什么是搅拌与混合？

搅拌设备的基本结构与选型

3.内构件

包括挡板、盘管、导流筒、气体分布器等。

为消除搅拌容器内液体的打旋现象，使被搅拌的液体上下翻腾而达到均匀的混合，通常需要再搅拌容器内加挡板。通常挡板的宽度约为容器内直径的1/12～1/10，其中设备内的附件如温度计、传热蛇管或各种支撑体也可以起到一定的挡板作用的，但往往达不到“全挡板条件”。通常增加挡板数计其宽度，功率消耗也会增加，但增加到一定值以后，功率消耗就不会再增加，此时的工况就称为“全挡板条件”。

在搅拌容器内，流体可沿各个方向流向搅拌器，流体的行程长短不一，在需要控制回流的速度和方向，用于确定某一流况时可使用导流筒。导流筒是上下开口的圆筒，安装在容器内，在搅拌混合中起导流作用，既可提高容器内流体的搅拌程度，加强搅拌器对流体的直接剪切作用，又造成一定的循环流，使容器内流体均可通过导流筒内强烈混合区，提高混合效率。安装导流筒后，限定了循环路径，减少了流体短路的机会。导流筒主要用于推进式、螺杆式以及涡轮式搅拌器的导流。

4.轴封

轴封是搅拌设备的重要组成部分。轴封属于动密封，其作用是保证搅拌设备内处于一定的正压或真空状态，防止被搅拌的物料逸出和杂质的渗入，因而不是所有的转轴密封型式都能用于搅拌设备。在搅拌设备中，常用的轴封有液封、填料密封和机械密封等。

4.1 液封

当搅拌设备内工作压力为常压，轴封的作用仅是为了防止灰尘与杂质进人内部工作介质，或者隔离工作介质与搅拌设备周围的环境介质相互接触时，可选用液封。液封结构简单，没有与传动轴直接接触引起摩擦的零件。但为保证圆柱形壳体或静止元件与旋转元件之间的间隙符合设计要求，其密封部位零件的加工、安装要求较高。

同时，受结构特点的影响，液封的使用范围较窄。一般适用于工作介质为非易燃易爆或毒性程度轻度危害，设备内工作压力等于大气压力，且温度范围在20-80℃的场合。

值得注意的是，液体工作介质不可充满搅拌设备；而且封液应尽可能采用搅拌设备内工作介质，或与工作介质不发生物理化学作用的中性液体，同时必须极少挥发且不污染大气。

4.2填料密封

是搅拌设备较早采用的一种转轴密封结构，具有结构简单、制造要求低、维护保养方便等优点。但其填料易磨损，密封可靠性较差，一般只适用于常压或低压低转速、非腐蚀性和弱腐蚀性介质，并允许定期维护的搅拌设备。

4.3 机械密封

机械密封是把转轴的密封面从轴向改为径向，通过动环和静环两个端面的相互贴合，并作相对运动达到密封的装置，又称端面密封。机械密封的泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长，无需经常维修，且能满足生产过程自动化和高温、低温、高压、高真空、高速以及各种易燃、易爆、腐蚀性、磨蚀性介质和含固体颗粒介质的密封要求。

与填料密封相比，机械密封具有以下优点：

1、密封可靠，在长期运转中密封状态稳定，泄漏量很小，其泄漏量仅为填料密封的1%左右；

2、使用寿命长，在油、水介质中一般可达1-2年或更长，在化工介质中一般能工作半年以上；

3、摩擦功率消耗低，其摩擦功率仅为填料密封的10-50%；

4、轴或轴套基本上不磨损；

5、维修周期长，端面磨损后可自动补偿，一般情况下不需经常性维修；

6、抗振性好，对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；

7、适用范围广，能用于高温、低温、高压、真空、不同旋转频率，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质的密封。

正是由于机械密封的上述优点，其在搅拌设备上已被广泛使用。

机械密封有单端面机械密封和双端面机械密封两种，单端面机械密封价格较低，当单端面机械密封不能达到要求时，需用双端面机械密封。

单机械密封	双机械密封

当搅拌介质为剧毒、易燃、易爆，或较为昂贵的高纯度物料，或者需要在高真空状态下操作，对密封要求很高，且填料密封和机械密封均无法满足时，可选用全封闭的磁力传动装置。

5.传动装置

搅拌设备的传动装置包括电动机、变速器、联轴器、轴承及机架等。其中搅拌驱动机构通常采用电动机和变速器的组合或选用带变频器的电机，使搅拌达到需要的转速。

传动装置的作用是使搅拌轴以所需的转速转动，并保证搅拌轴获得所需的扭矩。在距大多数搅拌设备中，搅拌轴只有一根，且搅拌器以恒定的速度向一个方向旋转。然而也有一些特殊的搅拌设备，为获得更佳的混合效果，可以在一个搅拌设备内使用两根搅拌轴，并让搅拌器进行的复杂的运动，如往复动式、往复式、行星式等。

5.1 电动机

搅拌设备的搅拌轴通常由电动机驱动。由于搅拌设备的转速一般都比较低，因而电动机绝大多数情况下都是与变速器组合在一起使用的，有时也采用变频器直接调速。为此，选用电动机时，应特别考虑与变速器匹配问题。

通常应根据搅拌轴功率和搅拌设备周围的工作环境等因素选择电动机的型号，并遵循以下基本原则：

①根据搅拌设备的负载性质和工艺条件对电动机的启动、制动、运转、调速等要求，选择电动机类型。

②根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，合理选择电动机容量，并确定冷却通风方式。同时选定的电动机型号和额定功率应满足搅拌设备开车时启动功率增大的要求。

③根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯和腐蚀及易燃易爆气体等，考虑必要的防护方式和电动机的结构型式，确定电动机的防爆等级和防护等级。对于气体或蒸汽爆炸危险环境，应根据爆炸危险环境的分区等级和爆炸危险区域内气体或蒸汽的级别、组别和电动机的使用条件，选择防爆电动机的结构型式和相应的级别、组别；对于粉尘爆炸危险环境，则根据爆炸危险环境的分区等级和电动机的使用条件，选择防爆、防护电动机的结构型式和相应的防爆、防护等级；对于火灾危险环境，则根据火灾危险环境的分区等级和电动机的使用条件，选择防护电动机的结构型式和相应的防护等级。化学腐蚀环境时，应根据腐蚀环境的分类选择相适应的电动机。

④根据企业电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级。

⑤根据搅拌设备的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求，以及机械减速的复杂程度，选择电动机的额定转速。
除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，并综合考虑运行可靠性、供货情况、备品备件通用性、安装检修难易程度、产品价格、运行和维修费用等因素。

5.2 变速器

变速器是用于原动机和工作机之间独立的闭式传动装置，其主要功能是降低转速，并相应增大扭矩。由于搅拌轴运转速度大多在30-600rpm范围内，小于电动机额定转速，故在电动机出口端大多需设置变速器。按变速能力，变速器可分为减速机和无级变速器两大类。

按传动和结构特点来划分，减速机可分为摆线针轮减速机、齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、皮带减速机四种。应根据工艺要求和操作环境，选配合适的变速器。所选用的变速器除应满足功率和输出转速的要求外，还应运转可靠，维修方便，并具有较高的机械效率和较低的噪声。

5.2.1摆线针轮减速机

摆线针轮减速机应用行星传动原理，采用摆线针齿啮合，是一种设计先进、结构新颖的减速机构，允许正、反向运转。它广泛应用于石油化工、轻工食品、制药、纺织印染、冶金矿山、污水处理及工程机械等各种传动机械的减速装置。
行星齿轮减速机的最大特点是传动效率高，传动比范围广，传动功率可从10W到50000kW，体积和重量比普通齿轮减速机、蜗杆减速机小得多。但其结构较复杂，制造精度要求较高。

5.2.2 齿轮减速机

齿轮减速机包括圆柱齿轮减速机和圆锥齿轮减速机两种，其中圆柱齿轮减速机在所有减速机中应用最广，它传递功率的范围可从很小至4000kW，圆周速度也可从很低60-70m/s；而圆锥齿轮减速机的输人轴和输出轴位置成90o配置，因而适用于输入、输出轴相互垂直的场合。
齿轮减速机的主要特点是效率高，工作耐久，维护简便口按其减速齿轮的级数可分为单级、两级、三级甚至多级；按其轴在空间的相互配置可分为立式和卧式；按其运动简图的特点可分为展开式、同轴式和分流式等。
为了避免减速机外廓尺寸过大，一般当传动比在8以下时，可采用单级齿轮减速机，大于8时，最好选用两级或两级以上齿轮减速机。

5.2.3蜗轮蜗杆减速机

蜗轮蜗杆减速机采用蜗轮蜗杆传动，主要用于传动比较大的场合，具有传动结构紧凑，轮廓尺寸小，工作平稳等优点，但效率较低，因而单级蜗杆减速机应用较多，两级蜗杆减速机则较少应用。单级蜗杆减速机传动比的范围一般为10-70。

5.2.4 皮带减速机

皮带减速机具有效率高、寿命长、结构紧凑、传动平稳、拆卸方便等特点，允许正反方向运转，在大型发酵装置中应用较多。

5.2.5 机械无级变速器

在相当多的搅拌操作中，由于工艺条件要求搅拌轴变速运转或搅拌工艺处于试验研究阶段使搅拌轴转速未定，往往需要选用无级变速器。

机械无级变速器大多利用主功构件与从动构件接触处的摩擦(牵引)力传动来传递运动和扭矩，并通过改变主、从动件的相对位置以改变接触处的土作半径来实现无级变速。

无级变速器的主要功能是根据生产实际需要随时调整工作转速，从而获得最合适的转速，即其传动比可在设计预定的范围内无级地进行改变，以简化变速传动结构、提高生产效率和产品质量、合理利用动能，同时可实现遥控及自动控制功能，减轻操作人员的劳动强度。
无级变速器具有以下特点：
①结构简单。大多数行星摩擦式无级变速器由6-8个关键传动元件组成，传动元件数目较少，结构紧凑。外形尺寸小，整机制造相对较容易。
②变速范围较大。可简化传动结构，传动平稳、噪声极低。
③驱动功率较大，承载能力较强。
④输出机械特性优越。一般情况下，无级变速器低转速时恒扭矩输出特性较强，高转速时可达到恒功率输出。
⑤传动效率高，机构寿命长。正常使用寿命可达10年以上。
由于上述特点，再加上其属于降速型传动，因而在搅拌设备上应用较多。
值得注意的是：机械无级变速器与齿轮传动相比，超负载能力较差，而且工作过程中有滑动、丢转等现象。因此，在启动扭矩大、启动次数多、负荷变动大、有冲击负荷和急刹车等使用条件下，会降低变速器的使用寿命。考虑到这些因素，可在额定功率或扭矩的基础上再乘以一个系数，即采用比原规格稍大的、有一定裕量的无级变速器，或者设置保护装置，并在结构上尽量避免变速器受到苛刻的负荷条件。

5.3 轴承

在一般情况下，搅拌轴应尽可能设计成悬臂式的，以便于安装维护，减少介质腐蚀造成的影响。但搅拌轴悬臂过长且又较细时，常常会将轴扭弯，同时离心力的作用也随着递增，严重时可损坏搅拌轴。有些搅拌反应器的搅拌轴很长，需要安装中间轴承或底轴承以防搅拌轴下部摆动过大。

装设中间轴承和底轴承虽然可以改变搅件轴的支承条件，减少搅拌轴的挠度。但同时增加了结构的夏杂性，给安装和检修带来困唯；而且多支点支承对中困难，安装不好会产生偏心，加剧轴承的磨损并产生振动；设备内轴承的润滑是利用容器内液体进行的，因此，当存在磨损性颗粒时，会进入轴承造成磨损、堵住咬死。所以，应当尽量避免采用中间轴承和底轴承。

5.3.1 中间轴承

中间轴承通常装在轴封的下方，或搅拌轴的中部，其位置主要取决于轴的稳定性以及安装、检修的方便等。但如果中间轴承浸没在介质中，轴承与器壁固定的拉杆起着横挡板的作用，既增加了搅拌功率的消耗，又使得液体分子之间的剪切作用加大，同时还必须考虑介质的腐蚀和磨损，因而要尽可能不用。

常用的间轴承结构型式有三拉杆式、三槽钢三轴瓦式、井字槽钢式以及三拉杆吊挂式等。

5.3.2 底轴承

底轴承装在搅拌轴的底部，常用的底轴承结构型式有三足式、底部法兰式和迷宫三足式等几种。

5.4 联轴器

联轴器的作用是将两个独立设备的轴牢固地联在一起，以进行运动和功率的传递。根据联接结构的不同，上联轴器可以分为刚性联轴器、弹性联轴器和液力耦合器。刚性联轴器联接两轴时，轴线对中性好，允许在任何方向转动，结构简单，制造方便。弹性联轴器由于具有能够产生较大弹性变形和阻尼作用的弹性元件，具有较好的补偿相对位移、缓冲和吸震作用。液力耦合器具有电机过载保护及提高电机启动性能的能力，并且可以隔离振动，缓和冲击。

根据安装位置的不同，联轴器可分为下联轴器和上联轴器。

5.4.1 下联轴器

下联轴器主要是对搅拌槽内的搅拌轴进行联接，必须采用刚性联轴器；安装方式有焊接式和可拆式两种。

5.4 联轴器

5.4.2 上联轴器

上联轴器指搅拌轴与变速器或电动机出轴间的联轴器，其选取一般应按以下原则进行：
①采用无支点机架，并且除电动机或变速器支点外无其他支点时，必须采用刚性联轴器；
②在传递较小功率和较小轴承载荷的情况下，可采用刚性联轴器用于无中间轴承、底轴承和轴封上也不设轴承的单支点机架上；
③具备下列条件之一时，应选用弹性联轴器：a、采用双支点机架者；b、采用单支点机架，但设置了底轴承或设有中间导向轴承或轴封本体设置了可以作为支承的轴承者。
另外，必须要注意的是：
当搅拌轴系为悬臂结构时，减速机输出轴支承和架支承组成搅拌轴系的两个支承点，减速机输出轴与搅拌轴连接必须采用刚性联轴器。
当搅拌轴系为单跨结构时，机架支承和釜内底轴承组成搅拌轴系的两个支承点，减速机输出轴与搅拌轴连接必须采用弹性联轴器。
当搅拌轴系配置的轴封带有辅助支承或釜内设有中间轴承时，由于这两种支承属于提高轴封处旋转精度和轴系抗震扶正能力的辅助支承，搅拌轴系仍应按配置这两种辅助支承前的结构形式处理。对悬臂结构，减速机输出轴与搅拌轴连接必须采用刚性联轴器。对单跨结构，减速机输出轴与搅拌轴连接必须采用弹性联轴器。

5.5 机架

搅拌设备的机架应该使搅拌轴有足够的支承间距，以保证操作时搅拌轴下端的偏摆量不大。机架应保证变速器的输出轴与搅拌轴对中，同时还应与轴封装置对中。机架轴承除承受径向载荷外，还应承受搅拌器所产生的轴向力。大多数情况下，机架中间还要安装中间轴承装置，以改善搅拌轴的支承条件。机架的型式可分为无支点机架、单支点机架和双支点机架三种。

5.5.1 无支点机架

机架本身无支撑点，搅拌轴系以减速机输出轴的两个轴承支点作为支撑。适用于轴向力较小或仅受径向力，搅拌负载均匀的场合。
在一些小功率和较小的轴向载荷等场合，可选用无支点机架，但同时必须满足下列条件之一：
①电动机与变速器具备两个支点，并经核算确认轴承能够承受由搅拌轴传递而来的径向和轴向载荷者；
②同时具备选用单支点机架条件中的①和②一④项中之一者，上、下可以组成一对轴支承。

5.5.2 单支点机架

机架设有能承受双向载荷的支撑，轴向载荷全部卸到机架支撑上，能保证减速机的传动质量，延长使用寿命，适用于均匀负载、中等冲击条件下的所有搅拌作业场合。当具备下列条件之一时，可选用单支点机架：
①电动机或变速器有一个支点，经核算可承受搅拌轴的载荷；
②设置底轴承作为一个支点；
③轴封本体设有可以作为支点的轴承；
④在搅拌设备内，搅拌轴中部设有导向轴承，可以作为一个支点。

5.5.3 双支点机架

机架中间设有两个独立支承，适用于重冲击负载或对搅拌密封装置有高要求的特殊场合。减速机输出轴与搅拌轴连接必须采用弹性联轴器。

当不具备选用单支点或无支点机架的条件时，应选用双支点机架。