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塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）開題報告 課題名稱 環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的設計 學生姓名 閆旭東 學 號 8031212211 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農業(yè)機械化及其自動化 班 級 農機 16-2 指導教師 李平 起止時間 2015.10.15- 2016.5.28 機械電氣化工程學院教務辦制 填 表 說 明 一、學生撰寫《開題報告》應包含的內容： 1、本課題來源及研究的目的和意義； 2、本課題所涉及的問題在國內（外）研究現(xiàn)狀及分析； 3、對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析； 4、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路； 5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法； 6、完成本課題的工作方案及進度計劃； 7、主要參考文獻（不少于7篇）。 二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設計）課題任務的學生在接到“畢業(yè)論文（設計）任務書”的兩周內獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。 三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學生在本報告冊內填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。 四、每個畢業(yè)論文（設計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。 一 本題來源及研究的目的和意義 1.1 課題的來源：自選題 1.2 研究的目的和意義 本設計新型石硫合劑熬制設備，通過密閉熬制罐并安裝回流裝置，使石硫合劑熬制時間縮短、反應產物增多、并減少了廢氣、毒氣排放，設備簡單，能用于民間大眾生產使用。 <一>由于在一定的壓力條件下，反應速度加快，有傳統(tǒng)方法加熱沸騰反應40分鐘降至15-20分鐘，節(jié)省了時間； <二>反應時產生的硫化氫有毒氣體、水蒸氣等通過冷凝回流裝置重新進入反應罐中進行反復反應，減少了加水程序，增加了反應產物，降低了有毒氣體對熬制人員的毒害和大氣的污染； <三>由于反應罐蓋安裝有安全閥、溫度壓力表及壓力閥，熬制安全可靠； <四>設備簡單，方法成熟，能用于民間使用。 二 課題所涉及的問題在國內外現(xiàn)狀及分析 2.1 國內現(xiàn)狀 石硫合劑是清園常用藥劑，用生石灰和硫磺粉為原料加水熬制而成，顏色為紅褐色透明液體，有強烈臭雞蛋味，防治多種果樹的害螨和介殼蟲幼、若蟲，也可防治炭疽病、白粉病、銹病、黑斑病等病害。石硫合劑對果樹主要起保護作用，在發(fā)病前或發(fā)病初期施用效果才好，主要用于清園。近些年果樹病蟲害發(fā)生較重，很重要的一點就是許多果農清園工作做得不好，為了省事，不用自制石硫合劑，其它藥劑鏟除效果又不太理想，使越冬病蟲基數(shù)加大，給后來的防治工作帶來了難度。石硫合劑是無機農藥,具有藥效長、成本低,既殺蟲又殺菌,其中所含的硫和鈣還是作物所需營養(yǎng)元素,對環(huán)境無污染等優(yōu)點，是果園春季清除越冬病、蟲源的最佳選擇。 石硫合劑具有強堿性、腐蝕性，其有效成分是多硫化鈣CaS.Sx。石硫合劑具有強烈的臭雞蛋氣味性質不穩(wěn)定易被空氣中的氧氣、二氧化碳分解。一般來說石硫合劑不耐長期貯存。在生產中常隨熬隨用。 2.2 工作過程 本實用新型設計是一種高壓條件下熬制石硫合劑設備，包括壓力反應罐、冷凝回流裝置、壓力閥、安全閥、壓力溫度計、加熱系統(tǒng)。壓力反應罐蓋有三個小孔，其中最離罐蓋沿近的的小孔為壓力閥，壓力閥中有一鋼鐵芯，通過鋼鐵芯重量調節(jié)反應壓力，當鍋內氣壓達到一定大小時，鍋內蒸汽就會頂起排放反應廢氣至冷凝回流裝置，經過冷卻后回流至反應罐。罐蓋中間一小孔是溫度壓力表，用于指示反應體系的溫度和壓強。鍋蓋上還有一安全閥排汽小孔，起到安全保護作用以及把手、攪拌裝置等。在壓力反應鍋底部安裝著電磁爐或煤氣灶提供熱源。 1 安全閥 2 壓力閥 3 壓力溫度計 4 溫度計感應軟管 5 螺栓 6 提栓 7 壓力鍋體 8冷凝回流裝置 9 冷凝罐 10 冷卻水 三、對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析 3.1使用石硫合劑的注意事項? 石硫合劑是一種無機硫類農藥，對果樹主要起保護作用，呈強堿性，遇空氣易氧化分解，在配置和使用時應注意以下事項：? <一>石硫合劑易與空氣和水反應而失效，要隨配隨用，配置石硫合劑的水溫應低于30℃，熱水會降低效力。? <二>掌握好使用時機。落葉樹在：休眠期和早春萌芽前，是使用石硫合劑的最佳時期。常綠樹：在采摘后和開花前使用效果最好。在發(fā)生紅蜘蛛的蘋果園中，當葉片受害已很嚴重時，?不宜再噴石硫合劑，以免引起葉片加速干枯，脫落。? <三>石硫合劑呈強堿性，不可與有機磷、波爾多液、機油乳劑、松脂合劑、其他銅制劑等忌堿農藥混用，否則會發(fā)生藥害或降低藥效（甚至失效）。與波爾多液前后間隔使用時，必須有充足的間隔期。一般噴灑波爾多液后間隔15—30天再噴灑石硫合劑，或噴灑石硫合劑后，間隔15—30天噴灑波爾多液;如需噴施其他農藥要間隔15-20天。? <四>有的樹木對硫磺及硫化物比較敏感，盲目使用易產生藥害，應先試驗或遵守當?shù)剞r業(yè)技術部門指導使用。如桃、李、梅、梨、葡萄等果樹，及梅花等薔薇科植物和紫荊、合歡等豆科植物不宜使用。尤其在生長季、開花時應慎用。可采用降低濃度或在休眠期用藥以免產生藥害。? <五>使用濃度要根據氣候條件及防治對象來確定，并要根據天氣情況靈活掌握使用。氣溫高，藥效好，濃度過大或溫度過高易產生藥害。因此天氣高溫干旱時使用濃度要低，稀釋倍數(shù)應加大至1000倍以上。氣溫高于３２℃或低于４℃時，不得在果樹上噴施。一般情況下，石硫合劑的使用濃度，在落葉果樹休眠期為3~5波美度.在噴灑石硫合劑后，出現(xiàn)高溫干旱天氣，應澆灌一次水，以避免藥害，防止出現(xiàn)黃葉、落葉、燒葉現(xiàn)象。? <六>使用前要充分攪勻，長期連續(xù)使用易產生藥害，應當與其他農藥交替使用。? <七>因該品對人的眼睛、鼻粘膜、皮膚有刺激和腐蝕性，配藥及施藥時應穿戴保護性衣服，噴藥后應清洗全身。清洗噴霧器時，勿讓廢水污染水源。藥液濺到皮膚上，可用大量清水沖洗，以防皮膚灼傷。施用石硫合劑后的噴霧器，必須充分洗滌，以免腐蝕損壞。 四 本課題需要重點研究的關鍵的問題及解決的思路 4.1 本課題需要研究的重點問題 1.本設計是一種新型石硫合劑熬制設備，通過密閉熬制罐并安裝回流裝置，使石硫合劑熬制時間縮短、反應產物增多、并減少了廢氣、毒氣排放，設備簡單，能用于民間大眾生產使用。 4.2 本課題需要研究的難點問題解決的思路 2.由露天反應鍋改造為封閉式冷凝回流反應罐，提高了反應效率和環(huán)保性，并減少了補充水的加入。 3.通過壓力閥的調節(jié)，反應體系在一定的壓力下進行，提高了反應速率。 五 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法 1.由露天反應鍋改造為封閉式冷凝回流反應罐，提高了反應效率和環(huán)保性，并減少了補充水的加入。 2.通過壓力閥的調節(jié)，反應體系在一定的壓力下進行，提高了反應速率。 六 工作方案及進度計劃 工作方案，進度計劃： 第1周—第2周 通過查找文獻資料，了解石硫合劑的方法及國內外現(xiàn)狀。 第3周—第5周 設計石硫合劑熬制鍋的總體方案。 第6周—第9周 對石硫合劑熬制鍋的結構進行具體設計。 第10周—第12周 撰寫設計說明書，對部分問題修改、調整。 第13周—第14周 整理資料準備答辯。 七 參考文獻 [1] 范崇輝,王小芹.石硫合劑熬制方法的比較試驗[J].中國果樹,1997(1):31-32. [2] 李龍山,江海清.石硫合劑的熬制與使用[J].陜西林業(yè)科技,1997(4):76-77. [3] 劉兆斌.快速熬制石硫合劑新法[J].農村新技術,1999(8):1. [4] 王啟斌.石硫合劑的熬制及施用[J].安徽農業(yè),2004(4):20. [5] 劉仁道.石硫合劑配方比較試驗[J].中國南方果樹,2006(6):17-18. [6] 丁耀民,朱良忠等.新型硫制劑代替化學農藥防治紅蜘蛛試驗[J].園林科技通訊,1990(21):62-64. [7] 閆世才,穆曉琴.晶體石硫合劑生產工藝研究[J].應用化工,2001(3):41-42. [8] 李道德,喬寶營,黃海帆.熬制石硫合劑的改進[J].果農之友,2012,(4):37-37. [9] 張 箭,郁能文.石硫合劑(LSSS)法浸金的研究[J].黃金,1996,17(12):32-35. [10] 周 軍,蘭新哲,張秋利.非氰浸金(LSSS)在大氣中穩(wěn)定性研究[J].有色金屬冶煉部分,2008(3):31-35. 學生簽名 年 月 日 指導教師審閱意見 指導教師簽名 年 月 日 塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）綜合成績評定表 學生姓名 閆旭東 班級 農機16-2班 論文（設計）題目 環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的設計 評定項目 指導教師評分 （20%） 評閱教師評分 （20%） 答辯小組評分 （60%） 原始得分 （百分制） 70 75 80 按評分比例 折合得分 14 15 48 總分 77 16 屆畢業(yè)設計 環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的設計 學生姓名 閆旭東 學 號 8031212211 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農業(yè)機械化及其自動化 班 級 16-2 指導老師 李 平 日 期 2016.05 塔里木大學機械電氣化工程學院制 前 言 環(huán)保型石硫合劑熬制鍋是石硫合劑熬制不可或缺的設備。近年來，隨著經濟、技術的不斷發(fā)展，石硫合劑的環(huán)保與利用價值也陸續(xù)被發(fā)掘。試驗研究表明，石硫合劑的環(huán)保價值非常可觀，并且節(jié)省原料，部分地區(qū)的供需矛盾也日益突出。因此開發(fā)石硫合劑熬制鍋的銷售市場顯得尤為重要和迫切，而且其發(fā)展前景十分廣闊。 民間熬制石硫合劑是用瓦鍋或生鐵鍋（不能用銅鍋或鋁鍋否則易腐蝕損壞）。首先將生石灰，硫磺粉和水按比例稱好備用。把稱好的生石灰放入鍋內用戶少量水化開調成糊狀，再用少量水配成石灰乳。去除雜質后兌入足量水即1份石灰兌10-15份水加熱煮沸，將1.7份硫磺粉用少量水調成糊狀，慢慢加入石灰乳中攪拌均勻后，猛火熬煮。熬制過程中添加熱水來補充水分，沸騰約40分鐘左右待藥液呈紅褐色，渣子變黃綠色時?；鹄鋮s后，用紗窗布濾出渣子即為石硫合劑原液。民間用這種熬制鍋石硫合劑，不僅耗時，而且熬制過程中會產生大量的有毒氣體，易導致工作人員中毒和大氣污染；熬制時間難以把握，易出現(xiàn)熬過現(xiàn)象，多硫化鈣產出率低下；熬制的石硫合劑濃度不穩(wěn)定等諸多缺點。工業(yè)化熬制生產的石硫合劑由于運輸，管理等原因，使用成本是農民自己熬制的3-4倍，同時，該產品保質期較短，到農民手中質量不能保證。 本次設計的是設計一種新型的石硫合劑熬制鍋，這種鍋不僅解決民間傳統(tǒng)開放式熬制石硫合劑的缺點，同時可以降低工業(yè)成品高昂的費用及保質期短，保護環(huán)境防污染，易失效的弊端，使得農戶能以最低的成本獲得高品質的石硫合劑。既節(jié)約了時間，又使反應產物不排泄到外面從而繼續(xù)回到反應罐里反應，實現(xiàn)了廢氣循環(huán)使用，設備簡單，安全可靠，使本方案有了初步的設計應用價值。 關鍵詞：環(huán)保型；熬制鍋；石硫合劑 目 錄 1緒論 1 1.1課題研究的意義 1 1.2國內外石硫合劑熬制鍋發(fā)展的狀況 1 1.3國內外石硫合劑熬制鍋存在的問題 2 1.4研究的內容和方法 3 1.5預期目標 3 1.6重點研究的關鍵問題及解決思路 3 1.7工作條件及解決方法 3 2環(huán)保型石硫合劑熬制鍋總體設計 4 2.1熬制的典型方法及熬制鍋方案的選擇 4 2.2環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的結構 4 2.3環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的原理 6 3環(huán)保型石硫合劑熬制鍋結構設計 7 3.1鍋體機構 7 3.2溫度壓力的計算 7 3.3固定架的設計說明 8 4攪拌裝置的設計 8 4.1攪拌機構的工作原理 8 4.2螺旋轉刀的工作分析 10 5熬制裝置的設計與選用 12 5.1鍋體系統(tǒng)及選取分析 12 5.2波美度石硫合劑的生產率 12 總 結 13 致 謝 14 參考文獻 15 塔里木大學畢業(yè)設計 1緒論 1.1課題研究的意義 新型石硫合劑熬制鍋設備，通過密閉熬制罐并安裝回流裝置，使石硫合劑熬制時間縮短、反應產物增多、并減少了廢氣、毒氣排放，設備簡單，能用于民間大眾生產使用。由于在一定的壓力條件下，反應速度加快，有傳統(tǒng)方法加熱沸騰反應40分鐘降至15-20分鐘分鐘，節(jié)省了時間[1]。 反應時產生的硫化氫有毒氣體、水蒸氣等通過冷凝回流裝置重新進入反應罐中進行反復反應，減少了加水程序，增加了反應產物，降低了有毒氣體對熬制人員的毒害和大氣的污染；由于反應罐蓋安裝有安全閥、溫度壓力表及壓力閥，熬制安全可靠；設備簡單，方法成熟，能用于民間使用。 新型的石硫合劑熬制鍋，這種鍋不僅解決民間傳統(tǒng)開放式熬制石硫合劑的缺點，同時可以降低工業(yè)成品高昂的費用及保質期短，保護環(huán)境防污染，易失效的弊端，使得農戶能以最低的成本獲得高品質的石硫合劑。效果十分顯著，實踐中也取得了極大的社會效益。 1.2石硫合劑熬制鍋發(fā)展狀況 1.2.1石硫合劑熬制鍋發(fā)展現(xiàn)狀 石硫合劑是清園常用藥劑，用生石灰和硫磺粉為原料加水熬制而成，顏色為紅褐色透明液體，有強烈臭雞蛋味，防治多種果樹的害螨和介殼蟲幼、若蟲，也可防治炭疽病、白粉病、銹病、黑斑病等病害。石硫合劑對果樹主要起保護作用，在發(fā)病前或發(fā)病初期施用效果才好，主要用于清園。近些年果樹病蟲害發(fā)生較重，很重要的一點就是許多果農清園工作做得不好，為了省事，不用自制石硫合劑，其它藥劑鏟除效果又不太理想，使越冬病蟲基數(shù)加大，給后來的防治工作帶來了難度。石硫合劑是無機農藥,具有藥效長、成本低,既殺蟲又殺菌,其中所含的硫和鈣還是作物所需營養(yǎng)元素,對環(huán)境無污染等優(yōu)點，是果園春季清除越冬病、蟲源的最佳選擇。 石硫合劑有強堿性、腐蝕性，其有效成分是多硫化鈣CaS.Sx。石硫合劑具有強烈的臭雞蛋氣味性質不穩(wěn)定易被空氣中的氧氣、二氧化碳分解。一般來說石硫合劑不耐長期貯存。在生產中常隨熬隨用[2]。 1.2.2國內石硫合劑熬制鍋發(fā)展現(xiàn)狀 長期以來，人們在石硫合劑熬制工藝及理論研究方面進行了大量探索。熬制石硫合劑時對生石灰和硫磺的放入順序及時間的改變，先放硫磺等水沸騰后在放入生石灰，縮短了熬制時間；對石硫合劑熬制鍋灶的設計，兩個鍋連在一起，一上一下，下鍋熬石硫合劑，上鍋利用余熱作為溫水的鍋，充分利用了熱能；對熬制過程中火候的控制，保持鍋內溫度均衡適宜，防治硫磺蒸發(fā)，可減輕污染，且省工、省力、省燃料；采用亞硫酸鈉測定石硫合劑含量的方法，并得出最優(yōu)測試條件;利用蒸壓鍋制備45%結晶石硫合劑的生產工藝研究。在現(xiàn)有的研究中并沒有人生產專門的石硫合劑熬制設備，且針對該設備進行專門的系統(tǒng)研究，并形成農民可以方便使用的設備，因而對于小型的果園，農民大多還是采用敞開式的大鍋進行熬制，不僅造成原材料浪費，還對環(huán)境造成了污染。 針對以上問題，設計組人員設計了一種高壓條件下熬制石硫合劑的裝置，該裝置主要包括壓力反應鍋、冷凝回流裝置、壓力閥、安全閥、溫壓計、攪拌裝置，由壓力反應鍋底部安裝的電磁爐或煤氣灶來提供熱源。并利用該裝置進行大量試驗。通過設置具體壓力梯度、生石灰和硫磺的比例、熬制時間的單因素及正交實驗結果分析，探究高壓條件、加裝攪拌裝置、加裝回流裝置對熬制石硫合劑的有利性，對石硫合劑熬制工藝進行優(yōu)化，以獲得該裝置最佳熬制工藝，為快速，簡便，高效熬制石硫合劑提供理論依據[3]。 1.3國內外石硫合劑熬制鍋存在的問題 我國石硫合劑熬制鍋起步較晚發(fā)展緩慢，和發(fā)達國家相比只能望其項背，目前市場上流行的一些機具中，存在如下問題，因此，難以大范圍推廣應用。 (1)污染過重。民間用鍋熬制石硫合劑時，采用露天大鍋熬制，當熬制到一定程度時，廢氣、毒氣沒有經過任何凈化作用而直接排到大氣中，對人，對環(huán)境都有一定的影響。 (2)損失率高。因為設計時參數(shù)選擇不合理，造成熬制過程不完全現(xiàn)象比較嚴重，熬制時間難以把握，易出現(xiàn)熬過現(xiàn)象，多硫化鈣產出率低，熬制的石硫合劑濃度忽高忽低。 (3)耗時長而效率不穩(wěn)。熬制時間難以把握，從而熬制的石硫合劑濃度過高或者過低，則會導致出現(xiàn)藥害或無效等。 (4)成本高。工業(yè)化生產的石硫合劑由于運輸、管理等原因，應用成本是農民自己熬制的3-4倍；工業(yè)化產品保質期短，到農民手中質量不能保證；果園春季使用濃度較大，使用成本非常高，且不經濟實用。 (5)鍋體性能不穩(wěn)定，適應性不高。當鍋內放入的原料過高時，由于達到一定溫度時，藥液會翻滾而發(fā)生向外濺射，容易造成對人以及周邊的環(huán)境造成傷害及污染。 從而國內能夠完成熬制、省時、無污染功能的環(huán)保型石硫合劑熬制設備由于經濟性，技術性等原因，還未在全國范圍內推廣使用。 國外石硫合劑熬制鍋的發(fā)展歷史已經有上百年了，其特點主要是能夠根據用戶的不同需求，在熬制鍋上配備多種工作裝置。國外石硫合劑熬制鍋的用途比較廣范，且以簡單、高效的環(huán)保型石硫合劑熬制鍋為主的熬制鍋搶占著全球很大市場[4]。 1.4研究的內容和方法 根據我國石硫合劑熬制鍋的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題以及石硫合劑熬制鍋的發(fā)展要求，設計普遍式環(huán)保型石硫合劑熬制鍋。環(huán)保型石硫合劑熬制鍋主要由動力輸入裝置、傳動裝置、冷凝回流裝置、攪拌裝置、鍋體熬制裝置組成。其中，動力裝置是通過馬達作用在連接鍋蓋上的細桿擰刀上，只需把石硫合劑原料送入鍋體熬制裝置并不斷轉動細桿擰刀便可實現(xiàn)石硫合劑熬制工作。 先確定我國已有熬制石硫合劑的類型，根據已有熬制石硫合劑鍋的原理及結構設計新型的環(huán)保型石硫合劑熬制鍋，使熬制鍋能滿足家庭及小型企業(yè)生產的要求[5]，也就是環(huán)保型石硫合劑熬制鍋要能工作穩(wěn)定，保證無污染，效率高，不浪費原料而循環(huán)再利用，效果好等優(yōu)點。 1.5預期目標 （1）石硫合劑熬制鍋操作方便，結構簡單，通用性好，噪音小，使用壽命長。 （2）被熬制的石硫合劑時間縮短，反應物增多，并減少了廢氣排放，可循環(huán)使用。 （3）可以在室內、工作臺或地面上作業(yè)，簡單靈活，反應效率高，人工勞動量少，同時動力上要消耗少。 （4）制造價格便宜，容易普及，能滿足家庭使用的要求。 1.6重點研究的關鍵問題及解決思路 由露天反應鍋改造為封閉式冷凝回流反應罐，提高了反應效率和環(huán)保性，并減少了補充水的加入。 通過壓力閥的調節(jié)，反應體系在一定的壓力下進行，提高了反應速率。 （1）選擇合適動力傳遞方式，設計工作裝置和傳動裝置。 （2）運用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。 （3）利用有限元分析和Solidworks進行虛擬樣機設計[6]，完成整機各零部件的三維建模。 1.7工作條件及解決方法 塔里木大學位于南疆中心位置，校內有實習工廠、土槽實驗室、農業(yè)工程重點實驗室等，設計條件較好，為項目開展提供了場地和基本條件。校內擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機械電氣化工程學院擁有先進的實驗設備和機械加工制造設備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的工作條件。 2環(huán)保型石硫合劑熬制鍋總體設計 2.1熬制的典型方法及熬制鍋方案的選擇 2.1.1熬制的幾種典型方法 目前所使用的絕大部分方法都是采用民間熬制方法。常見的民間熬制方法如下： 老方法：是先將石灰水燒開，然后加硫磺粉，再連續(xù)熬制1小時即成。從配料、燒火到最后熬好要花2—3個小時，而且質量不易控制。 新方法：先將2公斤硫磺粉用熱水調成糊狀，然后和10公斤水一起倒入鍋內，邊攪拌邊加熱，至鍋中漿液開始沸騰，再把1-1.5公斤生石灰倒入。必須注意的是，一定要采用生石灰塊（因為粉狀石灰已回潮，化學成分變成氫氧化鈣和碳酸鈣，熬出的成品呈黃綠色，藥效很低），并且生石灰塊不要一次倒入，以免藥液劇烈沸騰濺到鍋外。隨著石灰不斷加入，石灰、硫磺和水產生劇烈的化學反應，生成多硫化鈣，藥液也逐漸變成紅褐色。再用中火熬10分鐘，邊熬邊攪拌邊加水，以補充蒸發(fā)掉的水量。待藥液表面有一層薄冰似的紅褐色透明晶體析出，即表明藥液熬制好。也可用棍子蘸點藥液滴入冷水中，藥液能迅速散開即表明反應已經結束。熬制時間過長反而會影響藥液質量[7]。整個過程僅需20分鐘左右，比老方法節(jié)省了一半多時間。 2.1.2熬制鍋方案的選擇 為了實現(xiàn)預定功能提出兩個方案可供選用： 方案一：采用露天式大鍋進行熬制，其結構簡單，但是環(huán)保性能差，污染嚴重，浪費原料。 方案二：采用環(huán)保型石硫合劑熬制鍋，其結構簡單，操作容易上手，環(huán)保性能好，無污染，節(jié)省原料，產物高，反應速率快，可以循環(huán)利用，極大縮短了時間。 經過方案的比較及選擇，在設計要求內方案二能夠滿足設計的要求條件，方案二比方案一性價比高，且更加經濟、實用。所以選擇方案二的環(huán)保型石硫合劑熬制鍋。 2.2環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的結構 該熬制鍋是通過保持一種一定壓力條件下熬制石硫合劑的設備，它包括了壓力反應鍋鍋體，冷凝罐，安全閥，壓力閥，壓力溫度計等。壓力反應鍋蓋上有設置三個小孔，其中離鍋蓋沿較近的小孔是壓力閥，壓力閥通過連接管與冷凝管進氣管緊密連接，壓力閥中有一鋼鐵芯，用來調節(jié)反應壓力。當鍋內氣壓大于臨界值時，鋼鐵芯被頂起來，鍋體內的蒸汽沿壓力閥連接管進入冷凝罐中的冷凝管中，通過冷凝罐進水口注入自來水使冷凝管中蒸汽冷卻成液體，在壓力和重力作用下通過鍋體上的回流管再次回流至反應鍋，繼續(xù)參加反應；當鍋內氣壓小于臨界值時，鋼鐵芯回到原位，堵死氣孔。鍋蓋中間一小孔接溫度壓力機，溫度壓力計用來指示反應體系的壓力和溫度狀況。鍋蓋上還有一安全閥，起到安全保護作用。石硫合劑熬制完畢后，擰開連接管與冷凝管進氣管的連接螺栓，松掉緊固栓，便可以直接打開鍋蓋[8]。 圖2-1 環(huán)保型石硫合劑熬制鍋裝置圖 1.固定三角鐵 2.鍋體 3.旋鈕 4.細桿螺紋 5.下管 6.把手 7.安全閥帽 8.壓力溫度計 9.軸承外殼10.搖桿 11.固定架 12.馬達 13.螺栓桿 14.上部細管 15.小螺母 16.冷凝回流裝置 17.下部細管18.鍋蓋 19.三角鐵固定架 20.轉刀 21.搖桿螺絲 圖2-2 環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的整體結構示意圖 2.3環(huán)保型石硫合劑熬制鍋熬制的原理 石硫合劑是由生石灰，硫磺和水熬制而成的，配制比例為1kg優(yōu)質生石灰，1.7~2.0kg細致硫磺粉，10~15kg水。原料對藥液的影響很大，生石灰要選擇潔白，質輕，塊狀的，已經風化的石灰不能使用,時間對藥效影響也很大，時間短了，反應不完全，造成原料浪費，時間過長，生成的多硫化鈣又會氧化分解。石硫合劑的主要成分是多硫化鈣和硫代硫酸鈣，生石灰先和水生成氫氧化鈣，然后氫氧化鈣再和硫磺在水的作用下反應生成多硫化鈣，其生成式如下: 3Ca(OH)2+（2X+1）S→2CaSx+ +3H2O CaSO3+S→CaS2O3 作為殺菌劑，石硫合劑噴灑在植物表面上，其有效成分多硫化鈣通過水解，氧化，并與二氧化碳反應形成極微小的元素硫顆粒和硫化氫氣體起殺菌作用，硫化氫是強烈的神經毒素，對粘膜有強烈刺激作用。它能溶于水，0℃時1摩爾水能溶解2.6摩爾左右的硫化氫。其機理如下： CaS.Sx+2H2O→ Ca(OH)2+H2S↑+XS↓ 2CaS.Sx+3O2→2CaS2O3+2(X-1)S↓ CaS2O3→CaSO3+S↓ CaS.Sx+CO2+H2O→CaCO3+H2S↑+XS↓ 此外，石硫合劑呈堿性，滲透性強，有侵蝕昆蟲表皮蠟質層的作用，對紅蜘蛛，介殼蟲及其卵有較強的殺傷力，是早春預防和秋天清園的必備殺蟲劑。 熬好的石硫合劑，從鍋中從鍋中取出放在缸內冷卻，并用波美比重計測量度數(shù)，表示為波美度（以Be表示），一般可達25-30波美度。在缸內澄清3天后吸取清液，裝入缸或罐內密封備用，應用時按石硫合劑稀釋方法來對水使用。 稀釋方法一：（重量法） 原液需要量（千克）=所需稀釋濃度/原液濃度x所需稀釋液量。 稀釋方法二：（稀釋倍數(shù)法） 稀釋倍數(shù)=原液濃度/需要濃度-1 即取一份（重量）的石硫合劑原液[9]，加N倍的重量水混合均勻即成Y波美度的藥液。 3環(huán)保型石硫合劑熬制鍋結構設計 3.1鍋體機構 鍋體的設計主要考慮其材料特性，鍋體采用耐酸耐熱的奧氏型不銹鋼制造，并配有壓力溫度計和安全閥，外形美觀，安裝容易，操作方便，安全可靠。鍋體整體采用圓柱型帶蓋鍋體，除材料外，其鍋蓋本身除以上部件外，還有專門的緊固栓旋鈕，攪拌裝置，提栓，把手，出氣閥孔。鍋體的大小可根據用料的多少來設計，都可以固定在固定架上來進行調整[10]。 圖3-1 鍋蓋示意圖 圖3-2 鍋體示意圖 3.2溫度壓力的計算 某一定質量的氣體在體積不變的情況下，壓強隨溫度的變化規(guī)律得到如下數(shù)據： 表3-1 任選十次壓強隨溫度的變化測量 實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 氣體的溫度（t/℃） 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 氣體的壓強（p/103Pa) 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 由表3-1可得公式如下： 鍋內平均壓強： 當高壓鍋的限壓閥的質量為100.8 g，排氣孔的面積為7mm 時(g取10N/kg；外界大氣壓強為1 標準大氣壓，計算時取1×105Pa) 鍋內最大壓強為：?p=p0+mg／S=1×105Pa+(0.1008kg×10N/kg)/7×10-6m2=2.44×105Pa． 設鍋內壓強每增加3.6×103Pa，水的沸點就相應的增加1℃，則鍋內的最高溫度可達多高? 鍋增加壓強為 ?△p=p-p0=1.44×105Pa ?水的沸點增高 ?△t=(1.44×105／3.6×103Pa)℃=40℃ ?所以，鍋內溫度最高可達：t=100℃+40℃=140℃． 3.3固定架的設計說明 固定架的作用是支撐長方體大水箱和石硫合劑熬制鍋的，為熬制石硫合劑過程中提供支架，保證整個熬制石硫合劑鍋與長方體大水箱有個骨架，也為環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的工作提供基礎[11]。固定架由角鐵焊接而成。 4攪拌裝置的設計 4.1攪拌機構的工作原理 圖4-1攪拌裝置示意圖 圖4-2 直線電機結構示意圖 電動機的工作原理是建立在電磁感應定律、全電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎上的。三相交流異步電動機轉子轉動的原理:當磁極沿順時針方向旋轉，磁極的磁力線切割轉子導條，導條中就感應出電動勢。電動勢的方向由右手定則來確定。因為運動是相對的，假如磁極不動，轉子導條沿逆時針方向旋轉，則導條中同樣也能感應出電動勢來。在電動勢的作用下，閉合的導條中就產生電流。該電流與旋轉磁極的磁場相互作用，而使轉子導條受到電磁力F，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進而產生電磁轉矩[12]，轉子就轉動起來。 電機轉速與頻率的公式 （4-1） 上式中 n——電機的轉速（轉/分）； 60——每分鐘（秒）； f——電源頻率（赫茲）； p——電機旋轉磁場的極對數(shù)。 我國規(guī)定標準電源頻率為f=50周/秒，所以旋轉磁場的轉速的大小只與磁極對數(shù)有關。磁極對數(shù)多，旋轉磁場的轉速成就低。 極對數(shù)P=1時，旋轉磁場的轉速n=3000； 極對數(shù)P=2時，旋轉磁場的轉速n=1500； 極對數(shù)P=3時，旋轉磁場的轉速n=1000； 極對數(shù)P=4時，旋轉磁場的轉速n=750； 極對數(shù)P=5時，旋轉磁場的轉速n=600 （實際上，由于轉差率的存在，電機.實際轉速略低于旋轉磁場的轉速） 在變頻調速系統(tǒng)中，根據公式n=60f/p可知： 改變頻率f就可改變轉速 降低頻率↓f，轉速就變?。杭?60 f↓ / p = n↓ 增加頻率↑f，轉速就加大： 即 60 f↑ / p = n↑ 額定功率與轉速的公式 （4-2） T 是轉矩，單位 P是輸出功率，單位是KW N是電機轉速，單位是 用近似值進行估算，達到生產要求所需的功率，考慮到電動機效率及意外情況，取電動機功率為。 4.2螺旋轉刀的工作分析 圖4-3螺旋轉刀示意圖 圖4-4螺旋圖示意圖 圖4-5螺旋展開示意圖 螺旋葉片的下料尺寸 做直角三角形ABC，其中AB等于螺旋節(jié)的導程S,BC等于πD,BD等于πd,斜邊b,a分別為螺旋內外緣線的實長。 a2= (πD)2+S2 a-螺旋外緣展開長, D-螺旋外圓直徑 b2=(πd)2+H2 b-螺旋內緣展開長 d-螺旋內圓直徑 c=(D-d)/2 c-螺旋節(jié)寬度 ? （4-3） 為了使保證葉片外觀及尺寸精度，如果用火焰切割下料，在割完內外圓后應先在車床上加工R及r，然后割缺口[13]。 螺旋葉片冷壓成形工藝的關鍵是模具設計，模具結構不但要滿足最終成形工件的精度要求，而且要使展開料能順利滑入模具型腔，確保展開料軸向拉長、徑向縮小變形過程的順利進行，不致于發(fā)生卡死和折彎現(xiàn)象，這是確保工件最終成形的前提，也是模具設計的關鍵。 模具結構特點和工作原理如下： 上下模分別用四個螺栓固定在油壓機的上工作臺和下工作臺上，其中上工作臺上下動作來實現(xiàn)葉片成形，上模中間為空心，下模中間為芯軸。工作是展開料放在下模上，油壓機向下移動，首先接觸到展開料切口的左緣，繼續(xù)下行，迫使展開料從切口邊緣開始向下產生軸向拉長，內外徑縮小變形，并逐漸進入上下模工作腔，下下模合模完成最終成形[14]。 5熬制鍋裝置的設計與選用 5.1鍋體系統(tǒng)系統(tǒng)及選取分析 影響鍋體熬制質量的因素很多，首先是鍋體的材料選取，然后是石硫合劑原料的選取，配比，兌水量，溫度控制，以及時間的把握。鍋體的材料具有抗高溫，高壓，耐腐蝕，不易磨損。為了提高其浪費原料少，省時，省力，得到的溶液質量高，所以按照標準比例是：生石灰、硫磺、加水煮成對應比例為1:2:10。即生石灰1千克，硫磺2千克，水10千克，并用大火（100℃）熬煮40-60分鐘即可[15]。 5.2波美度石硫合劑的生產率 選取1千克硫磺，0.5千克生石灰，5千克水。先將水燒至8成開，將石灰倒入鍋中，待石灰泛了之后撈出渣子，開鍋之后將調成糊狀的硫磺粉倒入鍋中，這時要將火燒旺，越旺越好。先不要攪拌，等到將要開鍋時進行充分攪拌，千萬不要跑鍋。攪至石灰、硫磺充分乳化呈棕色，停止攪拌。中慢火熬制。熬好的石硫合劑呈老醬油色。 5波美度石硫合劑的計算公式：熬好藥液的度數(shù)/5-1=0.5千克藥液加水數(shù)。 量石硫合劑的表要選用波美比重計[16]。 總 結 此次設計的任務是完成環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的設計。這是我們在大學期間所進行的一次非常全面的設計，為自己在大學四年所學習知識的全面總結和鞏固，使我們初步了解和掌握做設計的基本步驟、基本方法，通過本環(huán)節(jié)把我們在大學期間所學課程中所獲得的理論知識在設計實踐中加以綜合運用，把大學四年來所學的知識貫穿起來，使理論知識和生產實踐密切的結合起來，為我將來的實際工作打下了堅實的基礎。 (1)確定了環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的總體參數(shù)。通過系統(tǒng)分析國內外熬制鍋的發(fā)展和熬制機理及過程的研究現(xiàn)狀，通過查找資料，參考文獻以及網上搜集資料等確定了熬制鍋為密封式熬制鍋。分析挖熬制鍋中攪拌裝置的轉速，通過計算得到馬達的旋轉速度、壓力溫度的條件、鍋體的容量以及其他相關參數(shù)，進而對整體熬制過程進行設計計算。 (2)通過設計機組的三維概念模型，清楚地了解石硫合劑熬制鍋的工作原理，并在石硫合劑熬制鍋整體設計方案上對主要部件進行了設計，并用solidworks完成了零件的基本造型和裝配。 (3)文中涉及攪拌裝置，搖桿轉刀，溫度壓力的計算等物理方面的知識，通過本次設計發(fā)現(xiàn)對很多知識的掌握不足，需加強對專業(yè)知識的學習。 致 謝 畢業(yè)在即，四年的大學生活已接近尾聲，經過三個多月的努力，在李平老師的悉心指導下，設計任務基本完成了。在撰寫論文期間，我要衷心的感謝我的指導老師李平，從設計的選題、實施到撰寫、修改和定稿，李老師均傾注了大量的心血。導師的悉心指導、熱忱鼓勵不僅使我樹立了深遠的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。還有，導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力將使我終生受益。同時我還要感謝大學期間各位任課老師在學習上給予我的指導和幫助，感謝他們四年來的辛勤栽培，他們的關懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐。 最后，也感謝和我一起學習的同窗朋友，他們給了我無數(shù)的關心和鼓勵，也讓我的大學 生活充滿了溫暖和歡樂，感謝他們的陪伴與幫助，愿我們以后的人生都可以充實、多彩與快樂。 參考文獻 [1] 范崇輝,王小芹.石硫合劑熬制方法的比較試驗[J].中國果樹,1997(1):31-32. 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