机械搅拌设备设计研究

杨晨

摘 要：随着国家工业化水平的不断提高，机械搅拌设备作为化工行业不可或缺的重要设备，正在发挥着越来越重要的作用。搅拌设备是一种动设备，伴随着搅拌轴的转动，将搅拌容器内的物料充分混匀。机械搅拌是一种更实用于医药及科研的设备[1]。

关键词：搅拌设备;设计计算;改进发展

1.常用搅拌设备及工作原理

搅拌机和搅拌容器共同组成了搅拌设备。搅拌容器是机械设备运行中与搅拌机共同完成物料的物理过程、化学（如分散、悬浮、萃取、吸收、溶解、混匀、传热与化学反应等）过程的设备;搅拌机是由搅拌部件（如搅拌桨、搅拌轴）、轴封系统和传动部件（如减速机、驱动机、机架、联轴器）等组成的总体。

常用的搅拌设备可分为涡轮式、旋浆式、桨式、螺带式、磁力式、磁力加热式、锚式等。

①涡轮式搅拌设备的运作原理是利用搅拌轴的转动引起液体的径向湍动，适用于液体之间相互不溶解或者气液分离的工作状态。可以用此种设备进行搅拌粘度不超过25Pa？s 的液体。

②旋浆式搅拌设备是利用高速旋转的螺旋桨叶造成轴向液流，循环量较大，适用于液体粘度不超过2Pa？s 的乳浊液、液体及悬浊液中固体的微粒含量低于10%。

③桨式搅拌设备的高径比4～10，圆周运转速度1.5～3m/s。应此常应用于粘度不大的液体及固体微粒的悬浮与溶解。

④螺带式搅拌设备通常运转在层流工况下，适用于液体粘度在200～500Pa？s 的高粘度液体的搅拌情况。

⑤磁力式搅拌设备通过带有微处理器的电动马达去适应液体的黏着程度。

⑥磁力加热式搅拌设备可以监控液体温度，因为自带的外部温度控制器。

⑦锚式搅拌设备的搅拌轴与内壁的间隙很小，因此可以去除设备内壁的粘性反应物以及固体沉积物，保持良好的传热性能，因此广泛适用于粘度高的液体搅拌。

2.搅拌设备的设计计算

2.1 搅拌功率计算

搅拌设备的设计计算是进行搅拌设备选型的重要前期步骤，一方面可以设计或校核搅拌轴和搅拌器的刚度和强度;另一方面可以用于选择电机和减速机等传动装置。

2.2 电动机容量计算

在搅拌设备中，搅拌设备的电动机容量决定了搅拌设备所能搅拌液体量的大小。因此，在选用搅拌设备前应该对搅拌设备的功率进行计算，决定电动机容量的参数有电动机驱动功率和电机效率。

2.3 搅拌轴剪切力计算

搅拌设备的搅拌轴是最易损坏的机械部件，在搅拌设备运转过程中，搅拌轴收到液体的弯矩和剪切应力，为了保护搅拌轴，要提前分析搅拌轴在搅拌过程中可能收到的力。据此分析，搅拌轴的设计要考虑在这两种力矩作用下所承受剪切应力的情况。

2.4 搅拌罐的设计计算

当搅拌罐承受内压或夹套承受压力时，通过强度计算，搅拌罐底部封头采用蝶形或椭圆形封头较为合适。此种类型的封头因其内表面光滑，可以有效防止液体在罐底的残留。

搅拌设备内液体的高度与直径的比（ ）常用取值范围0.8～1.2。

设备内设置2～8 个挡板，可以有效得到上下方向的循环流。挡板的安装方式应垂直，挡板宽度应为设备直径的1/8～1/12。通过设置挡板与设备内壁之间的间隙，可以有效防止流体的停滞。挡板应进行抛光，防止挡板部位发生粘滞现象。

3.搅拌设备的改进与发展

3.1 搅拌设备设计现状

传统的搅拌设备大都依据原有的设计经验、化工设备设计系列的书籍如《搅拌设备设计》[2]，这些资料的依据流体流动和混合原理，按照搅拌设备的操作分类，如搅拌传热、搅拌功率、均相混合、非均相分散，提供了大量的计算公式和算图;这些设计的参考标准无疑是经典的、可靠的。但是由于科技的迅速发展，这些经典标准无法体现科研的成果。在另外一方面，设计搅拌设备的过程中要不断与工艺相结合，要让设计出来的搅拌设备满足工艺特性，满足设计要求。

3.2 引入互联网的搅拌设备智能化设计

近年来，随着互联网技术的飞速发展，引入互联网技术到搅拌设备当中已成为可能，互联网也实现了搅拌设备的智能化设计[3]。通过互联网技术，工艺或设备人员通过互联网客户端来观察及研究搅拌设备的变化，为了下一步改进搅拌设备提供大量数据基础。具有互联网技术的专业人员负责客户端智能化任务的发展与研究，不断将最新研究成果付诸实践，并不断提高搅拌设备智能化水平。

4.结束语

搅拌设备的发展体现国家现代工业的制造与设计水平，不断提升的工业水平也会促进搅拌设备的不斷发展。

参考文献：

[1] 陈翔，吴汉川，乔春，周思柱，黄天成《. 基于正交实验法和流场模拟的搅拌罐结构优化设计》.机械设计与制造，2012，21（2）：13-24.

[2] 王凯，虞军.化工设备设计全书，搅拌设备[M].北京化学工业出版社，2003.

[3] 冯连芳，王嘉骏，顾雪萍.搅拌设备设计专家系统[J].合成橡胶工业，2001，24（2）：67-70.