夹套反应釜项目设计方案

1 夹套反应釜项目设计方案 带搅拌的夹套反应釜是染料、医药、试剂、食品及合成材料等工业中主要的反应设备之一。它是一种在一定压力和温度下，借助搅拌器将一定容积的两种（或多种）液体以及液体与固体或气体物料混匀，促进其反应的设备。 一台带搅拌的夹套反应釜。它主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要由 电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；封头装置为动密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。 夹套反应釜的设计要注重反应的条件，一般考虑夹套和搅拌器的材料、上下进出口的设计，要注意的有： 温度 以在设计的时候要注意温度计选择。要是反应温度高可能要使用油浸泡温度计，所以要留可以装油的管槽，要是温度低还要注意冰封现象发生。要是温度在 0 100度之间，要求不高的情况下，可以用塞子直接套温度计（注意压强）。 压强 应釜，一般只要能承受两倍的大气压就可以了。 进料口和出料口 注意一些比如回流口、真空口什么的，还有就是出料口的大小，有些物质反应后不容易放出，所以要设计合适。 材料 是工业生产最好用搪瓷的，搅拌的金属要注意保护不要被腐蚀，放料活塞要可以防腐。 还有就是夹套的进出水的控制，防止部分比如盐水的滞留。 2 由夹套反应釜设计任务书可知一些设计参数及要求。比如容器内的设计压力为 套内的设计压力为 器内的设计温度 7 2 夹套反应釜强度计算 强度计算 (按内压计算强度 ) 据工艺条件或腐蚀情况确定，设备材料选用 由工艺条件给定 ,设计压力（罐体内） 设计压力（夹套内） 设计温度（罐体内） m 的，还要进行临界转速的校核。 因本反应釜的转速 n=200r/m，因此不需要进行临界转速的校核。 （ 1） 搅拌轴的材料：选用 45号钢。 （ 2） 搅拌轴的结构：常用实心或空 心直轴，其结构型式根据轴上安装的搅拌器类型、支承的结构和数量、以及与联轴器的连接要求而定，还要考虑腐蚀等因素的影响。 本反应釜搅拌轴的结构型式选用实心直轴。 连接推进式搅拌器的轴头车削台肩，开键槽，轴端车螺纹。 （ 3）搅拌轴强度校核： 由夹套反应釜设计任务书给定，轴功率 P=4拌轴转数 n=200r/用轴材料为 45号钢。 轴所 传递的扭矩 19110200 66 查表 轴常用材料的 0料许用扭转剪应力 =35数 12。 轴端直径 041 1 2 330 。 开一个键槽，轴径扩大 5%，为 d=整轴端直径 d 得 d=40 因此搅拌轴的直径为 40 （ 4）搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求：搅拌轴转速 n=200r/线度允许差 1000: （ 5）搅拌轴的支承： 一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。 搅拌轴的支撑采用滚动轴承。反应釜搅拌轴的滚动轴承，通常根据转速、载荷的大小及轴 11 径 转速、轻载荷可选用角接触球轴承；低速、重载荷可选用圆锥滚子轴承。 根据轴端直径 d=40用圆锥滚动轴承，由附表 5锥滚动轴承，选用型号为 7208E， d=40 安装轴承处轴的公差带采用 壳孔的公差带采用 装轴 承处轴的配合表面粗糙度 壳孔与轴承配合表面粗糙度 采用背对背安装成对轴承。 4 4 反应釜的传动装置设计 反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置通常设置在釜顶封头的上部。反应釜传动装置的设计内容一般包括：电机、减速机的选型；选择联轴器；选用和设计机架和底座等。 4 4 1 常用电机及其连接尺寸 有防爆要求时，可选用 由任务书给定，本反应釜用库存电机 速 960r/机功率P= 4 4 2 釜用减速机类型、标准及其选用 反应釜用的立式减速机，主要的类型有谐波减速机、摆线针轮行星减速机、二级齿轮减速机和 V 带传动减速机。 由任务书给定，反应釜采用 查表 4速范围、类型代号及特性参数， 5速范围 320机功率范围 型代号 P，特性参数为三角皮带型号及根数。 12 4 4 3 V 带减速机 构简单，制造方便，价格低廉，能防止过 载，噪声小。但不适用于防爆场合。 查表 动的额定功率 P=5.5 皮带轮转速 601 大皮带轮转速 002 按附表 9 工作情况系数 选取工况系数 计功率查附图 3 普通 V 带选型图，根据n 选取 型号 速比 i 普通 V 带轮的最小基准直径 初选 小皮带轮计算直径 51 3025m a x 5 验算带速 V m i 6075100060 查附表 7 普通 V 带轮的基准直径系数，选取小皮带轮计算直径 1d =140算带速 V 60140100060 11 m 选取滑动率 大皮带轮计算直径 2d 查附表 7 普通 取大皮带轮计算直径 2d =71013 中心距0 21021 27.0 即 17005950 000 带的基准长度 按附表 6 面尺寸和基准长度圆整取 150中心距 572 安装 d 8103 1 5 i n 安装 d 9523 1 5 a x 小皮带轮包角 21 a 合 1201 的条件。 查附表 12 单根普通 0，选取单根 查附表 13 单根普通 0，选取 i 1时，单根普通 查附表 10 包角系数K，选取包角修正系数 1 长度系数 选取带长修正系数 K z 14 z 圆整取 z=4 4 4 4 凸缘法兰 凸缘法兰一般焊接于搅拌容器封头上，用于连接搅拌 传动装置，亦可兼作安装，维修，检查用孔。凸缘法兰分整体和衬里两种结构形式，密封面分突面（ R）和凹面（ M）两种。 根据搅拌轴的直径和附图，由附表 4缘法兰主要尺寸，选择公称直径00纹为 栓数量为 16 个，质量为 46 R 型凸缘法兰。选择的凸缘法兰焊接于搅拌容器封头上，采用整体结构形式，密封面采用突面（ R）。 4 4 5 安装底盖 安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。 安装底盖的常用形式为 ，其他结构 （整体或衬里）、密封面形式（突面或凹面）以及传动轴的安装形式（上装或下装），按 装底盖的公称直径与凸缘法兰相同。形式选取时应注意与凸缘法兰的密封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。 本反应釜安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接。采用 体结构、密封面形式（突面）以及传动轴的安装形式（上装），按 取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同，均为00 4 4 6 机架 机架是安放减速机用的，它与减速机底座尺寸应匹配。 机自带机架，选用其他类型标准釜用减速机按标准选配机架。标准机架有三种。 15 4 4 6. 1 无支点机架 无支点机架的选用条件： 电动机或减速机具备两个支点，并经核算确认轴承能够承受由搅拌轴传递而带来的径向和轴向载荷者； 电动机或减速机有一个支点，但釜内设有底轴承，中间轴承或轴封本体设有可以作为支点的轴承，上下组成一对轴支撑者。 无支点机架一般仅适用于传递小功率和小的轴向载荷的条件。减速器输出的轴联轴器形式为夹壳式联轴器或刚性凸缘联轴器。 4 4 6. 2 单支点机架 单支点机架的选用条件： 电动机或减速机有一个支点，经核算可承受搅拌轴的载荷； 搅拌容器内设置底轴承，作为一个支点； 轴封本体设有可以作为支点的轴承； 在搅拌容器内，轴中部设有导向轴承，可以作为一个支点者。 当按上述条件选用单支点机架时，减速器输出轴与搅拌器之间采用弹性联轴器连接；当不具备上述条件而选用单支点机架时，减速器输出轴与搅拌器之间采用刚性联轴器连接。 4 4 6. 3 双支点机架 在不宜采用单支点机架或无支点机架，可选用双支点机架，但 减速器输出轴与搅拌器之间必须采用弹性联轴器连接。选用双支点机架时必须考虑由于机架内有两个支承点的关系 ,机架高度相应增大。 由任务书给定，反应釜采用 于 以不用选配机架。 16 4 4 7 联轴器 电机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接的。常用的联轴器有弹性块式联轴器，刚性凸缘联轴器，夹壳联轴器和紧箍夹壳联轴器等。 根据所选 本反应釜采用刚性凸缘联轴器。附表 5用联轴器的符号为 径为 45，质量为 16 4 5 反应釜的轴封装置设计 轴封是搅拌设备的一个重要组成部分。其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压力的真空状态以及防止反应物料逸出和杂质的渗入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式搅拌为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于反应工况复杂，轴的偏摆振动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于搅拌设备上。 反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种形式，它们都有标准，设计时可根据要求直接选用。 4 5 1 填料密封 填料密封是搅拌设备最早采用的一种轴封结构，它的基本结构是由填料，填料箱，压盖，紧压螺栓及油杯等组成。因其结构简单，易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用。一般用于常压，低压，低转速及允许定期维护的搅拌设备。 当采用填料密封时，应优先选用标准填料箱。标准填料箱中， 填料箱密封的选用还注意以下几方面： 当填料箱的的结构和填料的材料选择合理，并有良好润滑和冷却条件时，可用于较高的工作压力，温度 和转速条件下； 当填料无冷却，润滑时，转轴线速度不应超过 1m/s; 当搅拌容器内介质温度大于 200时，应对填料密封进行有效冷却； 17 当从填料箱油杯中压注密封润滑液时，润滑液流入容器内对工艺性能有影响时，应在填料箱下端轴上设置储油杯； 填料箱一般可不设支承套，应将搅拌轴的支承设置在机架上。 4 5 2 机械密封 机械密封是一种功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封。主要用于腐蚀，易燃，易爆，剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备。 由于反应釜多采用立式结构，转速低，但搅拌轴直径大，尺寸长，摆动和振动较大，故机械密封常采用外装式（静环装于釜口法兰外恻），小弹簧（补偿机构中含有多个沿周向分布的弹簧），旋转式（弹性元件随轴旋转）的结构，当介质压力、温度低且腐蚀性大时，可采用单端面（由一对密封端面组成），非平衡型（载荷系数 K 1）的机械密封。当介质压力，温度高或介质为易燃，易爆，有毒时，应采用双端面（由两对密封面组成），平衡型（载荷系数 K1）的机械密封。 当搅拌设备采用机械密封时，在下列情况下，应采用必要的措施，以便保证密封使用性能 ，提高使用寿命。 当密封腔介质温度超过 80时，对单端面和双端面机械密封，都应采用冷却措施； 为防止密封面干摩擦，对单端面机械密封，应采用润滑措施； 当采用双端面机械密封时，应采用密封液系统，向密封端面提供密封液，用于冷却，润滑密封端面； 必要时，应对润滑液，密封液进行过滤； 当采用润滑及密封液系统时，需考虑一旦润滑液，密封液漏入搅拌容器内，应不会影响容器内物料的工艺性能，不会使物料变质，必要时应采用缓冲液杯和漏夜收集器等防污染措施。 本反应釜一般在 常压，低压，低转速下使用 ,故采用填料密封。因其结构简单，易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用 ,且便于定期维护此搅拌设备。 18 4. 6 反应釜的其他附件设计 4. 6. 1 支座 夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。标准耳式支座（ 4725为 A 型和 B 型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上时选 则选 每台反应釜常用 4个支座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。 本反应釜为夹套立式安装，不需要保温，选用 座为 4个。 耳 式支座的实际承受载荷的近似计算： 30 104 本反应釜耳座单重 m=g，支座的总质量为 M= 4. 6. 2 手孔和人孔 手孔和人孔的设置是为了安装，拆卸，清洗和检修设备内部的装置。 手孔直径一般为 150使工人带上手套并握有工具的手能方便的通过。当设备的直径大于 900开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆两种。 圆形人孔制造方便，应用较为广泛。人孔的大小及位置应以人进出设备方便为原则，对于反应釜，还 要考虑搅拌器的尺寸，以便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。 由任务书给定，本反应釜需开设手孔，没有人孔。根据任务书要求 ,公称直径 00反应釜选用带颈平焊法兰手孔 ,突面 ( )。由参考文献 16 表11柱为 量为 4个，螺母数为 8个，总质量为 19 4. 6. 3 设备接口 化工容器及设备，往往由于工艺操作等原因，在筒体和封头上需要开一些各种用途的孔。 4. 6. 3. 1 接管与管法兰 接管和管法兰是用来与管道或其他设备连接的。标准 管法兰的主要参数是公称通径（ 公称压力（ 接管的伸出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为 150考虑设备保温等要求时，可取伸出长度为 200 管法兰分为：板式平焊法兰（ 带颈平焊法兰（ 带颈对焊法兰（ ，法兰密封面形式主要有突面（ 凹凸面（ 榫槽面（ 种。 本任务书要求蒸汽入口、加料口和冷凝水出口的公称直径 5，由表 4 公称直径与钢管外径，选用外径为 32，质量为 钢管。由附表 4准突面 板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为 100径为 33纹为 论质量为 法兰。 视镜的公称直径 0，由表 4用外径为 89的钢管。由附表 4准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为 190径为 91纹为 论质量为 法兰。 温度计管口的公称直径 5，由表 4称直径与钢管外径，选用外径为76，质量为 附表 4用外径为 160径为 78纹为 论质量为 法兰。 放料口的公称直径 0，由表 4用外径为 45的钢管。由附表 4准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为 130径为 46纹为 论质量为 法兰。 手孔的公称直径 00，由表 4用外径为 108的钢管。由附表 4准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为 100径为 110纹为 论质量为 法兰。 20 4. 6. 3. 2 补强圈 容器开孔后由于壳体材料的削弱，出现开孔应力集中现象。因此，要考虑补强。补强圈就是用来弥补设备壳体因开孔过大而造成的强度损失的一种最常用形式。补强圈形状应与被补强部分相符，使之与设备壳体密切贴合，焊接后能与壳体同时受力。补强圈上有一小螺纹孔（ 焊后通入压缩空气，以检查焊缝的气密性。补强圈的厚度和材料一般均与设备壳体相同。 当采用补强圈补强时，其接管壁厚可参照下列数值选取： 108 133 159 219 273 325 377任务书要求蒸汽入口、加料口和冷凝水出口的公称直径为 25，由附表 4量为 补强圈。 视镜的公称直径为 80，由附表 4量为 温度计管口的公称直径为 65，由附表 4量为 放料口的公称直径为 40，由附表 4量为 手孔的公称直径为 100，由附表 4强圈尺寸 系列选用厚度为 6量为 4. 6. 3. 3 液体出料管 出料管结构设计主要从物料易放尽，阻力小和不易堵塞等因素考虑。另外还 要考虑温差应力的影响。 本反应釜的釜壁温度与夹套壁温相等，采用图 4a）图。 根据任务书要求放料口的公称直径为 40，由表 4，得 1540751 21 4. 6. 3. 4 过夹套的物料进出口 根据附图，物料进出口的结构均按图 4夹套的物料进出口的（ b）图。 根据任 务书要求冷凝水出口和加料口的公称直径为 25，由表 4，得 0025751 4. 6. 3. 5 夹套进气管 当夹套装设进气管时，要防止直冲罐壁，影响罐体强度。 根据附图，蒸汽入口和压缩空气入口的结构均采用图 4套进气管的（ d）图。 4. 6. 4 视镜 视镜主要用来观察设备内物料及其反应情况，也可作为料面指示镜，一般成对使用，当视镜需要斜装或设备直径较小时，采用带颈视镜。 根据附图，本反应釜的视镜需要斜装，因此采用带颈视镜。 根据任务书要求视镜的公称直径为 80。由参考文献 16 表 11镜尺寸选取螺柱数量为 8，直径为 量为 质为碳素钢，标准图号量为 2个，总质量为 22 这是本人第一次进行课程设计， 虽然 感受到 完成这次课程设计是一件很累的事情，但苦中仍有乐，对我而言，我喜欢把自己想象中的东西用自己的双手设计出来，那会让我有一种成就感。 并且，在 这次课程设计 中 ，我更加充分的理解了课本上的知识，并能够加以扩展，从而应用于实践当中 。 这次课程设计历时二个星 期多左右， 在赵老师耐心地指导下，我渐渐明白什么叫做课程设计， 也 发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高 ，还 知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆 ！ 现在，我将这段期间的设计做个总结，以便今后学习。 带搅拌的夹套反应釜是染料、医药、试剂、食品及合成材料等工业中主要的反应设备之一。它是一种在一定 压力和温度下，借助搅拌器将一定容积的两种（或多种）液体以及液体与固体或气体物料混匀，促进其反应的设备。 一台带搅拌的夹套反应釜。它主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；封头装置为动密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。 本说明书设计 的反应釜主要用于配料，设计中所需要的材质尺寸均符合国家标准。材料用量即符合强度要求，对各种设计要求也均符合，而且用料节省，没有大量的多余的材质。本反应釜能够完成在生产过程中对本釜所进行的各项操作，能达到生产所需的要求。 容器上 23 1董大勤编 M学工业出版社 2赵军，张有忱，段成红 M学工业出版社 3陈乙崇 M海科学技术出版社 4刁玉伟，王立业 M大连：大连理 工大学出版社 5魏兆灿，李宽宏 M. 上海：上海科学技术出版社 630工设备设计文件编制规定 M 7器设计技术规定 M 8魏崇光，郑晓梅 M. 北京：化学工业出版社 9化工设备设计手册编写组 M上海人民出版社 10詹长福 M械工业出版社 11制塔式容器 M 1220569械搅拌 设备 M 13制压力容器 M95 92搅拌传动装置 M 158压力容器强度计算书统一格式 M 16化工设备机械基础编写组 M油化学工业出版社 24 附表： 本设计书中未说明的表均来自化工设备机械基础课程设计指导书中。 附表 1. 钢板选用表 : 附表 2. 碳素钢、普通低合金钢钢板许用应力 : 附表 3. 钢板厚 度负偏差 ( 25 附表 4. 焊接接头系数 : 附表 5. 钢管厚度负偏差 : 附表 6. 面尺寸和基准长度 : 附表 7. 普通 V 带轮的基准直径系数 : 26 附表 8. 普通 V 带轮的最小基准