5.85立方米的酯化釜及储罐设计（全套CAD图+说明书+开题报告+翻译）

买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985摘要:本设备是酯化反应生产系统，由搅拌反应器和储罐组成。该设备具备安全可靠、结构简单、效率高、耗能低等优点。本次设计首先进行了总体方案设计，主要是依据反应物的性质确定。搅拌反应器设计是本设计的一个重点，包括搅拌罐设计、搅拌轴设计、搅拌装置设计选型、轴封设计等。储罐也是本次设计的主要内容之一，用来存储产品。由于酯是有毒物质，而且易燃，因此对反应设备及储存设备的密封要求相当高，需要对各部件进行选型、校核。本次设计采用计算机辅助设计，使绘图效率与质量大大提高，节省大量时间。关键词：酯化搅拌反应器储罐买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985Abstract:Thisdeviceisaproducingsystemofesterification，whichiscomposedofthestirringreactorandthestoragetank.Thedevicewithsimplestructureandlowconsumptionofenergyisverysafe,reliableandefficient.Forthefirst,accordingtothenatureofthereactingsubstance,Imadeanoverallconceptdesign.Thedesignofthestirringreactorplaysanimportrole,includingthestirringtankdesign,thestirringaxisdesign,thestirringdevicedesignandshaping,theaxissealsdesignandsoon.Thestoragetankforkeepingtheproductisanothermainelement.Becausethematerialsarepoisonousandflammable.Itishighlyimportanttousethebestsealsforthedevices.Allthepartsmustbeexaminedandcollated.Thecomputer-aideddesignusedinthisdesigngreatlyenhancedtheefficiencyandqualityofthedrawingsandsavedmelotsoftime.Keywords:esterificationstirringtankstoragetank买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985目录前言.11.酯化釜设计.21.1概论.21.2酯化釜选型及主要参数.41.3搅拌器选型与计算.61.4传动方式和选型.91.5搅拌功率及电动机选型.101.6搅拌轴轴封设计.121.7搅拌器的结构与强度计算.121.8搅拌轴的设计.141.9酯化釜筒体设计.181.10封头设计.201.11开孔和接管设计.211.12开孔补强.231.13减速器、联轴器和机架选用.251.14传热部件设计.271.15顶盖及底座结构设计.271.16支座设计.282.储罐设计.292.1储罐选型和储罐尺寸确定.292.2罐体壁厚计算.302.3封头设计计算.312.4罐体结构设计.312.5开孔补强.322.6支座.33参考文献.35谢辞.36外文翻译.38买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709850前言反应设备是通过化学反应得到反应产物的设备，或是为细胞或酶提供适宜的反应环境以达到细胞生长代谢和进行反应的设备。几乎所有的过程设备中，都包含了反应设备的存在。因此如何选用的反应器型式，确定最佳的操作条件和设计合理可靠的反应器，满足日益发展的过程工业的需求具有十分重要的意义。经过近一个世纪的实验研究和理论探索，当今的流体混合技术已进人快速发展时期，并积累了大量可用于分析和预测混合体系的设计经验和关联式。但由于流体混合体系的多样性和物料流变特性的复杂性，目前对于搅拌设备的选型和设计还主要依赖经验和实验，对其优劣很难用理论预测，对于能耗和生产成本，只能在一定规模的生产装置上进行对比后才能分出高低。另外对搅拌设备的放大规律至今仍无足够的认识，缺少理论指导。本次设计的搅拌设备是酯化釜，酯是一类重要的有机化工产品，除本身是溶剂、增塑剂而用于很多工业部门外，还大量用来生产聚酯，也有一部分用作有机合成的原料。酯类生产的历史悠久，其基础理论的研究也早已开始，英国化学家A.W.威廉森在1852年已经提出了由酸与醇合成酯的理论。可生成酯的方法很多，工业上绝大多数直接酯化过程均为液相反应，由于受平衡限制，反应不能进行完全，故常用从反应混合物中移走反应产物（水，酯或两者在一起）的办法来移动平衡点。反应器可以是连续式的或间歇式的。间歇式反应器通常为带搅拌的反应釜；连续式反应器则是塔式的。为防止无机酸催化剂对设备的腐蚀，须妥善选择反应器的材质及结构。酯化反应，是一类有机化学反应，是醇跟羧酸或含氧无机酸生成酯和水的反应。分为羧酸跟醇反应和无机含氧酸跟醇反应何和无机强酸跟醇的反应两类。羧酸跟醇的酯化反应是可逆的，并且一般反应极缓慢，故常用浓硫酸作催化剂酯化釜的目的是借助搅拌器的作用是使酸跟醇在高温的条件下反应生成酯。本题目主要解决的问题是该设备的设计，包括搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分设计，并画出相应的设备图。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851第一章搅拌反应器设计1.1概论酯化釜，顾名思义就是发生酯化反应的设备，属于搅拌设备。搅拌设备常被称作搅拌釜（或搅拌槽），当搅拌设备用作反应器时，又被称为搅拌釜式反应器，有时简称反应釜。釜体的结构型式通常是立式圆筒形，其高径比值主要依据操作是容器装液高径比以及装料系数大小而定。而容器的装液高径比又视容器内物料的性质、搅拌特征和搅拌器层数而异，一般取11.3，最大时可达6。釜底形状有平底、椭圆底、锥形底等有时亦可用方形釜。同时，根据工艺的传热要求，釜体外可加夹套，并通以蒸气、冷却水等载热介质；当传热面积不足时，还可在釜体内部设置盘管等。在选择酯化釜时，应根据生产规模（即物料处理量）、搅拌操作目的和物料特性确定搅拌容器的形状和尺寸，在确定搅拌容器的容积时应合理选择装料系数，尽量提高设备的利用率。如果没有特殊需要，釜体一般宜选用最常用的立式圆筒形容器，并选择适宜的筒体高径比(或容器装液高径比)。若有传热要求，则釜体外须设置夹套结构。夹套种类有整体夹套、螺旋挡板夹套、半管夹套、蜂窝夹套，传热效果依次提高但制造成本也相应增加。当酯化釜釜卧式放置时，大多进行半釜操作。因此卧式釜与立式釜相比有更多的气-液接触面积，因而卧式釜常用于气-液传质过程，如气-液吸收或从高粘度液体中脱除少量易挥发物质，另一方面，卧式釜的料层较浅，有利于搅拌器将粉末搅动，并可借搅拌器的高速回转使粉体抛扬起来，使粉体在瞬间失重状态下进行混合。酯化釜的材料要满足生产工艺的要求，例如耐压、耐温、耐介质腐蚀，以及保证产品清洁等。由于材料的不同，搅拌容器的制造工艺、结构也有所不同，因此可分为钢制搅拌设备、搪玻璃搅拌设备和带衬里的搅拌设备等。装衬里的目的是为了耐蚀或保护产品的清洁，衬里的种类很多，主要有不锈钢、铝、钛、铅、镍、锆、耐酸瓷砖、辉绿岩板、橡胶等。酯化釜在工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少的应用着搅拌操作。搅拌可使两种或多种的物质在彼此之中相互分散，从而买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852达到均匀混合，也可以加速传热和传质过程。化学工艺过程的种种化学变化，是以参加反应物质的充分混合为前提的。对于加热，冷却和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到好的效果。搅拌设备在许多场合是作为反应器来应用的。搅拌设备的作用如下：1使物料混合均匀2使气体在液相中很好的分散3使固体粒子在液相中均匀的悬浮使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化4强化相间的传质5强化传热酯化釜可以从各种不同的角度进行分类，如按照工艺用途分类，其中重要的结构搅拌器，我们可以按照搅拌器结构形式分类或按搅拌装置的安装形式分类，以下仅就搅拌装置的各种安装形式进行分类和选取，主要种类和各种的功能如表1.1。表1.1各种搅拌装置及其特点种类主要特点立式容器中心搅拌将搅拌装置安装在立式设备筒体的中心线上，驱动方式一般为皮带传动和齿轮传动，用普通电机直接连接或与减速器直接连接。偏心式搅拌搅拌装置在立式容器上偏心安装，能防止液体在搅拌器附近产生“圆柱状回转区”，可以产生与加挡板时相近似的搅拌效果。但偏心搅拌容易产生震动，一般用于小型设备上比较合适。倾斜式搅拌为防止涡流产生，对简单的圆筒形或方形敞开的立式设备，可将搅拌器用于、夹板或卡盘直接安装在设备筒体的上缘，搅拌轴斜插入筒体内。此种搅拌器小型，轻便，结构简单，操作容易，应用范围广。底搅拌搅拌装置在设备的底部，称为底搅拌设备。其搅拌轴短而细，无中间轴承；可用机械密封；易维护，检修；买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709853寿命长。卧式容器搅拌搅拌器安装在卧式容器上面，可降低设备的安装高度，提高搅拌设备的抗震性，改进悬浮液的状态等。卧式双轴搅拌搅拌器安装在两根平行的轴上，二根轴上的搅拌叶轮不同，轴速也不等，主要用于高黏度液体。旁入式搅拌旁入式搅拌是将搅拌装置安装在设备筒体的侧壁上，分为角度固定式和角度可变式两种。组合式搅拌有时为了提高混合效率，需要将两种或两种以上形式不同，转速不同的搅拌器组合起来使用，称为组合式搅拌设备。本设计中的酯化釜是在230，常压的条件下将脂肪酸和醇进行反应生成酯，即作为反应器应用，综合考虑选用椭圆形底，可拆椭圆形盖，立式容器中心搅拌。1.2酯化釜选型及主要参数1.2.1酯化釜选型常用的酯化釜是立式圆筒形容器，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。本设计即采用立式圆筒形反应釜。在知道了搅拌罐操作时盛装物料的容积后，首先要选择适宜的长径比和装料量，确定筒体的直径和高度。罐体的长径比应考虑的主要因素有三个方面：1.搅拌功率一定结构型式搅拌器的叶轮直径和与其装配的搅拌罐体内径通常有一定的比例范围。随着罐体长径比的减小，搅拌器桨叶直径也相应放大，在固定的搅拌轴转速下，搅拌功率与搅拌器桨叶直径的5次方成正比。所以随着罐体直径的放大，功率增加很多，这对于需要较大搅拌作业功率的搅拌过程是适宜的。2.传热罐体长径比对夹套传热有显著影响，容积一定时长径比越大罐体盛料部分表面积越大，夹套传热面积也就越大。同时长径比越大，传热表面积离罐体中买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709854心越近，物料的温度梯度就越小，有利于提高传热效果。3.物料特性某些物料的搅拌反应过程对罐体长径比有着特殊要求，例如发酵罐之类，为了使得通入罐内的空气与发酵液有充分的接触时间，需要有足够的液位高度，就希望长径比取得大一些。综上，三个方面均要求长径比取得大一些。1.2.2酯化釜的主要参数已知容反应釜的容积为6.00m3，长径比选取见表1.2。表1.2搅拌罐长径比种类设备内物料类型H/Di液固相或液液相物料11.3一般搅拌罐气液相物料12发酵罐类1.72.5装料系数选取：通常可取0.600.80，如果物料在反应过程中要起泡末或呈沸腾状，应取低值，约为0.600.70，如果物料在反应中比较平稳，可取0.80.85。本酯化釜取0.85.本设计中搅拌罐内反应为酯化反应，且为液液相反应，取长径比H/Di=1.1,取装料系数=0.85=V=5.850.85=4.9725m3取5.00m3VNVN筒体直径Di=1.89m34Hi45.0.18式中VN-公称容积,m3-装料系数由GB9845-1988钢制机械搅拌容器型式及主要参数的搅拌罐系列取Di=1800mm查JB/T4746-2002取标准椭圆形封头EHA180010=1800mm高度H=475mm直边高度h=25mm封头容积v=0.8260i买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709855罐体高度：H=1.99m2Di4Vv2iN25.0.8614圆整后取H=2.0m,实际长径比为2.0/1.8=1.11，实际装料系数=0.85基本符合要求。25.01864通过以上的计算，可知，筒体内径为DJ=1800mm，筒体高度H=1650mm。2.酯化釜的设计压力。常压：101.3Kpa。1.3搅拌器选型与计算1.3.1搅拌器选型影响搅拌过程的因素及其复杂，有关搅拌器选型的资料很多，但是由于研究过程考虑的重点不同，结论也不同，至今，搅拌器选型带有很大的经验性。为了提供能量与造成液体的流动状态，搅拌器必须有合理的结构和足够的强度。合理的结构应符合以下几个原则：叶轮的制造工艺合理，叶轮与搅拌轴的连接方式稳妥可靠，叶轮安装维修方便等。除推进式等特殊形状的叶轮加工难度大外，多数叶轮形状与加工都比较简单。采用整体式或可拆式的连接结构，可以从安装检修的方便来决定。1.搅拌条件设定该反应过程为液液两相互溶液体的搅拌，互溶液体的搅拌时两种或数种互溶液体在搅拌作用下达到浓度或密度或温度以及其他物性的均匀状态的过程，一般称为混合过程。混合过程都应规定搅拌液体达到均匀状态的标准，而以在搅拌作用下达到这个标准的混合时间作为评价搅拌效果的指标。达到同样标m准作用的混合时间越短，搅拌器的混合性能就越好。混合时间与搅拌器的几m何尺寸，叶轮的排出流量，叶轮转速以及搅拌器的滚率大小有关。2.搅拌叶轮形式和搅拌器附件的选定买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098561）叶轮形式各种搅拌叶轮形状按搅拌器的运动方向与叶轮表面的角度可分为三类，即平叶，折叶和螺旋面叶。桨式，涡轮式，锚式，框式的叶轮都是平叶或折叶，而推进式，螺杆式，螺带式的叶轮则为螺旋面叶。由于平叶的运动方向与桨面垂直，所以当叶轮低速运转时，液体的主要流动为水平环向的流动。当叶轮转速增大时，液体的径向流动就逐渐增大。叶轮转速越高，由平叶排出的径向流越强。折叶由于桨面与运动方向成一定倾斜角度，所以在叶轮转速增大时，还有逐渐增大的径向流。螺旋面可以看成是许多折叶的组合，这些折叶的角度逐渐变化，所以螺旋面的流向也有水平环向流，径向流和轴向流，其中以轴向流最大。为了区分叶轮排液的流向特点，根据主要排液方向将典型叶轮分成径流型和轴流型两种，平叶的桨式，涡轮式是径流型，螺旋面叶的螺杆式，推进式是轴流型。表1.3搅拌器型式使用条件表注：有者为适合，空白为不合用桨式叶轮主要用于排出流，是必要的场合，由于在同样的排量下，轴向流叶轮的功耗比径向流低，故轴向流叶轮使用较多。由于结构简单，即使叶径大造价也不高，故往往使用与大叶径低转速的场合。，综合考虑互溶液体混合搅拌设备,由表2.2选用桨式折页搅拌器，折页桨的倾斜角度。45流动状态搅拌目的搅拌器型式对流循环湍流循环剪切流低黏液混合高黏液混合分散溶解固体悬浮气体吸收传热液相反应涡轮式桨式推进式开启涡轮式买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098571.3.2叶轮尺寸计算确定叶轮尺寸，由HG/T2123-91搅拌器直径D=（0.250.75）DN=0.2518000.751800=4501350mm根据直径系列选用D=800mm，桨叶数Z=2桨叶厚度b=（0.10.3）D=0.18000.3800=80240mm取b=120mm示意图如图1.4。图1.4搅拌器示意图搅拌器结构采用对开不可拆式平桨,用筋板焊接固定,如图1.5。图1.5对开不可拆式平桨示意图对于长径比大于1的搅拌罐式液液反应器，采用单层叶轮不能得到良好的混合效果，功耗效率低。因此工业生产中常采用多层搅拌器。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709858多层搅拌器的互溶液体搅拌比单层叶轮要复杂得多，每层叶轮都产生各自不同的流型，总搅拌功率与单层叶轮的搅拌功率并没有简单的倍数关系，叶轮间距对多层叶轮的气液分散能力的影响很大，如果选择不当，功耗效率反而不如单层叶轮。本设计采用双层叶轮，叶轮形式同为桨式折页搅拌器。叶轮间距取800mm，基本符合要求。1.3.3搅拌器转速搅拌器转速直接影响釜内流体的流动状态，根据经验，根据桨型和桨径，考虑到本次设计中搅拌罐内物料反应为酸碱反应，转速不必取得过大。取转速为85r/min。1.3.4搅拌器附件搅拌器附件通常指在搅拌罐内为了改善流动状态而增设的零件，如挡板，导流筒等，在某些场合，这些附件是不可缺少的。采用哪些附件要结合搅拌器的选型综合考虑，以达到预期的搅拌流动状态。导流筒几乎不影响混合时间，不能增大混合速度，导流筒增大系统流动阻力，在外加功率一定时减小速率，所以非十分必要时，一般不用导流筒。折流板会使液体的流动阻力增大，并影响到搅拌器的功率。本次设计中反应器内物料反应物含腐蚀性液体，反应过程较为剧烈，因此不设置挡板或导流筒，以避免不必要的功率损耗。14.传动方式和选型传动方式分为机械传动、电气传动、气压传动、液压传动,机械传动.机械传动包括螺旋传动、摩擦轮传动、带传动、链条传动,齿轮传动,多点啮合柔性传动。带传动又分V带传动、多楔带传动、平带传动、同步带传动等等;.综合考虑设计条件，此设计的传动方式是齿轮传动。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098591.5搅拌功率及电动机选型1.5.1搅拌功率影响搅拌功率的因素很多，如搅拌器形状，尺寸和转速。搅拌物料的特性，釜体尺寸，搅拌附件结构以及搅拌器在釜内的位置都对搅拌功率产生影响。搅拌功率包含了搅拌器功率和搅拌作业功率。具有一定结构形状的设备中装有一定物性的液体，其中用一定形式的搅拌器以一定转速进行搅拌时，将对液体做功并使之发生流动，此时为搅拌器连续运转所需要的功率就是搅拌器功率。搅拌作业功率是把搅拌器使搅拌罐中的液体以最佳方式完成搅拌过程所需要的功率。若叶轮转速很低，在Re10的区域，仅叶轮周围的液体随叶轮旋转，而远离叶轮的液体是停滞的，因而混合效果很差，混合时间也很长；当Re增加到大于10，叶轮旋转产生的离心力就不可忽视了。此离心力产生了排出流量，使角速度传递到了远处的液体，这样远离叶轮的液体开始流动，混合大为改善，但在靠近叶轮上下部分仍然出现环形的停滞区域；当Re增加到数百，涡轮式叶轮周围的液流变成湍流，停滞区消失。因此，叶轮转速应适当选取。搅拌功率准数Np是搅拌设备最基本的特性参数之一，搅拌功率则按照下式计算：P=35PNd式中-密度，kg/m3N-转速，r/mind-叶轮直径，mm先采用Rushton算图计算功率因数Np查化工工艺设计手册，脂肪酸在240的黏度0.00015PasC密度=845kg/搅拌转速n=85r/min=1.42r/s3mRe=5.1属于湍流区查Rushton图Np=1.92dn20.8145610式中Re-雷诺数-叶轮直径，mN-转速,r/min-密度,/m3买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098510-黏度,Pas所需的搅拌功率为：P=1.9845=1.5kw53PNd31.4250.8搅拌罐内有温度计套管和沿罐壁安装的蛇管，将引起搅拌功率的增加。搅拌功率P=P（1+q）=1.5（1+0.3）=1.95kw1.5.2电动机选型电动机功率除了满足搅拌器搅动液体所需的搅拌功率外，还要考虑轴封装置所产生的摩擦阻力以及传动装置所产生的功率损失。电动机功率=aNm传动方式是采用行星齿轮减速器，0.950.98，取97.0轴封方式采用填料密封，其摩擦损失=10%=0.598kwmN电动机功率为=2.21kwaNm1.9507搅拌设备选用电动机的问题，主要是确定系列，功率，转速以及安装测试和防爆要求等几项内容。由机械设计手册表16-1-21,选电动机型号为Y100L-4额定功率Ne=3kw,额定电流I=15.6A，满载转速n=1420r/min,传递效率,功率因数cos=0.84,传动比i=1420/85=16.7%0.87买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985111.6搅拌轴轴封设计机械搅拌反应器的轴封主要有两种：填料密封和机械密封。轴封的目的是避免介质通过转轴从搅拌容器内泄露或外部杂质渗入搅拌容器内。机械密封由固定在轴上的动环及弹簧压紧装置，固定在设备上的静环以及辅助密封圈组成。机械密封的泄露率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长，在搅拌反应器中得到广泛的应用。单端面的结构简单，制造容易，维修方便，应用广泛。双端面密封有两个密封面，且可在两密封面之间的空腔中注入中性液体，使其压力略大于介质的操作压力，起到堵封和润滑的双重作用，故密封效果好，但结构复杂，制造拆装比较困难，需一套封液输送装置，且不便于维修。表1.6机械密封分类密封面对象压力等级（MPa）使用温度（）最大线速度（m/s）介质端材料单端面0.6-201503碳素钢，不锈钢双端面1.6-2030023碳素钢，不锈钢填料密封结构简单，制造容易，适用于非腐蚀性和弱腐蚀性的介质，密封要求不高，并允许定期维修的酯化釜。根据酯化釜的工作环境，介质性质等方面，物料具有弱腐蚀性，综合考虑选用填料密封。1.7搅拌器的结构与强度计算搅拌器的强度计算主要是计算叶片的厚度。它必须在决定了叶片的直径，宽度，数量，并相应决定了搅拌器功率之后，对叶片进行结构设计。要分析叶片的受力状况，找出危险截面，然后用设计或校核的方法，决定叶片厚度。关于叶轮离心力的问题，由于通常的叶轮端部线速不会超过30m/s，所以离心力所引起的叶轮拉伸买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098512应力很小，设计中可以不计。为了保证叶轮在腐蚀性介质，磨损性介质中工作的安全性，应该给叶轮尺寸增加腐蚀裕度。在难以定量确定腐蚀裕度时，可以将叶轮强度尺寸每边增大1mm。强度计算中要用叶片去掉腐蚀裕度后的净面积，净厚度。对于本设计中采用的桨式叶轮，在强度计算时，以各叶片同样受力，各自作功相等来处理，这样，总的动力消耗除以叶片数即得到一个叶片的动力消耗。叶轮强度计算中的计算功率：=2.30.973-0.195=6.50kwmaJNkk-启动时电机的过载系数-传动系统的机械效率-电机的额定功率，kwaN-轴封处的摩擦损失功率，kwm每个叶片的危险截面都是端截面，该断面的弯矩值为：M=516（Nm）sin1954zj2850.6294z-叶片数目n-搅拌轴转速，r/min-折页桨的倾斜角度折页桨式的W值可用式W=(mm3)计算，应力为=M/W，也应满足校核公式62b，带入可得：=0.61mmtM701256式中b-叶片宽度,mm-许用应力,MPa考虑叶片在腐蚀介质中工作，加上腐蚀裕量4mm，向上圆整至5mm。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985131.8搅拌轴的设计搅拌轴的计算主要包括轴的强度和刚度计算，以确定轴的最小截面尺寸，保证搅拌轴的安全平稳运转。1.8.1强度计算作用在轴上的力包括：1）流体作用力2）轴和叶轮自身重量的重力3）由轴和叶轮的组合质量偏心旋转中产生垂直于轴心线的径向离心力，进而产生径向弯曲应力4）如果是密闭搅拌压力容器，还作用有因容器内外压差引起轴横截面上的轴向推力，产生轴向拉压和弯曲应力5）传动装置传递的扭矩主要是传递流体作用力的切向合力矩，同时还包括了克服支撑装置，密封装置等对轴摩擦损耗的附加扭矩，增加了轴中的扭转剪切力由搅拌设备图9-47，应力变化和分布可知，轴上每点应力是拉应力和剪应力的组合，故需用材料力学的方法进行强度校核。对于塑性材料有两种强度理论可以应用于屈服和疲劳失效，即最大剪应力理论和剪应变能理论。工程上最大剪应变理论常被许多设计规范所采用，但其结果比较保守。此处采用剪应变能理论。其当量应力计算公式为：e=23e-当量应力，MPa-计算点的合成拉应力，MPa-计算点的剪应力，MPa由于影响流体作用力的因素非常复杂，除用一定实验手段测得外，难有一种统买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098514一的计算方法，因此工程上提出的各种强度计算方法都要对条件进行简化。此处按照弯扭合成来计算轴的强度。最大扭矩应大于叶轮产生的扭矩，但轴的支撑装置和密封装置消耗的功率较小，可忽略不记，于是可认为轴传递的最大扭矩就是各层叶轮扭矩和。Mt(max)=(9553000P0/n)=95530001.95/85=2.20105（Nmm）Mt(max)-作用在搅拌轴上的最大扭矩，NmmP0-一个叶轮的搅拌功率，kw最大弯矩是液体的作用力与每一层叶轮到下一个轴承之间距离乘积的总和Mb(max)=(FhLi)式中，L1，L2取值如图1.7所示ndfpFs028图1.47,的取值1L2Fh-作用在一个叶轮上水平方向流动力，Nd-叶轮直径，mmfs-在下列情况中可取为1：1）在混合操作时，其搅拌等级低于7级2）正常的操作条件，即搅拌罐位于容器中心及叶轮不是长期在液面上操作表1.8搅拌等级表搅拌等级说明买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851500级搅拌时气体跑空，化工过程中不用此级121级和2级搅拌适用于气体分散不是关键因素的工艺过程2级搅拌的能力为：搅拌器转速超过气体分散操作的临界转速，气体在液体中有较低水平的分散；可用于不受传质所限制的过程3535级搅拌适用于中等气体分散水平的工艺过程5级搅拌的能力为可使细小气泡达到容器壁；可使分散的气泡再循环到搅拌叶轮产生再循环610610级搅拌适用于需要快速传质的气液反应釜10级搅拌能力为：可使气泡表面积达到最大程度；可使分散的气泡再循环到搅拌叶轮产生再循环显然，搅拌等级小于7级，fs=1材料00Cr17Ni14Mo2许用剪应力许用拉应力MPas40MPat70N8.28519.20280ndfpFshMb(max)=(28880001.95/85800)(800+2200)=2.5105Nmmds=34.88mm3/122(max)(ax)16sbtdt=42.42mm3/122(max)(ax)(ax)164tbbMds-用剪应力计算的最小轴径，mmdt-用拉应力计算的最小轴径，mm1.8.2刚度计算1.按允许扭转变形为了防止转轴产生过大的扭转变形，以免在运转中引起振动造成轴封失效，对表面涂覆保护层的轴也为了防止由于过大变形造成涂覆层的破坏，所以因该将轴的扭转变形限制在一个允许的范围内。这就是设计中的扭转刚度条件，为此，搅拌买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098516轴要进行刚度计算，工程上以单位长度的比扭转角作为扭转的刚度条件。=10304.8jGMpt式中-扭转变形的扭转角，（/m）G0-切变模量Jp-截面的极惯性矩，mm4材料00Cr17Ni14Mo2G=75000Mpan=85r/minN=5.98kw=0.5/m对于实心轴直径，由刚度有：d=1536.6=1536.6=43.02mm4NGn41.95078G-轴的切变模量N-消耗功率2.按强度计算搅拌轴的直径许用剪切力=40Mpa搅拌扭矩T=9740=9740=685.24NmasnN859.不稳定力F=533=533=429.69NpMsd8506.24作用于轴的弯矩M=（F+F）L1rpc3F=0.01F=4.2969NL1=2200mmM=0cpaM=（F+F）L1=（429.69+4.2969）=954.77Nmrc303102M=M+M=954.77Nmra搅拌扭矩T=1175.22Nm2227.95468.Tsed=17.205=17.205=53.09mm23a30171.8.3设计载荷的考虑除了通常按正常条件确定搅拌轴的设计载荷外，不可忽略在一些特殊操作状况下引起设计载荷的变化和增大，设计必须充分注意到这些可能遇到的特殊情况，从而加大设计载荷或采用必要的防止措施。这些特殊情况主要是指一些影响流体作买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098517用力急剧变化的因素。叶轮在埋入固体沉淀层中的启动在叶轮运转中向搅拌容器内进料或排放，会使流体作用力增大叶轮浸入液体的深度不够，可能会引起流体的流动形态发生变化，变得很不稳定并加大了流体作用力。进入液层中的流体进口位置应远离叶片启动扭矩的影响1.8.4搅拌轴的最终设计在以前的设计计算中都没有考虑到轴上键槽，销孔等对轴截面削弱的影响，现规定如下：1.开有一个键槽或浅孔引起局部削弱时，最终直径比计算直径大4%5%；开有两个键槽或浅孔时，最终直径比计算直径大7%10%；2.沿径向开对穿孔，轴径按计算直径增大15%以上。如按照刚度条件计算的轴径比之强度条件计算者大许多，那么可考虑选择较低强度的材料制作搅拌轴。综上，由IBG92001-86搅拌轴直径取60mm。1.9酯化釜筒体设计1.9.1酯化釜壁厚计算圆柱形容器是最常见的一种压力容器结构形式，具有结构简单，易于制造，便于在内部装设附件等优点，被广泛的用作反应器，换热器，分离器和中小容积存储容器。圆筒形容器的容积主要由圆柱形筒体提供。圆筒可分为单层式和组合式两大类。本设计中的搅拌反应器属于低压容器范围，选用单层式圆筒即可。设计压力P=1.10.1Mpa=0.11Mpa设计温度t=230盛装介质脂肪酸，醇均为无毒液体，搅拌器内为常压，因此本搅拌罐为第三类压力容器。选用材料00Cr17Ni14Mo2，许用应力，屈服极70MPa限。为焊接接头系数，此处焊接接头型式采用双面焊，100%130sMPa买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098518全部无损检测，取1.0由液柱产生的静压力P=0.02Mpa，已大于设计8459.26lgh压力的5%，故应计入计算压力中，则计算压力P。0.13cp计算厚度0.13.7227citD对于搅拌压力容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚度不小于3mm，取刚板厚度负偏差C=0.8mm，脂肪酸为腐蚀性液体，取腐蚀裕量C=6mm。12设计厚度21.67.dm名义厚度取=10mm084nn检查=10mm时，没有变化，故取名义厚度=10mm合适。t有效厚度=-C=10-0.8-6=3.2mmen最大允许工作压力P=0.248MPaPweitD2701.328c计算应力=36.63MpaPweit.27.ac水压实验校核：实验压力系数为1.25实验压力P=1.25P=1.25=0.1375MPatt0.1实验时薄膜应力=38.74Mpa0.9teitDP2)(.375(803.2)2.1s1.11开孔和接管设计111.1人孔本搅拌罐DN=1800mm，设计温度230，设计压力0.11Mpa，根据HGJ-86不锈钢人手孔标准选择标准号为HGJ505-86的人孔。示意图如图1.9。图1.9人孔示意图尺寸如下：=400S=4b=30gDb1=22D=515D1=480H1=210H=318A=280买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098521L=280d=18螺栓螺母数量20直径长度=M16852.放净口便于放净罐体内液体，在罐底开有放净口110，并设置凸缘。见装配图。3.取样孔管孔开在罐体一侧，管径大小取DN=20，规格为231.5。1.11.2接管设计接管材料采用00Cr17Ni14Mo2，据GB/T8163-1999选用573.5接管法兰据HG/20592-97采用法兰型号为PN1.0DN50，法兰材料选用00Cr17Ni14Mo2。法兰结构如图1.10。图1.10法兰结构图尺寸如下：A1=57D=165K=125L=18n=4Th=M16B1=59C=20R=8法兰密封据GB/T9126.3-1988选用平垫密封，密封材料为石棉橡胶垫。与筒体焊买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098522接见图纸。1.12开孔补强1.12.1允许开孔的范围等面积补强法是以无穷大平板上开小孔的孔边应力分析作为其理论依据。但实际的开孔接管是位于壳体而不是平板上，壳体总有一定的曲率，为减少实际应力集中系数与理论分析结果之间的差异，必须对开孔的尺寸和形状给予一定的限制。GB150对开孔最大直径作了如下限制。圆筒上开孔的限制，当其内径Di1500mm时，开孔最大直径d1/2Di,且d520mm；当其内径1500mm时，开孔最大直径d1/3Di,且d1000mm。凸形封头或球壳上开孔最大直径d1/2Di。锥壳或锥形封头上开孔最大直径d1/3Di,Di为开孔中心处的锥壳内直径。1.12.2所需最小补强面积A对受内压的圆筒或球壳，所需要的补强面积A=d+2et(1-fr)式中A-开孔削弱所需补强面积，mmd-开孔直径，mm-壳体开孔处的计算厚度，mmet-接管有效厚度，et=-C，mmfr-强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比，大于1时，取fr=1。补强材料一般与壳体材料相同，若补强材料许用应力小于壳体材料许用应力，则补强面积按照壳体材料与补强材料许用应力之比而增加。若补强材料许用应力大于壳体材料许用应力，则所需补强面积不得减少。1.12.3接管方位根据等面积补强设计准则，开孔所需最小补强面积主要由确定，这里的买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098523为按照开孔处的最大应力计算得到的计算厚度。对于内压圆筒上的开