常压搅拌式皂化锅的设计毕业论文.doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）常压搅拌式皂化锅的设计毕业论文目 录引言I摘要IIAbstractIII目 录IV绪论1第一章 总体锅设计方案31.1工艺流程31.2皂化反应方案41.3 造化反应特点41.3.1皂化反应是放热反应41.3.2 皂化反应的速度51.4 方案论证6第二章 设备的原理、用途、特点及结构62.1 原理及用途62.2 特点92.3结构简述11第三章 结构设计计算123.1 锅体的设计123.1.1 热处理133.1.2 容积设计163.1.3 夹套的设计163.1.4 夹套的高度H183.1.5 校核传热面积183.1.6 夹套内径估算183.1.7 夹套壁厚设计193.1.8 锅的壁厚设计193.1.9 冷却水套的设计203.1.10 锅体焊缝的强度校核203.2 带传动系统的设计与计算213.2.1 计算功率213.2.2 确定皮带型号213.2.3 皮带轮的计算直径213.2.4 皮带轮的计算直径213.2.5 计算带速.223.2.6 确定中心距223.2.7 计算胶带长度223.2.8 实际中心距223.2.9 带轮的包角223.2.10 一根V带所能传递的额定功率及其增加量233.2.11选带的根据233.3 电动机的选择233.3.1 电动机选用的基本原则233.3.2 计算总负载转矩T (折算到电机轴上)：243.3.3 电机选型253.4减速机的选用253.4.1 减速的选用原则253.5 机械搅拌反应器的设计263.5.1 搅拌器的选择273.5.2 搅拌轴系273.5.3 搅拌轴的结构283.5.4 搅拌轴的条件283.5.5 临界转速的计算293.5.6 选择的根据30第四章 设备的安装使用与维修334.1设备的安装334.1.1 按设备在生产工艺过程中的作用原理分类344.1.2 按设备的形状分类344.1.3 按设备的设计压力分类354.1.4 按设备结构材料分类354.1.5 按监督管理分类364.1.6 设备脱脂、酸洗、钝化、预膜374.2设备的使用374.3 设备的维护384.3.1 无损探伤检验39致 谢42参考文献4343第一章 总体锅设计方案1.1工艺流程主要设备：1皂化锅2储存槽3热水桶4喷射器5乳化池6澄清池流程：物料投入皂化锅内进行皂化反应，反应后的物料通过放料管流入存储槽内，然后进入到喷射乳化器内进行乳化，乳化后的松香胶进行到乳化池内，最后流入澄清池内，形成最后的松香胶。皂化反应是碱催化下的酯水解反应，尤指油脂的水解。狭义的讲，皂化反应仅限于油脂与氢氧化钠混合，得到高级脂肪酸的钠盐和甘油的反应。这个反应是制造肥皂流程中的一步，因此而得名。 脂肪和植物油的主要成分是甘油三酯，它的碱水解方程式为： CH2OCOR 加热 CHOCOR + 3NaOH - 3R-COONa + CH2OH-CHOH-CH2OH CH2OCOR R基可能不同，但生成的R-COONa都可以做肥皂。常见的R-有： C17H33-：8-十七碳烯基。R-COOH为油酸。 C15H31-：正十五烷基。R-COOH为软脂酸。 C17H35-：正十七烷基。R-COOH为硬脂酸。 油酸是单不饱和脂肪酸，由油水解得；软、硬脂酸都是饱和脂肪酸，由脂肪水解得。 如果使用KOH水解，得到的肥皂是软的。 向溶液中加入氯化钠可以分离出脂肪酸钠，这一过程叫盐析。高级脂肪酸钠是肥皂的主要成分，经填充剂处理可得块状肥皂。 1.2皂化反应方案预先确定好用碱量和用水量，首先加入一定量的水，然后开动搅拌器，同时通入蒸汽直到水蒸气沸腾，加入适量碱，待碱全部溶解后，在1520分钟内，将核桃大小块状松香适量加入锅中，锅内设有搅拌器，在不断搅拌的情况下，加快反应速度，直到反应结束，反应温度应保持在102105C左右。反应物料要分批放入，不要一次加入，松香块不要太大，也不要制成粉末，这样都会影响反应的进行。反应过程中也可以加入少量的酒精，皂化反应慢除了油脂分子量以外，最大的原因就是水油不能相溶，油脂和氢氧化钠存在俩种不同的介质中，他们分别要突破俩种介质的阻碍来结合，这就会造成反应速度慢，酒精既可以溶解氢氧化钠，也可以和油脂互溶，这样以来就使氢氧化钠和油脂在同一介质当中了它们结合的速度自然就快了。1.3 皂化反应特点皂化反应是一种算计中和反应，也要具有酸碱中和反应的特点：1.3.1皂化反应是放热反应 比如说我们很多人做肥皂的时候就能发现自己的肥皂在反应的时候出现分层，肥皂表面析出一些油脂，甚至切开以后发现其中还包含一些油脂，导致这样问题出现的原因往往就是因为温度过高造成的。 皂化反应是一个放热反应，我们对其加热是为了促进分子运动加快，提高反应速度，保温也是为了反应更好的进行，但是温度一旦过高皂化反应的方程式就会向左侧移动，使得一部分油脂不用氢氧化钠相结合，阻碍皂化反应的进行，从而会出现分层和油脂析出的现象。有人可能会提出质疑，热制法问什么就没有出现这种现象能？这是因为热制法在家人之前也是一个冷制到T的过程，在这个冷制的过程中，肥皂已经形成，皂化反应相对比较安全了，再经加热肥皂成熟速度加快，从而不会出现分离现象，但是我们将T后的皂液用高温持续加热也会出现一部分油脂析出的现象。所以根据皂化反应的放热源我认为：1.反应的混合的起始温度不应过高，除了保持营养不流失以外，更重要的是保住皂化反应向方程式的右侧进行，生成肥皂。2.对于保温，保温在夏天的时候不太必要，本来天气比较热，即使不保温也会出现“果冻”如果再保温必然有油脂析出来。在冬天，我们通过适当的保温，可以使肥皂皂化时间延长皂化完全。但是不能过度保温，以我个人观点来看保温必要性不大，就是问了保温等待三周以上才能成熟，所以我一般不保温。3.我们知道皂化反应是放热反应，那我们是不是把温度降的越低越好呢？答案是否定的。温度太低了会使分子运动的速度减慢，碰撞几率降低分子不易结合，从而使反应速度减慢。如果稍微提高一点温度比如在40-70度反应速度会加快，但是切记温度一定不能过高。1.3.2 皂化反应的速度皂化反应相对来说是一个比较慢的反应，哪怎么才能加快反应呢？1.3.2.1 物理搅拌平时我们是用水溶解氢氧化钠，并且和油脂混合的。我们的常识都知道油和水是不相溶的，我们的水当中有氢氧化钠，它可以和油脂反应。从而使油和水慢慢相结合，但是速度较慢。所以们就要借助我们最常用的方法，物理搅拌来使得在这俩中介质当中的物质充分混合，从而加快反应速度。1.3.2.2 提高温度前面已经对温度有较多的介绍，这里就不重复叙述了。但是温度一定要控制好。1.3.2.3 加入酒精皂化反应慢除了油脂分子量以外，最大的原因就是水油不能相溶，油脂和氢氧化钠存在俩种不同的介质中，他们分别要突破俩种介质的阻碍来结合，这就会造成反应速度慢，酒精既可以溶解氢氧化钠，也可以和油脂互溶，这样以来就使氢氧化钠和油脂在同一介质当中了它们结合的速度自然就快了1.4 方案论证1.反应物在沸腾的热水中溶解并充分反应，反应属于固液相反应，搅拌叶能使反应物充分接触加快反应进，促进生成松香胶。2.反应产生大量气泡，但由于锅体上部设有冷却装置，不会使气泡外溢，不致浪费物料，同时也不会污染环境。3.该设备是造纸行业的配套设备，适用于生产造纸石及乳化松香之用。4.该设备是一类低压夹套换热器，在锅体部分设有夹套。由夹套呈通入蒸汽加热达到良好过程。同时，在锅内没有搅拌装置，搅拌叶为推进式。通过搅拌加速松香皂化过程。5.放料阀为物动操作。操纵简易方便。6.根据对料的要求，预先确定使用碱量与用水量，在皂化锅内加热皂化，再经松香胶过滤器和喷射乳化器，即可成为有一定比例游离松香的松香胶。该设备每次皂化120200公斤。第二章 设备的原理、用途、特点及结构2.1 原理及用途图1.1 块状松香松香胶是造纸化学品的重要组成部分，广泛应用于造纸制浆、湿部、表面施胶、涂布以及废水处理等过程。近年来，由于世界木材紧缺，废纸再生率大大提高，严格的环保立法这三方面的因素，加上各种高新技术的发展，造纸设备的大型化、高速化、纸与纸版的多样化、高档化的影响和需求，各种新颖的造纸化学品正不断涌现，他们对提高造纸的产量、改善质量、降低污染以及提高经济效益等方面都起着举足轻重的作用。因此世界各国都十分注重造纸化学品的开发和生产，其总体发展速度始终保持在3%4%的增幅。中国造纸化学品的开发应用起步较晚，70年代还几乎空白。随着物质生活的不断提高，人们对纸张的要求也越来越高对纸张的需求量也越来越大。近年来我们造纸工业持续高速发展，2009年我国纸和纸板产量达8640万吨居世界首位，而且消费总量达8569万吨皂化锅是运用于生产白色胶纸的造纸厂皂化及乳化松香的装置。白色胶的目的从习惯上来说，是指在纸板取得抗水性能的加工程序。事实上，就广而言之，施胶是指对纸浆、纸张或纸板进行处理，使其获得抗拒流体渗透的性能。施胶作用在于经施胶后的纸张在其某种程度上不被水和水深液所渗透。加入一种抗水性胶体物质到纸浆中。经过沉淀和干燥后，就能降低水渗透进毛细孔的速度，使其性能增加。内部施胶的种类很多。其中常用的是松香胶。松香是松脂经过蒸馏去掉松节油后得到的固体物。外观是浅棕黄色而有透明性，松香的相对密度为1.011.09，松香软化点在7378度之间，熔点因松香等级不同在80135度之间。松香是一种复杂的混合物，其中酸性物占90%左右，中性物质占510%左右。树脂酸，是松香的主要部分，有许多同分异构体，共同的分子式为C19H29COOH。松香易溶于酒精、丙酮、乙醚等。不融于冷水。在热水中部分乳化。松香的质量是以颜色划分的。造纸工业中的所用的松香以深色透明为好。由于松香是不融于水的，因此要加入适量的碱才能将它皂化和溶解，常用的皂化剂有烧碱和纯碱。用烧碱或纯碱处理松香时，可得到溶于水的碱盐，称为松香皂，用于施胶的松香胶首先进行皂化处理，就是熬胶。其反应方程式如下：C19H29COOH+NAOHC19H29COONA+H2O2 C19H29COOH+NA2CO32 C19H29COONA+H2O+CO2由上式可见，用纯碱熬胶时，在熬胶过程中生成大量二氧化碳气体，这会促使松香胶颗粒分散，使其不易凝结成团。松香胶的熬胶在皂化锅内进行的。因松香在皂化时逸出CO2而产生大量泡沫，锅的容积应选定为胶料的36倍，1立方米的皂化锅每次可处理松香150200公斤。锅内设有螺旋搅拌器，转速为235转/分。为防止溢出泡沫，锅体上部设有冷却水套。锅体内采用间接加热方式，在锅体下部设有头套，头套内通入蒸汽加热达到皂化所需要的温度。锅体为圆柱形，锅底为半球形，锅体下部设有进气管，冷凝水排出管，放料阀等。松香是造纸工业中常用的施胶剂，用量占施胶总量的80%以上。由于其生产工艺简单，价格低廉，在国内造纸厂占有一定的市场。传统的施胶体系是酸性施胶，即施胶剂必须借助硫酸铝才能留着在纤维表面，达到施胶目的。但硫酸铝的用量过多会使纸张的耐久性下降，易老化设备腐蚀严重，废水处理困难，同时也限制了廉价碳酸钙的使用，所以现代抄纸系统正由酸性抄纸向中碱性抄纸过渡。其中较为广泛的是AKD和ASA等中性施胶剂。但由于AKD使用时需现场浮华，还有施胶滞后等缺点，ASA在水中性质不稳定易分解，所以目前主要应用在高档文化用纸、纸板、餐饮盒方面。在废纸施胶中，应用最广泛的还是松香胶系列施胶剂。2.2 特点图2.1 皂化锅实物图1.容积为1立方米的皂化锅口，锅内设有搅拌装置，由2.2kw电动机通过减速装置带动。2.锅体下部设有夹套，供间接蒸汽加热。3.在头套外部引出压力管，安装压力计。4.锅体上部设有冷却水套，供通入冷却水使锅口由物料获得降温，防止物料随同熬胶时产生的泡沫外溢。5.锅盖由薄铁板制成，一半固定在锅顶，一半则可以掀开，供装料使用。6.卸料口设于锅体底部，与放料阀门和放料管道接通。7.放料管道与过滤和喷射乳化器相连接，打开放料阀门，就可将锅内松香胶卸出，使其通过过滤进入喷射乳化器，得到乳化，溶于乳化槽。2.3结构简述1.该设备主要组成部分为锅体、放料阀操作机构、传动装置、搅拌轴及搅拌叶等。2.电动机为SY系列节能电动机。全封闭结构，安装在槽钢架及电机架上。3.槽钢架及电机架均以型钢焊接制成，电机架上装有调整螺栓，可以调节皮带的松紧程度。4.上轴承为滚动轴承，承受搅拌轴的轴向载荷和部分径向载荷。5.搅拌轴安装在锅体的中央位置，其转速为235转/分，轴的下部设有一个螺旋式搅拌叶，搅拌时依靠键固定在轴上，其位置可根据工艺要求进行调整。为了便于维修和调整搅拌时的位置，采用搅拌轴和搅拌叶能抽出锅外的结构。6.双金属式温度计其测量范围为1150度，上部固定在槽钢上，尾部由保护套保护。7.锅体主要是铸铁钢板成型后焊接而成，锅底呈半球形，在锅的下部设有夹套，供通入蒸汽熬胶松香时使用。在夹套外壁上设有进气管、防气管、压力表和安全阀接管等。夹套外表面设有保温层，为了防止熬胶是松香胶泡沫外溢在锅的上部固定了一个冷却水套。8.二个支座分别焊接在锅体腰部的两侧，以支锅体及其盛物的全部重量。9.放料操作机构，放料口在底部，操作可以在上面的平台上，通过杠杆与连杆机构，操纵放料阀的开启或关闭，连杆上的插销可以使阀门保持在开启或关闭的位置上，放料阀下部的接管可以通入蒸汽，以防止胶液在放料口凝结，影响放料阀的开启和关闭的灵活性。10.中轴承为滑动轴承，承受搅拌轴的径向载荷和部分轴向载荷，轴套采用聚四氯乙烯。第三章 结构设计计算3.1 锅体的设计锅体主要是铸铁钢板成型后焊接而成，锅底呈半球形，在锅的下部设有夹套，供通入蒸汽熬胶松香时使用。在头套外壁上设有进气管、防气管、压力表和安全阀接管等。夹套外表面设有保温层，为了防止熬胶是松香胶泡沫外溢在锅的上部固定了一个冷却水套。图3.1 结构原理图3.1.1 热处理3.1.1.1 概述1.热处理的概念 把金属加热到给定温度并保持一段时间，然后选定速度和方法使之冷却以得到所需要的显微组织和性能的操作工艺，被称为热处理。施工中的热处理一般是指焊接接头（热影响区）的热处理。焊接接头（热影响区）的热处理的过程就是把焊接接头均匀加热到一定温度、保温，然后冷却的过程。2.热处理的意义 焊接接头的热处理能防止焊接部位的脆性破坏、延迟裂纹、应力腐蚀和氢气腐蚀等。经过正确的热处理，可以使焊接残余应力松弛，淬硬区软化，也可以改善组织，降低含氢量，提高耐腐蚀性、冲击韧性，蠕变极限等。但如果焊接接头热处理不当，反而会使接头的性能下降。3.1.1.2 焊前预热 预热是焊接时一项重大工艺措施，尤其是焊接厚工件。对焊件进行焊前预热，可防止或减少应力的产生。对于焊接某些重要结构，如高压厚壁容器或塑性较差以及淬火倾向很强的焊件，一般都要进行焊前预热，以防止焊接过程中产生裂纹。预热的作用在于减少焊缝金属与母材间的温度差，即提高焊接接头初始温度，从而减少收缩应力，降低焊缝冷却速度，控制钢材的组织转变，避免在热影响区中形成脆性马氏体，减轻局部硬化，改善焊缝质量。因为预热有利于排气、排渣，故可减少气孔、夹渣等缺陷。焊件是否需要预热以及预热温度是多少，应根据钢板的化学成分、板厚，容器的结构刚性、焊接形式、焊接方法和焊接材料以及环境温度等因素综合考虑。3.1.1.3焊后热处理1.焊接残余应力是由于焊接引起焊件不均匀的温度分布，焊缝金属的热胀冷缩等原因造成的，所以伴随焊接施工必然会产生残余应力。 消除残余应力的最通用的方法是高温回火，即将焊件放在热处理炉内加热到一定温度和保温一定时间，利用材料在高温下屈服极限的降低，使内应力高的地方产生塑性流动，弹性变形逐渐减少，塑性变形逐渐增加而使应力降低。焊后热处理对金属抗拉强度、蠕变极限的影响与热处理的温度和保温时间有关。焊后热处理对焊缝金属冲击韧性的影响随钢种不同而不同。2.热处理方法的选择 焊后热处理一般选用单一高温回火或正火加高温回火处理。对于气焊焊口采用正火加高温回火热处理。这是因为气焊的焊缝及热影响区的晶粒粗大，需要细化晶粒，故采用正火处理。然而单一的正火不能消除残余应力，故需再加高温回火以消除应力。单一的中温回火只适用于工地拼装的大型普通低碳钢容器的组装焊接，其目的是为了达到部分消除残余应力和去氢。绝大多数场合是选用单一的高温回火。热处理的加热和冷却不宜过快，力求内外壁均匀。3.焊后热处理的加热方法 感应加热。钢材在交变磁场中产生感应电势，因涡流和磁滞的作用使钢材发热，即感应加热。现在工程上多采用设备简单的工频感应加热。 辐射加热。辐射加热由热源把热量辐射到金属表面，再由金属表面把热量向其他方向传导。所以，辐射加热时金属内外壁温度差别大，其加热效果较感应加热为差。辐射加热常用火焰加热法、电阻炉加热法、红外线加热法。3.1.1.4整体热处理 整体热处理是为了消除焊接产生的应力，稳定各种几何尺寸，改变焊接金相组织，提高金属的韧性和抗应力能力，阻止裂纹的产生。由于焊接时局部加热，焊接金属的金相组织的变化而引起内应力，另外焊缝应力分布已比较复杂，同时金属也产生内应力。为了消除残余应力和减轻焊缝附近金相组织的局部硬化，改善焊缝的机械性能，采用整体热处理方法。如球罐组装焊接后，采用整体热处理的方法有两种：一是内燃法，一是电加热法。3.1.1.5设备焊缝热处理 现场组装设备的焊缝热处理，应符合产品合格证书中提供的条件和图纸的要求与GB150-89“钢制压力容器”和GB50236-98“现场设备、工艺管道焊接工程施工及验收规范”的有关规定。1.容器及其受压元件符合下列条件之一者，应进行热处理。A、B类焊缝，各处的母材名义厚度符合下列条件者：碳素钢厚度大于34mm16MnR厚度大于30mm15MnVR厚度大于28mm任意厚度的其它低合金钢对于不同厚度的A、B类焊缝，上述所指厚度按薄者考虑；对于不同类钢种相焊的A、B类焊缝，按热处理要求的钢种确定。2.冷形成和中温形成圆筒厚度符合以下条件者：碳素钢、16MnR的名义厚度不大于或小于设计内径D的3%；其它低合金钢的名义厚度不大于或小于设计内径D的2.5%。3.图纸注明有应力腐蚀的容器。4.图纸注明盛装毒性为极度危险或高度危害介质的容器5.有防腐要求的奥氏体不锈钢及复合钢板制作容器的表面，应进行酸洗、钝化处理。6.根据所制订的工艺规程，需要焊后进行消氢处理的容器，如果焊后随即进行消除残余应力的热处理时，则可免作消氢处理。3.1.2 容积设计该设备容积要求为1立方米，反应物料为固液类型。由表252化工设备机械设计第三册5，=11.3，考虑到容器不大，故选取=1，这样可以使直径不至于太小。从工艺上了解到反应状态产生大量泡沫，物料黏度也较大，矿装料体积要小于容积的三分之一。松香锅体内径D内按下式计算：松香锅的估算内径D内圆为1050mm。由于，所以H筒为1000mm。所以该锅体容积设计合格！3.1.3 夹套的设计有传热要求的搅拌反应器，为了维持反应的最佳温度，需要设置换热原件。常用的换热元件有夹套和内盘管。因为夹套的换热面积能满足传热要求故采用夹套，这样可以减少容器内构件，便于清洗，不占用有效面积。当作传热装置时，因为套外有热量散失，故需要在夹套体外壁加以保温材料。用蒸汽作为载体一般从上端进入夹套，凝液从夹套底部排出。所谓夹套就是在容器的外侧，用焊接或法兰连接的方式装设各种形状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。在此空间内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容器呗的物料。夹套的主要结构形式有：整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套等，其适用的温度和压力范围见表4-1夹套形式 最高温度/最高压力/MP整体夹套 U形 圆筒形3503500.61.6型钢夹套2002.5蜂窝夹套 短管支撑式 折边椎体式2002502.54.0半圆管夹套3506.4表3-1各种碳素钢夹套的适用温度和压力范围1.整体夹套 常用的整体夹套形式有圆筒型和U型俩种。圆筒型夹套仅在圆筒部分有夹套，传热面积小，适用于换热量要求不大的场合。U型夹套是圆筒部分和下封头都包有夹套，传热面积大，是最常用的结构。 根据夹套与筒体的连接方式不同，夹套可分为可拆卸式和不可拆卸式。可拆卸式用于夹套内载热介质易结垢、需经常清洗的场合。工程中使用的较多的是不可拆卸式夹套。夹套肩与筒体的连接处，做成锥形的成为封口锥，做成环形的称为封口环。当下封头底部有接管时，夹套底与容器封头的连接方式的也有封口锥和封口环俩种。载热介质流过夹套时，其流动横截面积为夹套与筒体间的环形面积，流道面积大、流速低、传热性能差。为提高传热效率，常采用以下措施：在筒体上焊接螺旋导流板，以减小流道横截面积，增加冷却水流速；进口处安装扰流喷嘴，使冷却水呈湍流状态，提高传热系数；夹套的不同高度处安装切向进口，提高冷却水的流速，增加传热系数。2.型钢夹套 一般用角钢与筒体焊接组成。角钢主要有俩种布置方式：沿筒体外壁轴向布置和沿容器筒体外壁螺旋布置。型钢的刚度大，不易弯曲成螺旋形。3.半圆管夹套 半圆管夹套在筒体外的布置，既可螺旋形缠绕在筒体上，也可沿筒体轴向平行焊接在筒体上或沿筒体圆周方向平行焊接在筒体上。半圆管或弓形管由带材压制而成，加工方便。当载热介质流量小时宜采用共性管。半圆管夹套的缺点是焊缝多，焊接工作量大，筒体较薄是易造成焊接变形。4.蜂窝夹套 是以整体夹套为基础，采取折边或短管等加强措施，提高筒体的刚度和夹套的承压能力，减少流道面积，从而减薄筒体厚度，强化传热效果。最常用的蜂窝i夹套有折边式和拉撑式俩种形式。夹套向内折边与筒体贴合好再经行焊接的结构称为折边式蜂窝夹套。拉撑式蜂窝夹套是用冲压的小锥体或钢管做拉撑体。 3.1.4 夹套的高度H夹套的高度H夹决定于传热面积的要求。夹套的高度一般应不低于料液的高度，以保证充分传热，根据装料系数I，操作容积nv，因此夹套高度H夹由下式估计：v1筒体每米高的容积v1=0.865立方米/米3.1.5 校核传热面积工艺要求传热面积为2.4立方米。实际面积：S=S半球+S筒实际传热面积大于工艺要求2.4平方米，帮夹套高度合格！3.1.6 夹套内径估算根据表25-3（化工设备机械设计第三册53.1.7 夹套壁厚设计松香皂化锅的头套筒体积同对接双面焊接。焊缝进行100%。射线探伤。材料均为铸铁钢，根据受力析得知，夹套筒体承受内压，因此夹套筒体壁厚可以按下式计算： 3.1.8 锅的壁厚设计（1）锅内的压力为常压，材料为铸铁钢，腐蚀量为3毫米，焊接后，先做压力测试，测试压为0.3Mpa。（2）承受压力0.3Mpa外压时筒体壁厚。首先，假设筒体的计算壁厚S0=6 mm，并mm，并以此决定，及值。D1筒体外径L筒体长度则：由图22-10化工设备机械设计第三册5,查得B=600，则许用压力P可由下式求出：因此，当筒体的由图22-10化工设备机械设计第三册5,查得B=850。所以，许用压力因此，确定筒体壁厚的规格为8mm。3.1.9 冷却水套的设计根据艺要求，为防止物料随同熬胶产生的泡沫外溢，在锅体上部距离锅顶部70mm处设有冷却水套，供通入冷水使锅内物料降温，材料由铸铁制成，其结构如图。3.1.10 锅体焊缝的强度校核由于锅体由A3钢板成型后焊接而成，焊接结构可对接焊缝，焊缝主要承受剪切应力，锅体内部的剪应力为：焊缝长度为： 焊缝承受剪应力为：所以焊接强度合格！3.2 带传动系统的设计与计算3.2.1 计算功率P1传递的功率为：2.2KwKa为工作情况系数。3.2.2 确定皮带型号根所P1=2.2Kw W=940r/min（电动机转数）选取三角V带A型。3.2.3 皮带轮的计算直径为了提高带的寿命，在结构允许我情况下，尽量大一些的尺寸。由表8-5理论力学3，得d1=112mm。3.2.4 皮带轮的计算直径3.2.5 计算带速.3.2.6 确定中心距初估算中心距a=800mm3.2.7 计算胶带长度根据表8-2理论力学3,选取得2500mm的长度。3.2.8 实际中心距3.2.9 带轮的包角3.2.10 一根V带所能传递的额定功率及其增加量) 3.2.11选带的根据3.3 电动机的选择3.3.1 电动机选用的基本原则 通常应根据搅拌轴功率和搅拌设备周围的工作环境等因素选择电动机的型号，并遵循以下基本原则：1.根据搅拌设备的负载性质和工艺条件对电动机的启动、制动、运转、调速等要求，选择电动机。2.根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，合理选择电动机容量，并确定冷却通风方式。同时选定的电动机型号和额定功率应满足搅拌设备开车时启动功率增大的要求.3.根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯和腐蚀及易燃易爆气体等，考虑必要的防护方式和电动机的结构形式，确定电动机的防爆等级和防护等级。处在爆炸和火灾危险环境时，应按照GB50058爆炸和火灾危险环境电力装置和防护规范的规定对于气体或蒸汽爆炸危险环境，则根据爆炸危险环境的分区等级和爆炸危险区域内气体或蒸汽级别、组别和电动机的使用条件，选择防爆电动机的结构型式和相应的级别、组别，对于粉尘爆炸危险环境，则根据爆炸危险环境的分区等级和电动机的使用条件，选择防爆、防护电动机的结构型式和相应的防爆、防护等级；对于火灾危险环境，则根据火灾危险环境的分区等级和电动机的使用条件，选择防护电动机的结构型式和相应防护等级。处在化学腐蚀环境时，应按照CD90A6化工企业腐蚀环境电力设计技术规定，根据腐蚀环境的分类选择相适应的电动机。4.根据企业电网电压标准和对功率因素要求，确定电动机的电压等级。5.根据搅拌设备的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求，以及机械减速的复杂程度，选择电动机的额定转速。除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，并综合考虑运行可靠性、供货情况、备品备件通用性、安装检修难以程度、产品价格、运行和维护费用等3.3.2 计算总负载转矩T(折算到电机轴上)：总负载转矩T包括惯性转矩和摩擦转矩。由于回搅拌器转动速度要求不高，故可选电机的工作频率为f=470Hz，则电机的转速为:n=60f=235(r/min)所以正常工作时候的角速度为： =10（rad/s）=14100/s求各个回转质量对回转轴的转动惯量J:（1）回转桨叶对回转轴的转动惯量： =m=30=2.1(kg)(2) 回转轴上其他附件对回转轴的转动惯量： 可取为1.5 kg所以总的转动惯量J=+=6 kg取回转轴的加速时间dt=1s,所以回转质量对回转轴的惯性转矩为： =J=J=6=141（Nm）经过估算，可取轴承的摩擦转矩=2.82 Nm总功率取为=0.8 ，则折算到电机轴上的总负载转矩为： T=（+）/0.8=3.2/0.8=179(Nm)3.3.3 电机选型 为了使得电机具有良好的启动能力及较快的响应速度，通常推荐： T/0.5所以电机的最大静转矩80Nm 。 根据上述条件，选择步进电机的型号。所选步进电机的型号为：SY-C01-43B0 C05-43B0,相数为3，步距角为3度，工作电压为380V，最大静转矩为=10 Nm，额定负载最大启动频率为f=400Hz,电机总长151mm,机壳外径为130mm，电机轴径d=24mm3.4减速机的选用3.4.1 减速的选用原则1.首先根据实际使用情况确定减速机的工作制度。2.根据工作制度、总传动比、输入转速和功率，在各产品“减速机承载能力表”中选出接近或偏大中心距的减速机。3.校验输出轴最大短暂扭矩。输出轴最大短暂扭矩，在每一工作循环内，连续作用时间不应超过工作施胶的3%。同时小齿轮进入啮合次数不应超过500次。4.对于轴端需承受径向载荷者，应校核轴端径向载荷。5.若、俩条中的任一条超出“减速机承载能力表”中的允许值，则必须重选较大的中心距的减速机。6.按型号标记方法写出所选用的减速机型号。7.在选用中，若输入转速n600r/min,则按600r/min计算的输出扭矩选取，输入转速没有列入者，可用插值法求得。如果已知条件为输出轴扭矩，应采用下式将扭矩T转化为功率P式中 P功率，Kw； T输出转矩，； n输入转矩，r/min； i总传动比； 总传动效率。根据生产工艺的要求，松香皂化锅的减速机构采用三角皮带减速机。其特点是机构简单，过载时间生打滑现象。因此能够起到安全保护的作用。但是由于皮带传动不能保持精确的传动比。3.5 机械搅拌反应器的设计机械搅拌反应器（也称为搅拌釜式反应器）适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、化肥、染料、涂料、食品、冶金、废水处理等行业。如实验室的搅拌反应器可小至数十毫米，而污水处理、湿法冶金、磷肥等工业大型反应器的容积可达数千立方米。除用作化学反应器和生物反应器外，搅拌反应器还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。搅拌反应器有搅拌器和搅拌机俩大部分组成。搅拌容器包括筒体、换热原件及内结构。搅拌器和搅拌轴及其密封装置、传动装置等通称为搅拌机。在松香皂化锅中，为了增快反应速度，强化传热效果以及加强混合效果等作用。常装有搅拌装置，搅拌装置通常有搅拌轴和搅拌器组成。搅拌过程涉及流体的流动、传热和传质影响因数复杂繁多。表4-1列出了影响搅拌效果的各种因数类别 主要因素流动状态流型，对流循环速率，湍流扩散，剪切流物性黏度和黏度差，密度或密度差、分子扩散系数、粒径；表面张力、比热容、热导体、非牛顿流体之流变性操作条件搅拌器型式、转速；溶质加入量、加入速度、分散状况和加入位置集合因素连续式活间歇式；溶质加入方法；釜、搅拌器及釜内构件（挡板、导流筒等）的几何形状、相对尺寸和安装方式等表3-2影响搅拌效果的因数3.5.1 搅拌器的选择根据设备的要求，该设备采用推进式搅拌器，推进式搅拌器常用整体铸造，加工方便。搅拌器采用轴套固定在轴上。推进式搅拌器直径约取锅体内径D内的，选取d=320mm搅拌是能使物料在锅体内循环流动，所起到的作用以容积循环为主。剪切作用小，上下翻腾效果好。推时式搅拌器材料采用铸铁，搅拌器已有标准系列：HG5-225-653.5.2 搅拌轴系搅拌轴的设计主要是确定危险截面处轴的最小尺寸，进行强度、刚度计算或校核、验算轴的临界转速和挠度，以便保证搅拌轴能安茜平稳地运转。一般情况下，搅拌轴轴径d必须满足强度和临界转速要求，当有特殊要求时，还应满足扭转或径向位移要求。确定轴的实际直径是，通常还得考虑材料的腐蚀裕量，最后把直径圆整为标准轴径。搅拌轴的材料架用45#钢。搅拌轴承受旋转和弯曲的组合作用，其中以轴转为主，所以在工程应用中长用近似的方法来进行强度计算。它假定轴只承受扭矩的作用，然后用增加安全系数以降低材料的使用来弥补由于误差所引起的错误。3.5.3 搅拌轴的结构根据工艺的要求，搅拌轴的设计为长为1820mm，最大直径为50mm的一根轴。搅拌轴的上端与带轮相配合而且需要键槽，根据带轮的直径来选取标准的系列。选取轴直径为40mm，在配合面的圆柱上，开一个1240的键槽，以便固定。下面相应的退刀只安装弹簧档圈。因此加工，安装是要控制一定的不直度，只允许取。3.5.4 搅拌轴的条件搅拌轴比较长而悬伸在松香皂化锅中，进行搅拌，因此，搅拌轴的支撑条件比较差，当搅拌轴悬臂过大而又很细的时候，常常扭弯，离心力也随着增大，最后达到完全破坏的程度。保持搅拌轴悬臂稳定性的长度，在一般的条件下，根据经验做依据，推荐以下的二个关系：a: b: 根据公式为了满足上述条件，选取可采取中间轴承的方法，距离轴径部650mm处设置，防止轴的径向摆动。中轴承为滑动轴承，轴套的材料采用聚氯四乙烯。为了便于安装中间轴承和调整其间隙，轴套和轴瓦均做成二个半片形式，使用固定螺钉将轴套固定在轴上，轴瓦与轴承座采用动配合。轴套是为了避免因局部磨损而造成整件更换的问题，运转时只是在轴套与轴瓦之间产生相对运动。由于中间轴承只起辅助作用，因此要求结构在安装后不被破坏，原有垂直度与同心不变。3.5.5 临界转速的计算当搅拌轴的转速达到轴自振频率时会发生强烈振动，并出现很大弯曲，这时的转速称为轴的临界转速。轴在靠近临界转速运转时，常因强烈振动而损坏，或破坏封而停产，因此工程上要求搅拌轴的工作转速避开临界速度。通常把工作转速n低于第一临界转速的轴称为刚性轴，要求n由于；工作转速大于第一临界转速的轴称为柔性轴，要求。轴尚有第二、三阶临界转速，但一般搅拌轴的工作速度较低，很少达到第二、三阶转速。对于小型的搅拌设备，由于轴径很细，长度短，轴的质量小，因而往往把轴理想化为无质量的带有圆盘的转子系统来计算轴的临界转速。随着搅拌设备的大型化，搅拌轴的直径变粗，如忽略搅拌轴的质量将引起较大是误差。此时一般采用等效质量的方法，把轴本身的分布质量和轴上各个搅拌器的质量按等效原理，分别转化到一个特定点上，然后累加组成一个集中的等效质量。这样把原来复杂多自由度转轴系统简化为无质量轴上只有一个集中等效质量的单自由度问题。同时，临界转速还与支撑方式，支撑点距离及轴径有关。当轴的转速达到一定的数值时，轴的运转由平稳变不不平稳而发生显著的反复变形和较为强烈的一种共振现象，这种发生强烈振动是的转速称为轴的临界转数。轴在靠近临界转带时，常因强烈振动而损坏，计算轴的临界速度的目的是为了避开临界转速，使轴工作的转速低于第一阶临界转速n200转/分。以下对轴的临界转数进行验算。3.5.6 选择的根据圆轴在外力矩作用下匀速转动，在横截面上产生内力。如图所示：受力情况，轴的上端作用的主动力矩M2，使搅拌轴带动浆叶旋转，浆叶受到物料的阻力，给轴的阻力矩Ma。轴匀速转动时，主动力矩MC与阻力矩Ma成平衡。因此MC-Ma=0。（1）轴的强度依据现用截面法求内力，取一轴截面，根据公式得： 。N轴传递功率（千瓦）N轴的转速（转/分）则Mc=Ma=9.12Kgm。(2)轴的抗扭截面模量： 故轴的强度条件为故轴的强度合格！（3）轴的扭转刚度校核轴受扭转时如果变形过大，就会影响轴的正常工作，轴的扭转变形。轴的扭转刚度条件： （4）轴承的选择、计算、校核根据已知道轴径和工艺要求，上轴承采用双列球面滚轴承。3609.GB286-64，主要承受径向负荷，同时也可承受较小的轴向负荷。由表20-20机械设计手册6可知：径向基本额定动载荷：Cr=9680径向基本额定静载荷：Cr=8760,E=0.41,Y=1.6计算轴承的载荷圆周力 径向力 由径向引起的轴向力：轴承的当量 故取P=1626.5N计算轴承寿命Lh= 故合格。N轴承转速E寿命指数，滚轴承键的联系类型和尺寸，由表5-1机械设计手册6得d1=40轴段选用普通平键1240，键高h1=8mmd2=45轴段选用楔键1480，键高h2=9mm键的工作高度 键的强度校核对d1, d2段轴的材质均为45#钢，由表5-1机械设计手册6查得挤压强度Vp=125Mpa故安全。T轴转力矩D轴的直径B键的宽度L键的长度F磨擦系数（钢或铸钢f=0.120.17）第四章 设备的安装使用与维修4.1设备的安装安装重量应按设计图标明的重量计算，其中包括设备本体重量，随设备供货的内件、设备开口件、加强板、裙座等全部金属重量检查设备基础，并准备必要的工具与仪器。将设备运至基础上，吊运时吊索开始在支座上。根据已定出的安装中心轴线，利用设备支座下的调正垫铁，将设备的位置标高及水平度准确地调整完毕后，即可浇灌混凝土。配置设备的进汽、排汽和出水口管路系统，设置排水阻气阀，头套的放汽管应接一段管路引出，以利于设备的操作。清洗内部部件检查上、中轴承，如不够清洁，要洗净并重新注油。检查电动绝缘情况是否良好。松香胶过滤器及喷射乳化器，按工艺要求安装。保温层的敷设必须在设备试运合格后才能进行。在敷设前先将钢钉焊接上，然后除将外壳上的赃物，在夹套内通入蒸汽加热，使钢板表面温度保持在90100度之间。保温层的外表面光滑园整，包扎牢靠。在所有的焊缝处，铁丝网和护步应分开包扎，以便检修时拆开进行焊缝的检查，而不会损坏其余部分的保温层。4.1.1 按设备在生产工艺过程中的作用原理分类1.反应设备：（代号R）这类设备主要用于完成介质的物理、化学反应过程的容器。大多数设备是在加温加压并有催化剂存在的情况下进行过程反应的；或在介质直接接触的情况下，伴随着换热的物理过程及化学反应过程的设备。如反应釜、反应器、分解锅、分解塔、聚合釜、高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、煤气发生炉等。 2.换热设备（代号E）这类设备主要是用于完成介质的热量交换，热量通过介质的器壁进行传导。有板式、列管式、套管式、喷淋式等换热设备。如热交换器、冷却器、蒸发器、加热器、硫化锅、消毒锅、染色器、烘缸、预热锅、蒸锅、电热蒸汽发生器等。 3.分离设备（代号S）分离设备主要是用于完成介质的流体压力平衡和气体净化等物料分离的容器。如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收器、铜洗塔、干燥塔、气提塔、分汽缸除氧器等。 4.存储设备（代号C，其中球罐代号B）这类设备主要用于盛装生产用的原料气体、液体、液化气体等储存物料的设备。如各种型式的储罐（球罐、气柜等）。4.1.2 按设备的形状分类工厂中使用的设备形状很多，常见的形状主要有三种类型 1.方形或矩形设备：由平板焊制成，制造简单，但承压能力差，故只用作小型常压贮罐。 2.球形设备：有数块球瓣板拼接焊成。球瓣制造工艺不同于其他设备，具有一些特殊的技术要求。球形设备容积都很大，盛装物料多，工作压力也比较高，技术要求也比较严格。随着石油化工工业的发展，需要更多贮存液态或气态物料的贮槽。因此近年来球形设备得到日益广泛的应用。 3.圆筒形设备：是由圆柱形筒体和各种成型封头（椭圆形、半球形、蝶形、锥形）所组成的立式、卧式容器。由于使用目的的不同，内部结构各不相同。该形状设备制造较容易，承压能力较好，因此这类设备应用最广。4.1.3 按设备的设计压力分类按设备的承压性质，可将设备分为内压设备和外压设备两类。当设备内部介质压力大于外界压力时为内压设备，反之为外压设备。按设备的设计压力分为：1.超高压设备 P100mpa2.高压设备 10P100mpa3.中压设备 1.6P10pma4.低压设备 0.1P1.6mpa5.常压设备 P0.1mpa6.真空设备 负压 在化工装置中许多设备是在高温高压下运行的。如氨和尿素合成装置的操作压力可达38.8mpa，温度达430。C左右。在石油化工装置中也有低温低压设备。聚乙烯生产则要求达100300Mpa的超高压设备，它的设备要用整体高强度锻件制造。4.1.4 按设备结构材料分类制造设备所用的材料应满足使用条件和制造工艺两方面的需要。大体上分为两大类，即金属设备和非金属设备。金属设备中，目前应用最多的是低碳钢和普通低合金钢。化工炼油设备大多数与有一定腐蚀性的介质接触，材料应具有优良的耐腐蚀性，因此在腐蚀严重或产品纯度要求严格的情况下，一般多采用不锈钢，不锈复合钢板或铝制的设备。在低温、深度冷冻的操作条件下，一般则选用铝、铝合金或铜和铜合金设备。还有用铸铁制造的设备。根据生产过程的需要，非金属材料的设备也很多。非金属材料可作设备衬里或独立构件。常用的非金属材料如聚氯乙烯、玻璃钢、不锈性石墨化工搪瓷以及耐酸砖、橡胶衬里等等。4.1.5 按监督管理分类 为了加强压力容器的安全技术管理和监督检查，按国家劳动部“压力容器安全技术监察规程”，将压力容器划分为三类。分类的原则： 1.根据压力P、压力乘容积P*V（单位：Mpa.m3），介质特性、用途以及设计、制造特点综合分类； 2.介质的毒性程度参照GB5044“职业性接触毒物危害程度分级”的规定，分