毕业设计-搅拌器的设计

《食品工程原理》课程设计设计题目：搅拌器的设计学生姓名：学生学号：、专业班级：食品1113班指导教师：设计时间： 2013 年12月25日目录(一)食品工程原理课程设计任务书 (3)（二）概述 (4)（三）常见类型 (6)3.1桨式搅拌器 (6)3.2推进式搅拌器 (6)3.3涡轮式搅拌器 (7)3.4锚式搅拌器 (7)（四）选型 (7)4.1不同搅拌种类液体单位体积的平均搅拌功率 (8)4.2按搅拌过程求搅拌功率的算图 (8)（五）搅拌罐结构设计 (9)5.1罐体的尺寸确定及结构选型 (9)5.1.1筒体及封头型式 (9)5..1.2确定内筒体和封头的直径 (9)5.1.3确定内筒体高度H (10)5.1.4选取夹套直径 (10)5.1.5校核传热面积 (10)5.2内筒体及夹套的壁厚计算 (11)5.2.1选择材料，确定设计压力 (11)5.2.2计算夹套内压 (11)5.2.3夹套筒体和夹套封头厚度计算 (11)5.2.4内筒体壁厚计算 (12)5.2.5封头壁厚校核 (13)5.2.6水压试验校核 (13)5.3人孔选型及开孔补强设计 (14)（六）参考文献 (15)(一)食品工程原理课程设计任务书（二）概述搅拌设备结构图1-搅拌器2-罐体3-夹套4-搅拌轴5-压出管6-支座7-人孔8-轴封9-传动装置（三）常见类型桨式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在搅拌反应设备中应用最为广泛，据统计约占搅拌器总数的75～80％。

3.1桨式搅拌器结构最简单 叶片用扁钢制成，焊接或用螺栓固定在轮毂上，叶片数是2、3或4 片，叶片形式可分为平直叶式和折叶式两种。

主要应用 液—液系中用于防止分离、使罐的温度均一，固—液系中多用于防止固体沉降。

主要用于流体的循环，由于在同样排量下，折叶式比平直叶式的功耗少，操作费用低，故轴流桨叶使用较多。

也用于高粘流体搅拌，促进流体的上下交换，代替价格高的螺带式叶轮，能获得良好的效果。

桨式搅拌器的转速一般为20～100r/min ，最高粘度为20Pa·s 。

3.2推进式搅拌器推进式搅拌器（又称船用推进器）常用于低粘流体中。

结构 标准推进式搅拌器有三瓣叶片，其螺距与桨直径d 相等。

它直径较小，d/D=1/4～1/3，叶端速度一般为 7～10 m/s ，最高达15 m/s 。

搅拌时——流体由桨叶上方吸入，下方以圆筒状螺旋形排出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形成轴向流动。

特点 ——搅拌时流体的湍流程度不高，循环量大，结构简单，制造方便。

循环性能好，剪切作用不大，属于循环型搅拌器。

主要应用，粘度低、流量大的场合，用较小的搅拌功率，能获得较好的搅拌典型的搅拌器图效果。

主要用于液－液系混合、使温度均匀，在低浓度固－液系中防止淤泥沉降等。

3.3涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器（又称透平式叶轮），是应用较广的一种搅拌器，能有效地完成几乎所有的搅拌操作，并能处理粘度范围很广的流体。

主要应用涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微团分散得很细，适用于低粘度到中等粘度流体的混合、液—液分散、液—固悬浮，以及促进良好的传热、传质和化学反应。

3.4锚式搅拌器结构简单。

适用于粘度在100Pa·s以下的流体搅拌，当流体粘度在10～100Pa·s时，可在锚式桨中间加一横桨叶，即为框式搅拌器，以增加容器中部的混合。

主要应用锚式或框式桨叶的混合效果并不理想，只适用于对混合要求不太高的场合。

由于锚式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器大，能得到大的表面传热系数，故常用于传热、晶析操作。

常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。

当搅拌粘度大于100Pa·s 的流体时，应采用螺带式或螺杆式。

（四）选型选用时除满足工艺要求外，还应考虑功耗低、操作费用省，以及制造、维护和检修方便等因素。

搅拌器功率和搅拌器作业功率搅拌功率：搅拌过程进行时需要动力，笼统地称这一动力时叫做搅拌功率。

搅拌器功率：为使搅拌器连续运转所需要的功率称为搅拌器功率。

搅拌作业功率：搅拌器使搅拌槽中的液体以最佳方式完成搅拌过程所需要的功率。

最理想状态：搅拌器功率＝搅拌作业功率4.1不同搅拌种类液体单位体积的平均搅拌功率注1Hp=735.499W4.2按搅拌过程求搅拌功率的算图（五）搅拌罐结构设计5.1罐体的尺寸确定及结构选型5.1.1筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头5..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 1.7~2.5，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取/ 2.5i H D =根据工艺要求，装料系数0.7η=，罐体全容积39V m =，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）390.7 6.3g V V m η=∙=⨯=。

初算筒体直径i i i D H D H D V 442ππ=≈34ηπi g i D H V D ≈ 即m D i 66.17.05.214.33.643≈⨯⨯⨯=圆整到公称直径系列，去mm DN 1700=。

封头取与内筒体相同内经，封头直边高度mm h 402=，5.1.3确定内筒体高度H当mm h mm DN 40,17002==时，查《化工设备机械基础》表16-6得封头的容积30.734v m =224(90.734) 3.643.14 1.74i V vH m D π--===⨯，取 3.7H m =核算/i H D 与η/ 3.7/1.7 2.18i H D ==，该值处于1.7~2.5之间，故合理。

226.30.69' 1.7 3.70.73444ggi V V V D H v ηππ====+⨯⨯+ 该值接近0.7，故也是合理的。

5.1.4选取夹套直径表1 夹套直径与内通体直径的关系由表1，取10017001001800j i D D mm=+=+=。

夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径5.1.5校核传热面积工艺要求传热面积为211m ，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积23.34,3.7i A m m =高筒体表面积为21 3.7 3.14 1.7 3.719.75i A D m π=⨯=⨯⨯=总传热面积为3.1419.7523.0911A =+=>故满足工艺要求。

5.2内筒体及夹套的壁厚计算5.2.1选择材料，确定设计压力按照《钢制压力容器》（15098GB -）规定，决定选用0189Cr Ni 高合金钢板，该板材在150C 一下的许用应力由《过程设备设计》附表1D 查取，[]103t MPa σ=，常温屈服极限137s MPa σ=。

5.2.2计算夹套内压介质密度31000/kg m ρ=液柱静压力100010 3.70.037gH MPa ρ=⨯⨯=最高压力max 0.5P MPa = 设计压力max 1.10.55P P MPa ==所以0.0375%0.0275gH MPa P MPa ρ=>=故计算压力0.550.0370.587c P P gH MPa ρ=+=+=内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取0.587c P MPa =，按外压则取0.5c P MPa =5.2.3夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择235Q B -热轧钢板，其235,[]113t sMPa MPa σσ== 夹套筒体计算壁厚j δ2[]c j j t c P D P δσϕ=-夹套采用双面焊，局部探伤检查，查《过程设备设计》表4-3得0.85ϕ=则0.551800 5.1721130.850.55j mm δ⨯==⨯⨯-查《过程设备设计》表4-2取钢板厚度负偏差10.8C mm =，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量20C =，对于碳钢取腐蚀裕量22C mm =，故内筒体厚度附加量120.8a C C C mm =+=，夹套厚度附加量12 2.8b C C C mm =+=。

根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度14nj mm δ=。

夹套封头计算壁厚kjδ为 0.551800 5.162[]0.521130.850.50.55c jkj t c P D mm P δσ⨯===-⨯⨯-⨯取厚度附加量 2.8C mm =，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。

5.2.4内筒体壁厚计算①按承受0.587MPa 内压计算焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：0.5871700 5.722[]21030.850.587c jt c P D mm P δσϕ⨯===-⨯⨯-②按承受0.55MPa 外压计算设内筒体名义厚度12n mm δ=，则120.811.2e n a C mm δδ=-=-=，内筒体外径21700211.21722.4o i n D D mm δ=+=+⨯=。

内筒体计算长度112800(42512)2945.733j L H h mm =+=++=。

则/ 1.71o L D =，/153.79o e D δ=，由《过程设备设计》图4-6查得0.0004A =，图4-9查得50B MPa =，此时许用外压[]P 为：5011.2[]0.330.551722.4e o B P MPa MPa D δ⨯===<不满足强度要求，再假设16n mm δ=，则160.815.2n a e C mm δδ=-=-=，21700215.21730.4o i n D D mm δ=+=+⨯=， 内筒体计算长度112800(42516)294733j L H h mm =+=++=则/ 1.7o L D =，/113.84o e D δ=查《过程设备设计》图4-6得0.0006A =,图4-9得60B MPa =，此时许用外压为：6015.2[]0.5620.551730.4e o B P MPa MPa D δ⨯===>故取内筒体壁厚16n mm δ=可以满足强度要求。

5.2.5封头壁厚校核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16nk mm δ=。

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160.815.2e mm δ=-=。

由《过程设备设计》表4-5查得标准椭圆形封头的形状系数10.9K =，则椭圆形封头的当量球壳内径10.917001530i i R K D mm ==⨯=，计算系数A 15.20.1250.1250.0012421530ei A R δ==⨯=查《过程设备设计》图4-9得110B MPa =11015.2[] 1.090.551530e i B P R δ⨯===>故封头壁厚取16mm 可以满足稳定性要求。

5.2.6水压试验校核①试验压力内同试验压力取0.10.5870.10.687T c P P MPa =+=+= 夹套实验压力取0.10.550.10.65T c P P MPa =+=+=②内压试验校核 内筒筒体应力()0.687(170015.2)445.62215.20.85T i ei Ti ei P D MPa δσδϕ+⨯+===⨯⨯夹套筒体应力()0.65(180011.2)61.82211.20.85T j ej Tj ej P D MPa δσδϕ+⨯+===⨯⨯ 而0.90.9137123.3si MPa σ=⨯= 0.90.9235211.5sj MPa σ=⨯=故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。