搅拌机设计

第一节罐体的尺寸确定及结构选型（一）筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头（二）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/2.5iHD根据工艺要求，装料系数0.7，罐体全容积39Vm，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）390.76.3gVVm。初算筒体直径iiiDHDHDV44234igiDHVD即mDi66.17.05.214.33.643圆整到公称直径系列，去mmDN1700。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度mmh402，（三）确定内筒体高度H当mmhmmDN40,17002时，查《化工设备机械基础》表16-6得封头的容积30.734vm224(90.734)3.643.141.74iVvHmD，取3.7Hm核算/iHD与/3.7/1.72.18iHD，该值处于1.7~2.5之间，故合理。226.30.69'1.73.70.73444ggiVVVDHv该值接近0.7，故也是合理的。（四）选取夹套直径表1夹套直径与内通体直径的关系内筒径,iDmm500~600700~18002000~3000夹套,jDmm50iD100iD200iD由表1，取10017001001800jiDDmm。夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径（六）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23.34,3.7iAmm高筒体表面积为213.73.141.73.719.75iADm总传热面积为3.1419.7523.0911A故满足工艺要求。第二节内筒体及夹套的壁厚计算（一）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0189CrNi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，[]103tMPa，常温屈服极限137sMPa。计算夹套内压介质密度31000/kgm液柱静压力1000103.70.037gHMPa最高压力max0.5PMPa设计压力max1.10.55PPMPa所以0.0375%0.0275gHMPaPMPa故计算压力0.550.0370.587cPPgHMPa内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取0.587cPMPa，按外压则取0.5cPMPa（三）夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择235QB热轧钢板，其235,[]113tsMPaMPa夹套筒体计算壁厚j2[]cjjtcPDP夹套采用双面焊，局部探伤检查，查《过程设备设计》表4-3得0.85则0.5518005.1721130.850.55jmm查《过程设备设计》表4-2取钢板厚度负偏差10.8Cmm，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22Cmm，故内筒体厚度附加量120.8aCCCmm，夹套厚度附加量122.8bCCCmm。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度14njmm。夹套封头计算壁厚kj为0.5518005.162[]0.521130.850.50.55cjkjtcPDmmP取厚度附加量2.8Cmm，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。（四）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：0.58717005.722[]21030.850.587cjtcPDmmP②按承受0.55MPa外压计算设内筒体名义厚度12nmm，则120.811.2enaCmm，内筒体外径21700211.21722.4oinDDmm。内筒体计算长度112800(42512)2945.733jLHhmm。则/1.71oLD，/153.79oeD，由《过程设备设计》图4-6查得0.0004A，图4-9查得50BMPa，此时许用外压[]P为：5011.2[]0.330.551722.4eoBPMPaMPaD不满足强度要求，再假设16nmm，则160.815.2naeCmm，21700215.21730.4oinDDmm，内筒体计算长度112800(42516)294733jLHhmm则/1.7oLD，/113.84oeD查《过程设备设计》图4-6得0.0006A,图4-9得60BMPa，此时许用外压为：6015.2[]0.5620.551730.4eoBPMPaMPaD故取内筒体壁厚16nmm可以满足强度要求。（五）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16nkmm。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160.815.2emm。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10.917001530iiRKDmm，计算系数A15.20.1250.1250.0012421530eiAR查《过程设备设计》图4-9得110BMPa11015.2[]1.090.551530eiBPR故封头壁厚取16mm可以满足稳定性要求。（六）水压试验校核①试验压力想要更多参考资料，加QQ:23720204562430789090,我发给大家！内同试验压力取0.10.5870.10.687TcPPMPa夹套实验压力取0.10.550.10.65TcPPMPa②内压试验校核内筒筒体应力()0.687(170015.2)445.62215.20.85TieiTieiPDMPa夹套筒体应力()0.65(180011.2)61.82211.20.85TjejTjejPDMPa而0.90.9137123.3siMPa0.90.9235211.5sjMPa故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。③外压实验校核由前面的计算可知，当内筒体厚度取16mm时，它的许用外压为[]0.562PMPa，小于夹套0.6MPa的水压试验压力，故在做夹套的压力实验校核时，必须在内筒体内保持一定压力，以使整个试验过程中的任意时间内，夹套和内同的压力差不超过允许压差。第三节人孔选型及开孔补强设计①人孔选型选择回转盖带颈法兰人孔，标记为：人孔PN2.5,DN450,HG/T21518-2005,尺寸如下表所示:密封面形式公称压力PN（MP）公称直径DNwdsdD1D1H2Hb突面（RF）4.045048014451.6685610270137571b2bABLod螺柱螺母螺柱总质量（kg）数量直径长度4146375175250242040332165M245开孔补强设计最大的开孔为人孔，筒节16ntmm，厚度附加量0.6Cmm，补强计算如下：开孔直径45020.6451.2dmm圆形封头因开孔削弱所需补强面积为：2()(1)ntrAdCf人孔材料亦为不锈钢0Cr18Ni9，所以1.0rf所以21.587170045002560.321030.850.5.587Amm有效补强区尺寸：1451.21684.97nthdmm22451.2902.4Bdmmm在有效补强区范围内，壳体承受内压所需设计厚度之外的多余金属面积为：1()()2()()(1)enterABdCf故21()()451.2(15.25.7)4376.64eABdmm可见仅1A就大于A,故不需另行补强。最大开孔为人孔，而人孔不需另行补强，则其他接管均不需另行补强。第四节搅拌器的选型（一）搅拌器选型桨径与罐内径之比叫桨径罐径比/dD,涡轮式叶轮的/dD一般为0.25~0.5，涡轮式为快速型，快速型搅拌器一般在1.3HD时设置多层搅拌器，且相邻搅拌器间距不小于叶轮直径d。适应的最高黏度为50Pas左右。搅拌器在圆形罐中心直立安装时，涡轮式下层叶轮离罐底面的高度C一般为桨径的1~1.5倍。如果为了防止底部有沉降，也可将叶轮放置低些，如离底高度/10CD.最上层叶轮高度离液面至少要有1.5d的深度。符号说明b——键槽的宽度B——搅拌器桨叶的宽度d——轮毂内经0d——搅拌器桨叶连接螺栓孔径1d——搅拌器紧定螺钉孔径2d——轮毂外径JD——搅拌器直径1D——搅拌器圆盘的直径G——搅拌器参考质量1h——轮毂高度2h——圆盘到轮毂底部的高度L——搅拌器叶片的长度R——弧叶圆盘涡轮搅拌器叶片的弧半径M——搅拌器许用扭矩()Nmt——轮毂内经与键槽深度之和——搅拌器桨叶的厚度1——搅拌器圆盘的厚度工艺给定搅拌器为六弯叶圆盘涡轮搅拌器，其后掠角为45o，圆盘涡轮搅拌器的通用尺寸为桨径jd:桨长l:桨宽20:5:4b，圆盘直径一般取桨径的23，弯叶的圆弧半径可取桨径的38。查HG-T3796.1~12-2005,选取搅拌器参数如下表JDd2d1D1dod15508012037010M10M56B1h2hLbtMG110120401372285.4252614.9由前面的计算可知液层深度2.45Hm，而1.32210iDmm，故1.3iHD，则设置两层搅拌器。为防止底部有沉淀，将底层叶轮放置低些，离底层高度为425mm，上层叶轮高度离液面2JD的深度，即1025mm。则两个搅拌器间距为1000mm，该值大于也轮直径，故符合要求。（二）搅拌附件①挡板挡板一般是指长条形的竖向固定在罐底上板，主要是在湍流状态时，为了消除罐中央的“圆柱状回转区”而增设的。罐内径为1700mm，选择4块竖式挡板，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。第三章传动装置选型第一节减速机选型由工艺要求可知，传动方式为带传动，搅拌器转速为220/minr，电机功率为18.5kW,查《长城搅拌》表3.5-3选择减速机型号为6FPV减速机主要参数及尺寸如下表：第二节联轴器的选型选择减速机输出轴轴头型式为普通型，选择GT型刚性联轴器联轴器主要尺寸为：轴径1D2D3D4D12mndod2l1LH802201851201502428616M16M30162324第四章搅拌轴的设计与校核4.1符号说明d——设计最终确定的实心轴的轴径或空心轴外径，mm；od——设计最终确定的密封部位实心轴轴径或空心轴外径，mm；1d——按扭转变形计算的传动侧轴承处实心轴轴径或空心轴外径，mm；2d——按强度计算的单跨轴跨间段实心轴轴径或空心轴轴径或空心轴外径，mm；Ld——单跨轴的实心轴轴径或空心轴外径,mm；E——轴材料的弹性模量，MPa；][e——搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处的许用偏心距，mm；eF——搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处的质量偏心引起的离心力，N;hiF——第i个搅拌器上的流体径向力，N;LI——单跨轴跨间轴段（实心或空心）的惯性矩，4mm；iK——单跨轴第i个圆盘（搅拌器及附件）至传动侧轴承距离与轴长L的比值（1i、2……m）；L——单跨轴两轴承之间的长度，mm；1L、2L……iL——1~i个圆盘（搅拌器及附件）的每个圆盘至传动侧轴承的距离（对于单跨轴），mm；eL——搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心离传动侧轴承的距离（对于单跨轴），mm；M——轴上弯矩总和，mN；AM——由轴向推力引起作用于轴的弯矩，mN；nM——按传动装置效率2计算的搅拌轴传递扭矩，mN；RM——由径向力引起作用于轴的弯矩，mN；m——固定在