年产1.5万吨DOTP生产工艺流程及反应釜的设计
3.5.3.1 初定搅拌轴直径d
⑴搅拌轴材料选用45钢，搅拌轴结构为实心直轴。 ⑵搅拌轴的力学模型
为方便计算，对搅拌轴进行力学简化，看做等直径的悬臂轴，简化为以下模型：
图3-2 轴的力学模型
a—悬臂轴两支点间距离，435mm； DJ—搅拌器直径，700mm；
Fe—搅拌轴及圆盘组合重心处质量偏心引起的离心力；
Fh—搅拌器上流体的径向力；
Le—搅拌轴及圆盘组合重心离轴承的距离；
mm L1—机架轴承到搅拌器的距离，l1?370?2300??700?525??2495⑶按扭转变形计算搅拌轴轴径
搅拌轴扭矩的刚度条件为：??583.6Mnmax???? 4Gd14即搅拌轴直径满足：d?155.4??Mnmax?????G?? ??式中，电机功率P?2.2KW；
搅拌轴转速n?150r/min； 剪切弹性模量G?8.1?104MPa； 许用单位扭转角????0.35??/m?。
25
年产1.5万吨DOTP生产工艺流程及反应釜的设计
传动装置效率：??0.96 最大扭矩：Mnmax?9553?故搅拌轴直径：
P?2.2?0.96?9553??140.110N?m n150?Mnmax??140.110?d?155.4??155.4???0.35?8.1?104??44.132mm ????G?????圆整之后，取轴的标准直径d?55mm ⑷搅拌轴长度设计
搅拌轴长度近似由釜外长度L1、釜内未浸入液体长度L2、浸入液体长度L3构成，即：L?L1?L2?L3
?计算L1
1414L1?H?M
H—机架高，为650mm； M—减速机输出轴长度,为100mm. 故：L1?650?100?550mm ?釜内未浸入液体的长度L2
L?HT?HF?Hi
HT—釜体筒体长度，2300mm；
HF—封头深度，525mm； Hi—液体装填高度，1765mm. mm 故：L2?2300?525?1765?1060?计算浸入液体搅拌轴的长度L3
搅拌器的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱高度有关，搅拌将浸入液体内据容器底部的高度：
C?700mm
故浸入液体的长度：L3?H1?H封-C?1765?525?700?1590mm
26
年产1.5万吨DOTP生产工艺流程及反应釜的设计
④搅拌轴的长度L
L?L1?L2?L3?550?1060?1590?3200mm
⑤搅拌轴结构
由于搅拌轴长度较大，考虑到加工方便，故将搅拌轴设计成两部分， 搅拌轴下部分轴长为：
L\?HT?C?H封?2300-700?525?2125mm
与减速机相连的搅拌轴轴长为：
L'?L?L\?3200?2125?1075mm
3.5.4 按临界转速校核搅拌轴的直径
一阶临界转速为： ncr?30?3EI 2l1?l1?a?ms3.5.4.1 搅拌轴及搅拌器有效质量的计算
①搅拌轴有效质量ml1e
ml1e??4d2l1??s????10?9??552?2495??982?7850??10?9 4?52?353kg?搅拌器有效质量me
??2Djh?cos??10?94??40.78?0.194??7002?4?7850?cos32?9'?10-9° 4?42.834kgme?m??k式中，m为搅拌器质量，40.78kg；搅拌器附加质量系数?ki?0.194[8]。 ?轴有效质量在末端处的相当质量W
140a2?231l1a?99l12W??ml1e2420?l1?a?140?4352?231?2495?435?99?24952??52.353?12.973kg 2420??2495?435?27
年产1.5万吨DOTP生产工艺流程及反应釜的设计
④搅拌器有效质量在末端处的相当质量W1
l12?l1?a?W1?2?m?me?42.834kg
l1?l1?a?e故在轴末端处相当质量的总和为:
Ws?W?W1?12.973?42.834?55.807kg
n3.5.4.2 一阶临界转速及校核
ncr
计算临界转速:
ncr?114.7dL122El12?l1?a?Ws2.1?106?114.7?55??498.367r/min 22495??2495?435??55.807故：
n150??0.30?0.7，满足允许转速比[10]。 ncr498.3673.5.5 按强度校核搅拌轴直径
搅拌轴强度条件： ?max?Mte???? Wp式中，Mte指轴上扭转和弯矩联合作用时的当量转矩，且：
Mte?Mn2?M2,M?MR?MA；
抗弯模量： WP??d316；?????b16?590?36.875MPa。 163.5.5.1 由径向力引起的弯矩的MR计算
?搅拌器上的流体径向力Fh
Mnqi?10?3Fhi?K1
3Dji8??式中，搅拌器功率产生的扭矩：
Mnq?
9553Pq1.662?9553??105.847N?M n15028
年产1.5万吨DOTP生产工艺流程及反应釜的设计
推进式搅拌器的流体径向力系数K1?0.16[10]，
105.847?103则：Fh?0.16??64.516N
3?7008?搅拌轴与搅拌器的组合质量mw1 搅拌器质量m?40.78kg 搅拌轴质量：
ml1??4dL12L1?s?10?9??4?552?2495?7850?10?9?46.532kg
故：mw1?ml1?m?40.78?46.532?87.312kg ?搅拌轴与搅拌器组合质量偏心引起的离心力Fe
???1?Fe?mW1n2?e??9n?1???????ncr????5?10 2????????2?n?式中，将搅拌轴视为刚性轴n?0.7ncr，故??n??初值取0.5；
?cr?一般情况下，取平衡精度等级G?6.3mm/s，则搅拌轴许用偏心距：
?e??9.55Gn?9.55?6.3150?0.376mm
故可得：Fe??2?1??87.312?1502?0.376???10?5?16.200N ?9?1?0.5?④搅拌轴与搅拌器的组合质量的中心距轴承的距离Le
Le?⑤计算MR
ml11?ml1mw1l1249540.78?2495?46.532?2?2?1830.158mm
87.312MR??Fhl1?FeLe?9.81mw1Lesin???10?3??564.516?2495?16.200?1830.158?0??10?3
?133.219N?m3.5.5.2 由轴向推力引起的搅拌轴弯矩MA
①确定压缩系数KB
29