—PAGEPAGE17歡迎下載《食品工程原理》課程設計設計題目：攪拌器的設計學生姓名：盧國洪學生學號：201111211316專業班級：食品1113班指導教師：鐘敏、葉盛權設計時間：2013年12月25日目錄TOC\o"1-3"\u(一)食品工程原理課程設計任務書 2（二）概述 3（三）常見類型 63.1槳式攪拌器 63.2推進式攪拌器 63.3渦輪式攪拌器 73.4錨式攪拌器 7（四）選型 74.1不同攪拌種類液體單位體積的平均攪拌功率 84.2按攪拌過程求攪拌功率的算圖 8（五）攪拌罐結構設計 95.1罐體的尺寸確定及結構選型 95.1.1筒體及封頭型式 95..1.2確定內筒體和封頭的直徑 95.1.3確定內筒體高度H 105.1.4選取夾套直徑 105.1.5校核傳熱面積 105.2內筒體及夾套的壁厚計算 115.2.1選擇材料，確定設計壓力 115.2.2計算夾套內壓 115.2.3夾套筒體和夾套封頭厚度計算 115.2.4內筒體壁厚計算 125.2.5封頭壁厚校核 135.2.6水壓試驗校核 135.3人孔選型及開孔補強設計 14（六）參考文獻 15(一)食品工程原理課程設計任務書學生姓名盧國洪班級食品1113班指導教師鐘敏題目攪拌器的設計設計基本參數設備型式：槳式攪拌器操作條件：將發酵乳與穩定劑混合液在低溫下（一般在25-35度）進行混合攪拌均勻，測其酸度，如PH在4.2以上，將檸檬酸稀釋液（生產用水的5%用來稀釋檸檬酸）的2/3邊攪拌邊撒入料液中測其酸度，直至料液的PH至4左右為止。設計要求及內容1、設計方案簡介對給定或選定的工藝流程、主要設備的形式進行簡要論述。2、主要設備的工藝設計計算工藝參數的選定、設備的結構設計和工藝尺寸的設計計算。3、輔助設備的選型典型輔助設備主要工藝尺寸的計算，設備規格型號的選定。4、編寫設計說明書將設計所選定的工藝流程方案、主要步驟及計算結果匯集成工藝設計說明書。應采用簡練、準確的文字圖表，實事求是的介紹設計計算過程和結果。設計說明書要求在6000字以上，A4紙打印。設計說明書內容：封面（課程設計題目、學生班級、姓名、指導教師、時間）目錄設計任務書概述與設計方案簡介工藝及設備設計計算輔助設備的計算機選型設計結果匯總表設計評述參考資料主要符號說明致謝（二）概述攪拌混合是指攪動液體使之發生某種方式的循環流動，從而使物料混合均勻或使物理、化學過程加速的操作。攪拌在工業生產中的應用有：①氣泡在液體中的分散，如空氣分散于發酵液中，以提供發酵過程所需的氧；②液滴在與其不互溶的液體中的分散，如油分散于水中制成乳濁液；③固體顆粒在液體中的懸浮，如向樹脂溶液中加入顏料，以調制涂料；④互溶液體的混合，如使溶液稀釋，或為加速互溶組分間的化學反應等。此外，攪拌還可以強化液體與固體壁面之間的傳熱，并使物料受熱均勻。攪拌的方法有機械攪拌和氣流攪拌。攪拌槽內液體的運動，從尺度上分為總體流動和湍流脈動。總體流動的流量稱為循環量，加大循環量有利于提高宏觀混合的調勻度(見混合程度)。湍流脈動的強度與流體離開攪拌器時的速度有關，加強湍流脈動有利于減小分隔尺度與分隔強度。不同的過程對這兩種流動有不同的要求。液滴、氣泡的分散，需要強烈的湍流脈動；固體顆粒的均勻懸浮，有賴于總體流動。攪拌時能量在這兩種流動上的分配，是攪拌器設計中的重要問題。在攪拌混合物時，兩相的密度差、粘度及界面張力對攪拌操作有很大影響。密度差和界面張力越小，物系越易于達到穩定的分散；粘度越大越不利于形成良好的循環流動和足夠的湍流脈動，并消耗較大的攪拌功率。攪拌槽內流體的運動是復雜的單相流或多相流，目前都還沒有完整的描述方法。非牛頓流體的攪拌，在流動狀態和功率消耗方面都有一些特殊的規律。攪拌槽內流體流動參數的測量，攪拌功率的預計，以及攪拌裝置的放大方法等，都是攪拌理論研究和工程應用中的重要課題。攪拌設備攪拌設備攪拌裝置軸封攪拌罐罐體附件攪拌軸攪拌器傳動裝置攪拌設備結構圖1-攪拌器2-罐體3-夾套4-攪拌軸5-壓出管6-支座7-人孔8-軸封9-傳動裝置（三）常見類型典型的攪拌器圖典型的攪拌器圖槳式、推進式、渦輪式和錨式攪拌器在攪拌反應設備中應用最為廣泛，據統計約占攪拌器總數的75～80％。3.1槳式攪拌器結構最簡單葉片用扁鋼制成，焊接或用螺栓固定在輪轂上，葉片數是2、3或4片，葉片形式可分為平直葉式和折葉式兩種。主要應用液—液系中用于防止分離、使罐的溫度均一，固—液系中多用于防止固體沉降。主要用于流體的循環，由于在同樣排量下，折葉式比平直葉式的功耗少，操作費用低，故軸流槳葉使用較多。也用于高粘流體攪拌，促進流體的上下交換，代替價格高的螺帶式葉輪，能獲得良好的效果。槳式攪拌器的轉速一般為20～100r/min，最高粘度為20Pa·s。3.2推進式攪拌器推進式攪拌器（又稱船用推進器）常用于低粘流體中。結構標準推進式攪拌器有三瓣葉片，其螺距與槳直徑d相等。它直徑較小，d/D=1/4～1/3，葉端速度一般為7～10m/s，最高達15m/s。攪拌時——流體由槳葉上方吸入，下方以圓筒狀螺旋形排出，流體至容器底再沿壁面返至槳葉上方，形成軸向流動。特點——攪拌時流體的湍流程度不高，循環量大，結構簡單，制造方便。循環性能好，剪切作用不大，屬于循環型攪拌器。主要應用，粘度低、流量大的場合，用較小的攪拌功率，能獲得較好的攪拌效果。主要用于液－液系混合、使溫度均勻，在低濃度固－液系中防止淤泥沉降等。3.3渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器（又稱透平式葉輪），是應用較廣的一種攪拌器，能有效地完成幾乎所有的攪拌操作，并能處理粘度范圍很廣的流體。主要應用渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體微團分散得很細，適用于低粘度到中等粘度流體的混合、液—液分散、液—固懸浮，以及促進良好的傳熱、傳質和化學反應。3.4錨式攪拌器結構簡單。適用于粘度在100Pa·s以下的流體攪拌，當流體粘度在10～100Pa·s時，可在錨式槳中間加一橫槳葉，即為框式攪拌器，以增加容器中部的混合。主要應用錨式或框式槳葉的混合效果并不理想，只適用于對混合要求不太高的場合。由于錨式攪拌器在容器壁附近流速比其它攪拌器大，能得到大的表面傳熱系數，故常用于傳熱、晶析操作。常用于攪拌高濃度淤漿和沉降性淤漿。當攪拌粘度大于100Pa·s的流體時，應采用螺帶式或螺桿式。（四）選型攪拌器選型攪拌目的物料粘度攪拌器選型攪拌目的物料粘度攪拌容器容積的大小選用時除滿足工藝要求外，還應考慮功耗低、操作費用省，以及制造、維護和檢修方便等因素。攪拌器功率和攪拌器作業功率攪拌功率：攪拌過程進行時需要動力，籠統地稱這一動力時叫做攪拌功率。攪拌器功率：為使攪拌器連續運轉所需要的功率稱為攪拌器功率。攪拌作業功率：攪拌器使攪拌槽中的液體以最佳方式完成攪拌過程所需要的功率。最理想狀態：攪拌器功率＝攪拌作業功率4.1不同攪拌種類液體單位體積的平均攪拌功率攪拌過程的種類液體單位體積的平均攪拌功率/(Hp/m3)液體混合0.09固體有機物懸浮0.264~0.396固體有機物溶解0.396~0.528固體無機物溶解1.32乳液聚合(間歇式)1.32~2.64懸浮聚合(間歇式)1.585~1.894氣體分散3.96注1Hp=735.499W4.2按攪拌過程求攪拌功率的算圖③將該點與某一攪拌過程連線，交于攪拌功率線，即可求得該過程的攪拌功率

③將該點與某一攪拌過程連線，交于攪拌功率線，即可求得該過程的攪拌功率

①從液體容積值與液體粘度值連線，交于參考線Ⅰ；②由該點與液體比重連線，并交于參考線Ⅱ上某點；（五）攪拌罐結構設計5.1罐體的尺寸確定及結構選型5.1.1筒體及封頭型式選擇圓柱形筒體，采用標準橢圓形封頭5..1.2確定內筒體和封頭的直徑發酵罐類設備長徑比取值范圍是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，裝料系數，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，5.1.3確定內筒體高度H當時，查《化工設備機械基礎》表16-6得封頭的容積，取核算與，該值處于之間，故合理。該值接近，故也是合理的。5.1.4選取夾套直徑表1夾套直徑與內通體直徑的關系內筒徑夾套由表1，取。夾套封頭也采用標準橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑5.1.5校核傳熱面積工藝要求傳熱面積為，查《化工設備機械基礎》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。5.2內筒體及夾套的壁厚計算5.2.1選擇材料，確定設計壓力按照《鋼制壓力容器》（）規定，決定選用高合金鋼板，該板材在一下的許用應力由《過程設備設計》附表查取，，常溫屈服極限。5.2.2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5.2.3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采用雙面焊，局部探傷檢查，查《過程設備設計》表4-3得則查《過程設備設計》表4-2取鋼板厚度負偏差，對于不銹鋼，當介質的腐蝕性極微時，可取腐蝕裕量，對于碳鋼取腐蝕裕量，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。5.2.4內筒體壁厚計算①按承受內壓計算焊縫系數同夾套，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《過程設備設計》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《過程設備設計》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。5.2.5封頭壁厚校核考慮到加工制造方便，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《過程設備設計》表4-5查得標準橢圓形封頭的形狀系數，則橢圓形封頭的當量球殼內徑，計算系數A查《過程設備設計》圖4-9得故封頭壁厚取可以滿足穩定性要求。5.2.6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，小于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。5.3人孔選型及開孔補強設計①人孔選型選擇回轉蓋帶頸法蘭人孔，標記為：人孔PN2.5,DN450,HG/T21518-2005,尺寸如下表所示:密封面形式公稱壓力PN（MP）公稱直徑DN突面（RF）螺柱螺母螺柱總質量（）數量直徑長度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：人孔材料亦為不銹鋼0Cr18Ni9，所以所以有效補強區尺寸：在有效補強區范圍內，殼體承受內壓所需設計厚度之外的多余金屬面積為：故可見僅就大于,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。（六）參考文獻1.《機械原理課程設計手冊》