經(jīng)過上幾篇的介紹，朋友們已經(jīng)對攪拌設備有了初步的認識了，這篇益泰攪拌機械將為我們從設計方面的思路入手。深入講解攪拌設備的核心理論知識。經(jīng)過本篇相信朋友們會對攪拌設備有更深層的了解，將理論引入實際工作中，將是對益泰攪拌機械的撰稿人最大的支持！

四、攪拌設備的設計思路

攪拌設備思路可分為以下步驟：

1）按設計要求可用的 D／T(輪徑／罐徑)值，和對攪拌時間、攪拌程度的要求，選定若干個不同轉(zhuǎn)速下的扭矩或功率要求；

2）選定合理的葉輪安裝高度，結(jié)合設備情況，估計近似的攪拌軸長；

3）估計合理的電動機功率；

4）根據(jù)葉輪功耗。輸出軸、支架等等，選擇能滿足前三項要求的攪拌器；

5）按照葉尖切線速度等條件，確定最合適的轉(zhuǎn)速，對設計進行優(yōu)化，按已確定的條件，對軸系進行動力和強度等因素的驗算和分析。

2 攪拌容器的設計

1、 攪拌容器的設計探討

攪拌容器的作用是為物料反應提供合適的空間。攪拌容器的筒體基本上是圓柱筒，封頭常采用橢圓形封頭、錐形封頭和平蓋，以橢圓形封頭應用最廣。下封頭與筒體一般為焊接連接，上封頭與筒體也可采用焊接連接，但在筒體直徑DN≤1500mm的場合多采用法蘭連接。筒體的直徑和高度是容器設計的基本尺寸。工藝條件通常給出設備容積V或操作容積V0 ,有時也給出筒體內(nèi)徑Di，或者筒體高度H1和筒體內(nèi)徑Di之比（稱為長徑比）,其中V0=nV，n為裝料系數(shù)，表明容器操作時所允許的裝滿程度，在確定攪拌容器的容積時，其值通?？扇?.6~0.85.如果物料在反應中產(chǎn)生泡沫或沸騰狀態(tài)，取0.6~0.7；如果物料在反應中比較平穩(wěn)，可取0.8~0.85. 一般攪拌罐根據(jù)罐內(nèi)物料類型筒體的高徑比可分為液固相、液液相1~1.3，氣液相1~2. 據(jù)設計要求，要求攪拌器的容積在500升左右，液體粘度為0.3Pa.s，液體的密度為ρ=1500kg/m3，運轉(zhuǎn)速度為40r/min，v=5m/s。結(jié)合實際條件，本課題選用筒式攪拌器。將攪拌器的外殼設計成圓筒形，攪拌器旋轉(zhuǎn)時，把機械能傳遞給流體，在攪拌器附近形成高湍動的充分混和區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流，使流體具有較高的壓頭，推動液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動。在圓筒的導流作用下，介質(zhì)從簡體的頂部和底部流入筒內(nèi)，完成一個循環(huán)，使介質(zhì)產(chǎn)生高速的徑向流和軸向流，同時加大介質(zhì)流量，介質(zhì)流動更均勻。通過筒式攪拌器與渦輪式攪拌器和推進式攪拌器的功率對比試驗，在相同的拌情況下，筒式攪拌器將電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率更高，如圖2.1所示。

圖2.1三種攪拌器功率曲線

(1) 筒式攪拌器的攪拌流型適于低黏度液體的攪拌，攪拌釜內(nèi)的攪拌死角較少。

(2) 筒式攪拌器對電能的利用率高，在相同的情況下，筒式攪拌器的功率準數(shù)較小，

耗能少，表明筒式攪拌器在節(jié)能方面具有非常好的效果。

(3) 筒式攪拌器的攪拌混合效率高，在相同的情況下，是渦輪式和推進式攪拌器的2～3倍。因此，本課題選用的筒式攪拌器能夠滿足設計的要求。

2、 攪拌容器的設計計算 確定筒體的幾何參數(shù)

（1）筒體型式

選擇圓柱形筒體

（2）確定內(nèi)筒筒體的直徑和高度

由于攪拌過程是液—液相混合，一般來說攪拌裝置的高徑比（H／D）為1~1.3，本

次設計選用高徑比為1.2。已知攪拌容積是500L，根據(jù)公式

D=4V （2.1） H/D可以計算處筒體的內(nèi)直徑D=0.80m，筒體高H=0.96 m。

（3）筒體材料的選擇及估算筒體鋼板的厚度

根據(jù)冶金手冊產(chǎn)品的標準，我們選用普通碳素鋼，根據(jù)GB150—1998中對碳素鋼

的要求和鋼板之間的差別，我們選用Q235—B熱軋鋼板，厚度尺寸選用9mm。

（4）計算筒體的壁厚及強度校核

按照材料力學中的強度理論，對于鋼制容器適宜采用第三、第四強度理論，但是由

于第一強度理論在容器設計史上使用最早，有成熟的實踐經(jīng)驗，而且由于強度條件不同而引起的誤差已考慮在安全系數(shù)內(nèi)，所以至今在容器常規(guī)設計中仍采用第一強度理論，即σ1≤[σ] 式中是器壁中σ1三個主應力中最大一個主應力。對于內(nèi)壓薄壁容器的回轉(zhuǎn)殼體，軸向應力σθ為第一主應力，徑向應力σψ為第二主應力，而另一個主應力σz是徑向應力，由于σθ、σψ與σz相比可忽略不計，即σ3=σz=0，所以第三強度理論與第一強度理論趨于一致。因此在對容器個元件進行強度計算時，主要確定σ1，并將其控制在許用應力范圍內(nèi)，進而求取容器的壁厚。容器圓筒承受均勻內(nèi)壓作用時，其器壁中產(chǎn)生的如下薄膜應力（圓筒的平均直徑為

D，壁厚為t）：σθ=PD 2t σψ=PD 4t 很顯然，σ1=σθ，故按照第一強度理論，有σ1 = tPD≤〔σ〕 （2.2） 2t 在容器設計中，一般只給出內(nèi)徑值Di，則D=Di + t，將其代入上式，得tP(Di+t)/2t≤〔σ〕 （2.3）容器圓筒在制造時由鋼板卷焊而成，焊縫區(qū)金屬強度一般低于木材，所以上式中的t〔σ〕應乘以系數(shù)Ф。所以，考慮容器內(nèi)部介質(zhì)和周圍大氣腐蝕、供貨鋼板厚度的負偏差等原因，設計厚度應比計算厚度大。設t為圓筒的計算厚度，則由上式可得 t 2 ptpDtmm （2.4）式中p——設計內(nèi)壓力，Mpa Di——圓筒內(nèi)直徑，mm

t ——計算厚度，mm Ф——焊縫系數(shù)，Ф≤1.0 t〔σ〕——設計溫度下圓筒材料的作用應力，Mpa。

式（2.4）即為內(nèi)壓圓筒厚度的計算公式。已知Q235—B 鋼的設計內(nèi)壓力P<1.6 Mpa，

t選用P=1.0Mpa，許用應力〔σ〕=125 Mpa，〔σ〕=125 Mpa，Ф=0.5，所以計算厚度t= （1.0×800）／（2×125×0.5—1）=7mm。代入公式（2.2）驗算得σ1=61.4<〔σ〕=125 Mpa，符合要求。

3、 封頭的設計

（1）封頭的選型及計算

最常用容器封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和無折邊封頭等凸形封頭以及圓錐形封頭、平板封頭等數(shù)種。這些封頭都是壓力容器的主要受壓元件，由于與圓筒筒體的連接處有較為復雜的邊界條件，故有不同性質(zhì)的應力存在，所以在對承受均勻內(nèi)壓封頭進行強度計算時，除了要考慮封頭自身的薄膜應力外，還要考慮封頭與圓筒筒體連接處的不連續(xù)應力。

綜上所述，根據(jù)本次設計的要求，從各個封頭的受力分析、制造工藝和的應用場合等各個方面綜合考慮，我們選用標準橢圓形封頭。如下圖2.2所示

圖2.2封頭

橢圓形封頭是由半個橢球面和一圓筒直邊組成，其結(jié)構(gòu)設計充分吸取了半球形封頭受力好和碟形封頭深度淺的優(yōu)點，其應用最為廣泛。由于橢圓形封頭幾何特征造成經(jīng)線曲率

平滑連續(xù)，故封頭中的應力分布比較均勻。橢圓形封頭中的應力，包括由內(nèi)壓引起的薄膜應力和封頭與圓筒體連接處的不連續(xù)應力兩部分。對于標準橢圓形封頭，其Di/2hi=2，K=1，則封頭的厚度計算公式為

T=PDi/(2[σ]tφ-0.5p) (2.5)

其中長軸為2a=Di=0.80m，hi/Di=0.25，所以hi=0.2m，短軸之半b=hi=0.2m。從式（2.5）可知，標準橢圓形封頭的厚度與筒體基本相同，若因Ф值有所不同，則相差也不會很大，為焊接方便，常取兩者等厚則t=7mm。

（2）封頭的強度校核

封頭的厚度為7mm，橢圓形封頭的當量球殼內(nèi)半徑R1=KD=1ⅹ800=800mm，用（6）A= 查得B=120Mpa，由式（2.7）

[P]=B （2.7） R0.125 e=0.0015， （2.6） R1

得[P]=1.05Mpa>1.0125 Mpa。故封頭壁厚取7mm可以滿足穩(wěn)定性的要求。

如需要完整說明書和設計圖紙等.請聯(lián)系在線扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設計下載！全部設計都已通過答辯

結(jié)論

一方面我們可以根據(jù)操作目的、操作條件、操作方法、原料和成品的特性、安全等初選攪拌器葉輪的型式；另一方面還需要依據(jù)各種攪拌器葉輪的性能及其應用實例、使用經(jīng)驗，綜合考慮選擇攪拌器。

另一方面設計攪拌器時，除了運用經(jīng)驗和公式計算所需要動力、回轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)外，還需要以中小模擬試驗為基準，進行放大，以符合實際操作達到預期的效果。

最后必須改進現(xiàn)有的攪拌器和設計新型的攪拌器，達到合適的攪拌液體流動狀態(tài)，以適應各種粘度攪拌的需要和滿足產(chǎn)品的性能要求，最終實現(xiàn)裝置高效、節(jié)能的效果。