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m3 连续 搅拌 反应器 设计 CAD

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摘 要搅拌反应釜，在化工、科研、食品等行业中应用范围广，操作非常简单便捷，安全系数符合要求。它的作用是在为各类反应准备反应发生的空间以及条件，让反应得以顺利进行。4m3连续搅拌釜式反应器是我的本次毕业设计课题，釜体、搅拌装置、传动装置、轴封以及其他零件是所有釜式反应器的重要的构成部分，当然也包括我这次设计的连续搅拌釜式反应器。对任务书进行了详细的分析之后，其要求和其结构特点都确定了，再对工作装置初步分析，开始实际确定设计方案，首先需要确定的是该反应釜筒体的尺寸数值，根据筒体的尺寸分析选择所需要的夹套。搅拌装置是设计的第二大部分，根据分析已经确定好的筒体，加上任务书的要求，将搅拌器和搅拌轴进行一个粗略的选择，接着通过计算强度和强度校核，再进一步确定一个最为恰当的装置。传动装置是该反应釜的三大部分之一，分析计算之后确定的电动机与减速机需兼容经济性与动力效果。接着设计反应釜的轴封，比较并选择轴封装置类型，对机械密封的结构、工作原理进行准确的分析。本次设计表达了搅拌式反应釜的设计过程与工作过程。设计的反应釜在结构上安全可靠，性能良好，对化学反应过程具有很好的保护作用。在经济上，提高了化学反应的效率，从而提高了生产效率，节约生产成本。关键词：搅拌反应釜；搅拌装置；传动装置；轴封；釜体ABSTRACTStirred reaction kettle, in the chemical industry, scientific research, food and other industries wide range of applications, operation is very simple and convenient, safety factor to meet the requirements. Its role is to prepare responses for various reactions to the space and conditions that allow the reaction to proceed smoothly.4m3 continuous stirred kettle reactor is my graduation project, kettle body, stirring device, transmission device, shaft seal and other parts are the important components of all kettle reactor, of course, including my design of the continuous stirred kettle reactor. A detailed analysis of the teachers given task book the design of the reaction Kettle has a preliminary understanding of its requirements and its structural characteristics have been determined, and then the initial analysis of the work device, start to determine the actual design, the first thing to determine the size of the reactor cylinder, the number of the case, the specification has been given, According to the size of the cylinder to select the desired jacket, then the size of the jacket also know. The stirring device is the second most of the design, based on the analysis of the identified cylinder, plus the requirements of the task book, the mixer and the stirring shaft for a rough selection, and then through the calculation of strength and strength check, and then further determine the most appropriate device. The transmission device is one of the three parts of the reaction kettle, and the electric motor and the reducer must be compatible with economy and dynamic effect after the analysis and calculation. Then, for the design of the axial seal of the reactor, the type of shaft seal device is compared and selected, and the structure and working principle of the mechanical seal are analyzed accurately.This design expresses the mixing reaction kettle design process and work process. The design of the reactor is safe and reliable in structure, good in performance, and has a good protective effect on the chemical reaction process. In economy, the efficiency of chemical reaction is improved, the production efficiency is improved and the cost of production is saved.Key words： mixing reactor; stirrer; transmission; gearing； kettle body目 录1绪论11.1前言11.2反应釜的应用领域及进展趋势11.2.1反应釜的应用领域11.2.2反应釜的进展趋势22反应釜釜体的设计32.1反应釜釜体几何尺寸的确定及结构选型32.1.1筒体和封头型式32.1.2筒体的内径及高度32.1.3夹套的结构和尺寸42.1.4内筒及夹套的受力分析与厚度计算53搅拌装置选型83.1搅拌器的选择83.1.1搅拌器的结构类型83.1.2搅拌器的选用103.2搅拌功率计算103.3搅拌轴设计113.3.1强度及刚度计算113.2.2 搅拌轴直径的确定124传动装置的选择134.1电动机的选用134.2减速机的选用144.3机座的选择164.4联轴器装置的选型164.4.1联轴器的机构类型164.4.2联轴器的选用174.5底座的设计174.6安装底盖与密封箱体、机架的配置185轴封装置的选用195.1反应釜轴封装置的类型195.2密封类型的选择205.3机械密封的结构和工作原理215.4机械密封的分类225.5机械密封的选择226零部件的加工要求与检测236.1轴的加工要求236.2机械密封主要零件的加工及检验236.2.1密封环的加工要求236.2.2轴套的加工要求236.2.3弹簧的加工要求236.3反应釜壳体的制造要求与检验24参考文献25致 谢26 1 绪论1.1 前言反应釜能给物理或化学反应提供空间的装置。通过反应器内部的旋转搅拌装置，为了将材料获得均匀的混合，我们在内部设计了旋转搅拌装置，物料得到充分反应后，我们的目的产品就能生产出来。搅拌装置多种多样，有喷射混合搅拌，机械搅拌，气流搅拌，再到后来出现更先进的电磁搅拌和管道搅拌等等。机械搅拌是这些搅拌方法中的最早应用，不管过去现在将来依旧会被广泛使用。根据反应釜不同的操作方法，可以将之大概分为三种类型：间歇反应釜、连续反应釜和半连续反应釜。这是特点完全不同的装置：如间歇反应釜简单易操作，一些需求少且需要的品种复杂多样，或物料反应时间长，选择该反应釜非常好、恰当，但其生产的产品不可预知其质量，其质量难以确定是一个最大的弊端。但连续反应釜确恰恰相反，它与间歇反应釜的优缺点正好相反，如规模大，稳定性高，能很好得解决产品的不稳定的质量问题，并且非常易于操做和控制，但是返混问题是它最大的弊端，而这个弊端对物料的影响不可忽视，为了解决这个问题我们需要通过详细计算得到恰当的尺寸与结构，如此而来返混的问题就迎刃而解了，还有一种反应釜它综合了上述提及的反应釜部分缺点和优点，叫做半连续反应釜。1.2 反应釜的应用领域以及发展趋势1.2.1 反应釜的应用领域反应釜能是给物理或化学反应提供空间的装置，在操作条件和物料物性的条件复杂或简单，反应效果都很好，在冶金、医药、化工、食品、废水处理等行业，反应釜都是一种不可或缺的装置。有一些大型反应釜的容积数值惊人，是其他反应釜尺寸的几百倍至几百或上千立方米，湿法冶金、污水处 理、磷肥等等是大型反应釜大展宏图的地方，而实验室的反应釜容积非常之小以 至只有几十毫升。搅拌反应釜除了有化学反应釜和生物反应釜这些用处之外，还广泛使用在结晶、分散、吸收、结晶、传热、溶解或者解析、萃取等等这些物理或化学过程。搪玻璃反应釜适用领域：广泛的应用于农药、医药、食品、科研、化工、石油等行业。碳钢反应釜适用领域：不含有腐蚀性液体的环境，例如某些油品加工。不锈钢反应釜适用领域：适用于需要进行高温高压实验的行业，例如冶金、科研、高校等部门。它能使颗粒物和粘稠物 质达到高搅拌的效果。总而言之，反应釜应用广泛，安全可靠，是化工机械等行业不可或缺的一种设备。1.2.2 反应釜的发展趋势在1912年，经过几代人不断地试验，终于发明了能装置反应物料的容器，称作反应釜。其得到了科学家们的广泛认可，其优良的性能可以说让其在世界风靡，至今为止，仍旧有很大一部分的人在使用反应釜，并且数量从未递减而是一直以百分之三到百分之五的速度增加。但是根据以往发生的实验失误，我们通过反复思考，大量实验，预言未来的反应釜需要加大容积，并且增强节能环保，为环境做出贡献，其自身的工艺的技术也需要更加成熟，还有材料选择方面也是需要重点研究的，不断加强自身硬件的修炼才能不被甩在越来越先进的科技产品的末尾，被人弃之。改进反应釜可以从以下几个方面为出发点：如何增加其容积是我们未来的努力方向，在未来小批量将是产品制造的主流，对其品质要求也会越来越高，并且伴随世界飞速发展的科学技术，我相信达到这些目标指日可待。并且目前反应釜容积大多可以达到120 m，在国内外相比较而言，在容积的提升这方面已经有了非常大的进步，。而位于反应釜中的搅拌装置，简单的搅拌器早已满足不了复杂的反应需求，只有使用外加泵搅拌器加快搅拌速度让物料的转动速度加快从而加快其反应速度，才能反应生产出高质量的目标产品。更加先进的让釜式反应器中物质旋转速度变高的方法已经在行业内被人们发现，并将之广泛用于实际操作中来。随着科学技术的快速发展，自动化技术在世界普及，人力早已被机械替代，大大解放了劳动力，这也可以说减少了不必要的成本，一些人为的失误也随之消失了，由那些失误导致的浪费和许多不必要的污染也会随之减少，进而提升环境质量。最后，热能是生命的能源，和人类的生活息息相关，若能有效合理地将热能好好利用起来，提高反应釜的传热效率，将这些热能充分运用，把热损失降 至最低。这不仅仅是节约了成本，更是对资源的一种保护和节约，改进热管技术是我们的目标，朝这方面去努力，能让浪费的资源得到更有效的利用。2 反应釜釜体的设计2.1 反应釜几何尺寸的确定及结构选型2.1.1 筒体及封头型式的确定 由任务书可知该设备所承受的工作压力及温度范围以及其工艺性质，可以知道它属于低压反应釜，根据要求查阅相关的书籍文献最后选择圆柱筒体EHA椭圆形封头。2.1.2筒体的内径及高度（1）反应釜的/和装填系数 由文献7表6-1可查得几种反应釜的/如表1表1 反应釜的/值种类设备内物料类型H/Di一般反应釜液-固相物料或液-液相物料11.3气-液相物料12发酵罐类气-液相物料1.72.5在设计反应釜的直径与 高度时，还需要根据装料系数（反应釜操作时所能允许的装料程度）等予以综合考虑，通常取0.60.85。若反应状态平稳，可取 0.80.85。在工程实际中，装料系数的合理选用，可以提高设备利用z效率。本设计选用=0.8，长径比选择H/=1.8。（2）筒体内径的计算通过查阅参考文献7,可查得下列公式来计算筒体的内径： V=4Di2H=4Di3(HDi) （1）则 Di=34V(HDi) （2）式中：Di为筒体内径，m ；V为釜体容积，m3；H为筒体高度，m。根据说明书可知，气体和液体的混合物为反应釜内的物质，因此长径比为1.8是最恰当的选择，将m3代入公式（3）： （3） (3)确定筒体内径和高度计算所得的结果圆整为标准直径，因此取Di=1500mm，在文献8中查阅表4-14，得知25mm为标准椭圆形封头的直边高度h2的数值，=1,由文献8可得封头各参数公式。曲面高度按下式计算 ab=DI2hi=2 （4）得曲面 高度h1为375mm使用公式0.5D2求得内表面积为2.47m2,使用公式24Di3得Vh的数值为0.442m3,筒体的容积V1可以由文献8表4-20得知，其数值为1.767m3。下式的公式（5）为筒体高度的标准公式： （5） 把上述公式计算所得的数值代进公式（3）：计算所得的数值H2.68m，而一般取H=2700mm。所以H/=1.6，在合理的长径比范围之内，符合要求。2.1.3 夹套的结构和尺寸（1）夹套的选型所谓夹套，即在釜体外侧用法兰连接或焊接的 方式装饰各种形状的钢结构，使其与釜体外壁形成一个密闭的空间。夹套的主要有以下几种结构形式：型钢夹套半圆管 夹套、蜂窝夹套、 和整体夹套等，由文献7表6-2可知本设计选用的夹套为不可拆式U型夹套。（2）确定夹套的直径与夹套筒体高度为了有利于按标准选择夹套封头，夹套直径Dj一般选取公称尺寸，具体可以根据筒体直径Di按文献7表6-3中推荐的数值选用，见表2：表2 筒体直径与夹套直径的关系Di/mm500600700180020003000Dj/mmDi+50Di+100Di+200由表2可知夹套直径Dj=Di+100=1500+100=1600mm。夹套筒体的高度估算如下： （6）Hj的数值为1600mm，其为圆整后的数值，夹套封头和筒体皆为椭圆形且具有相同的直径。2.1.4 内筒及夹套的受力分析与厚度计算 （1）内筒及夹套的受力分析由任务书可知：夹套内工作压力0.35Mpa，釜体筒中的工作压力0.25MPa。所以可以知道夹套封头和夹套筒体均承受0.35MPa内压；而内筒的筒体和下封头既要承受0.25MPa内压，又要承受来自夹套的0.35MPa外压，当停止操作时，内筒没有压力而夹套内仍有蒸汽压力存在，此时内筒承受0.35MPa外压。（2）计算夹套筒体、封头厚度该反应釜中的环焊缝很难得到检查，需要从文献8的表格4-8中确定其数值为=0.6。 查阅文献8得知公式（7）为厚度（夹套）公式：dpDj2t-p+C1+C2 （7） =1.10.35160021130.6-1.10.35+0.3+2 =4.48mm Pc计算压力，MPa Di圆筒的内直径，mm t在设计温度下圆筒的许用应力,MPa n圆筒的名义厚度，mm C1钢板厚度的负偏差，mm C2腐蚀裕量，mm公式（8）也为厚度（夹套封头）公式，:dpDj2t-0.5p+C1+C2 （8） =1.10.2160021130.6-0.51.10.35+0.3+2 =4.48mmpc计算压力，MPa Di圆筒的内直径，mm t在设计温度下圆筒的许用应力,MPa n圆筒的名义厚度，mm C1钢板厚度的负偏差，mm C2腐蚀裕量，mm最终确定，封头的材料为Q235-A钢且为标准的椭圆形，上述计算所得厚度数值圆整后数值都是5毫米。（3）计算内筒筒体厚度查阅文献8中4-9 4-11的表格得C1=0.3 C2=2同样由表4-8中分析比较可以得出焊缝系数的数值为1 存在0.25兆帕内压时，公式（9）可计算筒体厚度：nPCDi2t-PC+C1+C2 （9）=1.10.25150021131-1.10.25+0.3+2 =4.13mm Pc计算压力，MPa Di圆筒的内直径，mm t在设计温度下圆筒的许用应力,MPa n圆筒的名义厚度，mm C1钢板厚度的负偏差，mm C2腐蚀裕量，mm 当存在0.35兆帕外压时，为了简便计算筒体厚度，首先假设n=5mm，则e=5-2.3=2.7mm，由于 夹套顶部与容器法兰面的距离实际定为150mm，则内筒受到外压部分 的高度为H-150mm，由此来可以知道L/D0及D0/e的值。D0=Di+2n=1500+25=1510mm （10）L=H-150+h2+13h1=2700-150+25+1/3450=2725mm （11）式中 h2椭圆封头的直边 高度，根据Di=1500mm，n=5mm由文献8表16-7查得h2=25mm h1椭圆封头的曲面高度，根据Di=1500mm，n=5mm由文献8表16-6查得h1=375mm故 L/D0=2725/15101.8；D0/e=1510/2.7559由文献8图15-4查得A=0.00007，再据此查文献8图15-5 ，B不存在。 所以，当名义厚度n=5mm时， 不能满足稳定要求。再假设n=10mm，则e=n-C1-C2=10-0.3-2=7.7mm，而D0/e=1510/9.7156，L/D0=2735/15101.6。由文献8图15-4查得A=0.0003,再由此查文献8图15-5得 B=45,则许用压力为：p=BD0/e=451824/9.2=0.377MPa0.35MPa （12）结果合适。因为既只可能出现内压 也可能只出现外压，也有可能同时出现两种压力。因此筒体壁厚的 选择应综合考虑，处于二者范围的最大 值是最恰当的选择，最后确定筒体厚度为10mm。（4）计算内筒封头厚度存在0.25兆帕内压时，公式（12）可计算筒体厚度：dpDi2t-0.5p+C1+C2 （13） =1.10.3150021130.85-0.51.10.25+0.3+2 =4.46mm存在0.25兆帕内压时，公式（13）可计算筒体厚度：设n=10mm，则e=n-C1-C2=10-0.3-2=7.7 mm，而A=0.1250.9D0/e=0.1250.91510/7.7=0.0007 （14）查文献8图15-5得B=100，由公式（12）可得 p=B0.9D0/e=1000.91624/9.2=0.56MPa0.35MPa 结果合适。 最终决定10mm的数值是内筒封头厚度的最佳选择。3 搅拌装置选型3.1 搅拌器的选择搅拌装置是反应釜的关键组件部分。 反应釜搅拌器型式多样，通常根据工艺要求来选择搅拌器的类型。下面所列的是几种常见的搅拌器的结构特点、安装方法以及搅拌轴的设计。3.1.1 搅拌器的结构类型（1） 涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器应用广泛，能有效地实现几乎所有的搅拌操作，并且能适用于于处理一些黏度范围比较广的流体。涡轮搅拌器在水平圆盘上有26片弯曲的或平直的叶片，桨叶的圆周速度一般能达到1秒3-8米左右，由于它能使物料产生径向流动，所以它在不互溶液体与气体的分散以及液液相反应过程方面得到了大量的使用。其中被搅拌液体的黏度不会超过25Pas。涡轮式搅拌器的结构图见图1。图1 涡轮式搅拌器（2）浆式搅拌器桨式搅拌器的结构非常简单，它的桨叶一般由扁钢制造而成的，材料可以选用合金钢、碳素钢、有色金属、环氧树脂、酚醛、玻璃布等。桨分为折叶和直 叶两种类型：其中折叶式是桨叶与旋转方向有一个倾斜角，= 45或 60，可使物料有较多的轴向分流；而直叶的 叶面与旋转方向呈直角，使物料能在切线方向产生流动。桨式搅拌器的运转速度比较迟缓，速度多在 2080 r/ min之间，v5m/ s。在料液层比较高的情况下，常装有几层桨叶，以使物料搅拌均匀，相邻的两层搅拌叶交错成 90安装。一般情况下，不同层数的桨叶安装位置如下：一层：安装在下封头环向焊缝 线所在水平线上。二层：其中一层安装在下 封头的环向 焊缝线所在水平线上， 把另一层安装在液面与 下封头的环向焊 缝线的中间或者稍微高一点的位置上。三层 ：一层安装在下封头的焊 缝线所在水平线上， 另一层安装在液面下方大约 200mm 处，在两者中间再安装一层。桨式搅拌器直径D约取反应釜内径Di大小的1434为合理。浆式搅拌器的结构示意图见图2。图2 桨式搅拌器（3） 锚式与框式搅拌器这种类型的搅拌器底部形状跟反应釜的下封头形状相似。框式搅拌器可看作是 浆式的变形，垂直与水平的桨叶联 成一个刚性框架，结构较为坚固。搅拌叶可用扁钢(碳素钢、不锈钢)或碳素钢角钢弯制。在某些场合，可采用管材制作桨叶，外表搪瓷、覆胶或覆其它保护性覆盖层，以防止腐蚀。这种搅拌器叫做锚式搅拌器。框式搅拌器的结构示意图见图3。框式或锚式搅拌器的直径较大，一般为釜体筒体内径Di的23910， v5m/ s, 转速范围为 5070r/ min。图3 框式搅拌器（4） 推进式搅拌器推进式搅拌器有三瓣螺旋形叶片，它的螺距和浆直径D相等。一般采用整体铸造的方法来铸造推进式搅拌器，加工方便。但采用焊接时需要模锻 后才能与轴套焊接，加工比较 困难。在制造过程中都应 做静平衡试验。搅拌器可用轴套以平键和 紧定螺钉与轴联接。推进式搅拌器直径的 取值约为反应釜内径Di 的 1/61/2。其切向线速度 v15m/ s, 转速为 300600r/ min，甚至更快，一般来说大直 径取较低转速，小直径取高转速。材料常用 铸铁、铸钢等。推进式搅拌器的结构示意图见图4。图4 推进式搅拌器3.1.2 搅拌器的选用搅拌器的选型既要考虑物 料黏度、釜体容积大小和搅拌效果，也应该考虑到操作费用、动力 消耗以及制造、维护和检修 等各方面的因素。因此一个完善的选型方案 必须满足经济、安全和效 果等各方面的要求。根据本次设计的原始资料以及相关文献，选用涡轮式搅拌器。涡轮搅拌器应用广泛，能完成很多的搅拌任务，再加上生产它的厂家很多，容易以低廉的价格购买到更多的尺寸类型不同的同类产品，实在是我们这次设计的不二选择。最终选择6片平直叶圆盘涡轮搅拌器，d=700 mm，材料Q235-A。3.2 搅拌功率计算搅拌功率：搅拌器搅 拌时，对液体做功并使 其产生流动所需要的功率。 计算搅拌功率的目的就是为了选用合适的传动装置。由任务书可知电动机的功率为Pd=11kw，而搅拌功率与电动机功率有如下关系：Pd=P+Pm （13）式中：Pd电动机功率Pd=11kw； Pm轴封系统损失功率, Pm =0.08KW； 传动系统的总机 械效率，=0.9；求得 P=9.82kw3.3 搅拌轴设计搅拌轴的材料通常选用45钢，为了提高轴的耐磨性和强度，有时还需要进行适当的热处理。可用普通碳素钢（如Q235A）来制造要求较低的搅拌轴。当耐磨性要求比 较高或者是不允许铁离子污染釜内 物料时，应 当采取防腐措施或采用不锈钢。本设计搅拌轴 采用45钢制造。搅拌轴受到弯曲和扭矩 的组合作用，其中以扭矩为 主，所以在工程上需要设计搅拌轴的直 径时，首先假设搅拌轴只受到 扭矩的作用，然后再用增加安全系数的方法来降低材料许用应力，从而弥补由于忽略轴受到弯曲作用所引起的误差。3.3.1 强度及刚度计算（1）搅拌轴的强度计算由于搅拌轴的特性，搅拌时轴受到了扭转和弯曲的作用，但弯曲其实可以忽略不计，因此为了计算方便，就忽略了弯曲作用，由此产生的误差可以用安全系数来弥补。由文献7可得出实心轴的直径如表3。表3 按轴的强度算出的轴直径序号名称符号单位数据来源和计算公式数值1最大剪应力maxMPamax=MTW2扭矩MTN.mm9.55106Pn3抗扭矩截面模量Wmm3W=d3164降低后的材料许用应力MPa355搅拌轴所传递的功率Pkw8.926搅拌轴的转速nr/min857轴的直径dmmd3653Pn 52.6（2）轴的刚度计算我们通常是不允许轴在工作时出现过度地变形，因为在接下来一连串的其他错误，如轴发生震动，最后会阻碍轴工作的秩序。因此通过设置一段数值可以变化的范围，这样可以最大程度上避免发生轴严重的变形偏差。而查阅资料可得知如何算出轴的刚度范围。扭转角必须低于许用扭转角的大小。表4 按轴刚度算出的轴直径序号名称符号单位数据来源和计算公式数值1轴扭转变形 的扭转角/m=MTGJ1031802搅拌轴材料剪切弹性模量GMPa8.11043轴截面的极惯性矩Jmm4J=d2324许用扭转角/m0.85搅拌轴所传递的功率Pkw8.926搅拌轴的转速nr/min857轴的直径dmmd15374PGn54.83.3.2 搅拌轴直径的确定搅拌轴的直径应该同时满足刚度和 强度两个条件，再取二者最大值。考虑到搅拌轴上有键槽或孔存在会对轴横截面的局部削弱，还有就是介质会对搅拌轴有一定的腐蚀，所以搅拌轴的直径应按计算直径适当增大，并圆整到适当的轴径，以便与其他零件配合。因此，取d=60mm。4 传动装置的选择传动装置设计是反应釜设计中很重要的一块，电动机、减速机、联轴器、机座组成了传动装置，由于本设计是立式搅拌反应釜，所以把传动装置装在反应釜的顶部，按电动机、减速机、联轴器、机座的顺序，从上往下排列。电动机提供动力，然后经减速机减速把转速降下来，然后经联轴器带动搅拌轴转动，再带动搅拌器完成作业。为了日后检修方便以及同心度要求，把传动装置和轴封装置一起安装在一个装在反应釜上封头上的底座上。所以，传动装置的设计，应该根据实际要求选择适合的电动机，减速机和联轴器，同时根据这些数据和釜体的数据把机与底座设计出来。图5 传动装置的结构4.1 电动机的选用因为我们这次设计的搅拌转速只有85r/min，不是很大，所以它是需要减速机的，同时为了避免减速机与电动机之间的不协调，应该把减速机和电动机一起考虑。反应釜电动机的选用，其实就是去选择合适的功率、转速以及结构尺寸。电动机的选用有两点要求需要注意一下：（1）电动机功率必须同时满足两点：搅拌器的 运转功率以及轴封系统、传动系统所损失的功率（2）还应当考虑到在某些不利条件下功率消耗会很大。从任务书可以知道电动机功率为Pd=11kw。本文设计的反应釜用于制药，无易燃易爆介质，也不存在腐蚀性介质，因此我们选择Y系列三相异步电机。一般异步电动机的同步转速有这么几种： 600r/min，750r/min，1000r/min，1500r/min,3000r/min等，其中1500r/min的电动机价格低廉，供应也 比较普遍，故应用的最广泛，因此此次设计选用同步转速为1500r/min的电动机。由Pd=11kw，n=1500r/min，查Y系列电动机的参数表，选用电动机型号为Y160L-6。4.2 减速机的选用根据我国目前的情况，用于反应釜的立式减速机主要有：齿轮减速器，摆线针轮行星减速器，谐波减速器，行星齿轮减速器等。我国于2001年全面修订了减速机行业标准，标准内容给予大范围扩充，形成了HG/T 3139.1HG/T 3139.12釜用立式减速机标准族。新标准共包括三大类减速机68种机型，共3800多个规格的产品。几种常见的减速器特点见表5：表5 四种常见减速器的基本特征特性参数减速器类型摆线针轮行星减速器齿轮减速器V形皮带减速器圆柱蜗杆减速器传动比i9871264.532.968015输出轴转速（r/m）171606525020050012100输入功率KW0.04550.553150.552000.5555传动效率0.90.950.950.960.950.960.80.93传动原理利用少齿差内啮合行星传动两级同中心距斜齿轮传动单级V形皮带传动圆弧齿圆柱蜗杆传动 续表5特性参数减速器类型摆线针轮行星减速器齿轮减速器V形皮带减速器圆柱蜗杆减速器主要特点传动比大，传动效率高，拆装方 便，结构紧凑，体积小，重量轻，寿命 长，承载能力高，工作平稳。能承 受过载和冲击载荷，允许正反 转。在相同传动比范围内拥有制 造成本低，传动效率高，体积小，结构 简单，装配检修方便，不允许承受外 加轴向载荷，允许正反转。结构非常简单，而且过 载时能打滑，因此可以起到安全保 护作用，但不能保持精确的传动比。凹凸面圆弧齿廓啮合，效率 高，发热低，磨损小，承载能力高，重量轻，体 积小，结构紧凑，广泛用于搪玻璃反应釜。一般根据设计所需要的转速和功率来选择减速机。在选用减速机时应优先考虑传动效率高的类型，按照表5发现齿轮减速机和摆线针轮行星减速机比较符合我们的设计要求，再经过查询相关资料，最终确定使用摆线针轮行星减速器。摆线针轮行星减速器 的外形和尺寸见图6：图6 减速机形状及安装尺寸4.3 机座的选择立式搅拌反应釜的传动装置是布置在反应釜的上封头上，而传动装置又不可能直接装在封头上，所以就需要通过机座来安装在反应釜封头上，同时在机座里面要留有足够的空间，用来容纳联轴器、轴封装置等各种部件，还需要在机座内保证安装操作所需要的空间。机座中间还要求安装中间轴承装置，用来改善搅拌轴的支撑条件。机座有三种型式：分为是双支点机座、单支点机座以及无支点机座。双支点机座适用于悬臂轴。单支点机座适用于减速机或电动机可看作一个支点，或反应釜内可设置底轴承和中间轴承的情况。无支点机座一般用于轴向载荷较小和传递小功率的条件。单支点机座和双支点机座都已经有标准系列产品。目前国内使用的机座标准为HG 215661995搅拌传动装置单支点支架和HG 216571995搅拌传动装置双支点支架。根据搅拌轴的转速条件，轴径选择公称直径为500 mm的单支点机架，材料HT200，Q235-A。单支点支架的结构示意图见图7。图7 单支点机座4.4 联轴器装置的选型为了将电动机和转动装置联接起来，在它们中间设置了一个中间装置，这个装置就叫做联轴器，为了减少机器的损耗，必须保证电动机和转动装置的中心线在同一个圆心上。4.4.1 联轴器的机构类型联轴器因需要连接很多种不同的结构，所以要满足各种机构的需求，因此有两种不同类型的选用：弹性联轴器和刚性联轴器。联轴器联接两边的转轴允许有一定量的不对中发生的称为弹性联轴器，即动态下可变形的联轴器；不允许有不对中发生的，且联轴器本身动态下无变形的称为刚性联轴器。刚性联轴器没有弹性量，使用螺栓、短管连接，具有超低惯量、重量轻和非常高的灵敏度，不需要保养，还具有超强抗油与耐腐蚀性等优点。弹性联轴器允许两根被联接到一起的轴之间的同心度有一定的偏差，应用广泛。表6是一些是我们经常用到的联轴器类型：表6 几种联轴器的基本特征联轴器类型立式夹壳联轴器凸缘联轴器十字滑块联轴器弹性圆柱销联轴器特点靠摩擦力传导扭矩力，由两个半环组装而成的悬吊环在夹壳的中部，作用是用来固定轴的轴向位置。适用于最高使用温度为250，最高圆周速度5m/s。由两个凸缘盘式半联 轴器、联接键和螺栓等 组成。有两种不同的结构由两个带有沟槽的半联轴器 和一个带有互 相垂直凸牙的中间盘组成。可以补偿两轴间的轴向偏移、径向偏移和小量的 角偏移。它的构造与刚性凸 缘联轴器相似，不 同的是用套有橡胶圈的柱销代替了联 接螺栓。通过橡胶 圈传递运动和扭矩径向偏移量为3-6mm，角偏移量为1。优缺点优点是构造简单、拆卸方便。缺点是只适用于低转速，并且不适用于有冲击的情况，生产出来的产品单一，后期还要加工。可承受较大载荷，结构简单，被联接的两轴对中精确，应用广泛，但要求安装准确。只适用于转速少于250r/min，轴刚度较大，并无剧烈冲突的场合。制造容易、成本低，装拆方便，适用于载荷平稳，需要正、反转或起动频繁的中、小载荷传递 的情况。4.4.2 联轴器的选用由于本设计使用的是摆线针轮行星减速器，为了使设计合理，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴器。由搅拌轴的直径d=60mm，查立式夹壳联轴器基本参数和尺寸，取GJL4型立式夹壳联轴器。4.5 底座的设计如图8所示，底座的两边设有孔，其中还有设置在孔旁边用来调节螺杆以及调节螺杆的把手，其中把手位于底座的侧面上，图9底座上表面至少三个凹槽存在，凹槽的下面部分与孔相连。填料箱的结构如图8所示：图8 填料密封的结构型式填料箱的箱体的 其它尺寸都由和它相 匹配的安装底盖确定。4.6 安装底盖与密封箱体、机架的配置配置结构如图9所示图9 安装底盖与密封箱体、机架的配置结构5 轴封装置的选用轴封装置的选用是反应釜设计中很重要的一个环节，轴封装置的好关系到整个反应釜设备的安全，同时对操作人员的人身有着至关重要的影响。反应釜中介质的泄露会使物料 浪费并对环境造成污染， 剧毒、腐蚀性介质、以及易燃、易爆物质的泄露会危及设备安全和人身安全。安全总是应该放在第一位，所以说选择一个合适的轴封装置是非常重要的。5.1 反应釜轴封装置的类型在反应釜中的使用的轴封装置主要有两种，即机械密封与填料密封，其优缺点如表7：表7 机械密封与填料密封的特点与优缺点项目机械密封填料密封特点泄漏的量很少，几乎没有泄漏。使用寿命很长，大约可以连续使用23年或者更加长的寿命，而且不会有轴的磨损，动环密封圈与轴（轴套）有轻微磨损时，可以不作调整，自动调整补偿，泄漏量不变。泄漏的量多：一般泄漏量为5ml/min20ml/min，寿 命短的需要定期更换轴（轴套）和填加物，当轴（轴套）有磨损时，就需要用压紧填料压盖的方法来调整，不然泄漏量将变大，这是由于填料与轴的接触面积大，所以应适当增加功率，相应的摩擦系数跟着增加。优点功率消耗小，摩擦系数较小，接触面积小，用途非常广泛，能够适应比较高的转动速度、压力和较大的温差。泄漏的量非常少，几乎没有泄漏。并且使用期限非常长，能够连续使用23年或达到更长的期限，并且轴不会受到磨损，动环密封圈与轴有轻微磨损时，可以不采取任何措施，能够自行进行补偿量的调整，让泄漏的数值不发生变化。 续表7项目机械密封填料密封缺点结构复杂，由于工件的数量众多，所以加工精度很高，安装起来比较困难，要求操作者有一定的技术能力。更换起来更难，需要将整个主机拆分才能更换。适用范围不大，在转速、温度、密封压力等方面有限制。5.2 密封类型的选择由表8经过对两种轴封装置的比较，发现机械密封应用在本次设计的反应釜非常符合，能够有效达到密封的要求，它安全系数高并且能够有效提升反应釜的性能，所以机械密封是本次设计的。表8 填料密封与机械密封的详细比较 比较项目填料密封机械密封泄漏量180450mL/h 一般平均泄漏量是填料密封的1%摩擦功损失机械密封为填料密封的10%15% 几乎没有磨损维护及寿命需要经常维护，更换填料，个别情况8小时更换一次 寿命23年或更 长，很少需要维护高参数高压、高温、高真空、高转速、大直径密封很难解决可以 续表8 比较项目填料密封机械密封加工及安装加工要求一段，填料更换方便 动环、静环平直度及表面光洁程度要求高，不易加工，装拆不便，成本高对材料的要求一般动环、静环要求较高减摩擦性能5.3机械密封的结构和工作原理图10 机械密封的结构图示图10是一种釜用机械密封装置的简单结构图 。从图中可以看到机械密封是由 静环5；动环15；弹簧加荷装置13、12、11、10、7及辅助 密封圈16、6等四个不可缺少的部分所组成。静环依靠静双头螺栓4、螺母3、和环压板2一起固定在静环座1上，静环座与设备 联接。当轴9转动时，静环是静止不动的，弹簧座11依靠三只紧定螺钉17固定在轴上，而双头螺栓12使弹簧座与弹簧压板13作轴向固定，三只固定螺钉14又使弹簧压板与动环作轴向固定。因为轴转动时的，弹簧座 跟着一起动了，而其他零件也跟着一起 旋转了起来。静环和动环由于弹力的因素 牢牢 的靠在一起。当轴旋转时，动环在轴转动 的同时也转动了，而静环则不能转动，被固定住了，介质也就不易泄漏。从结构上看，机械密封可以有效的防止介质的泄漏。机械密封有外壳装置，既能保护动、静环等零件不受到碰撞，在其腔体内的空隙还需接通 循环保护系统，以保持调压、调温、润滑。5.4 机械密封的分类机械密封主要是根据结构特点来进行分类的，通常是基于摩擦副的对数，弹簧的个数，介质在端面引起的压力情况等加以区分，其结构型式有以下几种，见表9。表9 机械密封的结构型式及特点结构型式特点单面型只有一对摩擦副，结构结构简单，制造、安装非常容易，只适用于对密封要求一般而且压力较低的场合双面型两个摩擦副大弹簧型又称作单弹簧，即在密封装置内只有一个弹簧与轴同心安装，安装简单，轴径小宜用大弹簧结构，小弹簧型又称为多弹簧，即在密封装置中有多个弹簧沿圆周均匀分布。弹簧力分布均匀、缓冲性能好。密封要求高者采用小弹簧。平衡型介质压力、负载区域表面上相应的推力 增加，紧贴的端面就有被推开 的趋势。空载运行时会导致发热加剧和磨损，密封失效，只适用于介质的平衡压力较低 的场合非平衡型可少受或不受介质压力变化 的影响，结构比较合理，可以用于压力波动大或压力较高的密封场合。5.5 机械密封的选择查相关文献，本次设计采用的机械密封类型为单端面平衡型机械密封2002型带内置轴。6 零部件的加工要求与检测6.1 轴的加工要求搅拌轴是反应釜的一个重要部件，它的加工好坏对与之装配的搅拌器与轴封有一定的影响。安装机械密封的轴表面，由于无接触磨损问题，其表面加工光洁度通常为0.8m左右。装配精度按基孔制为H8/h7。轴的直线度要求因转速不同而异，其值如下：10001800r/min时 0.08/1000以下100300r/min时 0.10/1000以下100r/min以下时 0.15/1000以下6.2 机械密封主要零件的加工及检验6.2.1 密封环的加工要求密封环是机械密封中最重要的密封元件，密封环在很大程度上决定了机械密封的使用性能和寿命，所以除了材料选择外，加工要求是至关重要的一环。平直度和表面粗糙度是衡量密封环加工质量的标准，对密封环而言，经过精研的接触面，其平均粗糙度需为Rp=0.7m0.3m并且其平直度需为23个光带（用单色氦光源测试仪（一氦光带为0.3m）测量其表面平直度）。6.2.2 轴套的加工要求在平衡型机械密封中，为了避免轴带有台阶，以降低制造成本，采用带轴套的结构，轴套是套在转轴上的筒状机械零件，是滑动轴承的一个组成部分，因此轴套在机械密封中也是一个重要的部件。轴套的加工主要是满足装配精度,一般来说轴与轴套的装配精度按照基孔制IT9级加工，其外径按照同样的等级和同样的公差制度进行加工。因为在轴套上需要安装静密封原件，所以其表面光洁度不能低于0.8m。6.2.3弹簧的加工要求弹簧在机械密封中的主要作用是使密封圈始终保持接触，并使密封面的初期密封得到保证。为了保