反应釜地搅拌装置设计

第三章 反应釜的搅拌装置

搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。搅拌器的形式很多，根据任务说明书的要求，本次设计采用的是推进式搅拌器。推进式搅拌器的特点是能使液体产生激烈流动及湍流运动的性能很高。推进式搅拌器的主要运用范围是搅拌及混合绝对粘度小于36000厘泊的各种流动性的液体，以及制成乳浊液或悬浮液。[3]

推进式搅拌器机械设计的主要内容是：确定搅拌轴的直径、搅拌器直径、搅拌器与搅拌轴的连接结构。进行搅拌轴的强度设计和临界转速校核、选择轴的支撑结构及材料的选用。由于介质具有一定的腐蚀性，搅拌装置的材料选用与反应罐主体材料相同的材料06Gr19Ni10 同一数字代号S30403。

由前三章的相关设计得知反应釜净直径D i =1500mm ，

净高H=1900mm ；工作温度：25℃；工作压力：0.125MPa ；搅拌目的：搅拌均匀。 第3.1节 搅拌器形式的确定

根据实际生产要求，初步设定搅拌器为两层搅拌，采用三叶开启涡轮式搅拌器(又称为螺旋推进式搅拌器）。

图3-2 推进式搅拌器

图3-1

搅拌装置

搅拌器直径D j取标准值，即搅拌容器直径的三分之一：[4]

D j=D i/3=1500m/3=500mm

————————————（3-1）

底间距（C）即搅拌器距容器底部高度，通常底间距与搅拌容器内径比值一

般在0.05~0.3范围内选取[4]。则

C=（0.05~0.3）D j=15~150mm——————————

（3-2）

因为底间距比值越小，固相完全离底悬浮临界转数越小，所以在满足底层桨

轴向排量的前提下，该比值尽量取得最小。但是考虑到实际生产中容器底部会出

现一定量的沉积物，C值不能太小[4]；C值太大搅拌效果不足，结合实际取

C=130mm

搅拌器浸入搅拌容器液面下的深度（S），搅拌器浸入液体内的最佳深度为：[2]

——————————（3-3）

对于双层搅拌器，搅拌器层间距（S p）与桨径之比一般为0.5~2范围内，由

搅拌桨的轴向作用范围和反应釜的高度决定搅拌桨层数。对于两层以上的多层

桨，要调整桨径和层数取得合理的层间距，达到搅拌效果好，轴功率低的效果。[2]

故：S p=（0.9~1.5）D i=250~1000mm ———————————（3-4）

取S p=700mm

搅拌器和容器的几何参数条件如表3-1[5]：

挡板数量无搅拌器距容器底部距离

挡板宽度无搅拌器潜液深度S=1200

挡板与容器内壁间距无搅拌器直径D j=500 搅拌器桨叶数量Z j=3 搅拌器桨叶的螺距P t=D j=500

表3-2推进式桨叶尺寸表[2]

d j d d1螺钉δ1δ1h 键槽 a P/n

d2 b t 不大于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为搅拌器桨叶强度所允许的数值，其计算温度≤200℃；

P————计算功率，Kw；

n————搅拌器每分钟转数。

第3.2节搅拌轴的设计

搅拌轴将电动机的动力传递给搅拌器。它承受的是以扭转为主的扭—弯联合作用。

已知混合物的密度为（900—1050）Kg/m3，则取ρ=1050Kg/m3；搅拌器直径D j=500mm；搅拌器搅拌转速n=281r/min=4.68r/s；粘度μ=100cP=100mPa·s =0.1Pa·s

搅拌液的雷诺准数：

————————————————（3-5）

代入3-2-1式可得

一、搅拌轴消耗的功率

单层搅拌器搅拌轴上所消耗的功率：

————————————（3-6）

式中————功率准数，与被搅拌液体的雷诺准数（Re）有关，与搅拌器的形式及交融其相关的几何参数有关。

表3-3推进式桨叶展开截面尺寸

对于双层搅拌器的总功率准数：———————（3-7）式中————与多层搅拌器的间距和直径比（）有关的系数

图3-3多层搅拌器总功率准数的系数

且两层搅拌器排液方向相同，查图4-1可得：[5]

由图4-2功率准数P0与雷诺准数Re关系的关系图可得：P0=0.36 [5]

图3-4功率准数P0与雷诺准数Re关系

故

讲个数值带入式3-6和3-7可得：

二、搅拌轴轴径的设计计算

搅拌轴的材料：选用06Gr19Ni10（304 旧钢号0Gr18Ni9）；

搅拌轴的结构：用实心直轴。N0=0

由上节的相关计算得知：

搅拌轴功率：P0c=1.8KW Pc=1.2KW

搅拌轴转速：n=281r/min

L=2560 L 1=2285 L 2=1585

1、受扭转变形控制的轴径d 1：

————————————(3-8)

式中[] ————轴的许用扭转角， 由实践经验得：

对于单跨轴：[]=0.7

；

G —————轴材料的剪切弹性模量，

查得 G=0.8×104MPa

[5]

———搅拌轴传递的最大扭矩，N·m

L2

L1

F A

底轴承

F e

传动侧轴承

Le

L

图3-5搅拌轴的受力图

F b1

F b2