第1章緒論
攪拌可以使兩種或多種不同的物質在彼此之中互相分散，從而達到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質過程。在工業生產中，攪拌操作時從化學工業開始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過程的一部分而被廣泛應用。
攪拌操作分為機械攪拌與氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體鼓泡通過液體層，對液體產生攪拌作用，或使氣泡群一密集狀態上公升借所謂上公升作用促進液體產生對流迴圈。與機械攪拌相比，僅氣泡的作用對液體進行的攪拌時比較弱的，對於幾千毫帕·秒以上的高粘度液體是難於使用的。
但氣流攪拌無運動部件，所以在處理腐蝕性液體，高溫高壓條件下的反應液體的攪拌時比較便利的。在工業生產中，大多數的攪拌操作均係機械攪拌，以中、低壓立式鋼製容器的攪拌裝置為主。攪拌裝置主要由攪拌裝置、軸封和攪拌罐三大部分組成。
其結構形式如下：（結構圖）
第1節攪拌裝置在工業生產中的應用範圍很廣，尤其是化學工業中，很多的化工生產都或多或少地應用著攪拌操作。攪拌裝置在許多場合時作為反應器來應用的。例如在三大合成材料的生產中，攪拌裝置作為反應器約佔反應器總數的99%。。
攪拌裝置的應用範圍之所以這樣廣泛，還因攪拌裝置操作條件（如濃度、溫度、停留時間等）的可控範圍較廣，又能適應多樣化的生產。
攪拌裝置的作用如下：①使物料混合均勻；②使氣體在液相中很好的分散；③使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻的懸浮；④使不相溶的另一液相均勻懸浮或充分乳化；⑤強化相間的傳質（如吸收等）；⑥強化傳熱。
攪拌裝置在石油化工生產中被用於物料混合、溶解、傳熱、植被懸浮液、聚合反應、製備催化劑等。例如石油工業中，異種**的混合調整和精製，汽油中新增四乙基鉛等新增物而進行混合使原料液或產品均勻化。化工生產中，製造苯乙烯、乙烯、高壓聚乙烯、聚丙烯、合成橡膠、苯胺燃料和油漆顏料等工藝過程，都裝備著各種型式的攪拌裝置。
第2節攪拌物料的種類及特性
攪拌物料的種類主要是指流體。在流體力學中，把流體分為牛頓型和非牛頓型。非牛頓型流體又分為賓漢塑性流體、假塑性流體和脹塑性流體。在攪拌裝置中由於攪拌器的作用，而使流體運動。
第3節攪拌裝置的安裝形式
攪拌裝置可以從不同的角度進行分類，如按工藝用途分、攪拌器結構形式分或按攪拌裝置的安裝形式分等。一下僅就攪拌裝置的各種安裝形式進行分類說明。
1、立式容器中心攪拌
將攪拌裝置安裝在歷史裝置筒體的中心線上，驅動方式一般為皮帶傳動和齒輪傳動，用普通電機直接聯接。一般認為功率3.7kw一下為小型，5.
5~22kw為中型。本次設計中所採用的電機功率為18.5kw，故為中型電機。
2、偏心式攪拌
攪拌裝置在立式容器上偏心安裝，能防止液體在攪拌器附近產生「圓柱狀迴轉區」，可以產生與加擋板時相近似的攪拌效果。攪拌中心偏離容器中心，會使液流在各店所處壓力不同，因而使液層間相對運動加強，增加了液層間的湍動，使攪拌效果得到明顯的提高。但偏心攪拌容易引起振動，一般用於小型裝置上比較適合。
3、傾斜式攪拌
為了防止渦流的產生，對簡單的圓筒形或方形敞開的立式裝置，可將攪拌器用甲板或卡盤直接安裝在裝置筒體的上緣，攪拌軸封斜插入筒體內。
此種攪拌裝置的攪拌器小型、輕便、結構簡單，操作容易，應用範圍廣。一般採用的功率為0.1~22kw，使用一層或兩層槳葉，轉速為36~300r/min，常用於藥品等稀釋、溶解、分散、調和及ph值的調整等。
4、底攪拌
攪拌裝置在裝置的底部，稱為底攪拌裝置。底攪拌裝置的優點是：攪拌軸短、細，無中間軸承；可用機械密封；易維護、檢修、壽命長。
底攪拌比上攪拌的軸短而細，軸的穩定性好，既節省原料又節省加工費，而且降低了安裝要求。所需的檢修空間比上攪拌小，避免了長軸吊裝工作，有利於廠房的合理排列和充分利用。由於把笨重的減速機裝置和動力裝置安放在地面基礎上，從而改善了封頭的受力狀態，同時也便於這些裝置的維護和檢修。
底攪拌雖然有上述優點，但也有缺點，突出的問題是葉輪下部至軸封處的軸上常有固體物料粘積，時間一長，變成小團物料，混入產品中影響產品質量。為此需用一定量的室溫溶劑注入其間，注入速度應大於聚合物顆粒的沉降速度，以防止聚合物沉降結塊。另外，檢修攪拌器和軸封時，一般均需將腹內物料排淨。
5、臥式容器攪拌
攪拌器安裝在臥式容器上面，殼降低裝置的安裝高度，提高攪拌裝置的抗震性，改進懸浮液的狀態等。可用於攪拌氣液非均相系的物料，例如充氣攪拌就是採用臥式容器攪拌裝置的。
6、臥式雙軸攪拌
攪拌器安裝在兩根平行的軸上，兩根軸上的攪拌葉輪不同，軸速也不等，這種攪拌裝置主要用於高黏液體。採用臥式雙軸攪拌裝置的目的是要獲得自清潔效果。
7、旁入式攪拌
旁入式攪拌裝置是將攪拌裝置安裝在裝置筒體的側壁上，所以軸封結構是罪費腦筋的。
旁入式攪拌裝置，一般用於防止**儲罐泥漿的堆積，用於重油、汽油等的石油製品的均勻攪拌，用於各種液體的混合和防止沉降等。
8、組合式攪拌
有時為了提高混合效率，需要將兩種或兩種以上形式不同、轉速不同的攪拌器組合起來使用，稱為組合式攪拌裝置。
第2章攪拌罐結構設計
第1節罐體的尺寸確定及結構選型
（1）筒體及封頭型式
選擇圓柱形筒體，採用標準橢圓形封頭
（2）確定內筒體和封頭的直徑
發酵罐類裝置長徑比取值範圍是1.7~2.5，綜合考慮罐體長徑比對攪拌功率、傳熱以及物料特性的影響選取
根據工藝要求，裝料係數，罐體全容積，罐體公稱容積（操作時盛裝物料的容積）。
初算筒體直徑
即圓整到公稱直徑系列，去。封頭取與內筒體相同內經，封頭直邊高度，
（3）確定內筒體高度h
當時，查《化工裝置機械基礎》表16-6得封頭的容積
，取核算與
，該值處於之間，故合理。
該值接近，故也是合理的。
（4）選取夾套直徑
表1 夾套直徑與內通體直徑的關係
由表1，取。
夾套封頭也採用標準橢圓形，並與夾套筒體取相同直徑
（6）校核傳熱面積
工藝要求傳熱面積為，查《化工裝置機械基礎》表16-6得內筒體封頭表面積高筒體表面積為
總傳熱面積為
故滿足工藝要求。
第2節內筒體及夾套的壁厚計算
（1）選擇材料，確定設計壓力
按照《鋼製壓力容器》（）規定，決定選用高合金鋼板，該板材在一下的許用應力由《過程裝置設計》附表查取，，常溫屈服極限。
計算夾套內壓
介質密度
液柱靜壓力
最高壓力
設計壓力
所以故計算壓力
內筒體和底封頭既受內壓作用又受外壓作用，按內壓則取，按外壓則取
（3）夾套筒體和夾套封頭厚度計算
夾套材料選擇熱軋鋼板，其
夾套筒體計算壁厚
夾套採用雙面焊，區域性探傷檢查，查《過程裝置設計》表4-3得
則查《過程裝置設計》表4-2取鋼板厚度負偏差，對於不鏽鋼，當介質的腐蝕性極微時，可取腐蝕裕量，對於碳鋼取腐蝕裕量，故內筒體厚度附加量，夾套厚度附加量。
根據鋼板規格，取夾套筒體名義厚度。
夾套封頭計算壁厚為
取厚度附加量，確定取夾套封頭壁厚與夾套筒體壁厚相同。
（4）內筒體壁厚計算
①按承受內壓計算
焊縫係數同夾套，則內筒體計算壁厚為：
②按承受外壓計算
設內筒體名義厚度，則，內筒體外徑。
內筒體計算長度。
則，，由《過程裝置設計》圖4-6查得，圖4-9查得，此時許用外壓為：
不滿足強度要求，再假設，則，，
內筒體計算長度
則， 查《過程裝置設計》圖4-6得,圖4-9得，此時許用外壓為：
故取內筒體壁厚可以滿足強度要求。
（5）考慮到加工製造方便，取封頭與夾套筒體等厚，即取封頭名義厚度。按內壓計算肯定是滿足強度要求的，下面僅按封頭受外壓情況進行校核。
封頭有效厚度。由《過程裝置設計》表4-5查得標準橢圓形封頭的形狀係數，則橢圓形封頭的當量球殼內徑，計算係數a
查《過程裝置設計》圖4-9得
故封頭壁厚取可以滿足穩定性要求。
（6）水壓試驗校核
①試驗壓力
內同試驗壓力取
夾套實驗壓力取
②內壓試驗校核
內筒筒體應力
夾套筒體應力
而故內筒體和夾套均滿足水壓試驗時的應力要求。
③外壓實驗校核
由前面的計算可知，當內筒體厚度取時，它的許用外壓為，小於夾套的水壓試驗壓力，故在做夾套的壓力實驗校核時，必須在內筒體內保持一定壓力，以使整個試驗過程中的任意時間內，夾套和內同的壓力差不超過允許壓差。
第3節人孔選型及開孔補強設計
①人孔選型
選擇迴轉蓋帶頸法蘭人孔，標記為：人孔pn2.5,dn450,hg/t 21518-2005,尺寸如下表所示:
開孔補強設計
最大的開孔為人孔，筒節，厚度附加量，補強計算如下：
開孔直徑
圓形封頭因開孔削弱所需補強面積為：
人孔材料亦為不鏽鋼0cr18ni9，所以
所以有效補強區尺寸：
在有效補強區範圍內，殼體承受內壓所需設計厚度之外的多餘金屬面積為：
故可見僅就大於,故不需另行補強。
最大開孔為人孔，而人孔不需另行補強，則其他接管均不需另行補強。
第4節攪拌器的選型
（一）攪拌器選型
槳徑與罐內徑之比叫槳徑罐徑比,渦輪式葉輪的一般為0.25~0.5，渦輪式為快速型，快速型攪拌器一般在時設定多層攪拌器，且相鄰攪拌器間距不小於葉輪直徑d。適應的最高黏度為左右。
攪拌器在圓形罐中心直立安裝時，渦輪式下層葉輪離罐底面的高度c一般為槳徑的1~1.5倍。如果為了防止底部有沉降，也可將葉輪放置低些，如離底高度.
最上層葉輪高度離液面至少要有1.5d的深度。
符號說明
——鍵槽的寬度
——攪拌器槳葉的寬度
——輪轂內經
——攪拌器槳葉連線螺栓孔徑
——攪拌器緊定螺釘孔徑
——輪轂外徑
——攪拌器直徑
——攪拌器圓盤的直徑
——攪拌器參考質量
——輪轂高度
——圓盤到輪轂底部的高度
——攪拌器葉片的長度
——弧葉圓盤渦輪攪拌器葉片的弧半徑
——攪拌器許用扭矩
——輪轂內經與鍵槽深度之和
——攪拌器槳葉的厚度
——攪拌器圓盤的厚度
工藝給定攪拌器為六彎葉圓盤渦輪攪拌器，其後掠角為，圓盤渦輪攪拌器的通用尺寸為槳徑:槳長:槳寬，圓盤直徑一般取槳徑的，彎葉的圓弧半徑可取槳徑的。
查hg-t 3796.1~12-2005,選取攪拌器引數如下表
由前面的計算可知液層深度，而，故，則設定兩層攪拌器。
為防止底部有沉澱，將底層葉輪放置低些，離底層高度為，上層葉輪高度離液面的深度，即。則兩個攪拌器間距為，該值大於也輪直徑，故符合要求。
（2）攪拌附件
①擋板擋板一般是指長條形的豎向固定在罐底上板，主要是在湍流狀態時，為了消除罐**的「圓柱狀迴轉區」而增設的。
罐內徑為，選擇塊豎式擋板，且沿罐壁周圍均勻分布地直立安裝。
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