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机械毕业设计全套

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JX01-047@DN4500反应罐设计,机械毕业设计全套

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题 目 DN4500 反应罐设计 一、 毕业设计（论文）工作内容与基本要求： 1、主要任务与目标 1、英文翻译： 认真查阅 20 篇以上专业文献，其中外文资料不少于 2 篇，并翻译一篇 中文字符 2000 字以上的外文文献。 2、毕业调研：完成毕业开题 报告。 3、完成 DN4500 反应罐 的设计工作，包括各种零部件的设计和相关的强度计算 等 。 4、完成毕业设计论文，字数 10000 字以上。 5、完成毕业设计的其他内容。 2、主要内容与基本要求 （ 1） 压力容器是是指在承受一定压力的密闭容器， DN4500 反应罐 作为压力容器的一种 是 把两种或两以上的化工原料混合，在一定的条件下生成化工产品的化工设备 。 （ 2）本课题要求 学生仔细查阅相关论文， 分析 国内外 反应罐 的 发展状况 。 （ 3） 完成 光气反应罐 的总体设计和零部件的设计， 并进行必要的强度校核，同时 完成毕业设计论文的撰写 和设计图纸的描绘 。 （ 4） 基本要求 学生在进行设计过程中，应充分发挥自己独立思考和创作设计，培养和锻炼工程实际中的发现问题和解决问题的能力，反对盲从和抄袭行为。设计期间应完成以下工作： 1） 查阅相关文献资料，其中外文资料不少于两篇，外文翻译不低于 2000 字，英 文翻译必须注明出处，并提供原版 PDF 文件； 2） 完成 反应罐 的总体设计和零部件的设计，并进行必要的强度校核 ； 3） 反应罐 总图一份 ， 主要零部件的零件 图若干 ； 4） 完成毕业设计论文，字数 10000 字以上。 3、主要参考文献 nts1GB150-98 钢制压力容器 2JB/T4730-2005 承压设备无损检测 3TSG R2004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程 4、参数 设计压力 ： 0.70MPa 容积： 85m3 介质： 液氨 内径： 4500mm 长度： 6400 mm 材质： 304 二、毕业论文进度计划 序号 各阶段工作内容 起讫日期 备注 1 熟悉课题，了解 反应罐 的相关情况 2 查阅国内外 相关研究资料 外文资料不少于两篇，翻译不低于 2000 字，提供原版 PDF 3 撰写 开题报告 4 撰写 文献综述 5 了解 反应罐 结构 必要时去相关企业调查学习 6 完成 反应罐 设计 7 论文撰写 nts8 绘制图纸 9 论文修改 对格式、文字以及错误处 进行修改 10 毕业答辩 nts文件综述 摘要 反应罐有加热迅速、耐高温、耐腐蚀、卫生、无环境污染、勿需锅炉自动加温、使用方便等特点，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，是以参加反应物质的充分混合为前提，对于加热、冷却、和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程均需要采用搅拌装置才能得到到好的效果 ,材料采用 304 不锈钢。 反应罐由锅体、锅盖、搅拌器、夹套、支承及传动装置、轴封装置等组成，材质及开孔可根据用户的工艺要求制定。加热形式有电加热、油加热、气加热、水加热（或冷却）、明火加热等。夹套形式分为：夹套型和外半管型，夹套油加热型都设有导流装置。搅拌形式一般有桨式、锚式、框式、螺条式、刮壁式等。高转速类有分散叶轮式、涡轮式、高剪切式、推进器式，供客户根据工艺选择。传动形式有普通电机、防爆电机、电磁调速电机、变频器等，换热器有摆线针轮式、蜗轮式、行星无极变速式。轴封为普通水冷却填料密封、组合式四氟填料密封、机械密封。出料 形式有球阀、下展阀。 搅拌反应器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一，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、合成橡胶等聚合反应，此外，也大量应用于医药、化工、食品、冶金、采矿、造纸nts废水处理等行业。一台夹套搅拌反应罐主要由搅拌容器、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。 关键词：夹套 反应罐 不锈钢 Abstract Rapid reaction tank heating , high temperature resistance, corrosion resistance , hygiene , no pollution, Needless automatic heating boilers , easy to use , widely used in petroleum , chemical, rubber, pesticides, dyes , pharmaceuticals , food, used to complete vulcanization , nitration , hydrogenation, alkylation, polymerization and condensation process , the reaction mass is mixed for the participation prerequisite for heating, cooling, and extraction of gas and liquid absorption processes require physical change to get used to the stirring device good results , the material is made of 304 stainless steel. Reaction tank by the pot , lid, stirrer , jacket , bearing and gear , shaft seal devices and other components , materials and openings can be customized according to process requirements. Heating in the form of electric heating, oil heating , gas heating , water heating ( or cooling ) , open flame heating. Jacket into the form : semi- jacketed tube and the outer jacket has a heated oil deflector . Stir in the form of ntsgenerally paddle , anchor type, frame type , ribbon type , scraping the wall and so on. High speed class has dispersed impeller , turbine , high shear , propeller type, according to the process for customers to choose from. Transmission in the form of ordinary motor , explosion-proof motor , electromagnetic speed motor, inverter , etc., the heat exchanger has a cycloid wheel , worm -type planets infinitely variable type . Seal packing seal ordinary water cooling , combined PTFE packing , mechanical seal. The material in the form of ball valves , valve under development . The reaction is stirred for chemical engineering and biological engineering , the most common unit is the most important devices for a variety of physical properties ( such as viscosity , density) and various operating conditions ( temperature, pressure ) of the reaction process , is widely used in the synthesis of plastics, synthetic fibers , synthetic rubber polymerization , in addition, also widely used in pharmaceutical, chemical , food, metallurgical, mining , paper and waste water treatment and other industries. A jacketed stirred tank reactor is mainly composed of a stirred vessel , agitator , gear , shaft seal device , bearing , manholes , technology takes over and a few accessories. nts Keywords: stainless steel jacketed reaction tank 正文 一 .国外研究状况 压力容器的发展始于 20 世纪 60 年代，在空间系统中首先使用玻璃纤维和凯夫拉 -49纤维缠绕金属内衬压力容器来取代传统的全金属压力容器。在 20 世纪 80 年代中期，随着高强度碳纤维的普遍应用和推广，使得质量轻、强度高、可靠性高的高压容器生产目前，航天系统中各类飞行器以及空间运载器对复合材料压力容器的需求非常普遍。特别是航天飞机和运载火箭系统，需要大量压力容器来维持各个系统的正常工作。以美国 nasa 航天 飞机为例，包括推进系统、流体管理系统、生命保障系统和科学实验系统在内，共应用了 24 个压力容器，其工作压力为 1.06-50mpa、容积为 5-600l、长度为 470-5776mm、直径为 146-1336mm，存储的气体包括氢气、氧气、氮气、氩气、空气和二氧化碳等。航天系统中如今使用的复合材料压力容器大多是由双层结构组成，内层为金属内衬层，外层为树脂基体增强的纤维缠绕层。 内衬层材料大多选用金属，包括 monel 合金、铝合金、不锈钢、钛合金等。对高循环寿命应用的压力容器采用如钛合金、不锈钢、因科乃尔内衬如：。 另外，还应考虑成形、质量、制造费用等技术因素及腐蚀、污染、氧化等风险问题，应该针对不同的包容介质选择相应的内衬材料，以保证两者的相容性。比如储氧压力容器一般采用与氧相容nts性很好的 monel 合金。一般不采用钛合金。对于储氢压力容器，要考虑抗氢脆特性，多采用铝合金或不锈钢材料复合材料压力容器外层材料主要选择玻璃纤维、玻璃纤维具有强度高、伸长率大、抗冲击性能好、价格低廉等特点，但弹性模量较低，通常采用高强玻璃纤维在压力容器外表面缠绕数层作表面抗冲击保护层。凯芙拉纤维具有高强度、高模量、冲击性能好以及良好的化学稳定性 和耐热性的特点，主要用于航空、航天等对质量要求特别严格的压力容器上。碳纤维具有密度小、比强度、比模量高的特点，是目前最主要采用的增强材料，包括加入低模量纤维（纤维玻璃、凯夫拉纤维）改进抗冲击性能的压力容器新型航天器不断追求高效能、低成本、长寿命、高可靠性。其中低成本的要求更是重中之重。无内衬复合材料压力容器在这种需求下应运而生。 这种新型无内衬复合材料压力容器取消了传统的金属内衬，使其在增加容积的同时减轻约 25 左右的质量。如果设计适当，可以降低操作风险和维护费用，增加使用次数。为几种压力容器比较。 无内衬压力容器在进行结构设计时，需要考虑复合材料层微裂纹产生、破坏和传播和液体渗透的机理。不仅要设计纤维的缠绕铺层方式，而且发明新的增强树脂配方及固化工艺来满足无内衬压力容器工作条件的需要目前无内衬复合材料压力容器有如下几例。 （ 1）美国 kiboko 公司生产的低温贮箱与传统压力容器相比，结构质量减少了 15-25. 他们已经能够生产出用于汽车工业及航天系统的压力容器，可承受压力达到 35mpa （ 2）德克萨斯大学采用了 ctd 公司生产的无内衬储箱，与其原来使nts用的铝合金内衬储箱相比，结构质量减少了 40，而容积增大了 18.储箱储存大约 1.03mpa 氩气，用于卫星推进器系统。 （ 3）纳米硅酸盐树脂基高聚物无内衬复合材料压力容器，用于低温储箱有很多优点，如轻质、高强度、高稳定性等。但是由于树脂基体本身会产生微裂纹而导致气体渗漏。而加入薄层金属内衬会由于热胀系数不同而产生应力不匹配，从而导致储箱在缠绕层和内衬层界面破坏失效。所以引入纳米硅酸盐来提高储箱的整体渗透性。性能可以提高 80 从复合材料发展趋势和航天工业需求可以看出，复合材料压力容器轻量化是其追求的永恒主题。 由于每一种搅拌器都不是万能的，都只在一特定的应用范围内才是高效的。近年来，许多国际混合设备公司竞相开发高效节能、造价低廉的搅拌器。通常在轴封、传动装置、传质传热搅拌方面有所突破，例如搅拌装置中典型的有 A310、 A315 叶轮等。以美国莱宁（ LIGHTNIN）公司开发 A310 搅拌器为例，其叶片由钢板按一定规律弯曲制成，不必使用铣或精密浇铸等成型工艺，三叶片可用螺栓固定或焊接在轮毂上，这样有利于大型搅拌器的制造和安装。尺寸较小时也可以铸造成型。这些搅拌器非常适合于均相混合、固液悬浮等操作。当用于固 -液悬浮时 ，达到同样悬浮效果， A310 叶轮比传统上使用的 45斜叶涡轮要节能 50%。其他还有 A315，适合气液搅拌的发酵体系。 二 .国内研究状况 我国压力容器制造现状特点和存在问题值得我们进行深入研究。 1、压力容器制造现状特点 现有压力容器制造过程由七大部分nts组成，即设计、机加工和铆接、材料、焊接、无损探伤、计量理化和检验，它贯穿于压力容器制造的整个过程，这七大部分相互联系、相互协调、相互制约共同完成压力容器产品的制造。 2、制造工艺的现状及存在问题 工艺流程中存在的许多重复性工作。工艺 流程中的重复性以及不必要的工艺环节，直接影响了产品生产的周期和产品质量。压力容器产品生产的工艺流程中的相似环节是造成产品加工周期长、客户等待时间长的重要原因之一。例如焊接工艺文件中产品试板的焊接工艺的编制，从逐台编制到以台代批。 国内化工生产对反应釜的要求和发展趋势 1、大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为6000L 以下，其它行业有的达 30m³；国外在染料行业有 2000040000L，而其它行业可达 120 m³。 2、反应罐的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。国外，除了装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。 3、以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染。 4、合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。热管技术的应用，将是今后发展的方向。 nts 5、在反应罐中通常要进行化学反应，为 保证反应能均匀而较快的进行，提高效率，通常在反应釜中装有相应的搅拌装置，于是便带来传动轴的动密封及防止泄漏的问题。 中国是生产压力容器大国，生产的目的主要是满足国内的需求。生产厂家接近 3200 家，目前持有压力容器制造许可证的达接近 300 多家，有 ASME 授权许可证的有 50 多家。与国外的同类厂家相比较，我国的压力容器制造企业规模普遍偏小，专业化程度较低、小而全，生产成本高。我国压力容器产业集中度相对较低。从而形成效率低、成本高的弱势，并且产品结构不合理，高性能的压力容器有待提高和开发，此外设备和工艺技术水平 的总体落后使得原材料消耗量增大，增加了产品的成本。 我们的市场环境还有待进一步的改善： (1)、尚未建立起来强大的、国际化的工程公司：从世界范围内的压力容器出口大国的实践分析，国际化的工程公司可以带动本国的压力容器行业的发展。 (2)、制造厂家的市场分工和专业化生产格局还没有形成，停留在低价竞争的水平上。 (3)、标准的国际化认可：由于历史的原因，我国的压力容器行业以保证内需为主，从观念上没有国际接轨的意识，我国的标准不为世界的其它国家认可，难以进入国际市场。 (4)、质量体系的严格实施：由于长期计划经济观念的影响，质量意识仍然是我国压力容器制造企业的薄弱环节，把国家标准作为企业的最高质量控制水平的现象还在延续。 nts 中国已经加入 WTO，我国的压力容器行业已经不可避免地面临国际市场的激烈竞争。在新形势下，压力容器生产厂家应充分认识自身的优势与不足，改变观念，实行国际压力容器生产的通行做法，使产品早日走出国门。 nts 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中华人民共和国国家标准 GB150-1998钢制压力容器 3坎托洛维奇著，熊大伟译，化工机械及器械原理，北京：机械工业出版社， 1956， 7 4 杨而宁，反应釜搅拌轴总体设计与计算，北京：北京科技大学期刊， 2007 年第 2 期 5 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 6 李海萍，机械设计基础，北京：机械工业出版社， 2005， 7 7王万钧、胡中，实用机械设计手册（下），北京：中国农业机械出版社， 1985， 7 8 叶君，实用 紧固件手册 M，北京：机械工业出版社， 2004. 9唐宝宁、高学满，机械设计与制造简明手册，北京：同济大学出版社， 1993， 7 第 1 版 10机械工程手册、机电工程手册编辑委员会，机械工程手册，第 5卷，北京，机械工业出版社， 1986,9 11朱有庭 . 化工设备设计手册（上、下卷） M. 北京：化学工业出版社， 2005. 12蔡纪宁，张莉彦 . 化工设备机械基础课程设计指导书 M. 北京：nts化学工业出版社， 2010. 13方书起 . 化工设备课程设计指导 M. 北京：化学工业 出版社，2010. 14茅晓东 . 典型化工设备机械设计指导 M. 上海：华东理工大学出版社， 1995. 15王凯，虞军 . 搅拌设备 M. 北京：化学工业出版社， 2003. 16郑津洋，董其伍，桑芝富 . 过程设备设计 M. 北京：化学工业出版社， 2010. 17任济生，唐道武，马克新 . 机械设计机械设计基础课程设计 M. 徐州：中国矿业大学出版社， 2008. 18王凯，冯连芳 . 混合设备设计 M. 北京：机械工业出版社， 2000. 19成大先 . 机械设计手册 M. 北京：化学工业出版社， 2007. nts目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 国内外的研究现状 . 1 1.3 本文主要研究内容 . 2 第 2 章 夹套反应 罐 的总体结构 . 3 2.1 罐体和夹套的设计 . 3 2.1.1 罐体和夹套的结构设计 . 3 2.1.2 罐体几何尺寸计算 . 3 2.2 夹套的几何尺寸计算 . 4 2.3 夹套反应 罐 的强度计算 . 5 2.3.1 强度计算的原则及依据 . 5 2.3.2 按内压对筒体和封头进行强度计算 . 5 2.3.3 按外压对筒体和封头进行强度校核 . 6 2.3.4 水压实验校核计算 . 7 第 3 章 反应 罐 附件的选型及尺寸设计 . 8 3.1 罐 体法兰联接结构的设计 . 8 3.1.1 法兰的设计 . 8 3.1.2 密封面形式的选型 . 8 3.1.3 垫片的设计 . 8 3.1.4 螺栓 ， 螺母和垫圈的尺寸规格 . 9 3.1.5 法兰 ， 垫片 ， 螺栓 ， 螺母 ， 垫圈的材料 . 9 3.2 工艺接管的设计 . 9 3.3 管法兰尺寸的设计 . 10 3.4 垫片尺寸及材质 . 10 3.4.1 垫片的结构 . 11 3.4.2 密封面形式及垫片尺寸 . 11 3.5 液体出料管和过夹套的物料进出口 . 11 3.6 视镜选型 . 12 3.7 手孔和人孔 . 12 3.8 补强圈设计 . 14 3.9 支座 . 14 第 4 章 搅拌装置的选型与尺寸设计 . 16 4.1 搅拌轴直径的初步计算 . 16 4.1.1 搅拌轴直径的设计 . 16 4.1.2 搅拌轴的结构及尺寸的设计 . 17 4.1.3 联轴器的型式及尺寸的设计 . 18 4.1.4 反应 罐 的搅拌装置 . 19 4.1.5 搅 拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计 . 19 第 5 章 反应 罐 的传动装置 . 21 5.1 常用电机及其连接尺寸 . 21 5.2 罐 用减速 机类型 ， 标准及其选用 . 21 5.3 V 带减速机 . 22 5.4 凸缘法兰 . 23 5.5 安装底盖 . 24 nts5.6 机架 . 24 第 6 章 反应 罐 的轴封装置 . 26 结论 . 32 参考文献 . 33 致谢 . 34 nts I 摘要 反应罐有加热迅速 ， 耐高温 ， 耐腐蚀 ， 卫生 ， 无环境污染 ， 勿需锅炉自动加温 ， 使用方便等特点，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，是以参加反应的物质 充分混合为前提，对于 加热 ， 冷却 ，和液体萃取及气体吸收等物理变化过程都需要采用搅拌装置才能收 到到好的效果 ,材料 用304 不锈钢。 反应罐由锅体 ， 锅盖 ， 搅拌器 ， 夹套 ， 支承及传动装置 ，轴封装置等组成，材质及开孔 根据用户的工艺要求制定。加热形式有电加热 ， 油加热 ，气加热 ， 水加热（或冷却） ， 明火加热等。夹套形式分为：夹套型和外半管型，夹套油加热型都设有导流装置。搅拌形式一般有桨式 ， 锚式 ， 框式 ，螺条式 ， 刮壁式等。高转速类有分散叶轮式 ， 涡轮式 ， 高剪切式 ， 推进器式，供客户根据工艺选择。传动形式有普通电机 ， 防爆电机 ， 电磁调速电机 ， 变频器等， 换热器有摆线针轮式 ， 蜗轮式 ， 行星无极变速式。轴封为普通水冷却填料密封 ， 组合式四氟填料密封 ， 机械密封。出料形式有球阀 ，下展阀。 搅拌反应器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一，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 ， 合成橡胶等聚合反应，此外，也大量应用于医药 ， 化工 ， 食品 ， 冶金 ， 采矿 ， 造纸废水处理等行业。一台夹套搅拌反应罐主要由搅拌容器 ， 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。 关键词： 夹套 反应罐 不锈钢 nts II Abstract Rapid reaction tank heating , high temperature resistance, corrosion resistance , hygiene , no pollution, Needless automatic heating boilers , easy to use , widely used in petroleum , chemical, rubber, pesticides, dyes , pharmaceuticals , food, used to complete vulcanization,nitration, hydrogenation, alkylation, polymerization and condensation process,the reaction mass is mixed for the participation prerequisite for heating, cooling, and extraction of gas and liquid absorption processes require physical change to get used to the stirring device good results , the material is made of 304 stainless steel. Reaction tank by the pot , lid, stirrer , jacket , bearing and gear , shaft seal devices and other components , materials and openings can be customized according to process requirements. Heating in the form of electric heating, oil heating , gas heating , water heating ( or cooling ) , open flame heating. Jacket into the form : semi- jacketed tube and the outer jacket has a heated oil deflector . Stir in the form of generally paddle , anchor type, frame type , ribbon type , scraping the wall and so on. High speed class has dispersed impeller , turbine , high shear , propeller type, according to the process for customers to choose from. Transmission in the form of ordinary motor , explosion-proof motor , electromagnetic speed motor, inverter , etc., the heat exchanger has a cycloid wheel , worm -type planets infinitely variable type . Seal packing seal ordinary water cooling , combined PTFE packing , mechanical seal. The material in the form of ball valves , valve under development . The reaction is stirred for chemical engineering and biological engineering , the most common unit is the most important devices for a variety of physical properties ( such as viscosity , density) and various operating conditions ( temperature, pressure ) of the reaction process , is widely used in the synthesis of plastics, synthetic fibers , synthetic rubber polymerization , in addition, also widely used in pharmaceutical, chemical , food, metallurgical, mining , paper and waste water treatment and other industries. A jacketed stirred tank reactor is mainly composed of a stirred vessel , agitator , gear , shaft seal device , bearing , manholes , technology nts III takes over and a few accessories. Keywords: stainless steel jacketed reaction tank nts 1 第 1 章 绪论 1.1 课题背景 化工设备 毕业 设计是 要 理论联系实际 ， 学生 能 体察工程实际问题复杂性，初次尝试化工机械设计。化工设计不同于平时作业，设计中需要同学独立自主 解决所遇到的问题 ，自己做出决策，根据老师给 出 的设计要求自己选择方案 ， 查 数据 ， 进行设备的设计计算，并 对自己的选择做出 论证和核算，经过反复比较分析，择优选 定最 优秀 的方案和合理的设计 1。 1， 反应 罐 是在工业生产中，用来进行化学反应的容器 。 样子各式各样，用来适应各种不同的反应条件 。 在材质上 ， 温度 ， 压力等指标也是根据具体需要而有变化的，总体来说， 罐 比较矮，比较粗 。 还有合成塔，其实作用和反应 罐 一样，不过塔就长得高直径比较小 。 因为是压力容器且内部介质会发生剧烈反应所以是比较危险的反应容器。 其作用主要是用来合成各类树脂，比如电脑主板基板，喷绘写真等材料都是在反应 罐 中合成后再加工而成的，通俗一点讲就是化学反应容器。也可以称为反应锅或反应罐。 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 罐 或反应设备。夹套反应 罐 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，夹套反应罐 得到更广泛的应用 3。 2， 反应 罐 在实际生产中应用非常广泛，设计一个反应 罐 既可以为化工事业贡献自己的一份力量，同时自己的能力也得到一定提高。通过对文献的查阅，老师的指导，自己的动手动脑使我对反应 罐 有更深一层次的认识。 3， 夹套 反应 罐 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 罐 对生产效率的提高器很大作用。所以此设计很具实际价值 1。 1.2 国内外的研究现状 1， 大容积化，这是增加产量 ， 减少批量生产之间的质量误差 ， 降低产品成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应 罐 国内多为 6000L以下，其它行业有的 达 30m；国外在染料行业有 20000 40000L，而其它行业可达 120 m。 2， 反应 罐 的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。国外，除了装有搅拌器外，尚使 罐 体沿水平线旋转，从而提高反应速度。 3， 以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染。 4， 合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。热管技术的应用，将是今后发展的方向 7。 5， 以前夹套反应 罐 的开启 需要一个一个将螺母扭下 ，现在国内研究的快开反应 罐是用卡环及相应的螺栓顶压紧固 的， 开启时只要将每个顶丝松几下即可取下卡环，实现罐 盖快速开启 。在取料方面：现在的夹套反应 罐 使用手摇丝杠，可轻松地将 罐 盖升起并转位 90 度，为 罐 体让开操作空间。然后再用手摇立柱上的蜗杆带动蜗轮使 罐 体翻转 135度倒料。加热炉可随意装上 ， 拆下。上下只需 2 秒钟。使 罐 体可以在空气中冷却，缩短了反应过程时间。 6， 随着石油化工 ， 医疗器械 ， 食品机械及原子能工业的快速发展，西方发达国家的nts 2 反应 罐 生产有了超常的发展。为了进一步提高锅炉用反应 罐 管的高温蠕变强度，耐高温腐蚀特性和耐蒸汽氧化性，日本对现有 SA213-TP304H及 TP310H两种奥氏体钢进行了改进，开发出综合性能良好的超临界，超超临界锅炉用反应 罐 管的新材料即超级 304H 反应 罐 。 1.3 本文主要研究内容 本文主要研究夹套反应 罐 设计的过程。在工艺要求和条件提出后，就开始着手设计。设计主要包括以下几个过程： （ 1）总体结构设计。根据工艺要求并考虑制造 ， 安装和维护检修的方便，确定各部分结构形式，如封头形式 ， 传热面 ， 传动类型 ， 轴封和各附件的结构 形式。 （ 2）搅拌容器的设计。 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 罐 体和夹套材料； 对罐体 ， 夹套等进行强度和稳定性计算 ， 校核。 （ 3）传动系统设计，包括选择电动机 ， 确定传动类型 ， 选择减速器 ， 联轴器 ， 机座及底座设计等。 （ 4）决定并选择轴封类型及有关零部件。 （ 5）绘图，包括总装图 ， 部件图和零件图。如采用标准零 ， 部件，写出准号及标记，不必绘图。 （ 6）编制技术要求，提出制造 ， 装配 ， 检修和试车等方面的要求。应用标准技术条件的可标注文件号 8。 在本设计中融入了很多新的设计观点和思路 ，把创新的思维运用其中是一个重大的突破。 nts 3 第 2 章 夹套反应 罐 的总体结构 带搅拌的夹套反应 罐 是化学 ， 医药及食品等工业中常用的典型反应设备之一。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 罐 。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 罐 8。 2.1 罐体和夹套的设计 夹套式反应 罐 是由罐体和夹套两大部分组成。罐体和夹套的设计主要包括其结构设计，各部件几何尺寸的确定和强度的计算与校核。罐体在规定的操作温度和操作压力下，为物料完成其搅拌过程提供了一定的空间。夹套 传热是一种应用最普遍的外部传热方式。它是一个套在罐体外面能形成密封空间的容器，既简单又方便。 2.1.1 罐体和夹套的结 构设计 罐体是立式圆筒形容器，有顶盖 ， 筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。罐底通常为椭圆形封头，对于常压或操作压力不大而直径较大的设备，顶盖可采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢制的横梁，用以支承搅拌器及其传动装置。顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种筒体内径。当要求可拆时做成法兰连接。夹套的形式与罐体相同。 2.1.2 罐体几何尺寸计算 2.1.2.1 确定筒 体内 径 由工艺条件给定容积 V， 筒体内径 1D 按式 1 估算： 331 4 4 8 5 4 . 4 83 . 1 4 1 . 2VDmi 式 1 式中 V 工艺条件给定容积， 3m ； i 长径比， 2.1D11 Hi （按物料的类型选取，见表 1）。 将 1D 估算值圆整到公称直径系列，故取 1 4500D m m 。 与给定的参数吻合 表 2-1 几种反应 罐 1/DH 值 种 类 设备内物料类 型 I 一般搅拌 罐 液 -固相或液 -液相物料 1 1.3 气 -液相物料 1 2 发酵罐类 1.7 2.5 2.1.2.2 确定封头尺寸 nts 4 椭圆封头 选择 ，它的内径与筒体内径相同 1D =4500mm。本设计所选钢号为 304，其性能参数为 2 2 0 0 . 8 0 . 7t M P a P M P a 、 、。 封头型式如图 2-1，尺寸如表 2-2 图 2-1 封头型式 表 2-2 封头尺寸 mmDi / mmH/mmho / mm/ 4500 1000 50 20 封头厚度 1 0 . 7 4 5 0 0 8 . 9 2 02 0 . 5 2 2 2 0 0 . 8 0 . 7 0 . 7itK P D m m m mP 封头直边高度为 2h =50mm， 封头 容积 3V 9.02m封 2.1.2.3 确定筒体高度 1H 反应 罐 容积 V 通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度 1H 按下式计算并进行圆整。 11 / ( 8 5 9 . 0 2 ) / 1 5 . 8 9 4 . 7 8 mmH V V V m 封（ ） 符合给定条件 式中 封V 封头容积（见附表 2）， 3 m ； mV1 1 米高筒体容积（见附表 1）， mm /3 。 当筒体高度确定后，应按圆整后的筒体高度修正实际容积，则圆整后的 罐 体高度1 4800H m m 。 31 m 1V V H V 1 5 . 8 9 4 . 8 9 . 0 2 8 5 . 2 9 m 封 式 3 式中 封V 封头容积（见附表 2）， 3 m ； mV1 1 米高筒体容积（见附 表 1）， mm /3 。 1H 圆整后的筒体高度 ,m。 2.2 夹套的几何尺寸计算 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。夹套的内径2D可根据筒体内径1D选取2D=1D+200=4500+200=4700mm 夹套下封头型 式同罐体封头，其直径 D2 与夹套筒体相同。 夹套高 H2 由传热面积决定，不能低于料液高。 装料系数 没有给定，则应合理选用装料系数 的值，尽量提高设备利用率。通常取 =0.6 0.85，又物料反应平稳， 应取大值，所以取 =0.8。夹套高 H2 按下式估算。 21( / ( 0 . 8 8 5 9 . 0 2 ) / 1 5 . 8 9 3 . 7mH V V V m 封 ） 式 4 nts 5 式中 封V 封头容积（见附表 2）， 3 m ； mV1 1 米高筒体容积（见附表 1）， mm /3 。 2.3 夹套反应 罐 的强度计算 2.3.1 强度计算的原则及依据 （ 1）圆筒内为常压外带夹套时： 当圆筒的公称直径 DN 600时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力）圆筒设计，其余部分按常压设计； （ 2）圆筒内为真空 外带夹套时： 当圆筒的公称直径 DN 600 时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力+0.1MPa）圆筒设计，其余部分按真空设计； （ 3）圆筒内为正压外带夹套时： 当圆筒体的公称直径 DN 600时，被夹套包围部分的筒体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。 由于筒体的公称直径 D1=4500mm600mm，所以需要对筒体和封头进行内外压强度计算和校核。 2.3.2 按内压对筒体和封头进行强度计算 液柱静压力 p1H=10-6 gh=10-6 9.8 1 (h1+h2+h3)= 0.0147 MPa 计算压力 p1c=p1+p1h=0.7+0.0147=0.7147MPa 计算压力 p2c=p2=0.75 罐体筒体计算厚度 11110 . 7 1 4 7 4 5 0 0 9 . 1 5 72 2 2 2 0 0 . 8 0 . 7 1 4 7ct cpD mmp 夹套筒体计算厚 22220 . 7 5 4 7 0 0 1 0 . 0 3 62 2 2 2 0 0 . 8 0 . 7 5ct cpD mmp 罐体封头计算厚度 11110 . 7 1 4 7 4 5 0 0 9 . 1 4 62 0 . 5 2 2 2 0 0 . 8 0 . 5 0 . 7 1 4 7ct cpD mmp 夹套封头计算厚度 22220 . 7 5 4 7 0 0 1 0 . 0 2 42 0 . 5 2 2 2 0 0 . 8 0 . 5 0 . 7 5ct cpD mmp 厚度附加量计算 ： 钢板的全部厚度 22 1 0 . 0 3 5 1 0 . 0 2 4 2 0 . 0 5 9 mm ， 取钢板的厚度负偏差 mmC 6.01 。又壳体 ， 封头的腐蚀程度为轻微腐蚀，所以取钢板的腐蚀裕量 mmC 22 。 C=C1+C2=2+0.6=2.6 罐体筒体设计厚度 nts 6 1c= 1+C1=9.156+2.6=11.756mm 夹套筒体设计厚度 2c= 2+C1=10.035+2.6=12.635mm 罐体封头设计厚度 /1c= /1+C1=9.146+2.6=11.746mm 夹套封头设计厚度 /2c= /2+C1=10.024+2.6=12.624mm 2.3.3 按外压 对筒体和封头进行强度校核 罐体筒体有效厚度 1e= 1n-C=10-2.8=7.2mm 罐体筒体外径 D1O=D1+2 ln =4500+2 10=4520mm （其中 C=C1+C2=2+0.8=2.8， C1 重新选取， 1n是名义厚度，取 1n=10） 筒体计算长度 L=H2+1/3h1+h2=4800+1/3 1000+50=5180mm 系数 L/D1O=5180/4520=1.146 系数 D1O/ 1e=4520/7.2=627.78 许用外压力 11264 0 . 4 2 0 5/ 6 2 7 . 7 8OeBp M P aD 以上校核不合适，重新校核，选取名义厚度 1n=12 罐体筒体有效厚度 1e= 1n-C=12-2.8=9.2mm 罐体筒体外径 D1O=D1+2 1n=4500+2 12=4524mm 筒体计算长度 L=H2+1/3h1+h2=4800+1/3 1000+50=5180mm 系数 L/D1O=5180/4520=1.146 系数 D1O/ 1e=4520/9.2=491.73 许用外压力 1345 0 . 7 0 2/ 4 9 1 . 7 3OeBp M P aD 罐体封头有效厚度 /1e= /1n-C=12-2.8=9.2mm 罐体封头外径 D/1O=D/1+2 /1n=4500+2 12=4524 标准椭圆封头当量球壳外半径 R/1O=0.9D/1O=0.9 4524=4072mm 系数/110 . 1 2 5 0 . 1 2 5 0 . 0 0 0 3/ 4 0 7 2 / 9 . 2OeA R 许用外压力 / 1345 0 . 7 7 9 5/ 4 0 7 2 / 9 . 2OeBp M P aR nts 7 满足条件 ， 故罐体封头名义厚度 /1n=12mm 2.3.4 水压实验校核计算 2.3.4.1 罐 体的水压试验 水压试验的确定 罐体实验压力 11 1 5 5 . 81 . 2 5 1 . 2 5 0 . 7 0 . 6 2 2 2 0T tp p M P a 。 其应不小于 （ P+0.1） Mpa=（ 0.7+0.1） =0.8Mpa， 取1 0.8Tp M P a 。 水压试验的强度校核 1 1 11 m a x1( ) 0 . 8 ( 4 5 0 0 9 . 2 2 . 8 ) 2 8 1 . 6 52 ( ) 2 ( 9 . 2 2 . 8 )TeTep D c M P ac 。 0 . 9 0 . 9 5 2 0 0 . 8 3 7 4 . 4s M P a 1 m a x 2 8 1 . 6 5 0 . 9 3 7 4 . 4TsM p a M P a 。 故水压试验强度满足 。 2.4.4.2夹套的水压试验 夹套水压实验压力 22 1 5 5 . 81 . 2 5 1 . 2 5 0 . 7 5 0 . 6 6 4 2 2 0T tp p M P a 其应不小于 （ P+0.1） Mpa=（ 0.75+0.1） =0.85Mpa， 取2 0 .8 5Tp M P a 。 夹套水压实验强度校核 2 2 22 m a x2( ) 0 . 8 5 ( 4 7 0 0 9 . 2 2 . 8 ) 3 1 2 . 5 32 ( ) 2 ( 9 . 2 2 . 8 )TeTep D c M P ac 1 m a x 3 1 2 . 5 3 0 . 9 3 7 4 . 4TsM p a M P a 故水压试验强度满足 。 nts 8 第 3 章 反应 罐 附件的选型及尺寸设计 3.1 罐 体法兰联接结构的设计 设计内容包括： 法兰的设计 ， 密封面形式的选型 ， 垫片 设计 ， 螺栓和螺母 的设计 。 3.1.1 法兰的设计 根据工作压力 ， 工作温度及经济因素，筒体与上封头用法兰连接时，采用甲型平焊法兰连接，这是压力容器法兰中的一种，甲型平焊法兰密封面结构常用 平密封面和凹凸密封面两种。参加 JB/T4701-2000。 (1)根据 DN 4500mm， PN 0.7Mpa， 确定法兰的类型为 甲 型平焊法兰 。 标记：法兰 FF1200-1.0 JB/T4701 材料： 304 （ 2） 法兰 的结构和主要 尺寸如 图 3 1 如表 3 1 图 3 1 甲 型平焊法兰 表 4 1 法兰结构尺寸 公称直径 DN mm 法兰 /mm 螺栓 D 1D 2D 3D 4D d 规格 数量 4500 4530 4590 4555 4541 4538 48 23 M20 44 3.1.2 密 封面形式的选型 根据 PN=0.7Mpa 1.6Mpa， 介质温度 和 介质 的性质，由 查 表 16 14 知密封面 形式为 光滑面 。 3.1.3 垫片的设计 由文献【 1】表 331 页 16-14 得 垫片选用耐油橡胶石棉垫片 ， 材料为耐油橡胶石棉板 （ GB/T539），结构及尺寸见图 3 2 和尺寸见表 3-2 图 3-2 垫片的结构 表 3-2 垫片的尺寸 nts 9 mmD /0 mmdi / mm/ 4540 4500 3 3.1.4 螺栓 ， 螺母 和垫圈 的尺寸规格 本设计选用六角头 螺栓 （ C级 ， GB/T5780-2000） ， 型六角 螺 母（ C级 ， GB/T41-2000） 平垫圈（ 100HV， GB/T95-2002） 螺栓长度 L的计算： 螺栓 的 长度 由 法兰的 厚度（ ） ， 垫片的 厚度（ S） ， 螺母的 厚度（ H） ， 垫圈厚度（ h） ，螺栓 伸出 长度 d)5.03.0( 确定。 其中 =50mm， S=3mm， H=30mm， h=3mm， 螺栓 伸出 长度 取 0.3d=0.32 3mm 螺栓 的 长度 L为： dhHSL 3.022 2 5 0 3 3 0 2 3 0 . 3 2 3 =220mm 取 L 150mm 螺栓 标记： GB/T5780-2000 22020M 螺母标记： GB/T41-2000 20M 垫圈标记： GB/T95-2002 24-100HV 3.1.5 法兰 ， 垫片 ， 螺栓 ， 螺母 ， 垫圈的材料 根据甲型平焊 法兰 ， 工作温度等条件，由文献 3附录 8 法兰 ， 垫片 ， 螺栓 ， 螺母材料匹配表进行选材，结果如表 3 3所示。 表 3 3 法兰 ， 垫片 ， 螺栓 ，