有搅拌装置的夹套反应釜设计任务书

1 有搅拌装置的夹套反应釜设计任务书 1 设计方案的分析和拟定 根据任务书中的要求，一个夹套反应釜主要有搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管等一些附件构成。而搅拌容器又可以分为罐体和夹套两部分。搅拌装置分为搅拌器和搅拌轴，根据任务说明书的要求本次设计搅拌器为浆式搅拌器；考虑到机械轴封的实用性和应用的广泛性，所以轴封采用机械轴封。 在阅读了设计任务书后 ,按以下内容和步骤进行夹套反应釜的机械设计。 （ 1）总体结构设计。根据工艺的要求，并考虑到制造安装和维护检修的方便来确定各部分结构形式。 （ 2）搅拌器的设计。 根据工艺参数确定各部几何尺寸； 考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料； 对罐体、夹套进行强度和稳定性计算、校核； （ 3）传动系统设计，包括选择电机、确定传动类型、选择联轴器等。 （ 4）决定并选择轴封类型及有关零部件。 （ 5）绘图，包括总图、部件图。 （ 6）编制技术要求，提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。 2. 反应釜釜体的设计 反应釜是有罐体和夹套两部分构成，罐体是反应的核心，为物料完成搅拌过程提供一个空间。夹套为反应的操作温度提供保障，是一个套 在罐体外 2 的密封空间容器。 2 1 罐体和夹套的结构设计 罐体采用立式的圆筒形容器，有筒体和封头构成。通过支座安装在基础平台上。封头一般采用椭圆形封头。由于筒体内径 套几何尺寸计算 夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套的安装尺寸见图 4套内径 根据筒体内径 表 4取： =00=1500套下封头型式同筒体封头，直径 夹套筒体相同。 夹套高 能低于料液高， 4 装料系数 ： y=操作容积 /全容积 =2 套高 计算： = （ ） 代入数值计算 得： =m 夹套所包围的罐体的表面积，一定要大于工艺要求的传热面积 F，即： F 封 F 筒 =F 其中 F 筒 = F 封 F 筒 =7 所以换热要求满足。 筒体和上封头的连接采用甲型平焊法兰连接，选取凹凸密封面法兰，其尺寸见附图 4要尺寸有附表 4中： D=1530 490 4554414=1438 S=46 d=23 套反应釜的强度计算 夹套反应釜几何尺寸确定后，要根据已知的公称直径，设计压力和设计温度进行强度计算确定罐体及夹套的筒体和封头的厚度。 2 度计算的原则及依据 强度计算中各参数的选取及计算，均应符合 制压力容器的规定。 圆筒为正压外带夹套时：当圆筒的公称直径 600 时，被夹套包围部分的圆筒分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值，其余部分按内压圆筒设计。 内压对圆筒和封头进行强度计算 5 （ 1）筒体强度计算 已知： 10 113t M = 5 . 12 c DS m m 负偏差 蚀裕量 名义厚度 =8 (2)封头厚度计算 5 . 12 0 . 5c DS m 同理 名义厚度 ： =8 外压对筒体和封头进行强度校核 （ 1）筒体图算法 由于 e=20 假设 4 20=428 则 L/400 1428=0/19 0 查图 5A= 查图 5于 = 故筒体厚度 4 mm= 所以封头厚度确定 4 夹套厚度计算 (1)夹套筒体部分厚度计算 由 P c 2= T c 2=140 113t M =22 7 . 0 32 c 负偏差 蚀裕量 2 =10 2）夹套封头厚度计算 222 2 7 . 02 0 . 5ct 同理 ： 则 2 =107 水压试验校核计算 夹套反应釜应对罐体和夹套分别进行水压试验，并校核圆筒应力 T （ 1） 罐体水 压试验 由于 t 故 ) 6 1 . 72 i S e M p 材料屈服点应力 s=235 T 所以罐体水压试验强度足够 （ 2）由于 t 故 2( 2 ) 1062 S e M p 材料屈服点应力 s=235 T 所以夹套水压试验强度足够 3 反应釜的搅拌装置 搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。搅拌器的形式很多，根据任务说明书的要求，本次设计采用的是浆式搅拌器。其机械设计的主要内容是：确定搅拌器直径、搅拌器与搅拌轴的连接结构。、进行搅拌轴的强度设计和临界转速校核、选择轴的支撑结构。 由表 4的 1 2： 1 J=1:1 2:1 有实际情况取 J=1 J=1:1 则： 搅拌器直径 00 液面高度： 00拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计 8 桨式搅拌器结构如图 4示，其桨叶为两叶。轴转速为 50r/采用双层桨安装。搅拌器与轴的连接常用螺栓对夹。器主要尺寸有表 4的： 00 d=50栓： 数量 4 螺钉： 数量 1 S=16 b=90 c=150 m=110 f=45 e=5 拌轴设计 搅拌轴的机械设计内容同一般传动轴，主要是结构设计和强度校核 （ 1） 搅拌轴的材料：选用 Q 235 2） 搅拌轴的结构：用实心直轴，因是连接的为桨式搅拌器，故采用光轴即可。 （ 3） 搅拌轴强度校核 轴扭转的强度条件是： m a x （参考文献 对 k=1220实心轴 6=24531 =106 p/n=133700N： 5 . 5 m a x M p a k 故 d=50强度足够 （ 4） 搅拌轴的形位公差和表面粗糙度的要求： 一般搅拌轴要求运转平稳，为防止轴的弯曲对轴封处的不利影响，因此轴安装和加工要控制轴的直度。 当转速 n100r/ 时直度允许误差： 1000： 9 轴的表面粗糙度可按所配零件的标准要求选取。 （ 5） 搅拌轴的支撑 一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。当搅拌轴较长时，轴的刚度条件变坏。为保证搅拌轴悬臂稳定性，轴的悬臂长 径 d 和 两轴承间距 B 应满足以下关系： 4 5; L1/d 40 50 搅拌轴的支承常采用滚动轴承。安装轴承处的公差带常采用 7 。安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 反应釜的传动装置 反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置设置在釜顶封头的上部，其设计内容一般包括：电机；减速机的选型；选择联轴器；选用和设计机架和底座等。 用电机及其连接 设备选用电机主要是考虑到它的系列，功率 ，转速，以及安装形式和防爆要求等几项内容。最常用的为 Y 系列全封闭自扇冷式三相异步电动机。 电机功率必须满足搅拌器运轴功率与传动系统，轴封系统功率损失的要求，还要考虑到又时在搅拌过程操造作中会出现不利条件造成功率过大。 电机功率可按下式确定： 式中： p= =有表 4取 ) 设计采用机械轴封，功率消耗小， ： 10 用减速机类型，标准及其选用 反应釜的立式减速机的选用根据： 轴转速 n=50r/机功率为 查表 4选 ： 线针轮行星减速机，其尺寸从 准中选取。 由表 4的：电动机 功率为 转速为 1430r/ 查附表 5取电动机型号为： 额定功率为 4载转速为 1440r/缘法兰 凸缘法兰一般焊接于搅拌器封头上，用于连接搅拌传动装置。设计采用 形式见附图 4尺寸有附表 4找。 选择 R 型突面凸缘 法兰，其尺寸如下： 00 1065 k=51530 55栓数量： 16 ，螺纹： 。质量： 46装底盖 安装底盖采用螺栓等紧固件，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。设计选取了 安装底盖。其主要尺寸查图 4附表 4 4容如下 (单位： 00, 65 k=515 615 s=50 76 10 架 机架是安装减速机用的，它的尺寸应与减速机底座尺寸相匹配。其选用类型有三种，本次选用无支点机架。 常用的无支点机架见附图 5寸见附表 5 11 选用 无支点机架， 0 5 00 50 90 30 15 565 H=660 质量： 170轴器 常用的电机和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。常用的类型很多，选取刚性凸缘联轴器。主要尺寸以及型式见附图 5寸见附表 5选用 质量： 17K g. 5 反应釜的轴封装置 轴封式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和真空状态以及防止物料溢出和杂质的掺入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式为主，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，轴的偏摆震动大，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。他们都有标准，设计时可根据要求直接选用。 这次设计选用机械轴封。 机械轴封是一种功耗小，泄露率低，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。 由于机械轴封的结构形式很多。且大都有标准。附图 5附表 5出了 202 型标准机械密封结构及尺寸。 6 反应釜的其他附件 座 12 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撑在楼板上时选 用 则选择 A 型。 设计中选取 B 型，支座数为 4 个。允许载荷为 100型式见附图 4尺寸见附表 4支座质量为： 地脚螺栓： 孔 人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。 设备的直径大于 900开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形两种。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，一便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。其主要尺寸见附表 4型式见附图 4密封面型 式：突面（ ） 公称压力： 公称直径 ： 50质量： 125 螺柱： 20 个 螺栓： 40 个。 螺柱： 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。 接管和法兰是用来与管道和其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是公称直径和公称压力。管子的公称直径和与钢管的外径的关系见表 4接管的伸长度一般为从法兰密封面到壳体外径为 150 液体出料管的设计主要从无聊易放尽、阻力小和不易堵塞等原因考虑。另外还要考 虑温差应力的影响。 13 7 反应釜的装配图 附图一 参考文献 1刁玉玮、王立业，化工设备机械基础，大连：大连理工大学出版社， 2006， 12 2 吴宗泽，机械设计师手册上 M，北京：化学工业出版社， 2002， 1 3 吴宗泽，机械设计实用手册 M，北京：化学工业出版社， 1998， 7 4 余国琮，化工机械手册 M，天津：天津大学出版社， 1991， 5 5 魏崇光、郑晓梅，化工工程制图，北京：化学工业出版社， 1994， 3 6 巨勇智、勒士兰，过程设备机械基础，北京：国防工业出版社， 2005，4 7 朱有庭、曲文海、于浦义，化工设备设计手册，北京：化学工业出版社，2006， 5 8汤善甫、朱思明， 化工设备机械基础 M， 上海：华东理工大学出版社，2004， 12 9 董大勤、袁凤隐，压力容器与化工设备使用手册，北京：化学工业出版社， 2000， 3 10 周明衡、常德功，管路附件设计选用手册，北京：化学工业出版社， 2004， 8 11 刘湘秋，常用压力容器手册，北京：机械工业出版社， 2005， 4 12 叶君，实用紧固件手册 M，北京：机械工业出版社， 2004. 14 鸣谢 在为期 两 周的设计里，在此课程设计过程中首先要感谢 我们的 老师，在这次课程设计中给予我们的指导，由于是初次做化工设备机械设备课程设计，所以，再设计整个过程中难免遇到这样那样的难题不知该如何处理，幸好有老师耐心教诲，给予我们及时必要的指导，在此向老师表最诚挚的感谢！ 课程设计不同于书本理论知识的学习，有些问题是实际实践过程中的，无法用理论推导得到，因此不免过程中有很多困难，但通过与同学的交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在老师的指导帮助下，问题都得到很好的解决。这让我深深意识到自己知识体系的漏洞 ，自己知识体系的不足，但同