毕业设计（论文）-4.0m3夹套传热式搅拌反应釜设计【全套图纸】.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 摘 要本设计叙述了夹套反应釜的设计步骤，主要以结构设计、强度计算为主，首先从反应釜釜体的材料选择开始，对反应釜的结构、标准规范进行了系统的设计。本设计的重点放在了釜体和封头几何尺寸的确定，以及强度、刚度校核（进行必要的水压试验）。在整个设计过程中，对系统的搅拌装置，传动系统，轴的密封，凸缘及安装底盖设计，接管、管法兰、设备法兰的选择，人孔及支座的选用等做出了比较详细的设计。其中许多部分的设计借鉴了国内外的一些先进理论和方法，为了提高搅拌效率和混合效果，采用双层搅拌器，可使搅拌效果更佳。减速机的选用打破了传统的齿轮减速机。选用价格低廉的V带减速机，使传动更加平稳，不需要润滑油，经济实惠。以达到设计要求及合理经济为设计原则，力争达到技术先进、质量达标、操作方便、能耗低及无污染的设计目标。但仍存在许多不足之处，有待于进一步改善。关键词：搅拌器；减速机；传动系统；传热元件 全套图纸，加153893706AbstractThe design describes the design steps jacketed reactor, the main structural design, strength calculation based, first of all from the reactor vessel body of material selection began, the structure of the reactor, the standard specifications for the system design. The design focused on the reactor body and head geometry to determine the size and strength, rigidity checking (the necessary water pressure test). Throughout the design process, the system of mixing device, transmission, shaft seals, flange and install the bottom cover design, to take over, pipe flange, flange equipment selection, manholes, and bearing selection, and made more detailed design. Many parts of the design draws on a number of domestic and foreign advanced theory and methods, in order to improve the mixing efficiency and mixing, using double mixer, can mix better effect. Gear selection to break the traditional gear reducer. V belt use inexpensive gear to drive more smoothly, without oil, the economic benefits. To meet the design requirements and design principles of reasonable economy, and strive to achieve the advanced technology, quality standards, easy operation, low energy consumption and pollution of the design goals. However, there are still many shortcomings to be further improved.Key words: Blender；Reducer； Transmission；Heating Elements目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 课题背景11.2 夹套反应釜的结构及设计特点1第2章 设计要求2第3章 设计参数3第4章 计算设计44.1 反应釜釜体及夹套设计计算44.1.1 确定筒体和封头的几何尺寸44.1.2 釜体及夹套的强度计算54.1.3 水压试验校核84.2 反应釜的搅拌装置94.2.1 搅拌器的形式94.2.2 搅拌轴直径的确定114.3 反应釜的传动装置144.3.1 电动机的选用144.3.2 减速机的选用与计算144.3.3 机架的选用154.3.4 联轴器的选用154.3.5 轴承的选择164.4 轴封的设计164.4.1 材料的确定及横断面尺寸的选择164.4.2 填料圈数、压紧力衰减和压力降164.4.3 填料箱尺寸的确定174.4.4 填料密封的需用功率174.5 凸缘及安装底盖的设计194.5.1 凸缘的设计选用194.5.2 安装底盖的设计选用194.6 选择接管、管法兰、设备法兰204.6.1 蒸汽入口管204.6.2 加料口管224.6.3 压缩气入口管234.6.4 冷凝水入口管244.6.5 温度计接管264.6.6 放料口接管264.6.7 视镜接管274.7 人孔的计算及校核274.7.1人孔补强计算274.7.2 补强的计算方法284.7.3 开孔补强面积的计算284.7.4 有效补强范围284.7.5 筒体多余金属面积294.7.6 人孔多余金属面积294.7.7 人孔区焊缝面积294.7.8 有效补强面积294.7.9 另行补强面积294.8 支座的选用计算304.8.1 支座的选择304.8.2 反应釜总重载荷计算30结 论32参考文献33致 谢3431第1章 绪 论1.1 课题背景 在化工生产过程中，为化学反应提供反应空间和反应条件的装置称为反应釜或反应设备。夹套反应釜为典型的静设备，在现代社会中，化学、医药食品等工业持续发展，夹套反应釜得到更广泛的应用。夹套反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器；在化工行业中占据非常重要的地位。设计一台夹套反应釜对生产效率的提高起很大作用。1.2 夹套反应釜的结构及设计特点 “一台带搅拌的夹套反应釜。它主要由搅拌器、传热元件、传动系统、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。”参见参考文献10，30。为了使化学反应快速均匀进行，需对参加化学反应的物质进行充分混合，且对物料加热或冷却，采取搅拌操作才能得到良好的效果。要得到好的搅拌效果，搅拌轴的设计是难点。在本设计中假定搅拌轴只承受扭矩的作用，然后用增加安全系数以降低材料须用应力的方法来弥补由于忽略轴受弯曲作用所引起的误差，再对搅拌轴进行强度计算和刚度计算。再次反应釜的设计中选择合理的密封装置也非常重要，本设计采用了填料密封。设计中对接管，管法兰，视镜等作了比较详细的叙述。最后通过筒体夹套等的总载荷的计算，对支座进行了合理的选择。第2章 设计要求1、 进行罐体和夹套设计并选择支座形式及进行计算；2、 对手孔校核计算并选择接管、法兰管、设备法兰；3、 进行搅拌传动系统设计；（1）、进行传动系统方案设计；（2）、作带传动设计计算；定出带型，带轮相关尺寸；（3）、选择轴承；（4）、选择联轴器；（5）、进行罐内搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计；4、 设计机架、凸及安装底盖结构结构并选择轴封形式；5、 绘制装配图（图纸）和绘传动系统部件图 图2-1 反应釜简图第3章 设计参数表3-1设计参数容器内夹套内工作压力Mpa设计压力Mpa0.20.3工作温度设计温度150，故安全。釜体底封头外压校核：因其允许外压外压，故安全。 表4-1 计算结果釜 体夹 套筒体壁厚12mm8mm封头壁厚12mm8mm4.2 反应釜的搅拌装置4.2.1 搅拌器的形式根据搅拌目的和搅拌条件。安装两层搅拌器来达到生产要求。上层选斜叶浆式，下层选三叶后掠式。斜叶浆式的搅拌器直径 ，倾斜角为，搅拌功率为。图4-3 浆叶简图此类搅拌器特点如下：常用尺寸：d/D=0.350.80 b/d=0.100.25 Z=2斜叶 、 D-容器内径常用运转条件：n=1100r/minv=15m/sv-叶端线速度 m/s常用介质黏度范围参看文献11,59： 2000 mPas 图4-4 叶片简图流动状态： 有轴向分流、径向分流和环向分流，多在层流、过渡流状态时操作。备注： 当d/D=0.9以上时，并设置多层桨叶，可用于高黏度液的低速搅拌。在层流区操作，其适用介质黏度可达MPas,而叶端线速度 v=1.03.0 m/s.三叶后掠式的搅拌器直径 ，倾斜角为，搅拌功率为。搅拌轴直径选 。此类搅拌器的特点如下：常用尺寸：d/D=0.5b/h=2/5 b/d=0.05 、上翘角 Z=3图4-5 三叶后掠式浆叶简图图4-6 搅拌叶简图常用运转条件： n=80150r/minv10m/s常用介质黏度范围参看参考文献8,14： mPas流动状态：径流型，配合指形挡板可的上下循环流。循环量大，在挡板配合下，剪切作用也好。备注：最高叶端线速度可达15m/s。4.2.2 搅拌轴直径的确定1.搅拌轴的强度计算：轴的扭转条件是： （4-8）式中：轴横截面上的最大剪应力，；轴所传递的扭矩，；轴的抗扭转截面系数，；降低后的材料的许用应力，。而 ： （4-9）对于实心轴： （4-10）将式（4-9）和式（4-10）代入式（4-8），得：式中： 搅拌直径，mm； 搅拌轴传递的功率，Kw； 搅拌轴转速，r/min。2.搅拌轴的刚度计算 (4-11)式中： 搅拌轴材料的剪切弹性模数，；许用扭转角，（一般轴取0.5%1.0%）搅拌轴的直径应同时满足强度和刚度两个条件，取两者较大值，所以，圆整后。3.搅拌轴的支撑轴的悬臂长，轴径和二轴承之间的距离满足下列关系：，所以不用增设中间轴承和底轴承。4.挡板搅拌器沿容器中心线安装，搅拌物料的黏度不大，搅拌转速较高时，液体将随浆叶旋转方向一起运动，容器中间部分的液体在离心力作用下涌向内壁面并上升，中心部分液面下降，形成漩涡。随着转速的增加，漩涡中心下凹到与桨叶接触，此时外面的空气进入浆叶被吸到液体中，液体混入气体后密度减小，从而降低混合效果。为消除此现象，在容器中加入挡板。选择长条形挡板。挡板宽度: 为标准值; 挡板数量为2个,高度 标准值图4-7 挡板简图 搅拌器浸入液体内最佳厚度为。当搅拌容器液体高度超过最佳高度时应采用多层搅拌器。4.3 反应釜的传动装置4.3.1 电动机的选用根据轴功率，选用，转速，功率。4.3.2 减速机的选用与计算4.3.2.1 减速机的选用根据设计条件，选择V带传动减速机参看参考文献7，239，其特点是：结构简单，制造方便，价格低廉，能防止过载，噪声小等。选择电机，额定功率P=,转速n2=,搅拌轴转速n2=查表得工况系数.设计功率 4.3.3.2 选择V带型号根据Pd和n1选取B型带速比i=n1/n2=960/200=4.84.3.3.3 小皮带轮直径d1的确定按参考文献初选d1=140mm .验算带速 (4-12)满足Vmin=5m/s,Vmax=25m/30m/s,故确定d1=140mm4.3.3.4 大皮带轮直径d2计算滑动率取0.02， (4-13)圆整，取d2=660mm.4.3.3.5 确定中心距根据要求中心距a0的取值范围为： 0.7（d1+d2） a0 120故可以。4.3.3.7 确定V带根数Z Z=Pd/(P1+P1)KKl (4-17)P1单根V带额定功率 P1单根V带额定功率增量K包教修正系数Kl带长修正系数 Z7.15/（2.09+0.09）2.951.133.06圆整到V=4根。V带减速机型号为：PB4214.3.3 机架的选用根据传动轴轴径，选用双支点机架，标记为： 机架 4.3.4 联轴器的选用 根据减速器轴径和搅拌轴轴径，选择带短轴联轴器，型号标记为： 联轴器 图4-8 联轴器简图4.3.5 轴承的选择 根据搅拌轴的轴径为45mm，选择轴承，标记为： 328/p6x 圆锥滚动轴承4.4 轴封的设计轴封是搅拌设备的一个重要组成部分，搅拌器轴封的任务是保证搅拌设备内处于一定的正压或真空以及防止反应物料逸出和杂质的渗入，为此，选择填料密封形式。4.4.1 材料的确定及横断面尺寸的选择1.根据搅拌设备的工作情况（操作温度、物料的腐蚀情况）查表，填料材质选择：编结石棉。2.根据轴径45mm，查表得填料宽度4.4.2 填料圈数、压紧力衰减和压力降1.为了补偿填料磨损和有利于减压，并为了减轻轴的磨损和某些场合保护密封的环不受含磨蚀粒子介质的侵害，应采用6个填料环，不带分油环的形式。2.沿一组填料所受压紧力的衰减如下图所示： 图4-9 衰减曲线图 3.液体压力降与填料高度的关系图4-10 压力与高度关系图4.4.3 填料箱尺寸的确定根据填料材料、横断面尺寸及填料圈数，选择常压填料箱，各部分尺寸如下：表4-3 填料数据表螺栓孔中心圆直径D1填料箱外径D填料箱高H填料高h填料箱内径d 4.4.4 填料密封的需用功率通过轴与填料间的液体轴向流失，可由下式计算： (4-18）式中：轴向流失，；径向间隙，；轴径，；通过填料箱的压力降，； 填料截面长度，；液体黏度，。允许的泄露率一般是已知的或是可固定的，经常为，相当于每分钟2滴。按该泄露率的允许间隙可由以下公式得出： （4-19）在转轴与填料间液体中的黏滞力为： （4-20）式中： 力，； 密封液体黏度，； 轴圆周速度，； 被填料函覆盖的轴表面面积，； 径向间隙，。其中在此条件下转动轴的功率为： （4-21）将（4-18）、（4-19）、（4-20）、（4-21）联立，求得：即：填料密封需用的功率为。4.5 凸缘及安装底盖的设计4.5.1 凸缘的设计选用根据机架公称直径为250mm，选用凸缘法兰标记为： 法兰 图示如下：图4-11 R型凸缘法兰 凸缘法兰的的具体尺寸参见文献9,6444.5.2 安装底盖的设计选用根据机架公称直径，凸缘公称直径及传动轴径，选用的底盖标记为： 底盖 凸缘示意图如下：图4-12 底盖查表得： 螺纹孔数12 M20螺栓4.6 选择接管、管法兰、设备法兰4.6.1 蒸汽入口管 表4-4 材料钢号表材料钢号低温容器用无缝钢管Q235-B法兰标记： 法兰 蒸汽入口管处的法兰示意图如下：图4-13 法兰简图 法兰数据如下表：表4-5 管法兰数据表管子外径32mm法兰外径D100mm螺栓孔中心圆直径K75mm螺栓孔直径11mm螺栓孔数量n4螺纹M10法兰厚度C14mm法兰内径33mm法兰理论重量0.73kg垫片标记： 石墨复合垫 垫片示意图如下所示：图4-14 垫片简图查表得： 4.6.2 加料口管表4-6 材料钢号表材料钢号低温容器用无缝钢管Q235-B法兰标记： 法兰 加料口法兰示意图如下所示：图4-15 法兰简图 法兰数据如下表：4-7 管法兰数据表管子外径32mm法兰外径D100mm螺栓孔中心圆直径K75mm螺栓孔直径11mm螺栓孔数量n4螺纹M10法兰厚度C14mm法兰内径33mm法兰理论重量0.73kg垫片标记： 石墨复合垫 垫片示意图如下所示：图4-16 垫片简图查表得： 4.6.3 压缩气入口管表4-8 材料钢号表材料钢号低温容器用无缝钢管Q235-B法兰标记： 法兰 压缩器入口管法兰如下图所示：图4-17 法兰简图 管法兰数据如下表：表4-9 管法兰数据表管子外径32mm法兰外径D100mm螺栓孔中心圆直径K75mm螺栓孔直径11mm螺栓孔数量n4螺纹M10法兰厚度C14mm法兰内径33mm法兰理论重量0.73kg垫片标记： 石墨复合垫 垫片示意图如下所示：图4-18 垫片简图查表得： 4.6.4 冷凝水入口管表4-10 材料钢号 材料钢号低温容器用无缝钢管Q235-B法兰标记： 法兰 冷凝水入管口法兰如下所示：图4-19 法兰简图法兰数据如下表：表4-11 法兰数据表管子外径32mm法兰外径D100mm螺栓孔中心圆直径K75mm螺栓孔直径11mm螺栓孔数量n4螺纹M10法兰厚度C14mm法兰内径33mm法兰理论重量0.73kg垫片标记： 石墨复合垫 垫片示意图如下：图4-20 垫片简图查表得： 4.6.5 温度计接管表4-12 材料钢号表材料钢号低温容器用无缝钢管Q235-B法兰标记为： 法兰 法兰图如上。表4-13 法兰数据表管子外径76mm法兰外径D160mm螺栓孔中心圆直径K130mm螺栓孔直径14mm螺栓孔数量n4螺纹M12法兰厚度C16mm法兰内径78mm法兰理论重量1.85kg垫片图如上。查表得： 4.6.6 放料口接管表4-14 材料钢号表材料钢号低温容器用无缝钢管Q235-B法兰标记为： 法兰 法兰图如上。表4-15 法兰数据表管子外径45mm法兰外径D130mm螺栓孔中心圆直径K100mm螺栓孔直径14mm螺栓孔数量n4螺纹M16法兰厚度C16mm法兰内径46mm法兰理论重量1.38kg垫片标记为： 石墨复合垫 垫片图如上。查表得： 4.6.7 视镜接管表4-16 材料钢号表材料钢号低温容器用无缝钢管Q235-B根据公称压力和公称直径选择视镜，标记为：视镜 ，查表得：D=160mm D1=130mm b1=36mm b2=24mm螺栓数量n=8 直径d：M12 重量：6.8kg4.7 人孔的计算及校核本设计中筒体直径=16001000mm，故应开设人孔。4.7.1人孔补强计算允许不进行补强的最大接管外径为89mm，本人孔公称直径为400mm，故需要另行补强。4.7.2 补强的计算方法开孔直径满足等面积开孔补强条件，故采用等面积补强。4.7.3 开孔补强面积的计算计算强度削弱系数（人孔材料选用Q235-B） (4-22) 式中 设计温度下人孔材料的许用应力，MPa； 设计温度下筒体材料的许用应力，MPa。开孔所需补强面积： (4-23) 4.7.4 有效补强范围 有效宽度B： 取大值，故有效高度：外侧有效高度，按下式确定： （人孔高度）取小值，故内侧有效高度，按下式确定： (采用齐平式)取小值，故4.7.5 筒体多余金属面积 (4-24)4.7.6 人孔多余金属面积 人孔的计算厚度 (4-25)人孔多余金属面积按下式计算 (4-26)4.7.7 人孔区焊缝面积4.7.8 有效补强面积4.7.9 另行补强面积 0故不需要另行补强。4.8 支座的选用计算4.8.1 支座的选择因反应釜需外加保温，故选B型悬挂式支座4.8.2 反应釜总重载荷计算反应釜总重载荷式中：釜体和夹套筒体总重载荷。查表得：，的一米高筒节重载荷；，的一米高筒节重载荷，故， (4-27)釜体与夹套封头总重载荷。查表得：，的封头重载荷，的封头重载荷，故，料液重载荷，按水压试验时充满水计，现以夹套尺寸估计：封头容积,一米筒节容积，故， (4-28)保温层+附件重载荷，人孔重载荷，其它接管和保温层按计，故：。总重载荷，每个反应釜常用4个支座，但做承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，按两个支座承载计，每个支座承载，查机械零部件手册，选择帮 B型4号耳式支座。齐齐哈尔大学毕业设计(论文)结 论在钟老师的指导下本人完成了夹套反应釜的设计。此反应釜的设计容积为4.0立方米，搅拌轴的功率为5.5kW。其中筒体和封头的设计壁厚均满足设计要求，并通过了水压试验校核。搅拌系统选择了比较先进的双层搅拌器，此搅拌器可使混合效果和搅拌效率比一般搅拌器更加好，搅拌效果更佳。传动系统也做了更新，采用了价格比较低廉的皮带减速机。此减速机结构简单，传动平稳无噪音，能缓冲、吸振，在超载时可产生打滑现象，可防止其他构件或零件损坏，起到安全保护作用。根据工作压力和操作温度等要求选择了工作压力为0.6MPa的水平吊盖板式平焊法兰人孔，此人孔的强度高密封性能好，安全实用。根据筒体、夹套及其他附件的总重量，又参考资料选择了较为方便的耳座支撑，既满足受力要求又节约空间。计算时按2个耳座计算，以免实际安装时耳座受力过大。以上是本人对此夹套反应釜设计的总结，由于本人的能力与水平有限,存在诸多不足之处,还有待完善和提高,希望各位老师指教。参考文献【1】化工机械手册编辑委员会编,化工机