机械搅拌设备的设计方法及要点分析

摘 要：文章介绍了机械搅拌设备进行设计时的思路，在满足工艺条件下进行搅拌设备结构设计。分析了搅拌过程原理、搅拌器型式和搅拌罐体及搅拌轴的设计计算。
　　关键词：搅拌设备；设计方法；设计计算
　　搅拌操作可以使两种或两种以上的物料在外界力的作用下加速流动，从而使不同的物料在彼此之间相互分散，达到均匀混合，加速传热和传质的目的。搅拌的物料可以是液相、固相和气相，其中液相流体较多。通过搅拌设备的工艺过程可以使相溶的液相物料均匀混合，使不相溶的另液相均匀乳化，使气体在液相中均匀的分散，使固体粒子在液相中均匀悬浮。搅拌设备在工业生产中被用于物料混合、溶解、乳化、吸收、萃取、化合以及传热等工艺过程。在食品、医药、化工、水处理等工业生产中，带有搅拌装置的化工设备应用范围很广。由于机械搅拌操作条件可控范围较大，能适应多样化的工业生产，因此机械搅拌设备得到广泛应用。
　　机械搅拌设备由搅拌罐体和搅拌装置两大部分组成。搅拌罐体是搅拌液相流体为主体介质进行各种物理、化学过程的容器。搅拌装置由搅拌器、搅拌轴、轴封和传动装置组成，传动装置包括驱动电机、减速机、联轴器和机架。机械搅拌设备在工作中，由搅拌器的运动加速物料在罐体中完成物理、化学工艺过程。
　　由于搅拌设备的使用目的不同，机械搅拌操作可用于不同的行业，搅拌设备的结构也是多种多样，但都是通过物料的流动达到搅拌的目的。在搅拌罐体内，物料的流动状态与搅拌罐体的形状、有无挡板及搅拌器的形状、安装位置、转速等因素相关。因此在设计机械搅拌设备时，应对这些相关的因素进行设计，在满足所需工艺参数的前提下，利用最小的功率消耗达到搅拌的目的。
　　1 工艺参数的设定
　　为了设计机械搅拌设备应有工艺条件参数。了解搅拌设备的工作条件，如压力、温度，熟悉在工作条件下的物料特性，如密度、粘度、毒性、腐蚀性等。同时还应确定搅拌的目的及相应的操作方法，如加料方式。搅拌物料中是否有固体粒子，若有应确定固体粒子的存在形式，如溶解、悬浮、沉淀等。根据这些参数或工艺要求进一步确定与物料接触的部件的材质，判定电动机的工作环境和减速机的负载情况，确定轴封的使用条件。根据搅拌容积和充装系数设定搅拌罐体的结构及尺寸。根据搅拌过程中物料的流动状态可选定搅拌器的型式并确定是否设置挡板。
　　2 搅拌设备的设计
　　2.1 搅拌罐体的结构及尺寸
　　机械搅拌设备一般为立式圆筒形结构，上部分有椭圆形封头、平盖结构，分可拆和不可拆，下部分有椭圆形封头、锥形底、平底结构。换热型式分为内部换热和外部换热。依据工艺要求，内部换热可选盘管、蛇形管等换热装置，外部换热可采用整体型夹套、半圆管等结构进行换热。搅拌罐体属于压力容器范围时，应按照GB150进行设计。当罐体和夹套有压力时，一般选用椭圆形封头，为了出料需要也可选用圆锥形的罐底。搅拌罐体的容积一般为搅拌容积的1.25倍，对于发酵罐类的情况需适当增加罐体容积。搅拌罐体高度与内经之比（H/Di）通常情况下可取1～2，发酵罐类可取1.7～2.5。为了物料有上下方向的循环流动，罐体内部可设置挡板，挡板垂直安装，宽度为罐体内径的1/12～1/8。挡板与罐体内壁要有间距避免物料在挡板处停滞。
　　罐体尺寸可按照公式计算：
　　将Di计算结果圆整到公称直径系列。
　　根据罐体高度与内经之比可计算出高度H值。
　　再根据计算出的高度和内径值验证是否符合工艺要求。
　　带有夹套的罐体还应计算夹套的尺寸。夹套内径一般比罐体内径大50～200mm。夹套高度按照传热面积核算。