機(jī)械攪拌設(shè)備設(shè)計研究

楊晨

摘 要：隨著國家工業(yè)化水平的不斷提高，機(jī)械攪拌設(shè)備作為化工行業(yè)不可或缺的重要設(shè)備，正在發(fā)揮著越來越重要的作用。攪拌設(shè)備是一種動設(shè)備，伴隨著攪拌軸的轉(zhuǎn)動，將攪拌容器內(nèi)的物料充分混勻。機(jī)械攪拌是一種更實用于醫(yī)藥及科研的設(shè)備[1]。

關(guān)鍵詞：攪拌設(shè)備;設(shè)計計算;改進(jìn)發(fā)展

1.常用攪拌設(shè)備及工作原理

攪拌機(jī)和攪拌容器共同組成了攪拌設(shè)備。攪拌容器是機(jī)械設(shè)備運行中與攪拌機(jī)共同完成物料的物理過程、化學(xué)（如分散、懸浮、萃取、吸收、溶解、混勻、傳熱與化學(xué)反應(yīng)等）過程的設(shè)備;攪拌機(jī)是由攪拌部件（如攪拌槳、攪拌軸）、軸封系統(tǒng)和傳動部件（如減速機(jī)、驅(qū)動機(jī)、機(jī)架、聯(lián)軸器）等組成的總體。

常用的攪拌設(shè)備可分為渦輪式、旋漿式、槳式、螺帶式、磁力式、磁力加熱式、錨式等。

①渦輪式攪拌設(shè)備的運作原理是利用攪拌軸的轉(zhuǎn)動引起液體的徑向湍動，適用于液體之間相互不溶解或者氣液分離的工作狀態(tài)?？梢杂么朔N設(shè)備進(jìn)行攪拌粘度不超過25Pa？s 的液體。

②旋漿式攪拌設(shè)備是利用高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳葉造成軸向液流，循環(huán)量較大，適用于液體粘度不超過2Pa？s 的乳濁液、液體及懸濁液中固體的微粒含量低于10%。

③槳式攪拌設(shè)備的高徑比4～10，圓周運轉(zhuǎn)速度1.5～3m/s。應(yīng)此常應(yīng)用于粘度不大的液體及固體微粒的懸浮與溶解。

④螺帶式攪拌設(shè)備通常運轉(zhuǎn)在層流工況下，適用于液體粘度在200～500Pa？s 的高粘度液體的攪拌情況。

⑤磁力式攪拌設(shè)備通過帶有微處理器的電動馬達(dá)去適應(yīng)液體的黏著程度。

⑥磁力加熱式攪拌設(shè)備可以監(jiān)控液體溫度，因為自帶的外部溫度控制器。

⑦錨式攪拌設(shè)備的攪拌軸與內(nèi)壁的間隙很小，因此可以去除設(shè)備內(nèi)壁的粘性反應(yīng)物以及固體沉積物，保持良好的傳熱性能，因此廣泛適用于粘度高的液體攪拌。

2.攪拌設(shè)備的設(shè)計計算

2.1 攪拌功率計算

攪拌設(shè)備的設(shè)計計算是進(jìn)行攪拌設(shè)備選型的重要前期步驟，一方面可以設(shè)計或校核攪拌軸和攪拌器的剛度和強(qiáng)度;另一方面可以用于選擇電機(jī)和減速機(jī)等傳動裝置。

2.2 電動機(jī)容量計算

在攪拌設(shè)備中，攪拌設(shè)備的電動機(jī)容量決定了攪拌設(shè)備所能攪拌液體量的大小。因此，在選用攪拌設(shè)備前應(yīng)該對攪拌設(shè)備的功率進(jìn)行計算，決定電動機(jī)容量的參數(shù)有電動機(jī)驅(qū)動功率和電機(jī)效率。

2.3 攪拌軸剪切力計算

攪拌設(shè)備的攪拌軸是最易損壞的機(jī)械部件，在攪拌設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中，攪拌軸收到液體的彎矩和剪切應(yīng)力，為了保護(hù)攪拌軸，要提前分析攪拌軸在攪拌過程中可能收到的力。據(jù)此分析，攪拌軸的設(shè)計要考慮在這兩種力矩作用下所承受剪切應(yīng)力的情況。

2.4 攪拌罐的設(shè)計計算

當(dāng)攪拌罐承受內(nèi)壓或夾套承受壓力時，通過強(qiáng)度計算，攪拌罐底部封頭采用蝶形或橢圓形封頭較為合適。此種類型的封頭因其內(nèi)表面光滑，可以有效防止液體在罐底的殘留。

攪拌設(shè)備內(nèi)液體的高度與直徑的比（ ）常用取值范圍0.8～1.2。

設(shè)備內(nèi)設(shè)置2～8 個擋板，可以有效得到上下方向的循環(huán)流。擋板的安裝方式應(yīng)垂直，擋板寬度應(yīng)為設(shè)備直徑的1/8～1/12。通過設(shè)置擋板與設(shè)備內(nèi)壁之間的間隙，可以有效防止流體的停滯。擋板應(yīng)進(jìn)行拋光，防止擋板部位發(fā)生粘滯現(xiàn)象。

3.攪拌設(shè)備的改進(jìn)與發(fā)展

3.1 攪拌設(shè)備設(shè)計現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的攪拌設(shè)備大都依據(jù)原有的設(shè)計經(jīng)驗、化工設(shè)備設(shè)計系列的書籍如《攪拌設(shè)備設(shè)計》[2]，這些資料的依據(jù)流體流動和混合原理，按照攪拌設(shè)備的操作分類，如攪拌傳熱、攪拌功率、均相混合、非均相分散，提供了大量的計算公式和算圖;這些設(shè)計的參考標(biāo)準(zhǔn)無疑是經(jīng)典的、可靠的。但是由于科技的迅速發(fā)展，這些經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)無法體現(xiàn)科研的成果。在另外一方面，設(shè)計攪拌設(shè)備的過程中要不斷與工藝相結(jié)合，要讓設(shè)計出來的攪拌設(shè)備滿足工藝特性，滿足設(shè)計要求。

3.2 引入互聯(lián)網(wǎng)的攪拌設(shè)備智能化設(shè)計

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，引入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)到攪拌設(shè)備當(dāng)中已成為可能，互聯(lián)網(wǎng)也實現(xiàn)了攪拌設(shè)備的智能化設(shè)計[3]。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，工藝或設(shè)備人員通過互聯(lián)網(wǎng)客戶端來觀察及研究攪拌設(shè)備的變化，為了下一步改進(jìn)攪拌設(shè)備提供大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。具有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的專業(yè)人員負(fù)責(zé)客戶端智能化任務(wù)的發(fā)展與研究，不斷將最新研究成果付諸實踐，并不斷提高攪拌設(shè)備智能化水平。

4.結(jié)束語

攪拌設(shè)備的發(fā)展體現(xiàn)國家現(xiàn)代工業(yè)的制造與設(shè)計水平，不斷提升的工業(yè)水平也會促進(jìn)攪拌設(shè)備的不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳翔，吳漢川，喬春，周思柱，黃天成《. 基于正交實驗法和流場模擬的攪拌罐結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計》.機(jī)械設(shè)計與制造，2012，21（2）：13-24.

[2] 王凱，虞軍.化工設(shè)備設(shè)計全書，攪拌設(shè)備[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[3] 馮連芳，王嘉駿，顧雪萍.攪拌設(shè)備設(shè)計專家系統(tǒng)[J].合成橡膠工業(yè)，2001，24（2）：67-70.