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新型高粘度液體攪拌機設計
攪拌混合設備是一種流體機械產品，種類繁多、應用廣泛，覆蓋了化工、建筑、醫藥、食品、涂料等諸多行業,發揮著重要作用。隨著攪拌混合設備的普及應用，各行各業對于攪拌混合的要求也更為嚴格，因此，在設計的過程中，既要借鑒已有經驗，又要掌握科技創新，對傳統的攪拌機械加以改善，這樣才能適應不同工藝條件下的攪拌混合。根據需要，本課題要求設計一款高粘度攪拌機，適用于多相高粘度液態物質的混合。主要的設計任務包括：攪拌機總體設計、傳動系統設計、攪拌葉片設計、主要零部件結構設計、用繪圖軟件CAXA和Solidworks表述零件及其產品裝配圖.
1.1  攪拌混合技術的發展與應用  攪拌混合設備的誕生與廣泛應用是伴隨著社會進步、科技創新逐步發展而來的。如果留心會發現，攪拌混合的現象層出疊現地發生在生活的諸多細節中，圍繞在我們左右。像飲食中加入調味料，建筑業土料混合等等，都是通過攪拌混合使物料之間混合均勻或者促進加速物理、化學過程的操作。當攪拌操作超出人力范圍時或者順應人工化向機械化發展的潮流，攪拌設備便應運而生。  隨著工業革命的爆發，早在19世紀40年代，德、美、俄等國家便研制生產了自落式攪拌機，這種攪拌機用蒸氣機提供動力，攪拌容器是一個木制筒，成多面體狀。19世紀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世紀后，圓柱形的攪拌筒開始普及，改進了攪拌桶形狀之后，有效地避免了攪拌物料在筒內壁上的沉積， 從而改善了攪拌質量。在這同一時代，美國用內燃機代替蒸汽機，為攪拌操作提供動力，不久，又以電動機代替內燃機成為動力源。20世紀中葉，德國發明了強制式攪拌機。不同于自落式攪拌機的是，強制式攪拌機通過葉片的旋轉來迫使物料按特定軌跡進行剪切、擠壓、 翻滾、拋出，從而使物料攪拌均勻。強制式攪拌機的優點是攪拌作用強、質量好、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展，如今攪拌混合設備已經覆蓋多個領域，產品規格和生產數量上都達到了一定規模。  攪拌混合設備在工業生產中應用范圍很廣，尤其是化學工業，攪拌混合設備在許多場合都作為反應器來應用。例如石油工業中，攪拌設備被用于物料混合、溶解、傳熱、制備懸浮液、聚合反應、制備催化劑等；化工生產中，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備。
攪拌混合設備在建筑業中也得以重用，例如混凝土攪拌設備，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。隨著城市建設的發展和施工技術的進步，人們對混凝土的混合質量和經濟指標提出了更高的要求，從而促進了混凝土攪拌混合技術的發展和深化，自動化、機械化的攪拌混合機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展，特別是各行各業對于攪拌混合的需求日益增多，要求也更為嚴格，攪拌與混合設備正伴隨著科技的突飛猛進向大型化、標準化、機電一體化、智能化方向發展。
1.2  攪拌混合設備概述  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，從而達到均勻混合的一種操作。攪拌操作又分為氣流攪拌和機械攪拌。氣流攪拌是使氣體鼓泡經過液體層，借上升作用帶動液體產生對流循環。而機械攪拌，顧名思義，則是靠人工或機器對物料進行攪拌。兩者各有優劣：與機械攪拌相比，氣流攪拌僅靠氣泡對液體進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達到相對均勻狀態的過程。在農業生產、工業加工以及其他相關行業所需的工藝過程中，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、調味料的配制，又如用混合來促進溶解、浸出、結晶、生物化學反應、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生某種方式的循環流動，從而物料之間相互散布，進而使各物料從不均勻狀態達到相對均勻的狀態。攪拌既可以是一種獨立的流體力學范疇的單元操作，以促進混合為主要目的；又往往是完成其他單元操作的必要手段，以促進傳熱、傳質、化學反應為主要目的。總體來說，攪拌混合的作用主要表現為以下幾個方面：  
（1）促使固體加速溶解或發生液固化學反應；  
（2）不互溶的液體混合均勻，制備均勻混合液、乳化液； 
（3）促進溶解和氣體吸收，強化傳質； 
（4）強化熱交換，防止局部過熱或過冷。

液體攪拌機 油漆分散機

   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，在應力作用下會流動，按流體力學性質可分為兩種——牛頓型和非牛頓型流體。牛頓流體的粘度不隨攪拌設備的攪拌轉速變化，也不隨位置變化，在通常的切應變速率范圍內。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達到均勻的過程，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，一般都在湍流狀態下進行。因而該過程具有較強的主體擴散、湍流擴散和分子擴散。  高粘度流體的攪拌泛指互溶的高粘度液體間的混合。在工業生產中，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層流狀態，而這種層流只能位于在攪拌器附近，離攪拌器稍遠的區域高粘度液體可能形成不了循環流動，造成死區，對混合效果大打折扣。因此，只靠增大攪拌轉速來提高循環流量的做法是行不通的，zui重要的是增大攪拌器直徑與設備內徑的比值、攪拌器葉片的寬度以及增加攪拌器的層數。
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行分散。（2）固—固相：粉粒體或團粒狀的混合。  （3）固—液相：當液相多于固相時，可以形成溶液或懸浮液；當液相少于固相時，仍然形成粉粒狀或團粒狀；當液相和固相比例在某一特定范圍內時，可形成稠狀物料或無定型團塊，這是一種特殊的相變狀態。

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    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，在應力作用下會流動，按流體力學性質可分為兩種——牛頓型和非牛頓型流體。牛頓流體的粘度不隨攪拌設備的攪拌轉速變化，也不隨位置變化，在通常的切應變速率范圍內。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達到均勻的過程，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，一般都在湍流狀態下進行。因而該過程具有較強的主體擴散、湍流擴散和分子擴散。  高粘度流體的攪拌泛指互溶的高粘度液體間的混合。在工業生產中，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層流狀態，而這種層流只能位于在攪拌器附近，離攪拌器稍遠的區域高粘度液體可能形成不了循環流動，造成死區，對混合效果大打折扣。因此，只靠增大攪拌轉速來提高循環流量的做法是行不通的，zui重要的是增大攪拌器直徑與設備內徑的比值、攪拌器葉片的寬度以及增加攪拌器的層數。  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行分散。
（2）固—固相：粉粒體或團粒狀的混合。  
（3）固—液相：當液相多于固相時，可以形成溶液或懸浮液；當液相少于固相時，仍然形成粉粒狀或團粒狀；當液相和固相比例在某一特定范圍內時，可形成稠狀物料或無定型團塊，這是一種特殊的相變狀態。  
（4）固—液—氣相：食品生產中的*混合現象，某些食品生產中要將空氣或惰性氣體混入物料以增加物料的體積、改善物料的質構特性以及口感，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，工業應用中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，在氣液界面傳質或者發生化學反應等。
1.2.3  攪拌混合設備的分類  攪拌機根據攪拌對象的性質分為固體攪拌設備、固-液攪拌設備、液-液攪拌設備、氣-液和氣-液-固攪拌設備。  固體混和設備：  常用的固體混合設備有三種類型：容器轉動；容器固定，內部器件轉動；容器和內部器件同時轉動。有時在混合器中裝有檔板和葉片。  （1）容器回轉式：      圖1-1所示是一種典型的容器回轉式混合設備，在無內部器件時，具有混合溫和、處理量大、易清洗、研磨作用強的特點；有時為了要破壞粉體團塊還可以在容器中安置破壞桿和擋板或者安裝噴射器。