第三章反應(yīng)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(wù)說明書的要求，本次設(shè)計(jì)采用的是推進(jìn)式攪拌 器。推進(jìn)式攪拌器的特點(diǎn)是能使液體產(chǎn)生激烈流動(dòng)及湍流運(yùn) 動(dòng)的性能很高。推進(jìn)式攪拌器的主要運(yùn)用范圍是攪拌及混合 絕對(duì)粘度小于36000厘泊的各種流動(dòng)性的液體，以及制成乳 濁液或懸浮液。3推進(jìn)式攪拌器機(jī)械設(shè)計(jì)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(jìn)行攪拌軸 的強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(yīng)罐主體材料相同的材料06Gr19Ni10同一數(shù)字代號(hào) S30403o由前三章的相關(guān)設(shè)計(jì)得知反應(yīng)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(shí)際生產(chǎn)要求，初步設(shè)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(jìn)式攪拌器）圖3-2推進(jìn)式攪拌器攪拌器直徑Dj取標(biāo)準(zhǔn)值，即攪拌容器直徑的三分之一：4Dj=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0.050.3范圍內(nèi)選取。貝UC=（0.050.3） Dj=15150mm（3-2）因?yàn)榈组g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(shí)際生產(chǎn)中容器底部會(huì)出 現(xiàn)一定量的沉積物，C值不能太小;C值太大攪拌效果不足，結(jié)合實(shí)際取C=130mm攪拌器浸入攪拌容器液面下的深度（2S），攪拌器浸入液體內(nèi)的最佳深度為:錯(cuò)誤！未找到引用源。 （3-3）對(duì)于雙層攪拌器，攪拌器層間距（Sp）與槳徑之比一般為0.52范圍內(nèi)，由 攪拌槳的軸向作用范圍和反應(yīng)釜的高度決定攪拌槳層數(shù)。對(duì)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(dá)到攪拌效果好，軸功率低的效果。2Sp= ( 0.91.5 ) Di=2501000mm(3-4)取 Sp=700mm攪拌器和容器的幾何參數(shù)條件如表 3-1: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. 150C = - = = 5033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(jìn)式槳葉尺寸表2djdd1螺釘66h鍵槽aP/n不大于d2bt1503060M1210540833.151 31 0.0082003060M1210545833.143 220.0082504080M12105551243.636 110.013004080M12126651243.639 590.014005090M16148951655.135 190.03150065110M1618101051870.634 390.06260065110M2022121251870.629 590.1170080140M2022121502487.232 140.16注：表中P/n為攪拌器槳葉強(qiáng)度所允許的數(shù)值，其計(jì)算溫度< 200C；P計(jì)算功率，Kw ;n攪拌器每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。表3-3推進(jìn)式槳葉展開截面尺寸第3.2節(jié)攪拌軸的設(shè)計(jì)攪拌軸將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(9001050) 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(zhǔn)數(shù)：錯(cuò)誤！ 未找到引用源。(3-5)代入3-2-1式可得 錯(cuò)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(cuò)誤！ 未找到引用源（3-6）式中 錯(cuò)誤！未找到引用源。功率準(zhǔn)數(shù)，與被攪拌液體的雷諾準(zhǔn)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(duì)于雙層攪拌器的總功率準(zhǔn)數(shù) ：錯(cuò)誤！未找到引用源。 (3-7)與多層攪拌器的間距和直徑比（錯(cuò)誤！未式中錯(cuò)誤！未找到引用源錯(cuò)誤！未找到引用源。的系數(shù)錯(cuò)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(cuò)圖3-3多層攪拌器總功率準(zhǔn)數(shù) 且 錯(cuò)誤！未找到引用源。5誤！未找到引用源。 由圖4-2功率準(zhǔn)數(shù)Po與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re關(guān)系的關(guān)系圖可得：Po=O.36圖3-4功率準(zhǔn)數(shù)P0與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re關(guān)系故錯(cuò)誤！未找到引用源。講個(gè)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(shè)計(jì)計(jì)算攪拌軸的材料：選用 06Gr19Ni10（304 舊鋼號(hào)0Gr18Ni9）；攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實(shí)心直軸。N0=0由上節(jié)的相關(guān)計(jì)算得知：攪拌軸功率：P0c=1.8KW Pc=1.2KW攪拌軸轉(zhuǎn)速：n=281r/minL=2560Li=2285 L2=15851、受扭轉(zhuǎn)變形控制的軸徑 di:錯(cuò)誤！ 未找到引用源。 (3-8)式中軸的許用扭轉(zhuǎn)角，錯(cuò)誤！未找到引用源。由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得：對(duì)于單跨軸：=0.7錯(cuò)誤！未找到引用源。；G軸材料的 剪切彈性 模量，錯(cuò)誤！未找 到引用源。查得G=0.8X04MPa 5錯(cuò)誤！未找到引用源。攪拌軸傳遞的最大扭矩，Nm錯(cuò)誤！未找到引用源。 (3-9)式中錯(cuò)誤！未找到引用源。傳動(dòng)側(cè)軸承之前的傳動(dòng)裝置傳動(dòng)效率， 按表3-3-1選取5表3-4傳動(dòng)裝置各零部件的傳動(dòng)效率n類別傳動(dòng)形式傳動(dòng)效率n擺線針輪傳動(dòng)擺線針輪行星減速機(jī)> 0.9諧波齒輪傳動(dòng)諧波減速機(jī)> 0.83圓柱齒輪傳動(dòng)開式傳動(dòng)，鑄齒（考慮軸承損失）0.9 0.93開式傳動(dòng)，鐵齒（考慮軸承損失）0.95單級(jí)圓柱齒輪減速器0.97 0.98雙級(jí)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(dòng)開式傳動(dòng)，鑄齒（考慮軸承損失）10.9 0.93開式傳動(dòng)，鐵齒（考慮軸承損失）0.9 0.93 :單級(jí)圓錐齒輪減速器0.9 0.93雙級(jí)圓錐一圓柱齒輪減速器0.9 0.93蝸桿傳動(dòng)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(dòng)圓弧面蝸桿傳動(dòng)0.85 0.95皮帶傳動(dòng)0.95 0.96鏈傳動(dòng)開式傳動(dòng) 鏈浸入油池中傳動(dòng)0.92 0.940.95 0.97變速器無級(jí)變速器0.8軸承傳動(dòng)軸承 滑動(dòng)軸承0.99 0.9950.93 0.995MBmai = 9553 = 9553 X2Kw281r/min67.9N * m因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)功率 錯(cuò)誤！未找到引用源。故可得則由式3-2-4可得：錯(cuò)誤！未找到引用源。圓整可得：di=65mm（攪拌軸標(biāo)準(zhǔn)值）52、按強(qiáng)度計(jì)算攪拌軸直徑d21）攪拌軸上的流體徑向力：錯(cuò)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(cuò)誤！未找到引用源2）攪拌器的質(zhì)量mj - 7.5Kg3）攪拌軸的質(zhì)量：錯(cuò)誤！未找到引用源。4）攪拌軸的組合質(zhì)量：錯(cuò)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(shí)，軸將發(fā)生強(qiáng)烈震動(dòng)，即發(fā)生共振現(xiàn)象。發(fā)生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。工程上軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)避開臨界 轉(zhuǎn)速。攪拌軸與攪拌器作為一個(gè)整體，有多個(gè)臨界轉(zhuǎn)速。對(duì)于剛性軸，要求n< 0.7n故 按 保 守 值 ?。哄e(cuò)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） 5G6.3e = 9.55 X - = 9,55 X =0.2mmn2817）攪拌軸的偏心力Fe錯(cuò)誤！未找到引用源。 （3-11）錯(cuò)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(cuò)誤！未找到引用源。 （3-12）9）攪拌軸的徑向彎矩Mr因?yàn)閿嚢栎S在攪拌容器內(nèi)為垂直安裝，故其傾角a =0。5則有：錯(cuò)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-m10）攪拌軸的軸向彎矩Ma因?yàn)閿嚢栎S的排液方向?yàn)橄蛳拢蕯嚢栎S受拉，所以Ma=011）攪拌軸的當(dāng)量彎矩 Mte錯(cuò)誤！未找到引用源。(3-14)則考慮彎扭組合計(jì)算攪拌軸的軸徑 d2:錯(cuò)誤！未找至V引用源(3-15)式中攪拌軸材料許用剪應(yīng)力，錯(cuò)誤！未找到引用源。MPacb攪拌軸材料的抗拉強(qiáng)度，520MPa 5錯(cuò)誤！未找到引用源。攪拌軸的扭矩和彎矩同時(shí)作用下的當(dāng)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(xué)性能材料軸的加工狀態(tài)0ZMPaobMPaEMPaGMPaQ235-A熱軋，段后空冷22540062.1 X048.1 1035正火2655102.1 X068.1 10445正火29559062.1 X048.1 100Gr17Ni12Mo2（316不銹鋼）2055201.93 氷060Gr18Ni9（304不銹鋼）20552061.93 103Gr13調(diào)質(zhì)63583540Gr調(diào)質(zhì)540735鈦（TA5）退火5856851.03 XI06三、攪拌軸強(qiáng)度校核1、對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算錯(cuò)誤！未找到引用源。（3-16） 式中Wp對(duì)于實(shí)心軸錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。攪拌軸傳遞的最大扭矩 錯(cuò)誤！未找到引用源。各數(shù)據(jù)代入式3-2-12得錯(cuò)誤！未找到引用源。2、對(duì)軸的剛度進(jìn)行校核計(jì)算攪拌軸的扭轉(zhuǎn)角：錯(cuò)誤！未找到引用源。 （3-17）即：錯(cuò)誤！未找到引用源。錯(cuò)誤！未找到引用源。注：軸的表面粗糙度可按所配零件的標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)螺釘將其固定攪拌器軸套的外徑di和長度I推薦值：錯(cuò)誤！ 未找到引用源（3-18）則 di= （1.6 2） X75=120150,取 di=120mml >攪拌器槳葉寬度在軸線上的投影長度，但I(xiàn)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=18mm2、鍵連接強(qiáng)度校核計(jì)算鍵鏈接的擠壓強(qiáng)度條件錯(cuò)誤！未找到引用源。 （3-19）式中Mn q攪拌軸上每個(gè)攪拌器的扭矩錯(cuò)誤！未找到引用源。P<每一層攪拌器的設(shè)計(jì)功率錯(cuò)誤！未找到引用源。一-(3-20)hk鍵的高度11mmI鍵的工作長度110mmn攪拌器轉(zhuǎn)速281r/mind攪拌軸直徑65mm各數(shù)值代入可得：錯(cuò)誤！未找到引用源。鍵連接的剪切強(qiáng)度條件錯(cuò)誤！未找到引用源。（3-21）式3-3-4中t鍵的剪應(yīng)力 MPaB鍵的寬度 18mm各數(shù)值代入式3-3-4中得：錯(cuò)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(duì)軸承支承。當(dāng)攪拌軸較長時(shí)，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(yīng)滿足以下關(guān)系：L/a <45, L/d <4（50,否則就要增加中間軸承或底軸承。由 于本次的設(shè)計(jì)中軸的懸臂長L,軸徑d和兩軸承間距a不能滿足這兩個(gè)要求， 故增加軸承。攪拌軸的支承常采用滾動(dòng)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1.65為保證攪拌軸的穩(wěn)定，防止在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生晃動(dòng)，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(jī)構(gòu)特點(diǎn)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(shè)計(jì)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(hào)dd1d2d3LL1L2L3BB1B2HH1Sl11130223845225128155751304070170140855142504060702651521809516558902101701078173806595105360200235135240901303102501010817