垂直。帶有“Sabre"形狀葉片的攪拌槳，攪拌能耗量小，產(chǎn)生的流動為主導(dǎo)軸向型，確保非常有效。帶有 450傾斜平板葉片的軸向攪拌槳，對中小體積的攪拌最為經(jīng)濟(jì)。這種攪拌槳葉產(chǎn)生的流動為主導(dǎo)軸向型帶徑 向流，產(chǎn)生剪切擾動。在不粘的介質(zhì)中這種攪拌槳葉對大多數(shù)應(yīng)用均非常理想，特別是那些需要高速低能耗的場合。例如： 被用于進(jìn)行懸浮或熱交換。傾斜的槳葉低速運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較高的擾動。這種基本攪拌槳葉通常對一些簡單攪拌應(yīng)用有效。螺旋推進(jìn)式型槳葉，對小體積的攪拌最為經(jīng)濟(jì)。在無粘性的介質(zhì)中，適合于氣-液交換及熱交換。用于固體、混合物、乳液的傳統(tǒng)槳葉，產(chǎn)生中等水平產(chǎn)生徑向流，具高抗動性和高能耗，專用于特殊應(yīng)用。由于重量原因，這種槳葉僅用小直徑，經(jīng)常用高速運(yùn)行（電機(jī)直接驅(qū)動）。4 攪拌機(jī)的分類 攪 拌 機(jī) 是 以 混 合 、 揉 和 方 式 調(diào) 整 物 料 稠 度 的 一 種 機(jī) 械 設(shè) 備 。 攪 拌 機(jī) 在 工 業(yè) 生 產(chǎn)中 ， 特 別 是 在 建 筑 、 水 泥 等 領(lǐng) 域 有 著 非 常 重 要 的 應(yīng) 用 。 攪 拌 機(jī) 按 照 的 分 類 方 式 很 多 ，下 分 多 個 種 類 ， 以 下 是 常 見 的 攪 拌 機(jī) 劃 分 方 法 與 攪 拌 機(jī) 種 類 。4.1 攪 拌 機(jī) 的 作 業(yè) 方 式 分 類攪 拌 機(jī) 按 照 作 業(yè) 方 式 上 的 差 別 ， 可 以 分 為 循 環(huán) 作 業(yè) 式 攪 拌 機(jī) 和 連 續(xù) 作 業(yè) 式 攪 拌機(jī) 兩 種 。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 5 頁循 環(huán) 作 業(yè) 式 攪 拌 機(jī) 是 以 周 期 循 環(huán) 方 式 ， 順 序 完 成 供 料 、 攪 拌 和 卸 料 三 道 工 序 ，對 于 物 料 用 量 的 控 制 較 為 精 準(zhǔn) ， 物 料 攪 拌 的 效 果 較 好 。 目 前 ， 在 實(shí) 際 生 產(chǎn) 中 應(yīng) 用 的攪 拌 機(jī) 多 屬 于 循 環(huán) 作 業(yè) 式 攪 拌 機(jī) 。連 續(xù) 作 業(yè) 式 攪 拌 機(jī) 對 物 料 的 處 理 ， 同 樣 經(jīng) 過 供 料 、 攪 拌 和 卸 料 三 道 工 序 ， 但 是這 三 道 工 序 是 在 攪 拌 機(jī) 附 屬 的 筒 體 內(nèi) 連 續(xù) 完 成 的 。 連 續(xù) 作 業(yè) 式 攪 拌 機(jī) 對 物 料 的 配 比控 制 能 力 較 差 、 也 不 易 掌 握 物 料 攪 拌 的 時 間 ， 但 連 續(xù) 作 業(yè) 式 攪 拌 機(jī) 的 生 產(chǎn) 能 力 較 高 、生 產(chǎn) 量 較 大 ， 適 合 物 料 處 理 效 果 要 求 低 的 攪 拌 工 作 。4.2 攪 拌 機(jī) 的 攪 拌 方 式 分 類攪 拌 機(jī) 按 照 攪 拌 方 式 上 的 差 別 ， 可 以 分 為 自 落 式 攪 拌 機(jī) 和 強(qiáng) 制 式 攪 拌 機(jī) 兩 種 。自 落 式 攪 拌 機(jī) 是 攪 拌 鼓 轉(zhuǎn) 動 而 攪 拌 鼓 內(nèi) 的 葉 片 相 對 靜 止 。 自 落 式 攪 拌 機(jī) 工 作 時 ，攪 拌 鼓 會 旋 轉(zhuǎn) 帶 動 混 合 物 料 ， 葉 片 將 混 合 物 料 提 升 到 一 定 高 度 后 ， 物 料 會 在 自 身 的重 力 作 用 下 灑 落 ， 完 成 攪 拌 的 過 程 。強(qiáng) 制 式 攪 拌 機(jī) 是 攪 拌 鼓 保 持 靜 止 而 葉 片 強(qiáng) 制 攪 拌 。 強(qiáng) 制 式 攪 拌 機(jī) 工 作 時 葉 片 會在 轉(zhuǎn) 軸 的 帶 動 下 轉(zhuǎn) 動 ， 強(qiáng) 制 攪 拌 混 合 物 料 。 強(qiáng) 制 式 攪 拌 機(jī) 的 攪 拌 質(zhì) 量 好 、 攪 拌 效 率高 ， 但 是 葉 片 磨 損 速 度 很 快 ， 且 需 要 很 大 的 動 力 輸 出 。4.3 攪 拌 機(jī) 的 裝 置 方 式 分 類攪 拌 機(jī) 按 照 裝 置 方 式 分 為 固 定 式 攪 拌 機(jī) 和 移 動 式 攪 拌 機(jī) 兩 種 。 固 定 式 攪 拌 機(jī) 安裝 在 固 定 基 座 上 ， 整 機(jī) 無 法 移 動 ， 生 產(chǎn) 效 率 高 ， 多 適 用 于 攪 拌 樓 或 攪 拌 站 使 用 。 移動 式 攪 拌 機(jī) 安 裝 在 汽 車 上 ， 易 于 移 動 、 機(jī) 動 性 好 ， 多 適 用 于 各 種 小 型 工 程 。4.4 攪 拌 機(jī) 的 容 量 大 小 分 類攪 拌 機(jī) 的 設(shè) 計 容 量 范 圍 很 大 ， 從 50L 到 3000L 都 有 。 小 型 攪 拌 機(jī) 的 出 料 容 量為 50 到 250L， 而 中 型 攪 拌 機(jī) 的 出 料 容 量 就 上 升 至 300 到 500L， 大 型 攪 拌 機(jī) 的 容量 則 高 達(dá) 1000 到 3000L。4.5 攪 拌 機(jī) 的 內(nèi) 部 構(gòu) 造 分 類槳式攪拌器 有平槳式和斜槳式兩種。平槳式攪拌器由兩片平直槳葉構(gòu)成。槳葉直徑與高度之比為 4～10,圓周速度為 1.5～3m/s，所產(chǎn)生的徑向液流速度較小。斜槳式攪拌器的兩葉相反折轉(zhuǎn) 45°或 60°，因而產(chǎn)生軸向液流。槳式攪拌器結(jié)構(gòu)簡單，常用于低粘度液體的混合以及固體微粒的溶解和懸浮。 5 攪拌機(jī)的應(yīng)用范圍黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 6 頁新型攪拌器系換代產(chǎn)品，是化工和建材行業(yè)攪拌設(shè)備無可替代的產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)了正確“攪和拌”的問世，從而淘汰其它攪拌設(shè)備所以承但的重任。它以其超常規(guī)的構(gòu)思和精銳的技術(shù)含量，合理的設(shè)計水準(zhǔn)，填補(bǔ)了國際空白。其廣泛用于油漆、涂料、染料、制革、醫(yī)藥、飲料、粘膠劑、食品、洗滌品、化妝品及各種固態(tài)物體等。有取之不盡的財富。對物體分散、乳化、均質(zhì)、調(diào)色等較之傳統(tǒng)攪拌機(jī)的攪拌效果更加理想、直觀、是攪拌行業(yè)的一次革命。另一方面，我們和一些發(fā)達(dá)國家還存在一定的距離，這就需要我們汲取和借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)，使我們的產(chǎn)品更加完美。參考文獻(xiàn)[1] 黎明，化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) -攪拌器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2008-10.[2] 陳志平，攪拌與混合設(shè)備設(shè)計選用手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 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