醇酸树脂反应釜课程设计.doc

Hefei University机械设计基础课程设计COURSE PROJECT题 目：醇酸树脂反应釜课程设计 专 业： 粉体材料科学与工程 班 级： 化工系06粉体 组 号： 第六组姓 名： 刘波 学 号： 0603021011 指导老师： 时 间： 2011年3月5日 机械设计基础课程设计任务书设计题目：10 m3醇酸树脂反应釜机械设计设计目的：在一定工艺条件与设备设计的基础上，把所学机械设计及相关专业知识综合运用，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。设计要求：设计时要有具体的设计内容和步骤，一份设计计算说明书，主要内容有：一、 设计任务书；二、 目录；三、 概述：机械课程设计意义和主要内容。包括：课程相关内容、设计的意义；四、 工艺背景：产品介绍、工艺介绍、本设计采用的工艺及对机械设计的要求五、 机械设计：计算用到工程力学；数据的逻辑关系；与课程紧密结合，注明参考资料引用位置；六、 设计小结；七、 参考文献；八、 CAD图纸一张，用A3纸打印。设计内容：设计一张带有搅拌装置的夹套反应釜。第七组： 组长：设计人：表1 设计参数设计参数要求容器内夹套内工作压力 ，Mpa常压常压设计压力 ，Mpa常压常压工作温度 ，100130设计温度 ，110140介质多元醇+苯酐水蒸气全容积 ，m10操作容积 ，m10传热面积 ，m35腐蚀情况微弱推荐材料SUS304搅拌器型式涡轮式搅拌器搅拌轴转速 ，r/min300600r/min轴功率 ，KW7目录机械设计基础课程设计任务书21.概述52.工艺背景73.机械设计83.1反应釜的参数确定83.1.1筒体和封头83.1.2夹套设计93.1.3计算内筒筒体厚度93.1.4确定内筒封头厚度113.2V带传动装置设计113.2.1电动机选择113.2.2大带轮尺寸设计133.3其他部分的设计与选择133.3.2搅拌器选择133.3.3传动装置机架设计143.3.4搅拌轴设计143.3.5轴承选择推力球轴承组成144.总结16参考文献181. 概述反应釜多半都设计成圆柱形，其顶和底制成碟状。顶盖用凸缘状的法兰固定，底则焊接在壳体上，顶盖上设有若干个开口如人孔、搅拌杆及热电偶等。反应釜的加热方式有如下几种：u 用煤、木材、燃油在底部直接加热。u 用电热元件在外侧加热或用循环热媒在夹套内加热。u 浸入的盘管通热油加热。1.1反应物料在反应中常用的反应物料有：1.相容或不相容的液体液体的混合很容易通过搅拌或机械混合来实现，反应混合物的传 热是通过对流进行的。2.液体与适当粒径的固体反应物的非均相混合。在这种情况下借助混合器不可能将这些物料完全混合，混合作用力一消失，固体物料便会沉淀到釜底形成一不导热的物料层并出现固体反应物炭化、混合物颜色变深、炭化的物料浪费了、热能和时间浪费了、聚合反应不均匀等现象，为了避免出现这些问题，可以分两步多次添加反应物料。第一步先将液体反应物料加到反应釜中将介质温度加热到稍高于反应温度或固体反应物的熔点。第二步，在不断搅拌的情况下慢慢添加固体反应物让它不断反应或溶解，避免发生沉淀。但是这种速度不可能精确保持，有时还会发生沉淀和结焦的现象，而且这样需要很长时间才能完成反应。1.2大容量反应釜的技术特点近年来，随着国内建筑业、装饰装修和家具业等消费市场的快速增长，我国人造板工业也在蓬勃发展。在人造板生产中占有重要地位的胶粘剂，往往决定着人造板产品的质量和等级，对产品的成本也起着举足轻重的作用，随着企业人造板产量的扩大，胶粘剂的需求量随之上升，其质量与生产成本已经成为直接影响人造板产品市场竞争力和生产厂商利润的重要因素。为了降低成本，减少胶粘剂生产中的不稳定因素，在其生产中使用大容量反应釜越来越普遍。从 20 世纪 80 年代末期至 90 年代中期，随着国外先进的人造板材生产技术和生产设备的大量引进，大容量反应釜也随之进入国内，这对我国胶粘剂的生产设备，特别是大容量反应釜的发展起到了较好的借鉴作用。与传统的夹套式反应釜相比，大容量反应釜具有以下特点：1) 生产能力大2) 传热系数高3) 易于维修由于内置板式换热器是可拆卸的，因此易于清洗和维修，有利于减少操作故障，提高生产的稳定性。综上所述，大容量反应釜具有生产能力大、传热效果好、易于维修特点，应用于生产实践中可以减少设备台数，节约厂房投资，减少操作人员，降低生产成本。因此，大容量反应釜愈来愈广泛地被应用于人造板胶粘剂的生产中。2. 工艺背景由多元醇、邻苯二甲酸酐和脂肪酸或油（甘油三脂肪酸酯）缩合聚合而成的油改性聚酯树脂。按脂肪酸（或油）分子中双键的数目及结构，可分为干性、半干性和非干性三类。干性醇酸树脂可在空气中固化；非干性醇酸树脂则要与氨基树脂混合，经加热才能固化。另外也可按所用脂肪酸(或油)或邻苯二甲酸酐的含量，分为短、中、长和极长四种油度的醇酸树脂。醇酸树脂固化成膜后，有光泽和韧性，附着力强，并具有良好的耐磨性、耐候性和绝缘性等。醇酸树脂可用熔融缩聚或溶液缩聚法制造。熔融法是将甘油、邻苯二甲酸酐、脂肪酸或油在惰性气氛中加热至200以上酯化，直到酸值达到要求，再加溶剂稀释。溶液缩聚法是在二甲苯等溶剂中反应，二甲苯既是溶剂，又作为与水共沸液体，可提高反应速率。反应温度较熔融缩聚低，产物色浅。树脂的性能随脂肪酸或油的结构而异。醇酸树脂主要用作涂料、油漆，在金属防护、家具、车辆、建筑等方面有广泛应用，也可用作漆包线的绝缘层，制成油墨大量应用于印刷工业，此外也用于制造模压塑料。3. 机械设计3.1反应釜的参数确定3.1.1筒体和封头1. 确定筒体和封头型式 此设计是一低压容器，按照惯例，选择圆柱形筒体和椭圆形封头。2. 确定筒体和封头直径反应物料为气液相类型，由课本P398表18-2知H/Di为12，取H/Di=1.5，另取装料系数=0.8，则V=1.63m3 Di=1.11m 圆整至公称直径标准系列，取Di=1100mm3. 确定筒体高度当DN=1100mm，查表知:Vh=0.198m3,V1=0.950m3/m，H=1.51m,取H为1.5m，则H/Di=1.5/1.11.36符合要求，=0.80,符合要求。3.1.2夹套设计夹套上所有焊缝均取=0.6，材料选用推荐的Q235-A钢，由表知t=113MPa。 内筒及夹套受力分析夹套筒体和封头承受0.3MPa内压，内筒的筒体和下封头既可能只承受0.2MPa内压，又可能只承受0.3MPa外压。 夹套直径由P399表18-3知：Dj=Di+100=1100+100=1200mm。夹套封头也采用椭圆形，直径与夹套筒体直径相同。 确定夹套高度 Hj=1.16m，取Hj=1200mm 夹套筒体厚度计算d =+C2=+2=2.93+2=4.93 mm 夹套封头厚度计算:d =+C2=+2=4.92mm根据圆整至钢板规格厚度和封头标准，夹套筒体与封头厚度均为n=6mm。3.1.3计算内筒筒体厚度 承受0.2MPa内压时筒体厚度（取0.85）:d=+C2=+2=1.26+2=3.26mm承受0.3MPa外压时筒体厚度:l 假设n=6mm，由P289表14-6知：C1=0.6mme=6-0.6-2=3.4mm由P318表16-5的总深度数据，经计算得：夹套顶部距法兰面实际为175mm，即内筒体承受外压部分的高度为H175mm。以此决定L/Do及Do/e之值。Do=Di+n=1100+26=1112mm根据Di=1100mm，由P318表16-5知H=hh1=300mm，由P317表16-4可计算出h=25mm，所以h1=275mm，所以L=H175hh1=1441.7mm所以L/Do1.30；Do/e327，由P305图15-4查得A=0.00018，再据此查P306图15-5得：B=25，则p=0.0760.3MPa因此n=6mm时，不能满足稳定性要求。 假设n=8mm,同理e=5.4mm ，Do=1116mm ，L=1441.7mmL/Do1.29 Do/e207同上，查表知：A=0.00037B=47，则p= =0.230.3MPa n=10mm符合0.3MPa外压的要求由于内筒筒体即可能承受内压，又有可能承受外压，故取两者计算厚度最大值，即内筒体厚度为10mm3.1.4确定内筒封头厚度 承受0.2MPa内压 d=+C2=1.26+2=3.26mm 承受0.3MPa外压，假设n=10mm，则：e=nC=10-2.8=7.2mm，而A=0.00089查P306图15-5知B=160则=1.1MPa0.3 MPa满足稳定性要求。3.2V带传动装置设计3.2.1电动机选择一般异步电动机的同步转速按电动机的级数分成几档，如3000r/min, 1500r/min, 1000r/min, 750r/min及600r/min，又因为V带传动比i7,搅拌轴速度为170r/min,因此选择750r/min的三相异步电动机。因为V带传动效率为0.940.97，又搅拌轴功率为2.4KW，因此可选择电动机的输出功率为3KW。由电动机标准系列手册查知：可选用Y132M-8型号电动机，功率3KW，转速710，长宽高=515345315。 带轮及V带的选择假设每天工作16小时，由P181表8-6知：工况系统KA=1.1，Pd=KAP=1.13KW=3.3KW由P182图8-10查得：可选用A型号的V带，又由P178表83知：取d1=140mm大带轴直径d2=id1=140mm=585mm按P182表8-7圆整，取d2=630mm带速v=5.20m/s25m/s实际传动比i=4.57 初定中心距ao由539mm=0.7(d2+d1) ao2(d2+d1)=1540mm，取ao=700mm，初定胶带节线长度2 ao+(d2+d1)+=2700700=1870mm。按P173表8-2选取标准Ld=2000mm，中心距aao=700+=765mm。 小带轮包角118060=18060=141.6，由P178表8-3查得：P1=1.26KW, P1=0.09KW由P180表8-4查得K=0.896，由P180表8-5查得KL=1.03Z=2.6, Z=3 综上：传动装置的所有参数如下：电动机：Y132M-8V带:A型 长度：2000mm Z=3中心距：765mm小轮：实心式结构d1=140mm大带轮：辐条式结构d2=630mm3.2.2大带轮尺寸设计大带轮转速n=158r/min轴条数Zn=4P=3KWd2=630mm bd=11.0mm ha=3.0mm hf=9.0mm e=630mm f=10mm =15mm B=2e+2f=50mm dh=2ds=235=70mmh1=29048.7mm 取h1=50mm h2=0.8h1=40mma1=0.4h1=20mm a2=0.8a1=16mmf1=0.2h1=10mm f2=0.2h2=8mm B1.5ds 所以取 L=B=50mm3.3其他部分的设计与选择3.3.1支座选择耳式支座 型号：B5 材料：Q235-B3.3.2搅拌器选择取Dj=0.5DN=0.51100=550mm，因此选择搅拌器的直径系列Dj=500mm，则h=1Dj=500mm 叶片数Z=33.3.3传动装置机架设计H5=1000mm C=1250mm H4=1100mm 直径D=500mm两轴承间距取B=600mm3.3.4搅拌轴设计总长度L1000+2300+1000=2600mm 所以=3.34搅拌器选用45号钢。d=A+C2=110+2=31.5mm考虑到开槽及轴承的选择，取d=35mm。3.3.5轴承选择推力球轴承组成推力球轴承由座圈、轴圈和钢球保持架组件三部分构成。 与轴配合的称轴圈，与外壳配合的称座圈。接受力情况分单向推力球轴承和双向推力球轴承。单向推力球轴承，可承受单向轴向负荷。双向推力球轴承，可承受双向轴向负荷。双向推力球轴承，其中圈与轴配合。座圈的安装面呈球面的轴承，具有调心性能，可以减少安装误差的影响。推力球轴承不能承受径向负荷，极限转速较低。1. 备有单项、双向两种类型。2. 为了容许有安装误差，无论是单向还是双向，都可以选择球面调心球面座垫型或带球面座圈型。3. 优质钢 采用可使轴承寿命最高延长80%的超清洁钢。4. 高度的润滑脂技术 NSK的润滑剂技术可使润滑脂的寿命延长并提高轴承的性能。5. 高品位钢球 高速转动时安静且顺畅。6. 利用选件中的套圈，可容许有安装误差。4. 设计小结课程设计是机械设计当中的非常重要的一个环节，这次课程设计我们得到的题目是设计一个10m3的反应釜,时间原本是不到两周的,但是由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，所以就拖到今年年初完成。一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在胡老师用投影仪投放讲解的情况下，我们了解了一点。最终在老师和同伴的帮助下我们完成了这个课程设计。这次课程设计虽然在专业知识方面我没学到什么东西，但是在word文本格式编辑方面我还真学到了不少。参考文献1 吴宗