機械攪拌設備設計研究

楊晨

摘 要：隨著國家工業化水平的不斷提高，機械攪拌設備作為化工行業不可或缺的重要設備，正在發揮著越來越重要的作用。攪拌設備是一種動設備，伴隨著攪拌軸的轉動，將攪拌容器內的物料充分混勻。機械攪拌是一種更實用于醫藥及科研的設備[1]。

關鍵詞：攪拌設備;設計計算;改進發展

1.常用攪拌設備及工作原理

攪拌機和攪拌容器共同組成了攪拌設備。攪拌容器是機械設備運行中與攪拌機共同完成物料的物理過程、化學（如分散、懸浮、萃取、吸收、溶解、混勻、傳熱與化學反應等）過程的設備;攪拌機是由攪拌部件（如攪拌槳、攪拌軸）、軸封系統和傳動部件（如減速機、驅動機、機架、聯軸器）等組成的總體。

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

①渦輪式攪拌設備的運作原理是利用攪拌軸的轉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。可以用此種設備進行攪拌粘度不超過25Pa？s 的液體。

②旋漿式攪拌設備是利用高速旋轉的螺旋槳葉造成軸向液流，循環量較大，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槳式攪拌設備的高徑比4～10，圓周運轉速度1.5～3m/s。應此常應用于粘度不大的液體及固體微粒的懸浮與溶解。

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

⑤磁力式攪拌設備通過帶有微處理器的電動馬達去適應液體的黏著程度。

⑥磁力加熱式攪拌設備可以監控液體溫度，因為自帶的外部溫度控制器。

⑦錨式攪拌設備的攪拌軸與內壁的間隙很小，因此可以去除設備內壁的粘性反應物以及固體沉積物，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.攪拌設備的設計計算

2.1 攪拌功率計算

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

2.2 電動機容量計算

在攪拌設備中，攪拌設備的電動機容量決定了攪拌設備所能攪拌液體量的大小。因此，在選用攪拌設備前應該對攪拌設備的功率進行計算，決定電動機容量的參數有電動機驅動功率和電機效率。

2.3 攪拌軸剪切力計算

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

2.4 攪拌罐的設計計算

當攪拌罐承受內壓或夾套承受壓力時，通過強度計算，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表面光滑，可以有效防止液體在罐底的殘留。

攪拌設備內液體的高度與直徑的比（ ）常用取值范圍0.8～1.2。

設備內設置2～8 個擋板，可以有效得到上下方向的循環流。擋板的安裝方式應垂直，擋板寬度應為設備直徑的1/8～1/12。通過設置擋板與設備內壁之間的間隙，可以有效防止流體的停滯。擋板應進行拋光，防止擋板部位發生粘滯現象。

3.攪拌設備的改進與發展

3.1 攪拌設備設計現狀

傳統的攪拌設備大都依據原有的設計經驗、化工設備設計系列的書籍如《攪拌設備設計》[2]，這些資料的依據流體流動和混合原理，按照攪拌設備的操作分類，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;這些設計的參考標準無疑是經典的、可靠的。但是由于科技的迅速發展，這些經典標準無法體現科研的成果。在另外一方面，設計攪拌設備的過程中要不斷與工藝相結合，要讓設計出來的攪拌設備滿足工藝特性，滿足設計要求。

3.2 引入互聯網的攪拌設備智能化設計

近年來，隨著互聯網技術的飛速發展，引入互聯網技術到攪拌設備當中已成為可能，互聯網也實現了攪拌設備的智能化設計[3]。通過互聯網技術，工藝或設備人員通過互聯網客戶端來觀察及研究攪拌設備的變化，為了下一步改進攪拌設備提供大量數據基礎。具有互聯網技術的專業人員負責客戶端智能化任務的發展與研究，不斷將最新研究成果付諸實踐，并不斷提高攪拌設備智能化水平。

4.結束語

攪拌設備的發展體現國家現代工業的制造與設計水平，不斷提升的工業水平也會促進攪拌設備的不斷發展。

參考文獻：

[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構優化設計》.機械設計與制造，2012，21（2）：13-24.

[2] 王凱，虞軍.化工設備設計全書，攪拌設備[M].北京化學工業出版社，2003.

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