年产量3万吨乙酸催化氯化合成氯乙酸项目结晶工 段的工艺设计及结晶釜的设计.doc

北方民族大学2015届本科生毕业论文北方民族大学学士学位论文 论文题目: 3万吨/年乙酸催化氯化合成氯乙酸项目结晶工 段的工艺设计及结晶釜的设计 院(部)名 称: 化学与化学工程学院 学 生 姓 名: 王振东 专 业:过程装备与控制工程学 号: 20113846 指导教师姓名: 高海涛 论文提交时间: 论文答辩时间: 学位授予时间: 北方民族大学教务处制摘 要 本设计是依据年产3万吨氯乙酸的结晶工段而进行的相关设计及计算。本次设计的主要要求：结晶的工艺设计，本工段中结晶釜的设计，塔的强度校核和稳定性校核。本设计大概介绍了设计的相关思路，严格按照设计准则进行设计计算，努力查阅相关资料使本设计尽可能比较完善。根据结晶工段物料衡算，计算得结晶釜筒体和夹套尺寸，确定高度。最后根据国标中的相关规定进行风载荷、地震载荷的计算，并根据国标完成塔的强度校核计算，最终取得合适的计算结果。 关键词：结晶工段，结晶釜，物料衡算，国标 ABSTRACTThis design is related to design and calculation basis 30,000 tons of acid crystallization section carried out. The main requirement of this design: the crystallization process design, this section of the crystallizer design, the towers strength and stability check check. This design probably describes the relevant ideas designed in strict accordance with the design guidelines for design calculations, trying to access to relevant information as possible to make the design more perfect. The crystalline material balance section, calculated crystallization kettle drum and jacket size, to determine the height. Finally, wind loads, seismic loads calculated in accordance with the relevant provisions of the national standard, and strength check calculation according to GB completed tower, eventually made the right calculation.KEY WORDS：crystallizer,GB,balance of material 目录前 言1第一章 结晶釜及氯乙酸概述21.1结晶釜概述21.2 结晶釜的构成21.3结晶釜的反应条件21.4结晶工段概述31.5 氯乙酸概述31.6 氯乙酸的性质31.7 氯乙酸主要用途31.8氯乙酸生产状况41.9氯乙酸生产技术状况4第二章工艺路线介绍5第三章 结晶工艺物料衡算63.1生产能力63.1.1 计算依据63.1.2 化学反应式63.1.3 倒推法计算63.1.4 验算73.2 结晶釜的物料衡算7第四章 结晶釜的设备选型以及尺寸确定84.1选型总方针84.2结晶釜的选型84.2.1设备选型84.3 结晶釜尺寸确定94.3.1结晶釜罐体和夹套的尺寸规划104.3.2 罐体几何尺寸的确定10第五章 结晶釜强度校核135.1强度计算（按照内压强度计算）135.2 稳定性校核（外压法）145.2.1 结晶釜筒体稳定性校核145.2.2 计算钢板厚度偏差和腐蚀裕量165.3水压试验校核17第六章 结晶釜的搅拌器和电机196.1搅拌装置的搅拌器196.2搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计196.3搅拌装置的搅拌轴设计206.4 结晶釜的传动装置设计216.5常用电机及其连接尺寸216.6减速器的选用226.7 凸缘法兰226.8安装底盖22第七章 结晶釜的轴封装置设计237.1填料密封237.2机械密封23第八章 其他设备的选用258.1支座258.2手孔和人孔258.3 设备接口268.3.1接管与管法兰268.3.2补强圈268.3.3液体出料管278.3.4 过夹套的物料进出口288.3.5夹套进气管288.3.6视镜288.4地震及地震弯矩的计算288.4.1计算塔的固有周期288.4.2计算地震载荷298.4.3地震弯矩308.5风载荷及其弯矩计算308.5.1风力计算308.5.2风弯矩计算318.5.3最大弯矩计算318.6筒体和夹套强度及稳定性校核318.6.1筒体轴向应力校核318.6.2液压试验应力校核32致谢34英文文献及翻译36前 言 我的毕业设计的题目为3万吨乙酸催化氯化合成氯乙酸项目结晶工段的工艺设计及结晶釜的设计。根据指导老师高海涛老师提供的与生产的工艺流程简洁和相关的工艺书记，结合在实际生产中面临的各类问题和目前科学技术上比较前沿的技术的基础上完善了整个设计的框架，最终将这一系列知识汇总，完成了此次毕业设计的说明书。 在确认毕业设计题目时，我便重新温习了化工原理、化工设计、过程装备设计等设计方面相关的专业书，对结晶工段和结晶釜开始有了个初步的认知，并在图书馆查阅资料，结合网络信息的补充和老师的指导确认了自己设计的大纲，并开始着手设计。在设计中期，我和同组人员展开了设计交流，对基本理论和专业知识进行了完善，同时温习了材料力学和GB150中的相关规定，对即将展开的校核阶段进行了铺垫，在交流中，我们共同完善了工业流程的计算和各工段的设备选型，我的结晶工段的工艺流程计算和设备选型也得到了完善。在毕业设计的后期，认真与设计说明书要求的排版和格式进行整理，同时将图纸提交给指导老师，得到了老师的审批和指正，是我的设计顺利的得到了完成，。 在进行毕业设计的这三个月里，通过高海涛老师的帮助和知道些，我经过了查阅资料、工艺设计、设备选型、强度校核、其他设备选取和外文翻译，使得我对专业知识、国家规范都有了一定的理解，强化了自己的专业知识，同时提高了我讲理论结合实际解决问题的能力。在绘制零件图、工艺流程图和装配图的过程中，使我熟练的掌握了化工方面的绘图软件，这一系列的能力都得到了不同程度的提升，向毕业设计要求的水平靠齐。 最后由于本人的专业知识不足，在论文撰写的过程中老师和同学们都给了很多宝贵中肯的意见，在此表示衷心的感谢。由于很多计算过程是以手算为主，所以有很多不妥甚至错误的地方，希望老师们予以指正。第一章 结晶釜及氯乙酸概述1.1结晶釜概述 结晶釜是一种结晶设备，在物料充分混合反应后，在夹层内通过冷冻水和冷媒水来急剧降温结晶。结晶釜根据工艺要求分为316和304两种，夹层内加热方式分为螺旋带和夹套式，通过蒸汽或电加热进行加热。在食品、制药、化工等行业中，物料的加温、降温、搅拌和混合都可通过结晶釜这一混合反应设备进行。1.2 结晶釜的构成 结晶釜由搅拌装置、搅拌容器、传动装置、轴封装置、支座、接管等一系列附件组成。搅拌容器分为罐体和夹套两部分，主要由封头和通体组成，通常为中、低压压力容器。搅拌装置通过搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常通过工业设计决定。传动装置是为带动搅拌装置而设置的，主要有电机、减速器、联轴器和传动轴组成。轴封装置选用动密封，通常使用机械密封或填料密封。这一系列设备与支座和接管等附件在一起，构成一个完整的结晶釜。1.3结晶釜的反应条件 结晶釜在设计师要充分考虑反应的条件，一般考虑夹套和搅拌器的材料，上下进出口的物料衡算、温度、压强和材料等因素。进料口与出料口：一般进料口做到一定大就一个行了，要注意设计回料口、真空口之类的部件，出料口大小要设计合理。温度：一般来说结晶釜的温度都应有严格的控制，所以在设计是应该注意选择温度计。如果反应温度过高应选用油侵跑温度计，所以应该预留一个装油的管槽。如果反应温度低，应考虑冰封现象发生。但本结晶釜用于0度到100摄氏度之间，这些都不用考虑，只要塞子直接套住温度计就行。压强：压强的高低要选择合适的反应釜，一般反应釜能承受2倍的大气压就行，本设计就是选用这种一般的结晶釜。材料：一般的反应釜选用的材料都是玻璃，而在工业生产中最好使用搪瓷的，同时搅拌的部件金属部分要注意保护不被腐蚀，放料的活塞口也要做成防腐的。1.4结晶工段概述 结晶工段是只在生产过程中，利用结晶工艺的工艺技术，将液态（溶液或熔融状态）和气态物质变为晶体。在溶液从溶液析出的过程中，先后经历了晶核生长和晶体生长两个过程，在溶液过饱和度的推动下，最终形成晶体，完成结晶过程。 晶体在溶液形成的过程中，通常的结晶方法有蒸发溶剂法和冷却热饱和液溶解法。前者主要适用于温度对溶解度影响不大的物质；后者在温度升高，溶解度也随之增加的的物质。在工业上，氯乙酸的结晶通常采用蒸发溶剂法。1.5 氯乙酸概述氯乙酸由N.Le-Blanc最早在1841年氯化醋酸是发现，后再1875年有R.Hoffman在实验室中将乙酸放在阳光直射下进行氯化反应制得氯乙酸。1.6 氯乙酸的性质氯乙酸（Chloroacetic acid），学名氯醋酸（一氯乙酸），分子式为C2H3CLO2,。分子量为94.50，是一种无色或淡黄色的易潮解的结晶物体，有刺激性臭味。氯乙酸作为化工有机合成的重要原料之一，在农药、医药、染料、化学、造纸、油田等工业中运用广泛。由于氯乙酸具有强腐蚀性，能腐蚀掉绝大多数金属、橡胶、木材等材料，同时对动物和人体皮肤也有着致命的腐蚀性，因此在生产过程中要严格注意。1.7 氯乙酸主要用途在农药工业中，氯乙酸主要用于生产杀虫剂、除草剂和植物生长激素。在医药工业方面，氯乙酸主要用于制取维生素类药、抗肿瘤药、激素药等多种药物。在染料工业方面，氯乙酸主要用于自取还原性染料，也可作为牛仔服装的专用染料。在化学工业方面，许多有机化工和精细化工产品，都有氯乙酸制成。1.8氯乙酸生产状况我国氯乙酸的生产起步较晚，直至于20世纪60年代才开始有介绍及报告，在新中国的第一个五年计划中，我国向苏联引进了较为先进的生产技术，并在太原建立了国内最早生产氯乙酸的太原化工厂，生产能力为300吨每日。随着我国石油工业的大幅发展，我国在氯乙酸的生产上取得了巨大的进步。如今，我国生产氯乙酸的厂家超过100家，总产能已超过10万吨每日。 在国际上，对氯乙酸有较大的需求，世界氯乙酸的主要生产能力约为每日60万-70万，主要产地为西欧。西欧氯乙酸产量在每日30万吨以上，占据世界的30%，其中氯乙酸生产能力和产量以德国据首。1.9氯乙酸生产技术状况目前世界上生产氯乙酸的主要方法有醋酸氯化法、三氯乙烯水解法、氯乙醇氧化法、三氯乙酸水解法和四氯乙烷水解法五大方法。目前国际上通常采用的方法是醋酸氯化法，这一方法原料容易获得、工艺相对简单，国内生产氯乙酸均采用醋酸氯化法来制取氯乙酸，催化剂选用硫磺，将醋酸和液氮作为原料，催化剂选用硫化粉，在氯化釜中进行反应，温度维持在98摄氏度左右，即可得到粗品氯乙酸。之后通过结晶、过滤最后便可得到成品。这一工艺流程图：在工艺流程中，结晶处理是很重要的一部分。工业结晶过程不仅严格要求结晶产品的纯度和产率 ，也对晶型、晶粒大小和粒度范围都有要求，结晶最重要的目的是要求产品纯度高，围绕这一目的，关于结晶工段的工艺设计和结晶釜设计我们也对之展开。第二章工艺路线介绍 在结晶工艺过程中，利用冷却液缓慢降温，将90摄氏度左右的氯化反应液抽入带有夹套的结晶釜，用加热至56摄氏度的循环水进行间接降温，将物料降温至60摄氏度左右。再通入28摄氏度的循环水到夹套中，使物料温度低于40摄氏度，最后通入-15摄氏度的冷水，将温度将至20摄氏度，同时搅拌出料。 结晶釜操作模型选间歇型，产生过饱和度方法为冷却法。第三章 结晶工艺物料衡算 将前一工段的氯化反应液粗产品加入结晶釜中，当作母液。3.1生产能力3.1.1 计算依据 总生产量：年产3万吨的氯乙烯年工作日：以300天计算日产量：设每天工作18小时每小时产量：考虑除结晶之后的各类损失，损失率取90%所以实际每小时产量取3.1.2 化学反应式主反应： CH3COOH+CL2CH2CLCOOH+HCL副反应： 2CH3COOH+CL22CHCL2COOH+2HCL（少至忽略不计） CH3COOH+3CL23CL3COOH+3HCL由反应式可得，主反应反应的主要产物为氯乙酸，同时副产物盐酸和未反应的醋酸也会一同进入结晶工段，副反应主要产物为二氯乙酸（忽略不计）和三氯乙酸所以在结晶工段的需尽可能多的将三氯乙酸剔除，在粗结晶产物里留下更多的氯乙酸。3.1.3 倒推法计算 查阅资料，进入间歇结晶器，料浆温度约为90摄氏度的氯化液组成：氯乙酸90%，醋酸5%，二氯乙酸4%，硫酸与水等约1% 粗结晶的成果取95%为合格，所以粗结晶工段应该有的产量为6.17103KG/H/0.95*0.9=7.22*103KG/H=2.00KG/S3.1.4 验算 粗结晶所有产品为7.22*103KG/H,其中95%的合格品，95%合格品中90%为盐酸。按每天工作18小时，每年工作300天，生产中其他各类损失为90%则年产量为：7220*0.95*0.9*18*300*0.9=3001266=3万吨3.2 结晶釜的物料衡算 组分 流量 百分比进料口： 氯乙酸 1.8KG/S 90% 醋酸 0.01KG/S 5% 二氯乙酸 0.008KG/S 4% 硫酸与水 0.020KG/S 1%出料口： 粗产品 氯乙酸 1.8KG/S 90% 二氯乙酸 0.08KG/S 4% 母液 醋酸 0.01KG/S 5% 硫酸与水 0.020KG/S 1%合计 2.0KG/S 100%第四章 结晶釜的设备选型以及尺寸确定4.1选型总方针本设计所选用的工艺流程及原料，所生成的产品具有可燃、具腐蚀性、刺激性、对人体有危害等特点，特别是氯乙酸和硫酸，对设备都能造成一定的破坏。所以设备的选用应注意耐腐蚀，同时在生产的过程中，物料会有一定的粘度，因此设备内部表面应该有具备光洁度。综上所述，该结晶釜的设计中选用搪玻璃设备可以解决综上问题。搪玻璃设备拥有以下几大优点。耐腐蚀能耐有机酸、无机酸、有机溶剂以及PH值小于或等于12的碱类溶剂。不粘性光滑的玻璃面能有效的应对粘性物料的清理。绝缘性能防止物料在反应及流动时产生的静电。隔离性玻璃层能将介质与容器分离，金属离子不易进入介质中。根据在生产氯乙酸过程会产生的所有物质的物料特性以及搪玻璃设备所具有的耐腐蚀、不粘性、绝缘性、隔离性等有点，本设计中所选用的结晶釜采用的是搪玻璃封闭式搅拌容器。其设计技术参数为:公称压力1.0MPa，介质温度-20200，同时也满足生产氯乙酸的生产需要 。4.2结晶釜的选型4.2.1设备选型 结晶釜采用常压、采用间歇操作，通过泵入冷却水缓慢降温，直至降温至20摄氏度左右时开始搅拌并析出晶体。因物料具有腐蚀性，所以采用搪瓷釜，带搅拌器。根据上面物料衡算，每小时结晶工段中产量为7220KG，其中氯乙酸占90%，氯乙酸相对密度为1.58，所以氯乙酸体积为7220*0.9/1.58=4112.67L；醋酸占5%，醋酸相对密度为1.05，所以醋酸的体积为7220*0.05/1.05=343.81L；二氯乙酸占4%，二氯乙酸的相对密度为1.56，所以二氯乙酸的体积为7220*0.04/1.56=185.13L；硫酸与水占1%，其中硫酸量非常小，所以按照水的相对密度为1来进行计算，所以水的体积为7220*0.01/1=72.11L。所以生产氯乙酸结晶工段的物料总体积为4112.67+343.81+185.13+72.11=4713.72查阅资料，得工业结晶釜一般完成结晶工段总计时间为6小时，每日最多可以安排4班工序（设计中选3班），根据每小时结晶工段进口物料为4713.72L,每天工作18小时，所以每日结晶工段进口物料为84846.96L，从投资设备角度，选取经济、易于操作的设备更好，所以拟选用K3000L搪玻璃釜作为结晶釜，填充系数按0.8计算，一个釜可以填装2400L，一天3批次料可以2400*3=7200L，所以需要2个结晶釜才能完成需求，即使用K3000L做2个结晶釜，每批填料84846.96/6=14141.16L，填料系数=14141.16/3000=47.13%，考虑到需要搅拌，所以这个填料系数符合要求。 K3000L的釜的技术参数如下(数据来自国家医药管理局上海医药设计院编制的化工工艺设计手册（下册)2003年第三版，4-424、425页（取自化工工艺设计手册（下册)2003年第三版 PDF）4.3 结晶釜尺寸确定4.3.1结晶釜罐体和夹套的尺寸规划结晶釜的罐体一般选用的是立式圆筒型容器，通过罐体、筒体、罐底这三大部件构成，通过支撑型支座安装到基础平台上，计算地震载荷、风载荷等自然因素。顶盖分为椭圆形和平顶盖2大类，通常在考虑受压情况下选用椭圆形封头，而对于在常压下工作或者设备的操作压力不大但是直径较为大的设备，顶盖可采用薄钢板制造的平顶盖，并在薄钢板上加一个工字钢制的横梁，通过这个横梁来固定搅拌器和传动设备。结晶釜的筒体分别与罐体和顶盖相连接。罐底与筒体的连接一般采用电焊的方式连接，顶盖与筒体的连接则分为可拆与不可拆两种，当筒体直径DN1200mm，采用不可拆连接，当筒体直径DN1200m，通常采用可拆连接。当筒体设备要求可拆时，要做成法兰连接，夹套形式与筒体相同。4.3.2 罐体几何尺寸的确定4.3.2.1 确认容积和、操作容积和传热面积根据化工工艺设计手册（下册)所给出的K3000L的主要参数，该结晶釜的原始尺寸如下。全容积V(平方米） 3.155操作容积V(平方米） 3.0传热面积F（平方米） 9.34.3.2.2确定封头尺寸 根据化工工艺设计手册（下册)，K3000L釜的公称直径为1450mm，内径为1400mm，封头选取标准件，它的内径应该与筒体内径相同。封头厚度 因为钢号选取Q345,所以=172.5Mpa,=0.8，P=0.3MPa，所以计算得封头厚度为2.5mm10mm，封头直变高度h=25mm，封头的容积V（封）=0.405m3封头高度=1400/4+25=375mm。4.3.2.3.确定筒体的高 根据化工工艺设计手册（下册)，K3000L釜的公称直径为1450mm，内径为1400mm，所以1m高的容积为 V=1.54m3,选取封头容积V（封）=0.405m3.釜体高度H H=(V-V（封）=（3-0.405）/1.54=1.69m圆整釜体高度，H=1700mm计算实际容积 V=1.54*1.69+0.405=3.00m34.2.2.4 夹套几何尺寸计算 夹套的直径D1按照筒体的内径D1=1400+100=1500mm，装料系数n按式子 n=V(操）/V=0.95夹套筒体高度H2的计算方式 H2（nV-V)/V(1M)计算得 H20.93m 所以选取圆整夹套筒体高度H2为930mm将筒体内径做为公称直径的椭圆封头，选取罐体的封头表面积为结晶釜选取一米高筒体表面积时筒体的容积、面积和质量 F1m=D内=4.37m2结晶釜实际总传热面积F按公式 F=F1mH+F封头=4.3155m23.0m2综上所述，筒体和夹套尺寸如下 直径（mm） 高度（mm）筒体 1400 1700夹套 1500 930第五章 结晶釜强度校核5.1强度计算（按照内压强度计算）根据工艺设计和腐蚀情况，结合化工工艺设计手册（下册)给出的结论，设备材料选用Q-345,表面搪玻璃处理。根据工艺设计设计压力（罐体内）设计压力（夹套内）设计温度（罐体内）设计温度（夹套内） 0.2MPa 0.3MPa 低于100 低于150取罐体和夹套之间的焊接系数=0.85结晶釜罐体筒体的计算厚度1根据公式 结晶釜夹套筒体厚度的计算厚2根据公式 结晶釜罐体的封头计算厚度3按式 结晶釜夹套的封头的厚度3按式 根据容器壁厚的附加量C=C1+C2+C3，其中的C1为钢板的负偏差值，初步选择C1=0.6mm钢板的腐蚀余量C2=2mm，钢板的热加工减薄量C3=2mm，其中封头热加工C3=0.5mm，因此：C=0.6+2+2=4.6mm结晶釜筒体的设计厚度1C按式 1C=1+C2=1.46+2=3.46mm夹套筒体的设计厚度2C按式 2C=2+C2=2.34+2=4.34mm筒体的封头设计厚度3C按式 3c=3+C2=1.46+2=3.46mm夹套封头的设计厚度4c按式 4c=4+C2=2.34+2=4.34mm圆整各个数据，最后去各部分名义厚度： 罐体筒体名义厚度1n=5mm 夹套筒体名义厚度2n=5mm 罐体封头名义厚度3n=5mm 夹套封头名义厚度4n=5mm5.2 稳定性校核（外压法）5.2.1 结晶釜筒体稳定性校核K型反应釜厚度通常在6-10mm，设该结晶釜的筒体名义厚度为 =8 mm容器的钢板厚度选取负偏差,选取钢板厚度负偏差 =0.6mm，腐蚀裕量 =2.0mm根据公式厚度附加量计算，得 =0.6+2.0=2.6mm结晶釜筒体有效厚度按式 计算，得 =8-2.6=5.4 mm结晶釜罐体筒体外径按式 计算，得 =结晶釜的筒体计算长度按式 计算，得 =950+250/3=1033.3mm系数 =1033.3/1016=1.017系数 =1016/5.4=188.15许用外压力按式计算，得 =85/188.15=0.45MPa0.3MPa（夹套设计压力）确定罐体筒体名义厚度 =8 mm 假设罐体封头名义厚度 =8 mm5.2.2 计算钢板厚度偏差和腐蚀裕量筒体钢板厚度负偏差 =0.6mm,腐蚀裕量 =2.0mm厚度附加量按式 计算 =0.8+2.0=2.6mm 结晶釜罐体封头的有效厚度按式 计算，得 =结晶釜的封头外径按式 计算，得 标准椭圆封头当量球壳外半径按式 计算，得 系数按式 =。计算，得 查 线性曲线，得压力系数 结晶釜罐体筒体内许用外压力按式 计算，得 0.3 MPa（夹套设计压力）确定罐体封头名义厚度 =8mm5.3水压试验校核结晶釜罐体的试验压力按式 计算，得 夹套水压试验压力按式 计算，得 查碳素钢、普通低合金钢钢板许用应力,得材料屈服点应力 计算，得 罐体圆筒应力按式 计算，得 179.8 Mpa夹套内压试验应力 179.8 Mpa所以夹套水压试验强度足够。综上所述，筒体和夹套具体加工尺寸如下表： 筒体和夹套局加工尺寸筒体（mm）封头(mm)罐体88夹套 88第六章 结晶釜的搅拌器和电机6.1搅拌装置的搅拌器 搅拌器的型式主要有：桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式、螺带式和轴流式搅拌器等。 当用来调和（低黏度均相液体混合）时，适用的搅拌器型式有推进式和涡轮式，主要受到容积循环速率的影响。 当用来分散（非均匀相液体混合），适用的搅拌器型式有涡轮式，主要受到液滴大小（分散度）、容积循环速率的影响。 当用于固体悬浮时，按固体粒度、含量及密度，决定用桨式、推进式、涡轮式或轴流式，主要受到容积循环速率、湍流强度的影响。 当用于气体吸收时，适用的搅拌器型式有涡轮式，主要受到剪切作用、容积循环速率、高速度的影响。 当用于传热时，适用的搅拌器型式有桨式、推进式、涡轮式，主要受到容积循环速率、流经传热面的湍流速度的影响。 当用于高黏度操作时，适用的搅拌器型式有框式、涡轮式、螺杆式、螺带式、带横挡板的桨式或轴流式，主要受到容积循环速率、低速度的影响。 当用于结晶时，按控制因素用轴流式、涡轮式、桨式和桨式变种，主要受到容积循环速率、剪切作用低速度的影响。本反应釜搅拌装置的搅拌器采用桨式搅拌器。6.2搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计 此次采用的搅拌器是桨式拌器，该搅拌器搅拌器的桨叶任意横截面由一段弧线和两端翘曲直边段组成，两直边段外缘由若干半圆弧线组成波浪型曲线，桨叶由端部至根部沿桨叶中轴线呈扭曲状，且桨叶由端部至根部渐渐变宽。同时增强了轴向和径向的湍流紊乱程度，混合效果好，节能显著。本反应釜的桨式搅拌器直径 轴流式搅拌器直径=400mm桨式搅拌器的主要尺寸,当时,=50mm, ,键槽=16mm,=55.1mm, =95mm,质量=4.59Kg,不大于0.025。 6.3搅拌装置的搅拌轴设计搅拌轴的机械设计内容主要是材料选定、结构设计（包括轴的支承结构）和强度校核 。常见K型反应釜内转速通常为30-80r/min，本设计选用50r/min，因此不需要进行临界转速的校核。 1、 搅拌轴的材料：选Q345，表面搪玻璃处理。 2、 搅拌轴的结构：常用实心或空心直轴，其结构型式根据轴上安装的搅拌器类型、支承的结构和数量、以及与联轴器的连接要求而定，还要考虑腐蚀等因素的影响。 本结晶釜搅拌轴的结构型式选用空心直轴。 3、搅拌轴强度校核： 本设计转速要求不高，所以选用一个轴功率较小的电机，设轴功率=4kW 搅拌轴转数 =50r/min 选用轴材料为Q345，表面搪玻璃。 轴所传递的扭矩 查表得轴常用材料的及值，材料许用扭转剪应力=35Mpa，系数 =112。 轴端直径 开一个键槽，轴径扩大5%，为=58.26*1.05=61.173mm 圆整轴端直径=65mm。 因此搅拌轴的直径65mm。 4、搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求：搅拌轴转速=50r/min，直线度允许差1000：0.1。 5、搅拌轴的支承：一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。搅拌轴的支撑采用滚动轴承。反应釜搅拌轴的滚动轴承，通常根据转速、载荷的大小及轴径d选择，高转速、轻载荷可选用角接触球轴承；低速、重载荷可选用圆锥滚子轴承。根据轴端直径d=65mm，选用角接触球轴承采用背对背安装成对轴承。选用桨式搅拌浆采用背对背安装成对轴承。6.4 结晶釜的传动装置设计 结晶釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置通常设置在釜顶封头的上部。结晶釜传动装置的设计内容一般包括：电机、减速机的选型；选择联轴器；选用和设计机架和底座等。6.5常用电机及其连接尺寸 Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机为最常用的；当有防爆要求时，可选用YB系列。 根据釜内常用转速要求，配合常见减速器。本结晶釜用电机Y132M2-6，转速960r/min,电机功率P=4kW。6.6减速器的选用 BWD2摆线针轮减速机(配4KW电动机)是一种优秀的摆线针轮减速器，该种减速器效率高、减速比大，同时结构紧凑，能尽量减少安装体积，使用寿命长。因此选用该减速器来讲960r/min的电机转速减速为50r/min的轴端转速。6.7 凸缘法兰 凸缘法兰一般焊接于搅拌容器封头上，用于连接搅拌传动装置，亦可兼作安装，维修，检查用孔。凸缘法兰分整体和衬里两种结构形式，密封面分突面（R）和凹面（M）两种。本反应釜凸缘法兰焊接于搅拌容器封头上，采用整体结构形式，密封面采用突面（R）。根据搅拌轴的直径和附图，由表4-15凸缘法兰主要尺寸，选择公称直径DN=500mm，螺纹为M24，螺栓数量为20个，质量为102kg的R型凸缘法兰。6.8安装底盖安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。安装底盖的常用形式为RS和LRS型，其他结构（整体或衬里）、密封面形式（突面或凹面）以及传动轴的安装形式（上装或下装），按HG21565-95选取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同。形式选取时应注意与凸缘法兰的密封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。本反应釜安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接。采用RS型形式，整体结构、密封面形式（突面）以及传动轴的安装形式（上装），按HG21565-95选取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同，均为DN=500mm。第七章 结晶釜的轴封装置设计 轴封是搅拌设备的一个重要组成部分。其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压力的真空状态以及防止反应物料逸出和杂质的渗入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式搅拌为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于反应工况复杂，轴的偏摆振动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于搅拌设备上。 结晶釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种形式，它们都有标准，设计时可根据要求直接选用。7.1填料密封 填料密封是搅拌设备最早采用的一种轴封结构，它的基本结构是由填料，填料箱，压盖，紧压螺栓及油杯等组成。因其结构简单，易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用。一般用于常压，低压，低转速及允许定期维护的搅拌设备。 当采用填料密封时，应优先选用标准填料箱。标准填料箱中，HG21537.7-92为碳钢填料箱，HG21537.8-92为不锈钢填料箱。 填料箱密封的选用还注意以下几方面： 当填料箱的的结构和填料的材料选择合理，并有良好润滑和冷却条件时，可用于较高的工作压力，温度和转速条件下； 当填料无冷却，润滑时，转轴线速度不应超过1m/s;7.2机械密封 机械密封是一种功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封。主要用于腐蚀，易燃，易爆，剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备。 由于反应釜多采用立式结构，转速低，但搅拌轴直径大，尺寸长，摆动和振动较大，故机械密封常采用外装式（静环装于釜口法兰外恻），小弹簧（补偿机构中含有多个沿周向分布的弹簧），旋转式（弹性元件随轴旋转）的结构，当介质压力、温度低且腐蚀性大时，可采用单端面（由一对密封端面组成），非平衡型（载荷系数K1）的机械密封。当介质压力，温度高或介质为易燃，易爆，有毒时，应采用双端面（由两对密封面组成），平衡型（载荷系数K1）的机械密封。 当搅拌设备采用机械密封时，在下列情况下，应采用必要的措施，以便保证密封使用性能，提高使用寿命。 当密封腔介质温度超过80时，对单端面和双端面机械密封，都应采用冷却措施； 为防止密封面干摩擦，对单端面机械密封，应采用润滑措施； 当采用双端面机械密封时，应采用密封液系统，向密封端面提供密封液，用于冷却，润滑密封端面； 必要时，应对润滑液，密封液进行过滤； 当采用润滑及密封液系统时，需考虑一旦润滑液，密封液漏入搅拌容器内，应不会影响容器内物料的工艺性能，不会使物料变质，必要时应采用缓冲液杯和漏夜收集器等防污染措施。 本反应釜涉及到腐蚀和毒害,故采用机械密封。因其广泛用于密封要求较高的设备，泄漏量少、寿命长所以选用。第八章 其他设备的选用8.1支座 夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。标准耳式支座（JB/T4725-92）分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上时选B型，否则选A型。每台反应釜常用4个支座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。本反应釜为夹套立式安装，不需要保温，选用B型标准耳式支座，耳座为4个。耳式支座的实际承受载荷的近似计算： ，本结晶釜耳座单重=8.3 Kg，支座的总质量为M=33.2Kg。8.2手孔和人孔 手孔和人孔的设置是为了安装，拆卸，清洗和检修设备内部的装置。 手孔直径一般为150-250mm,应使工人带上手套并握有工具的手能方便的通过。当设备的直径大于900mm时，应开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆两种。圆形人孔制造方便，应用较为广泛。人孔的大小及位置应以人进出设备方便为原则，对于该结晶釜釜，还要考虑搅拌器的尺寸，以便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。本结晶釜需开设手孔和人孔。手孔公称直径DN=100mm。本反应釜选用带颈平焊法兰手孔,突面(RF型)。由参考文献16表11-4手孔尺寸选用带颈平焊法兰手孔，螺柱为M16，数量为4个，螺母数为8个，总质量为13.3kg。8.3 设备接口8.3.1接管与管法兰接管和管法兰是用来与管道或其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是公称通径（DN）和公称压力（PN）。接管的伸出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm，当考虑设备保温等要求时，可取伸出长度为200mm。 管法兰分为：板式平焊法兰（PL），带颈平焊法兰（SO），带颈对焊法兰（WN）等，法兰密封面形式主要有突面（RF），凹凸面（MFM），榫槽面（TG）三种。要求蒸汽入口、加料口和冷凝水出口的公称直径DN=32，由公称直径与钢管外径，选用外径为32，质量为0.4kg的钢管。由标准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为100mm，内径为33mm，螺纹为M10，理论质量为0.65kg 的法兰。 视镜由标准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为200mm，内径为91mm，螺纹为M16，理论质量为2.60kg 的法兰。 温度计管口的公称直径DN=50，根据查阅公称直径与钢管外径的资料，选用外径为76，质量为1.7kg的钢管。由标准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为130mm，内径为46mm，螺纹为M12，理论质量为1.61kg 的法兰。放料口的公称直径DN=50，根据查阅公称直径与钢管外径的资料，选用外径为45的钢管。由标准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为130mm，内径为46mm，螺纹为M12，理论质量为1.20kg 的法兰。手孔的公称直径DN=100，根据查阅公称直径与钢管外径的资料，选用外径为108的钢管。根据标准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为110mm，内径为110mm，螺纹为M16，理论质量为3.02kg 的法兰(PL100-16。8.3.2补强圈 容器开孔后由于壳体材料的削弱，出现开孔应力集中现象。因此，要考虑补强。补强圈就是用来弥补设备壳体因开孔过大而造成的强度损失的一种最常用形式。补强圈形状应与被补强部分相符，使之与设备壳体密切贴合，焊接后能与壳体同时受力。补强圈上有一小螺纹孔（M10），焊后通入压缩空气，以检查焊缝的气密性。补强圈的厚度和材料一般均与设备壳体相同。 当采用补强圈补强时，其接管壁厚可参照下列数值选取： 108X6 133X6 159X8 219X8 273X8 325X10 377X10 本设计要求蒸汽入口、加料口和冷凝水出口的公称直径为32，由补强圈尺寸系列选用厚度为6mm，质量为0.48kg的补强圈。视镜的公称直径为80，由补强圈尺寸系列选用厚度为6mm，