新型高粘度液體攪拌機(jī)設(shè)計
攪拌混合設(shè)備是一種流體機(jī)械產(chǎn)品，種類繁多、應(yīng)用廣泛，覆蓋了化工、建筑、醫(yī)藥、食品、涂料等諸多行業(yè),發(fā)揮著重要作用。隨著攪拌混合設(shè)備的普及應(yīng)用，各行各業(yè)對于攪拌混合的要求也更為嚴(yán)格，因此，在設(shè)計的過程中，既要借鑒已有經(jīng)驗，又要掌握科技創(chuàng)新，對傳統(tǒng)的攪拌機(jī)械加以改善，這樣才能適應(yīng)不同工藝條件下的攪拌混合。根據(jù)需要，本課題要求設(shè)計一款高粘度攪拌機(jī)，適用于多相高粘度液態(tài)物質(zhì)的混合。主要的設(shè)計任務(wù)包括：攪拌機(jī)總體設(shè)計、傳動系統(tǒng)設(shè)計、攪拌葉片設(shè)計、主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計、用繪圖軟件CAXA和Solidworks表述零件及其產(chǎn)品裝配圖.
1.1  攪拌混合技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用  攪拌混合設(shè)備的誕生與廣泛應(yīng)用是伴隨著社會進(jìn)步、科技創(chuàng)新逐步發(fā)展而來的。如果留心會發(fā)現(xiàn)，攪拌混合的現(xiàn)象層出疊現(xiàn)地發(fā)生在生活的諸多細(xì)節(jié)中，圍繞在我們左右。像飲食中加入調(diào)味料，建筑業(yè)土料混合等等，都是通過攪拌混合使物料之間混合均勻或者促進(jìn)加速物理、化學(xué)過程的操作。當(dāng)攪拌操作超出人力范圍時或者順應(yīng)人工化向機(jī)械化發(fā)展的潮流，攪拌設(shè)備便應(yīng)運而生。  隨著工業(yè)革命的爆發(fā)，早在19世紀(jì)40年代，德、美、俄等國家便研制生產(chǎn)了自落式攪拌機(jī)，這種攪拌機(jī)用蒸氣機(jī)提供動力，攪拌容器是一個木制筒，成多面體狀。19世紀(jì)80年代，攪拌容器木板開始被鐵或者鋼件代替，但形狀依舊是多面體。步入20世紀(jì)后，圓柱形的攪拌筒開始普及，改進(jìn)了攪拌桶形狀之后，有效地避免了攪拌物料在筒內(nèi)壁上的沉積， 從而改善了攪拌質(zhì)量。在這同一時代，美國用內(nèi)燃機(jī)代替蒸汽機(jī)，為攪拌操作提供動力，不久，又以電動機(jī)代替內(nèi)燃機(jī)成為動力源。20世紀(jì)中葉，德國發(fā)明了強(qiáng)制式攪拌機(jī)。不同于自落式攪拌機(jī)的是，強(qiáng)制式攪拌機(jī)通過葉片的旋轉(zhuǎn)來迫使物料按特定軌跡進(jìn)行剪切、擠壓、 翻滾、拋出，從而使物料攪拌均勻。強(qiáng)制式攪拌機(jī)的優(yōu)點是攪拌作用強(qiáng)、質(zhì)量好、效率高，但缺點有攪拌器與攪拌容器磨損大，功耗大。隨著科技與時代的快速發(fā)展，如今攪拌混合設(shè)備已經(jīng)覆蓋多個領(lǐng)域，產(chǎn)品規(guī)格和生產(chǎn)數(shù)量上都達(dá)到了一定規(guī)模。  攪拌混合設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍很廣，尤其是化學(xué)工業(yè)，攪拌混合設(shè)備在許多場合都作為反應(yīng)器來應(yīng)用。例如石油工業(yè)中，攪拌設(shè)備被用于物料混合、溶解、傳熱、制備懸浮液、聚合反應(yīng)、制備催化劑等；化工生產(chǎn)中，制造乙烯、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設(shè)備。
攪拌混合設(shè)備在建筑業(yè)中也得以重用，例如混凝土攪拌設(shè)備，通過攪拌混合使混凝土中各組分形成物料顆粒相互分散、均勻分布的混合物。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和施工技術(shù)的進(jìn)步，人們對混凝土的混合質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提出了更高的要求，從而促進(jìn)了混凝土攪拌混合技術(shù)的發(fā)展和深化，自動化、機(jī)械化的攪拌混合機(jī)械與施工工藝也大大改變了混凝土工程的施工面貌。  隨著科技如雨后春筍般地蓬勃發(fā)展，特別是各行各業(yè)對于攪拌混合的需求日益增多，要求也更為嚴(yán)格，攪拌與混合設(shè)備正伴隨著科技的突飛猛進(jìn)向大型化、標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)電一體化、智能化方向發(fā)展。
1.2  攪拌混合設(shè)備概述  1.2.1  攪拌與混合  攪拌是指使兩種或兩種以上物料在流動中相互散布，從而達(dá)到均勻混合的一種操作。攪拌操作又分為氣流攪拌和機(jī)械攪拌。氣流攪拌是使氣體鼓泡經(jīng)過液體層，借上升作用帶動液體產(chǎn)生對流循環(huán)。而機(jī)械攪拌，顧名思義，則是靠人工或機(jī)器對物料進(jìn)行攪拌。兩者各有優(yōu)劣：與機(jī)械攪拌相比，氣流攪拌僅靠氣泡對液體進(jìn)行攪拌作用是比較弱的，對于幾千MPa·s以上的高粘度液體更是難于使用。但氣流攪拌因為無運動部件，在攪拌腐蝕性液體、高溫高壓條件下的反應(yīng)液體時比較方便。  混合是指通過攪拌或其他操作，使兩種或兩種以上物料從不均勻狀態(tài)達(dá)到相對均勻狀態(tài)的過程。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)加工以及其他相關(guān)行業(yè)所需的工藝過程中，混合是*的單元操作之一。例如用混合來完成飼料、飲料、乳制品、調(diào)味料的配制，又如用混合來促進(jìn)溶解、浸出、結(jié)晶、生物化學(xué)反應(yīng)、以及均勻加熱和冷卻等等。  
攪拌混合通過攪動使兩種或兩種以上物料發(fā)生某種方式的循環(huán)流動，從而物料之間相互散布，進(jìn)而使各物料從不均勻狀態(tài)達(dá)到相對均勻的狀態(tài)。攪拌既可以是一種獨立的流體力學(xué)范疇的單元操作，以促進(jìn)混合為主要目的；又往往是完成其他單元操作的必要手段，以促進(jìn)傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)為主要目的。總體來說，攪拌混合的作用主要表現(xiàn)為以下幾個方面：  
（1）促使固體加速溶解或發(fā)生液固化學(xué)反應(yīng)；  
（2）不互溶的液體混合均勻，制備均勻混合液、乳化液； 
（3）促進(jìn)溶解和氣體吸收，強(qiáng)化傳質(zhì)； 
（4）強(qiáng)化熱交換，防止局部過熱或過冷。

液體攪拌機(jī) 油漆分散機(jī)

   1.2.2  攪拌物料的分類  牛頓流體與非牛頓流體：  攪拌物料通常是流體，在應(yīng)力作用下會流動，按流體力學(xué)性質(zhì)可分為兩種——牛頓型和非牛頓型流體。牛頓流體的粘度不隨攪拌設(shè)備的攪拌轉(zhuǎn)速變化，也不隨位置變化，在通常的切應(yīng)變速率范圍內(nèi)。反之，稱為非牛頓流體。水、各種鹽的水溶液、甘油等均屬于牛頓液體。許多工程和領(lǐng)域中涉及到的高分子熔體與溶液、原油、各種濃懸濁液乳濁液均屬于非牛頓流體。  單相物料體系：  如果需要攪拌的物料是單相的，單向流體按照粘度的大小又可分為低粘度互溶液體、高粘度流體、粘彈性流體和異粘流體等。 
一般認(rèn)為，在攪拌過程中，粘度大于50Pa·s的稱為高粘度流體，粘度在5-50Pa·s范圍內(nèi)的流體稱為中粘度流體，粘度小于5Pa·s的液體稱為低粘度流體。  低粘度互溶液體的攪拌是兩種及兩種以上互溶液體在攪拌作用下，任意一點的濃度、密度、溫度以及其他物理狀態(tài)達(dá)到均勻的過程，屬于攪拌過程中zui基本、zui容易完成的過程。這種攪拌過程的主要特征就是不存在傳遞過程的相界面，一般都在湍流狀態(tài)下進(jìn)行。因而該過程具有較強(qiáng)的主體擴(kuò)散、湍流擴(kuò)散和分子擴(kuò)散。  高粘度流體的攪拌泛指互溶的高粘度液體間的混合。在工業(yè)生產(chǎn)中，高粘流體的使用日益增多，許多高分子聚合物都是高粘度流體。由于粘滯力的影響，高粘流體的攪拌過程一般只能出現(xiàn)層流狀態(tài)，而這種層流只能位于在攪拌器附近，離攪拌器稍遠(yuǎn)的區(qū)域高粘度液體可能形成不了循環(huán)流動，造成死區(qū)，對混合效果大打折扣。因此，只靠增大攪拌轉(zhuǎn)速來提高循環(huán)流量的做法是行不通的，zui重要的是增大攪拌器直徑與設(shè)備內(nèi)徑的比值、攪拌器葉片的寬度以及增加攪拌器的層數(shù)。
多相物料體系：  如果被混合的物料是多相的，主要有以下幾種情況：  （1）液—液相：可以互溶或乳化，也可以通過攪拌使互不相溶的兩種液體進(jìn)行分散。（2）固—固相：粉粒體或團(tuán)粒狀的混合。  （3）固—液相：當(dāng)液相多于固相時，可以形成溶液或懸浮液；當(dāng)液相少于固相時，仍然形成粉粒狀或團(tuán)粒狀；當(dāng)液相和固相比例在某一特定范圍內(nèi)時，可形成稠狀物料或無定型團(tuán)塊，這是一種特殊的相變狀態(tài)。

液體攪拌機(jī) 油漆分散機(jī)

    3  1.2.2  攪拌物料的分類  牛頓流體與非牛頓流體：  攪拌物料通常是流體，在應(yīng)力作用下會流動，按流體力學(xué)性質(zhì)可分為兩種——牛頓型和非牛頓型流體。牛頓流體的粘度不隨攪拌設(shè)備的攪拌轉(zhuǎn)速變化，也不隨位置變化，在通常的切應(yīng)變速率范圍內(nèi)。反之，稱為非牛頓流體。水、各種鹽的水溶液、甘油等均屬于牛頓液體。許多工程和領(lǐng)域中涉及到的高分子熔體與溶液、原油、各種濃懸濁液乳濁液均屬于非牛頓流體。  單相物料體系：  如果需要攪拌的物料是單相的，單向流體按照粘度的大小又可分為低粘度互溶液體、高粘度流體、粘彈性流體和異粘流體等。  一般認(rèn)為，在攪拌過程中，粘度大于50Pa·s的稱為高粘度流體，粘度在5-50Pa·s范圍內(nèi)的流體稱為中粘度流體，粘度小于5Pa·s的液體稱為低粘度流體。  低粘度互溶液體的攪拌是兩種及兩種以上互溶液體在攪拌作用下，任意一點的濃度、密度、溫度以及其他物理狀態(tài)達(dá)到均勻的過程，屬于攪拌過程中zui基本、zui容易完成的過程。這種攪拌過程的主要特征就是不存在傳遞過程的相界面，一般都在湍流狀態(tài)下進(jìn)行。因而該過程具有較強(qiáng)的主體擴(kuò)散、湍流擴(kuò)散和分子擴(kuò)散。  高粘度流體的攪拌泛指互溶的高粘度液體間的混合。在工業(yè)生產(chǎn)中，高粘流體的使用日益增多，許多高分子聚合物都是高粘度流體。由于粘滯力的影響，高粘流體的攪拌過程一般只能出現(xiàn)層流狀態(tài)，而這種層流只能位于在攪拌器附近，離攪拌器稍遠(yuǎn)的區(qū)域高粘度液體可能形成不了循環(huán)流動，造成死區(qū)，對混合效果大打折扣。因此，只靠增大攪拌轉(zhuǎn)速來提高循環(huán)流量的做法是行不通的，zui重要的是增大攪拌器直徑與設(shè)備內(nèi)徑的比值、攪拌器葉片的寬度以及增加攪拌器的層數(shù)。  多相物料體系：  如果被混合的物料是多相的，主要有以下幾種情況：  （1）液—液相：可以互溶或乳化，也可以通過攪拌使互不相溶的兩種液體進(jìn)行分散。
（2）固—固相：粉粒體或團(tuán)粒狀的混合。  
（3）固—液相：當(dāng)液相多于固相時，可以形成溶液或懸浮液；當(dāng)液相少于固相時，仍然形成粉粒狀或團(tuán)粒狀；當(dāng)液相和固相比例在某一特定范圍內(nèi)時，可形成稠狀物料或無定型團(tuán)塊，這是一種特殊的相變狀態(tài)。  
（4）固—液—氣相：食品生產(chǎn)中的*混合現(xiàn)象，某些食品生產(chǎn)中要將空氣或惰性氣體混入物料以增加物料的體積、改善物料的質(zhì)構(gòu)特性以及口感，如制造充氣糖果等。 
（5）氣—液相：有通氣式、自吸式和表面更新式三種類型，工業(yè)應(yīng)用中80%以上采用通氣式裝置的攪拌器。氣—液攪拌主要是為了使氣泡在液相中均勻分散，從而使得氣液兩相良好接觸，在氣液界面?zhèn)髻|(zhì)或者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等。
1.2.3  攪拌混合設(shè)備的分類  攪拌機(jī)根據(jù)攪拌對象的性質(zhì)分為固體攪拌設(shè)備、固-液攪拌設(shè)備、液-液攪拌設(shè)備、氣-液和氣-液-固攪拌設(shè)備。  固體混和設(shè)備：  常用的固體混合設(shè)備有三種類型：容器轉(zhuǎn)動；容器固定，內(nèi)部器件轉(zhuǎn)動；容器和內(nèi)部器件同時轉(zhuǎn)動。有時在混合器中裝有檔板和葉片。  （1）容器回轉(zhuǎn)式：      圖1-1所示是一種典型的容器回轉(zhuǎn)式混合設(shè)備，在無內(nèi)部器件時，具有混合溫和、處理量大、易清洗、研磨作用強(qiáng)的特點；有時為了要破壞粉體團(tuán)塊還可以在容器中安置破壞桿和擋板或者安裝噴射器。