1立方米染料搅拌器的设计

更多相关文档资源请访问HTTP/WWWDOCINCOM/LZJ781219。本毕业论文包含完整CAD设计文件以及仿真建模文件，资料请联系68661508索要毕业设计论文题目1M3染料搅拌装置设计学院名称机械工程学院班级过程装备与控制工程071班2011年5月29日1M3染料搅拌器的设计摘要本设计是染料搅拌器和储罐的设计，设计开始简要介绍了搅拌设备的用途、对象、分类和组成。由于不同型式的搅拌设备能完成相应物料的搅拌，文章对搅拌设备设计的一些注意的问题尤其是搅拌装置的选择作了简要说明，设计内容包括筒体和封头的设计，搅拌器的设计，支座的设计,以及开孔及其补强设计,其中包括各部件的校核，并介绍了压力试验特别是水压试验，文章最后还阐述了本搅拌器的制造、检验及安装中所应该注意的一些问题和方法。通过对各种相关文献书籍的查阅，设计出了基本符合工艺要求的设备。关键词搅拌器设计搅拌装置储罐强度1M3DYEMIXERDESIGNABSTRACTTHETHESISISABOUTTHEDESIGNOFAGITATORANDTANKATTHEBEGINNINGOFTHEDESIGNPROCESS,BRIEFLYINTRODUCEDTHEUSEOFMIXINGEQUIPMENT,OBJECTS,CLASSIFICATIONANDCOMPOSITIONOFBECAUSEDIFFERENTTYPESOFMIXINGEQUIPMENTTOCOMPLETETHEAPPROPRIATEMIXOFMATERIALS,THEARTICLESTIRREDSOMEATTENTIONTOEQUIPMENTDESIGNPROBLEMS,ESPECIALLYTHECHOICEOFMIXINGDEVICEBRIEFLYDESCRIBEDINTHISPAPER,WEDESIGNTHESHELLS,THEHEADS,THETUBESHEETS,THESKIRT,THEOPENINGSANDTHEIRREINFORCEMENTS,INCLUDINGTHECHECKSOFEVERYPARTOFPURIFYINGCOLUMNBESIDES,WEPRESENTPRESSURETEST,ESPECIALLYHYDRAULICTESTINTHEEND,SOMEPROBLEMSANDMETHODSDURINGMANUFACTURINGPROCESS,CHECKOUTANDINSTALLATIONOFTHISPURIFYINGCOLUMNARESETFORTHBYCONSULTINGALARGENUMBERRELATEDLITERATURESANDBOOKS,WEWORKOUTAPURIFYINGCOLUMNTHATMEETSTHETECHNOLOGICALREQUIREMENTSKEYWORDSAGITATORDESIGNAGITATINGEQUIPMENTTANKSTRENGTH目录一前言111搅拌设备的用途和对象112搅拌设备设计的分类113机械搅拌设备的定义及组成114课题设计内容，设计参数及生产工艺1141设计内容1142设计参数2143罐体尺寸的确定及结构选型3二压力容器材料的选择6三搅拌容器筒体的计算731计算条件及设计参数732内压圆筒计算厚度833外压筒体的强度校核834压力试验时应力校核935夹套的结构和厚度计算10351夹套的结构10352夹套的厚度计算12353夹套的压力试验12354夹套内压力的应力校核13四搅拌容器上下封头内压计算1441符号说明14411符号说明14412计算条件1442上封头计算15421设计条件15422厚度计算1643夹套封头计算16431设计条件16432厚度计算17五开孔补强计算1851需要补强孔的判断依据1852对补强金属材料的要求1853开孔补强计算19531符号说明19532视镜开孔补强计算205321设计条件205322开孔补强计算21六搅拌容器支座的确定2361支座的选择2362支座的制造要求23七搅拌机的设计2471传动方式及选用2472电动机以及减速装置2473联轴器2474机架2575防滑组件25八搅拌器的设计2681计算条件2682搅拌器的结构2683搅拌器的强度计算2684搅拌器与搅拌轴的连接27九搅拌轴的计算2891计算条件2892按强度算出轴的最小直径，由扭矩计算轴径3193由扭转变形校核搅拌轴的直径3194界转速核算搅拌轴按临的轴径3295按强度计算搅拌轴的轴径3396轴封的设计34961填料密封的作用原理34962填料密封的材料34十制造过程的控制36101主要零部件制造工艺流程361011封头制造工艺流程361012筒体制造工艺流程361013搅拌轴制造工艺流程361014上下封头组件制造工艺流程361015总装工艺流程36102试镜组件制造工艺37103法兰组件的制造工艺37104无损探伤381041零部件的加工要求及检验381042搅拌器的加工要求和动，静平衡的精度391043填料密封主要零部件的加工要求391044填料压盖的加工要求391045填料箱的加工要求40十一搅拌容器的焊接及焊接的特点40十二储罐的设计41121储罐尺寸确定41122罐体壁厚计算41123封头设计计算42124罐体结构设计431241进料管,排料管设计431242人孔设计431243排渣孔设计43125开孔补强431251人孔补强设计431252接管A补强设计45126支座48外文翻译51参考文献64谢辞65一前言11搅拌设备的用途和对象搅拌可加速化工过程的传热和传质,在石油化工设备中广泛运用。搅拌的对象可以是液体、固体和气体,其中液体居多。最常见的液体是水,其粘度很低12搅拌设备设计的分类1）最简单的搅拌课题是混匀两种可互溶的液体。用户的要求往往在于搅拌时间和混匀的程度。成功的设计应能满足这些要求,而且不过多地花费于维护。我们经常追求的目标是工艺、机械与成本三者间的平衡。不能互溶的液体搅拌要复杂得多,根据用户的要求,有时需要大功率、高速、强剪切的乳化设备。2）第二种常见的课题是固体颗粒的悬浮,可以是能溶解,也可以是固体中某种有价值物质的浸出。可以有化学反应,也可以仅为贮存而混匀。3）第三种是液气搅拌,常用于污水处理中的曝气设备。13机械搅拌设备的定义及组成搅拌设备指搅拌容器和搅拌机两大部分组成的总称。搅拌容器运行中与搅拌机共同完成介质的悬浮，分散，混匀，溶解，吸收。化学反应以及传热等的物理，化学反应过程的容器。搅拌机由搅拌器，搅拌轴，搅拌轴封，电动机及传动装置等部分组成的总体。14课题设计内容，设计参数及生产工艺141设计内容搅拌容器1选择壳体的材料以及计算和校核壳体的厚度2选择上下封头型式以及对其厚度的计算3管口开孔补强计算及接管规格的确定4容器支座的确定搅拌机1电机的确定2联轴器的选择3搅拌器的选择及校核4搅拌轴的计算及选材5搅拌轴封的型式确定及材料选用142设计参数内筒夹套设计压力0203设计温度120150物料名称染料及有机溶剂（密度2000KG/M3粘度01PAS水蒸汽腐蚀余量22换热面积32M全容积1搅拌轴转速275R/MIN内筒设计温度下的许用应力113T试验温度下的许用应力113T压力试验温度下的屈服点235TS壳体材料厚度10MM钢材厚度负偏差C106MM腐蚀裕量C22MM厚度附加量CC1C226MM焊接接头系数085压力试验类型水压夹套设计温度下的许用应力113T试验温度下的许用应力113T压力试验温度下的屈服点235TS壳体材料厚度10MM钢材厚度负偏差C106MM腐蚀裕量C22MM厚度附加量CC1C226MM焊接接头系数085143罐体尺寸的确定及结构选型搅拌罐包括罐体和装焊在其上的各种附件。常用的罐体是立式圆筒形容器，有顶盖，筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。罐体在规定的操作温度和操作压力下，为物料完成其搅拌过程提供了一定的空间。本设计即采用立式圆筒形容器。在知道了搅拌罐操作时盛装物料的容积后，首先要选择适宜的长径比和装料量，确定筒体的直径和高度。罐体的长径比应考虑的主要因素有三个方面1）搅拌功率一定结构型式搅拌器的叶轮直径和与其装配的搅拌罐体内径通常有一定的比例范围。随着罐体长径比的减小，搅拌器桨叶直径也相应放大，在固定的搅拌轴转速下，搅拌功率与搅拌器桨叶直径的5次方成正比。所以随着罐体直径的放大，功率增加很多，这对于需要较大搅拌作业功率的搅拌过程是适宜的。2）传热罐体长径比对夹套传热有显著影响，容积一定时长径比越大罐体盛料部分表面积越大，夹套传热面积也就越大。同时长径比越大，传热表面积离罐体中心越近，物料的温度梯度就越小，有利于提高传热效果。3）物料特性某些物料的搅拌反应过程对罐体长径比有着特殊要求，例如发酵罐之类，为了使得通入罐内的空气与发酵液有充分的接触时间，需要有足够的液位高度，就希望长径比取得大一些。综上，三个方面均要求长径比取得大一些。下面根据物料量初步选定罐体的长径比和装料量已知容反应釜的全容积为1M3长径比选取见表11表11搅拌罐长径比种类设备内物料类型长径比H/DI液固相或液液相物料113一般搅拌罐气液相物料12发酵罐类1725本设计中搅拌罐内反应为染料及有机溶剂混合反应，且为液液相反应，取长径比H/DI115,31MV筒体直径DI103M4VI3105式中V全容积,M3I长径比HI装料系数由搅拌设备表83推荐GB98451988钢制机械搅拌容器型式及主要参数的搅拌罐系列取DI1000MM（为一米高的容积）78501MVM1查JB/T47462002取标准椭圆形封头EHA1000101000MM高度H250MM直边高度H25MM封头容积01505I封1V罐体高度V）/1083M1H封VM1取H11M,实际长径比为11/1011，基本符合要求。由搅拌设备表84搅拌罐公称容积10M3,额定功率为1515KW,转速1251000R/MIN图11搅拌器的整体结构示意图二压力容器材料的选择1，选择化工容器用钢材必须考虑设备的操作条件如设计压力、设计温度、介质的特性、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理以及容器的结构等。2，选择化工容器用钢材必须在满足1条的前提下，考虑经济合理性。一般情况下，下列规定是经济合理的A,所需钢板厚度小于8MM时，在碳素钢与低合金高强度钢之间，应尽量采用碳素钢钢板多层容器用材除外B,在刚度或结构设计为主的场合，应尽量选用普通碳素钢。在强度设计为主的场合，应根据压力、温度、介质等使用限制，依次选用Q235A,Q235B,Q245R,6MNR等钢板C,所需不锈钢厚度大于12MM时，应尽量采用衬里、复合、堆焊等结构形式D,不锈钢应尽量不用作设计温度小于等于500的耐热用钢E,珠光体耐热钢应尽量不用作设计温度小于等于350的耐热用钢。在必须使用珠光体耐热钢作耐热或抗氢用途时，应尽量减少、合并钢材的品种、规格。3，管壳式换热器等需要与管板、折流板等精密配合的钢管换热管，其外径及壁厚尺寸精度应不低于表12所示要求。表124，螺栓、双头螺柱的机械性能等级应符合GB30981紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱的46级或88级要求螺母的机械性能等级应符合GB3098以紧固件机械性能螺母的5级或8级要求，不锈钢紧固件应符合GB30986紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱和螺母的A2OCR19NI9或R4OCR17NI12MO2要求。5，按GB8163,GB3089,GB9948生产的碳钢及低合金钢钢管只能用于压力小于100MPA的受压元件。6，设计压力大于等于100MPA受压元件用钢管应采用符合GB6479或GB5310,GB14976要求的无缝钢管。7，按GB3092生产的水、煤气输送用焊接钢管只能用于常压容器，但用作工业用水及煤气输送等用途者，可用于小于等于10MPA的场合。8，按HG20537生产的奥氏体不锈钢焊接钢管，其使用范围应符合该标准的相应规定。按GB12771生产的奥氏体不锈钢焊接钢管，其使用范围为输送无毒、无晶间腐蚀倾向及爆炸危险，且设计压力小于16MPA的场合。根据其基本参数及工艺的要求，为了能满足工艺的要求，并能在一定的程度上使其工作效率达到最高。而且能够充分的利用自然资源，到达节约资源并能为企业在制造上节约成本。因此根据各种需要并考虑到各种因素起在结构上采用了如图11结构设计。三搅拌容器筒体的计算31计算条件及设计参数计算压力，有效厚度CPAMPES内径MMC壁厚附加裕量，MMID设计温度下材料的许用应力,钢板厚度负偏，MMTAMP1C焊接接头系数腐蚀裕量，MM2设计厚度，MM最大允许工作压力，DSPWAMP名义厚度，MM设计温度下的计算应力，NTAMPS计算厚度内径DI1000MM焊接接头系数085筒体材料Q245R（热轧）（板材）32内压圆筒计算厚度MPCT04128501322DI名义厚度MN10有效厚度120827ENCM钢材厚度负偏差M801腐蚀裕量C2厚度附加量M82133外压筒体的强度校核由过程装备设计书中得到计算临界长度长圆筒和短圆筒的临界压力CRL公式，接着的问题是区别长短圆筒。对给定的D和T的圆筒有一特征长度作为区别N2的长圆筒和N大于2的短圆筒的界限，此特性尺寸称为临界长度，表示。CRL当圆筒的计算长度L大于时属于长圆筒，小于则为短圆筒。CRR1476205463ILHCR2320599188946010CRAETPMPLD取M3832ASAAMP所以设计厚度合理01770DMTCR34压力试验时应力校核压力试验类型水压试验试验压力值MPAPTT25013251式中试验温度下许用应力MPA13设计温度下许用应力T压力试验下允许通过的应力水平MPAST180试验温度下屈服点S235试验压力下圆筒的应力051724128TEPDI校核条件T校核结果合格35夹套的结构和厚度计算351夹套的结构表13各种夹套的适用温度，压力范围夹套型式适用的最高温度适用最高压力，MPA整体夹套（U形和圆筒形3503000616短管支撑式型钢夹套拆边锥体式2002502525蜂窝夹套25040半管夹套35064根据上表结合设计条件选择U形夹套图12U形夹套结构图图13夹套封口环结构图14夹套封头与容器封头的连接结构图15夹套封口锥结构352夹套的厚度计算设计条件设计压力P03MPA设计温度T150内径DI1000MM焊接接头系数085筒体材料Q235A（热轧）（板材）PCDI03156282TM名义厚度MN6有效厚度MCNE2380621钢材厚度负偏差M801腐蚀裕量C2厚度附加量M821353夹套的压力试验压力试验时应力校核压力试验类型水压试验试验压力值MPAPTT50134251试验温度下许用应力MA3设计温度下许用应力PT1压力试验下允许通过的应力水平MAST80试验温度下屈服点MPAS235试验压力下圆筒的应力0513210428TEDI校核条件T校核结果合格354夹套内压力的应力校核最大允许工作压力232108561TEPWMPADI设计温度下计算应力021315ETCIAMPAT596813校核条件TT校核结论合格四搅拌容器上下封头内压计算41符号说明411符号说明计算压力，C壁厚附加裕量，MMCPAMP封头内径，MM钢板厚度负偏，MMID1C设计温度下材料的许用应力,腐蚀裕量，MMTAP2S计算厚度名义厚度，MMNS设计厚度，MM有效壁厚，MMDE设计温度下的计算应力，K系数TAMP焊接接头系数412计算条件上下封头都为标准椭圆封头EHA100010符合JB/T473795标准椭圆封头简图如下图16标准椭圆封头42上封头计算421设计条件设计压力P02MPA设计温度T120内径DI1000MM焊接接头系数085曲面深度HI250MM材料Q235A（热轧）（板材）试验温度下许用应力MPA13设计温度下许用应力T钢材负偏差MC801腐蚀裕量（包含封头冲压减薄量）2422厚度计算形状系数（标准椭圆封头）0142612612HIDK计算厚度1010422385205TPCIM有效厚度CNE741021名义厚度MN01满足厚度要求43夹套封头计算431设计条件设计压力P03MPA设计温度T150内径DI1000MM焊接接头系数085曲面深度HI275MM材料Q345R（热轧）（板材）试验温度下许用应力MPA13设计温度下许用应力T钢材负偏差MC801腐蚀裕量（包含封头冲压减薄量）2432厚度计算形状系数0127561261HIDK计算厚度1031722850205TKPCDIM有效厚度CNE23621名义厚度MN06满足厚度要求五开孔补强计算51需要补强孔的判断依据压力容器常常存在各种强度裕量，例如接管和壳体实际厚度往往大于强度需要的厚度；接管根部有填角焊缝；焊接接头小于1但开孔不在焊缝上。这些因素相当于对壳体进行了局部补强，降低了薄膜应力从而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的开孔接管，可以不予以补强。GB150规定，当设计压力小于或等于25的壳体上开孔，两相邻开孔中心AMP的间距（对曲面间距以弧长计算）大于两孔之和的两倍，且接管公称外径小于或等于89MM时，只要接管最小厚度满足下表要求，就可不另行补强。表14接管公称外径253238454857657689最小厚度3540506052对补强金属材料的要求补强件的材料，一般与补强（筒体或封头）相同，若补强件的许用应力低于补强壳体材料许用应力的75时，则补强的金属截面积必须增加14A补式中增加后的补强金属截面积，；14A2M原补强金属截面积，；壳体材料的许用应力，；AMP补强材料的许用应力，。补若补强件材料的许用应力高于被补强壳体材料的许用应力，则不得减少所需补强金属截面积。53开孔补强计算2131接管规格76X6L165计算方法GB1501998等面积单孔补强法531符号说明A因开孔而削弱的金属截面积，；2M壳体的计算壁厚，MM；D考虑腐蚀裕度后的开孔内直径，MM；C厚度附加量，MM；接管的计算壁厚，MM；M平盖的计算厚度，MMP强度削弱系数RFMIN,1TRTF接管与壳体材料许用应力之比TT焊缝系数。接管不通过焊缝时10系数；1K接管材料在设计温度下的许用应力，TAMP接管的焊缝计算；T壳体（筒体或封头）上超过计算厚度的多余金属截面积，；1A2M接管上超过计算厚度的多余金属截面积，；2C2分别为外，内侧有效补强高度，MM；1,H接管的实际厚度，MM；NT接管的计算壁厚，MM；T补强区内焊缝金属的截面积，。3A2M532视镜开孔补强计算5321设计条件设计压力P02MPA设计温度T120壳体型式椭圆形封头接管材料Q235B（热轧）（板材）补强圈材料名称Q235B（热轧）壳体开孔处焊接接头系数085壳体内直径DI1000MM壳体开孔处名义厚度N10MM壳体厚度负偏差M80C1壳体腐蚀裕量2壳体材料许用应力MPAT3接管名义厚度MNT6椭圆形封头长短轴之比2凸型封头开孔中心至封头轴线的距离为0MM接管实际外伸长长度H10接管实际内伸长长度M2分别为外，内侧有效补强高度，MM；12,H接管焊接接头系数10接管腐蚀裕量10MM补强圈外径180MM补强圈厚度16MM接管厚度负偏差MCT01补强圈厚度负偏差R接管材料许用应力MPAT3补强圈许用应力T15322开孔补强计算壳体计算厚度MPCDIKT940258013295021由椭圆形长短轴比值决定的系数1表1502DH2624222018161412101K118108099090081073065057050注1中间值用内插法求得209为标准椭圆形封头1300H接管计算厚度MPDCTICT320501324650287EN接管的有效厚度补强圈强度削弱系数RF接管材料强度削弱系数01R开孔直径MD4246补强区有效宽度B8有效宽度按下式计算，取二者中较大值DNTNB22接管有效外伸长度MH38511NTDH接管实际外伸高度接管有效内伸长长度2NTDH接管实际内伸高度M02封头有效厚度10287ENCM开孔削弱所需的补强面积210342FDARET壳体多余金属面积22215940748MFCHFBRETRE接管多余金属面积22212325FFHARETRTET补强区内的焊缝面积焊脚为6MM23MA大于A，不需另加321155749图17补强圈结构六搅拌容器支座的确定61支座的选择压力容器支座的结构形式很多，根据自身的安排形式，支座可以分为两大类立式容器支座和卧式容器支座。立式容器支座有耳式支座，支承式支座，腿式支座和裙式支座等四种支座，中小型容器常用前三种支座，高大的塔设备广泛采用裙式支座。根据用户设备安装基础要求，本台设备的支座按JB/T4725199215000,THEFOLLOWINGCALCULATION,TQ01084VSG,WHERETQTOTHEREQUIREDTORQUE,LBINIFNRE15000,进行以下计算,TQ01084VSG,其中TQ为所要求的扭矩,LBIN。如NRE15000,TQ078SG061V074039PN039第四步按不同的N重复计算,将计算结果列表。混合时间计算先算雷诺数NRE为1550ND2SG/,其中N为叶轮转速,RPMIND为叶轮直径,FTSG为比密度为动力粘度,CP。混合雷诺数NB和容器雷诺数关系如图3所示。混合雷诺数NB定义如下NBBTTQ/VOLEQ1P2/V1P3其中BT为混合时间,MINV为批次物料容积,GALSTQ/VOLEQ为当量容积扭矩,1BIN/GAL,TQ/VOLEQ为63000HPPNVSG,其中HP叶轮功耗,HP。验算BT为NBN1P2V5P6SG1P2P251HP1P222近似的轴长按所选叶轮类型和罐体几何条件确定以斜叶涡轮为例,其轮毂中心距罐底应为液位高度的1P3,或叶轮直径的2P3MAX值。23估计合理的功率范围最好根据实际经验,对于简单的液2液混合无固体、气体或传热的功耗也可参考表2数据粘度超过10000CP时往往采用锚式搅拌桨或螺带。本表提供的参考数据往往是一个范围,如71520HP,并非精确的数值。24驱动装置的选择根据已有的业绩选择一个能满足上述要求的驱动装置,比如制造厂自制的,或曾经选购的某个型号的减速机。作为典型的搅拌用减速机,输出轴和其上的轴承,特别是下轴承往往分外结实,以承受搅拌轴传来的径向负荷。有的还将输出轴承单独设置,以免径向负荷破坏齿轮付的啮合精度,有的在与支架连接的接缘上设置销轴,松开紧固螺栓和联轴节后,机体可围绕销轴转离支架,从而不需起重设备便能轻易地更换密封体。25验算首先是反求叶轮直径。D612107HPMLF/SGNPN31P512FT其中HPM为马达功率,HPN为转速,RPMINNP为叶轮功率系数,取1178假定C/D015时,C为叶轮至罐底距离。LF为暂载率,可取018如由此求得D/DT在012015间,则为合理叶尖切线速度DN,如在5001500RPMIN间,则合理至罐底距离C/D在01330167间,则合理。再反求扭矩TQ63000HPLF/N,与所要求值对比,应基本一致。最后,如与现有业绩相差较大,还应有强度、临界转速等参数的验算。3结论1搅拌器的基本参数,如功率、转矩等是根据用户对搅拌程度、搅拌时间的要求、物料性质、设备条件等基本参数确定的。2确定的依据是生产实践经验和实验室模拟,并经适当放大SCALE2UP所获得的结果。3）作为设计的基础,搅拌器制造者必须掌握和积累常用搅拌叶轮的性能数据和其驱动装置的性能数据,以确保各项要求得以满足。参考文献1谭蔚主编化工设备设计基础天津天津大学出版社20002GB1501998钢制压力容器北京国家技术监督局发布,19983陈乙崇主编搅拌设备设计上海上海科学技术出版社,19854压力容器相关标准汇编北京中国标准出版社，19975化工容器及设备简明设计手册北京化工工业出版社，20026JB/T47302205承压设备无损检测北京新华出版社，20057JB47262000压力容器用碳素钢和低合金钢锻件北京国家技术监督局发布，20008JB/T47442000钢制压力容器产品焊接试板的