25m³夹套传热式配料反应釜设计

1、学学 号：号：201003090106HEBEI UNITED UNIVERSITY毕毕业业设设计计说说明明书书GRADUATE DESIGN设计题目：设计题目：2.52.5m m 夹套传热式配料反应釜设计夹套传热式配料反应釜设计学生姓名：李会聪学生姓名：李会聪专业班级：专业班级：1010 装备装备 1 1 班班学学 院：机械工程学院院：机械工程学院指导教师：张光浩指导教师：张光浩 讲师讲师20142014 年年 5 5 月月 2929 日日摘要 II摘 要 搅拌设备的使用历史悠久，大量应用于化工、医药、食品、采矿、造纸、涂料、冶金、废水处理等行业，而夹套反应釜是搅拌设备当中的典型设备之一。夹

2、套反应釜分为筒体和夹套两部分，筒体主要由封头和罐体组成。搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺而定；传动装置设置的目的是为了带动搅拌装置，主要由电动机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；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釜。 本设计题目是2.5m夹套反应釜，该设备是由罐体、夹套、搅拌轴、减速器和电动机等组成。在此设计中详细的进行了罐体直径、罐体厚度以及罐体的高度设计，材料的选择以及强度和稳定性的校核。此设计还涉及到夹套的选择，夹套厚度的计算等，从多个角度分成十章分别对釜体厚度、釜体封头以及电机的选择，机架的设计，以及对应的

3、凸缘、联轴器的选择方面做了详细的介绍。本设计中还对法兰、管法兰的选取做了详尽的介绍。选取的各设计参数基本能够满足设备的设计要求，使设备的操作弹性变大，保证其运行质量。 关键词关键词：夹套反应釜；搅拌轴；夹套；封头；轴器Abstract IIIIAbstract Stirred jacketed reactor is one of the typical reactive equipment of chemical, medicine and food industry etc. It is in a certain temperature and pressure, with the mixe

4、r will certain volume two (or more) of liquid and liquid and solid or gas mixing equipment, promote the reaction. Jacketed reactor consists of tank and the jacket two part, is mainly composed of a head and cylinder, for more, low pressure vessel; stirring device with stirrer and stirring shaft, usua

5、lly in the form of the process; the transmission device is driven mixing device settings, mainly motor, a decelerator, coupling and a transmission shaft; shaft sealing device for sealing, generally use the mechanical seal or packing seal; they support, manhole, process nozzle accessories together, c

6、onstitute a complete jacketed reactor. The curriculum design topic is 2.5m jacketed reactor, the device is composed of a barrel body, a jacket, a stirring shaft, reducer and motor etc. This design detailed appraisal of the diameter of the cylinder, the cylinder thickness, cylinder height design, mat

7、erial selection and strength, stability checking. The design also involves the selection calculation of jacket, jacket thickness; from the point of view is divided into ten chapters of thickness, kettle body head and motor selection, the design of the frame, and the corresponding flange, shaft coupl

8、ing selection was introduced in detail. The design of the selection of flange, flange of the introduced detailed. Parameter selection be just perfect design, not only to meet the requirements of equipment design, and make the operation flexible equipment becomes large, quality is guaranteed.Keywords

9、Keywords: jacketed reactor; mixing shaft; jacket; head shaft目录 III目 录摘 要 .IABSTRACT .II第 1 章 绪论.11.1 概述.11.2 夹套反应釜研究状况.21.3 夹套反应釜的发展趋势.31.4 夹套反应釜的特点.3第 2 章 设计要求和参数说明.52.1 设计题目.52.2 设计要求和相关参数.52.3 设计标准.5第 3 章 反应釜罐体的设计.73.1 罐体的确定.73.2 罐体的几何尺寸计算.73.2.1 确定罐体内径.73.2.2 确定罐体的高度.83.3 夹套几何尺寸计算.9第 4 章 夹套反应釜的强

10、度计算.114.1 强度计算.114.2 稳定性校核.144.3 水压实验校核.16第 5 章 反应釜的搅拌装置 .185.1 搅拌器的选型.185.2 搅拌器的形式的主要尺寸、特性参数.185.3 搅拌器的搅拌功率.205.4 搅拌器校核.215.5 搅拌轴的设计.22第 6 章 传动装置的设计.236.1 电动机的选择.246.2 减速机的选择.246.3 机架.256.4 凸缘法兰.256.5 安装底盖.266.6 联轴器.26第 7 章 反应釜的轴封装置设计 .277.1 填料密封.277.2 机械密封.27第 8 章 反应釜的其他附件设计 .29目录I8.1 支座.298.2 手孔和

11、人孔.308.3 设备接口.318.3.1 接管与管法兰.318.3.2 补强圈.338.3.3 液体出料管和过夹套的物料进出口.338.4 视镜.34结论.35参考文献 .36谢辞 .37第 1 章绪论 0第 1 章 绪论1.1 概述 反应釜的广义理解即有物理或化学反应的容器，通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。反应釜具有耐高温、耐腐蚀、生产能力强等优点，广泛用于合成塑料、合成橡胶、合成纤维、农药、颜料、树脂、化肥等行业当中。还应用于医药、化工、食品、轻工等行业中的水解、中和、结晶、蒸馏、蒸发、储存等生产环节当中。釜体上的夹套主要是用于加热和冷却

12、的模块。其中带搅拌的夹套反应釜是精细化工、涂料、热熔胶、医药及食品等工业中常用的反应设备之一。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。反应釜常用的换热原件有夹套和内盘管。夹套反应釜主要由搅拌容器、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，主要由封头和罐体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形成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；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、

13、人孔、工艺管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。夹套反应釜的特点是结构简单、加工方便，传质、传热效率高，温度浓度分布均匀，操作灵活性大，便于控制和改变反应条件，适合于多种、小批量生产。适应于各种不同组态组合的反应物料（如液相、非均液相、液固相、气液相、气液固相等） ，几乎所有有机合成的单元操作（如氧化、还原、硝化、磺化、卤化、缩合、聚合、烷化、重氮化、偶合等） ，只要选择适当的溶剂作为反应介质，都可以在釜式反应器内进行。因此釜式反应器的应用十分广泛。夹套反应釜的设计要注重反应的条件，一般考虑夹套和搅拌器的材料、上下进出口的设计，主要分为温度、压强、进料口和出料口、材料这几个因素。 温度：这个一般

14、都应当有严格的控制，所以在设计的时候要注意温度计选择。要是反应温度高可能要使用油浸泡温度计，所以要留可以装油的管槽，要是温度低还要注意冰封现象发生。要是温度在 100 度到 0 度之间，要求不高的情况下，可以用塞子直接套温度计（注意压强） 。 压强：压强的高低要选择合适的反应釜，一般只要能承受两倍的大气压就可第 1 章绪论 0以了。 进料口和出料口：一般进料口做一定大就一个可以了，要注意一些比如回流口、真空口什么的，还有就是出料口的大小，有些物质反应后不容易放出，所以要设计合适。 材料：一般反应釜都是玻璃的，要是工业生产最好用搪瓷的，搅拌的金属要注意保护不要被腐蚀，放料活塞要可以防腐。 还有就

15、是夹套的进出水的控制，比如防止盐水的滞留。1.2 夹套反应釜研究状况 反应釜是化工行业用来完成物质的物理化学反应等工艺过程的典型设备之一。但是大多数情况下反应釜也是一种带有常见缺陷的化工设备。由于反应釜工作时存在易燃、易爆、毒害腐蚀等介质，因此，反应釜的缺陷在于其不同程度上危害人身财产安全，同时也影响着产品的质量。它目前所处的一种状态也是人们所担心的，因此应该采取一定的措施进行补救，并对其进行进一步的发展。现就其危险现状进行说明：（1）改薄釜体或传热夹套的钢板，尤其是价格较高的不锈钢板。此举具备相当的危险性，因为釜体耐压强度和刚度等性能下降可能造成设备爆炸等恶性事故。（2）改薄法兰材料。此举使

16、法兰面未达到额定负荷时即变形造成法兰面密封失效，即使是无害介质在高压高温下的突然失效都会有严重后果，有害介质则后果更重。（3）为节省材料封头不压出直边，使封头刚度下降、设备容量降低。（4）减速机配置不当。在轴封要求较高的场合如使用机械密封时应选用出轴摆动较小的减速机，而有的厂家会使用价格相对低廉的涡轮减速机，因出轴摆动大连带搅拌轴摆动时机械密封因工况无法保证而失效。釜内带压时轴封泄露更甚，若釜内是易燃、易爆、毒害腐蚀介质其危害则非常严重。 为避免以上事故的发生，我们在以后的发展中应做到以下几点： （1）坚持设计制造资格的审批，健全设计和制造过程的质量管理和监督管理规程。 （2）提倡理论学习和技

17、术培训，提高业务水平，加强反应釜的工艺设计水平。 （3）采用新技术，在提高和保证设备质量的前提下降低制造难度以减少维护成本。 （4）尽量使用工具，尤其是专用工具，减少人工误差。第 1 章绪论 0 （5）尽量在机械厂验收，设备试运行发现问题后可利用机械厂相对强大的加工能力和起重条件加以改进和补救。若在化工厂发现问题常因条件所限不得不勉强使用，危害极大。1.3 夹套反应釜的发展趋势 近年来夹套反应釜的发展主要朝向以下几点： （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。染料生产用夹套反应釜国内多为 6000L 一下，而国外在染料行业有 20000 到

18、40000L。 （2）夹套反应釜的搅拌器已经由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。夹套反应釜发展趋势除了装有搅拌器外，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）合理的利用热能，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，将是今后夹套反应釜的发展趋势。1.4 夹套反应釜的特点 反应釜体普遍采用钢制(或衬里)、铸铁或搪玻璃。反应釜所用的材料、搅拌装置、加热方法、

19、轴封结构、容积大小、温度、压力等各有异同、种类很多，它们的基本特点分述如下：(1) 结构：反应釜结构基本相同，除有反应釜体外，还有传动装置、搅拌和加热(或冷却)装置等，可改善传热条件，使反应温度控制得比较均匀，并不强化传质过程。(2) 操作压力：反应釜操作压力较高。釜内的压力是化学反应产生或由温度升高而形成，压力波动较大，有时操作不稳定，突然的压力升高可能超过正常压力的几倍，因此，大部分反应釜属于受压容器。(3) 操作温度：反应釜操作温度较高，通常化学反应需要在一定的温度条件下才能进行，所以反应釜既承受压力又承受温度。获得高温的方法通常有以下几种：1) 水加温要求温度不高时可采用，其加热系统有

20、敞开式和密闭式两种。敞开式较简单，它由循环泵、水槽、管道及控制阀门的调节器所组成，当采用高第 1 章绪论 1压第 1 章绪论 0水时，设备机械强度要求高，反应釜外表面焊上蛇管，蛇管与釜壁有间隙，使热阻增加，传热效果降低。2) 蒸汽加热温度在 100以下时，可用一个大气压以下的蒸汽来加热；100180范围内，用饱和蒸汽；当温度更高时，可采用高压过热蒸汽。3) 用其它介质加热，若工艺要求必须在高温下操作或欲避免采用高压的加热系统时，可用其它介质来代替水和蒸汽。4) 电加热将电阻丝缠绕在反应釜筒体的绝缘层上，或安装在离反应釜若干距离的特设绝缘体上，因此，在电阻丝与反应釜体之间形成了不大的空间间隙。前

21、三种方法获得高温均需在釜体上增设夹套，由于温度变化的幅度大，使釜的夹套及壳体承受温度变化而产生温差压力。采用电加热时，设备较轻便简单，温度较易调节，而且不用泵、炉子、烟囱等设施，开动也非常简单，危险性不高，成本费用较低，但操作费用较其它加热方法高，热效率在 85%以下，因此适用于加热温度在 400以下和电能价格较低的地方。(4) 反应釜搅拌结构：在反应釜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。(5) 反应釜的工作：反应釜多属间隙操作，有时为保证产品质量，每批出料后都需进行清洗；釜顶装有快开人孔及手

22、孔，便于取样、测体积、观察反应情况和进入设备内部检修。第 2 章设计参数和任务说明0第 2 章 设计参数和任务说明2.1 设计题目此次我要设计的是全容积为 2.5，操作容积为 2的夹套式传热反应釜。3m3m2.2 设计要求和相关参数 设计压力：容器内的设计压力 0.2MPa，夹套内的设计压力为 0.3MPa。 设计温度：容器内的设计温度 100，夹套内的设计温度 150。 介质选择：容器内的介质为有机溶剂,夹套内的介质为蒸汽。 搅拌器：选用桨式搅拌器，搅拌轴转速为 150r/min。 传热面积：大于 7m2。 腐蚀情况：微弱 电机功率：1.4KW。 材料选择：材料为最常用的 Q235-A 碳素

23、钢材，由此釜中的其他接管法兰等钢材也选用 Q235-A 碳素钢材。封头为标准的椭圆封头，材质也选用 Q235-A碳素钢。 反应釜设计的内容主要有： （1）根据工艺参数计算确定设计方案； （2）釜体直径设计； （3）筒体与封头设计； （4）夹套设计； （5）校核； （6）搅拌装置的设计； （7）传动装置的设计； （8）密封装置设计； （9）其他附件设计； （10）cad 制图2.3 设计标准 （1）HG/T 20569-94 机械搅拌设备 （2）GB 150-1998 钢制压力容器 （3）HG 2156321572-95 HG 21537.78-92 搅拌传动装置第 3 章反应釜罐体的设计0 （

24、4）TCED S8-90 压力容器强度计算书统一格式 （5）CD 130A20-86 化工设备设计文件编制规定第 3 章反应釜罐体的设0第 3 章 反应釜罐体的设计3.1 罐体的确定夹套式反应釜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。罐体一般是立式圆筒形容器，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

25、，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 D11200mm，宜采用可拆连接。当要求可拆时做成法兰连接。夹套的形式与罐体相同。3.2 罐体的几何尺寸计算3.2.1 确定筒体内径 （1）釜体形式为常用结构圆筒形，封头形式为常用结构椭圆形。釜体原始尺寸如下表 3-1。表 3-1 釜体原始尺寸表全容积 V(m)2.5操作容积 V1(m)2 （2）几种搅拌釜的长径比 i 值如下表 3-2,此次设计任务的内物料为液-液相物料，所以 i 的取值范围为 11.3。又因为设计容器不大，为使直径不致太小，在顶盖上容易布

26、置接管和传动装置，故选取 i =H1/D1=1.1。表 3-2 i 取值表种类设备内物料类型i液-固相或液-液相物料11.3一般搅拌器气-液相物料12发酵罐类1.72.5 初算筒体内径按式 1D河北联合大学机械工程学院8 (3-1) 314iVD 计算,得 m384. 11 . 15 . 244331iVD 按下表 3-3 筒体的容积、面积和质量,选取圆整罐体内径 =1400mm，一1D米高的容积 =1.542，内表面积=6.8。m1V3mm1F2m表 3-3 罐体的容积、面积和质量一米高筒节钢板质量（kg）壁厚（mm）公称直径 DN(mm)一米高的容积V （m ）13一米高的内表面积F （m

27、 ）1212141614001.5426.81596695795 按附表 3-4 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸,选取釜体封头容积 =1.58 封1V3m表 3-4 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸共称直径DN（mm）曲面高度（mm）1h直边高度（mm）2h内表面积F（mm）h2容积V（mm）h31400375252.23460.39773.2.2 确定罐体的高度 釜体高度按式1H(3-2)mVVVH111/封 式中 V1 封封头容积（见表 3-4） ，m3；V1m1 米高筒体容积（见表 3-3） ，m3。 计算,得第 3 章反应釜罐体的设计0 =（5-1.2）/1.542=1.

28、36mmVVVH111/封 选取圆整釜体高度 =1400 mm 1H 实际容积按式V (3-3)封111VHVVm 计算,得 =1.5421.4+1.2=2.46封111VHVVm3m 式中 V1 封封头容积（见表 3-4） ，m3； V1m1 米高筒体容积（见表 3-3） ，m3. H1圆整高度3.3 夹套几何尺寸计算 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。 按表 3-5 夹套直径 选取夹套筒体内径 =+100=1500 mm,2D2D1D表 3-5 夹套直径 D2D1500600700180020003000D2D1+50D1+100D1+20

29、0 装料系数 按下式 (3-4)VV/操 =2/2.46=0.813VV /操 夹套筒体高度 H2按式(3-5)VVVHm112)(封 计算，得 =（0.813 2.5-0.3977）mVVVH112/封第 3 章反应釜罐体的设计11.542=1.061m河北联合大学机械工程学院0 选取圆整夹套高度 H2=1200mm。 夹套所包围的罐体的表面积（筒体表面积+封头表面积）一定要大于工艺的传热面积。 按表 3-4 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸,选取罐体封头表面积 =4.63。m1F2m 按表 3-3 筒体的容积、面积和质量,选取一米高筒体表面积 =6.8。 m1F2m 实际总传热面积

30、F 按式 (3-6)封121FHFFm 校核,得 )(m40. 012346. 21.26.82121封FHFFm 综上所述，筒体和夹套尺寸为下表 3-6 所示：表 3-6 筒体和夹套尺寸直径(mm)高度（mm）筒体14001400夹套15001200第 4 章夹套反应釜的强度计算0 第 4 章 夹套反应釜的强度计算 强度计算应考虑以下几种情况。 （1） 圆筒内为常压外带夹套时： 当圆筒的公称直径 DN600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 DN600时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力+0.1

31、MPa）圆筒设计，其余部分按真空设计；当圆筒的公称直径 DN600时，全部筒体按外压（指夹套压力+0.1MPa）圆筒设计； （3） 圆筒内为正压外带夹套时： 当圆筒体的公称直径 DN600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。当圆筒的公称直径 DN600时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。4.1 强度计算(按内压计算强度) 据工艺条件或腐蚀情况确定，设备材料选用 Q235-A。 由工艺条件给定,设计压力（罐体内） =0.2MPa，设计压力（夹套内） 1p=0.3MPa，设计温度（罐体内）=100，设计温度（夹套内）=150。

32、 2p1t2t 按表 4-1 所示焊接接头系数,选取罐体及夹套焊接接头系数 =0.85。表 4-1 焊接接头系数表焊头结构全部无损探伤局部无损探伤全焊透对接接头1.00.85沿焊焊头0.90.8 表 4-2 压力容器用碳素钢钢板的许用应力常温强度指标 在下列温度下的需用压力() 钢号钢板标准类型厚度mmb Mpas Mpa20100Q235-AGB3274热轧4.5-16375235113113 按表 4-2 压力容器用碳素钢钢板的许用应力,选取设计温度下材料许用应力 河北联合大学机械工程学院0t=113Mpa。 罐体筒体计算厚度按式1（4-1） 11112pDpt 计算，得 mmpDpt46

33、. 12 . 085. 0113214002 . 021111 夹套筒体计算厚度按式2（4-2） 22222pDpt 计算，得 mmpDpt35. 23 . 085. 0113215003 . 022222 罐体封头计算厚度按式1 （4-3） 11115 . 02pDpt 计算，得 mmpDpt46. 12 . 05 . 085. 0113214002 . 05 . 021111 夹套封头计算厚度按式2 （4-4） 22225 . 02pDpt 计算，得 mmpDpt35. 23 . 05 . 085. 0113215003 . 05 . 022222 罐体的腐蚀余量 C 为 2mm，夹套的腐

34、蚀余量为 1mm第 4 章夹套反应釜的强度计算13 罐体筒体设计厚度按式c1（4-5）Cc11 计算，得=1.46+2.6=4.06mmCc11 夹套筒体设计厚度按式c2 (4-6)Cc22 计算，得 =2.35+2.6=4.95mmCc22 罐体封头设计厚度按式1c (4-7)Cc11 计算，得=1.46+2.6=4.06mmCc11 夹套封头设计厚度按式2c (4-8)Cc22 计算，得 =2.35+2.6=4.95mmCc22 圆整选取罐体筒体名义厚度 =5mmn1 圆整选取夹套筒体名义厚度 =5mmn2 圆整选取罐体封头名义厚度 =5mm1n 圆整选取夹套封头名义厚度 =5mm2n河北

35、联合大学机械工程学院144.2 稳定性校核(按外压校核厚度) 假设罐体筒体名义厚度 =15 mmn1 按表 4-3 钢板厚度负偏差,选取钢板厚度负偏差 =0.8mm1C表 4-3 常用钢板厚度负偏差钢板标准 钢板厚度（mm） 负偏差 C （mm）1670.6GB3274 8250.8 据经验规律，腐蚀裕量 =2.0mm2C 厚度附加量按式C（4-9）21CCC 计算，得=0.8+2.0=2.8mm21CCC 罐体筒体有效厚度按式e1 （4-10） Cne11 计算，得 =15-2.8=12.2 mmCne11 罐体筒体外径按式OD1 （4-11）nODD1112 计算，得 =1400+2 15

36、=1430mmnODD1112 筒体计算长度按式L（4-12）1231hHL 注：h1为椭圆封头的曲面高度第 4 章夹套反应釜的强度计算0 计算，得=1200+350/3=1316.7mm1231hHL 系数=1316.7/1430=0.92ODL1 标注：查化工设备设计基础外压或轴向受压圆筒和管子几何参数计算图， 得到 A 是 0.008 系数=1430/12.2=117.21eOD11 标注：查化工设备设计基础外压圆筒、管子和球壳厚度计算图，得到B 是 96MPa 根据公式 eDBp/0 带入数值得： MPa82. 021.11796p 由于 p=0.82MPa0.5MPa 所以罐体筒体壁

37、厚满足设计要求。 假设罐体封头厚度 n=15mm，罐体封头有效厚度 e=n-2.8=12.2mm, 标准椭圆封头当量球壳外半径 R =k14300 标注：)2(261K2iihD 带入数值得 K=0.9，R =12870 则 R /Se=1287/12.2=105.50 计算系数00119. 05 .105125. 0R125. 0A22e0）（ A 值落在设计温度下材料线的左方，E=187103Mpa 许用外压力 MPaMPaREpe5 . 040. 1)/(0833. 020河北联合大学机械工程学院0 故椭圆形封头满足稳定性要求 罐体封头名义厚度 n=15mm4.3 水压试验校核 罐体试验

38、压力按式Tp1（4-20） tTpp1125. 1 材料在试验温度下的许用应力，MPa t材料在设计温度下的许用应力，MPa 计算，得 MpapptT250. 01131132 . 025. 125. 111 夹套水压试验压力Tp2按式（4-21） tTpp2225. 1 计算，得 MpapptT375. 01131133 . 025. 125. 122 查表 4-2 碳素钢、普通低合金钢钢板许用应力,得到材料屈服点应力pa235sM 计算，得（4-22）MpasT8 .17923585. 09 . 09 . 0 罐体圆筒应力按式T1（4-23）eeTTDp111112 计算，得 179.8

39、MpaDpeeTT94.282 .1222 .121400250. 0211111MPa第 5 章反应釜的搅拌装置0 夹套内压试验应力T2200r/min 的，还要进行临界转速的校核。因本反应釜的转速150r/min，因此不需要进行临界转速的校核。n(1) 搅拌轴的材料：选用 35 号钢。(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。 本反应釜搅拌轴的结构型式选用实心直轴。第 5 章反应釜的搅拌装置0电动机的额定功率为 PN=1.5kw，n=150rmin，选取材料为 35 号刚，许用扭转角

40、为=0.35m，轴材料剪切模量 G=75538.5MPa，=30MPa3、按扭转变形计算轴径 Mnmax=95531 nPn（5-19） 注：1查化工设计手册表 10-36 为 0.8。 带入数值得:Mnmax=95531=89.16nPnd1=155.4 =31.17 （5-20）4mrGMnax 加轴径差后 d1=40mm4、按强度计算轴径d2=17.2（5-21）3Mte 为搅拌轴扭矩和弯矩同时作用下的当量扭矩te（5-22）22MMMnteMn=75.4 M 为搅拌轴的弯矩总和，可忽略 M，则有d2=17.2=23.38mm3Mn 最终考虑到键槽等问题选取的轴径为 d=50mm第 6

41、章传动装置的设计0第 6 章 传动装置的设计反应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。反应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。电动机和减速机配套使用，减速机下设置一机座，安装在反应釜的封头上。考虑到传动装置和轴封装置安装时要求保持一定的同心度以及装卸检修的方便，常在封头上焊一底座。6.1 电动机的选择 由于搅拌物料为有机溶剂，考虑到该物料下所需的功率，和轴封摩擦损失的功率，选取传动系统的机械效率为 0.7。 采用双端面机械密封（6-1）kwdPm24. 0108 . 132 . 1 电动机功率由任务书可知（6-2）kw

42、PM4 . 1 因此选取 Y 系列三相异步电动机，根据功率，转速等因素最终确定为Y90L-4，转速为 1400rmin，功率为 1.5kw。该类型电动机效率高，耗电少，性能好，噪声低，振动小，体积小，重量轻，运行可靠，全封闭、自扇冷式，能防止灰尘、铁屑、杂物入侵。6.2 减速机的选择（带传动的传动计算） 根据任务书，采用 V 带传动，其主要尺寸如下： 传动的额定功率：1.4kw， 小皮带轮转速 n1为电机转速 1500r/min， 大皮带轮转速 n2为已知搅拌轴转速 150r/min， 由参考文献选取工况系数 KA=1.2， 设计功率 Pd和 n1选取 Z 型带。 传动比 （6-1015015

43、00nni213） 初选小皮带轮计算直径 d1=70mm，第 6 章传动装置的设计1 验算带速 (6-4)50. 510006015007014. 3100060nv11d河北联合大学机械工程学院0 圆整后取带速 v=6m/s，带速在 5m/s25m/s 之间，故 d1=70mm 符合要求。 选取滑动率，则有02. 0 大带轮计算直径mmd68602. 0170101id12 圆整后取2=700mm。d 中心距 0210212d7 . 0ddd 在范围内取。mm6000 带的基准长度 LdmmddddL275.2574600427070070070214. 360024222012210d1

44、圆整后根据长度系列选取。mmLd2600 实际中心距mm8625.6122275.25742600600210ddLL 验算小带轮包角1 .1213 .57180121dd 单根 V 带额定功率为，单根 V 带基本额定功率增量kw31. 01P，小带轮包角修正系数，由线性插值求得，带长修正系kw03. 01P86. 0K数，故 V 带根数，96. 0LK5 . 696. 086. 0003. 031. 068. 111dLKKPPPZ取 Z=7。6.3 机架标准机架有三种：（1） 无支点机架 无支点机架一般仅适用于传递小功率和小的轴向载荷的条件。减速器输出的轴联轴器形式为夹壳式联轴器或刚性凸缘

45、联轴器。无支点机架的选用条件： 电动机或减速机具备两个支点，并经核算确认轴承能够承受由搅拌轴传递而带来的径向和轴向载荷者；电动机或减速机有一个支点，但釜内设有底轴承，中间轴承或轴封本体设有可以作为支点的轴承，上下组成一对轴支撑者。 （2）单支点机架 第 6 章传动装置的设计0 单支点机架的选用条件： 电动机或减速机有一个支点，经核算可承受搅拌轴的载荷； 搅拌容器内设置底轴承，作为一个支点； 轴封本体设有可以作为支点的轴承； 在搅拌容器内，轴中部设有导向轴承，可以作为一个支点者。当按上述条件选用单支点机架时，减速器输出轴与搅拌器之间采用弹性联轴器连接；当不具备上述条件而选用单支点机架时，减速器输

46、出轴与搅拌器之间采用刚性联轴器连接。 （3）双支点机架 在不宜采用单支点机架或无支点机架，可选用双支点机架，但减速器输出轴与搅拌器之间必须采用弹性联轴器连接。选用双支点机架时必须考虑由于机架内有两个支承点的关系,机架高度相应增大。 根据减速机的型号规格，机座选取 J-A 型机座，标定符号位 J-A-80。 （化工设备设计基础表 6-10）6.4 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

47、搅拌轴的直径，由国家产业标准 HG21564-95 查得凸缘法兰主要尺寸，选择公称直径 DN=400mm，螺纹为 M24，螺栓数量为 16 个，质量为 46kg 的 R 型凸缘法兰。6.5 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） 。第 6 章传送装置的设计26本反应釜

48、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。河北联合大学机械工程学院26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 HG21565-80 选取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同，均为DN=400mm。6.6 联轴器电机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接的。常用的联轴器有弹性块式联轴器，刚性凸缘联轴器，夹壳联轴器和紧箍夹壳联轴器等。根据所选减速机的规格, 本反应釜采用刚性凸缘联轴器。查 GY 型凸缘联轴器主要参数及尺寸，选用联轴器的符号为 GL9Y172，d1=80，d2=90，质量为20kg。第 7 章

49、反应釜的轴封装置设计0第第 7 章章 反应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。反应釜搅拌轴处的密封，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

50、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：（1）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；（2）当填料无冷却，润滑时，转轴线速度不应超过 1m/s;（3）当搅拌容器内介质温度大于 200时，应对填料密封进行有效冷却；（4） 当从填料箱油杯中压注密封润滑液时，润滑液流入容器内对工艺性能有影响时，应在填料箱下端轴上设置储油杯

51、；（5）填料箱一般可不设支承套，应将搅拌轴的支承设置在机架上。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） ，小弹簧第 7 章反应釜的轴封装置设计（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（由一对密封端面组河北联合大学机械工程学院0成） ，非平衡型（载荷系数 K1）的机械密封。当介

52、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。（1）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；（2）为防止密封面干摩擦，对单端面机械密封，应采用润滑措施；（3）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；（4）必要时，应对润滑液，密封液进行过滤；（5）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

53、质，必要时应采用缓冲液杯和漏夜收集器等防污染措施。 由原化工部制定和颁布的系列标准，搅拌反应釜要用机械密封。由于搅拌物料为碳酸钙，对零件腐蚀性大，选用的机械密封采用外装式，便于安装、维修和观察。结构形式选取为单端面小弹簧非平衡型。 由原化工部制定和颁布的系列标准，搅拌反应釜要用机械密封。由于搅拌物料为碳酸钙，是一般的物料介质，选用的机械密封采用外装式，便于安装、维修和观察。根据表 7-1 查得，机械密封结构的型号为 204。表 7-1 釜用机械密封结构的选型介质压力（表压）MPa温度转速（rmin）轴径mm型号9.8710-2(绝压)0.25（表压）202一般介质，密封泄漏量要求不高的场合0.

54、62041.3310-5（绝压）0.6（表压）2051.6205易燃、易爆、有危害的介质，密封泄漏量要求严格的场合2.5207腐蚀性介质，密封泄漏量要求不高的场合0.408050030130212第 8 章反应釜的其他附件设计0第 8 章 反应釜的其他附件设计8.1 支座查表得，直径为 1400mm，厚度为 15mm 的筒体一米高的质量为 800kg，反应釜封头的质量为 550kg查表得，直径为 1500mm，厚度为 15mm 的夹套一米高的质量为 800kg，夹套封头的质量为 550kg则，反应釜筒体的质量为：m1=8002550=2150kg夹套的质量为：m2=8001.7550=1910

55、kg反应釜的总质量为：m=m1m2=2150+1910=4060 满载物料的质量为 m3=6500kg 加上其他附件，电机，减速机等总质量约为 12t 负荷 Q=120009.8=117600N=117.6KN 根据国家标准JB/T 4712.3-2007，初选 4 个 B 型耳式支座，材料为 Q235-B，支座本体允许载荷 Q=1004=400117.6 故选用 4 个 B 型 5 号耳式支座。校核：每台反应釜常用 4 个支座，但承重计算时，考虑安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。耳式支座实际承受载荷是近似计算：(8-1)3)010(4nDSGphknGgmQeee 式中 Q支座实

56、际承受的载荷，KN； D支座安装尺寸，mm； g重心加速度，取 g=9.8m/s2 偏心载荷，N；eG h水平力作用点至底板高度，mm； k不均匀系数，安装 3 个支座时，取 k=1，安装 3 个以上时，取河北联合大学机械工程学院0k=0.83； m0设备总质量（包括壳体及其附件，内部介质及保温层的质量） ，kg； n支座数量； Se偏心距，mm； P水平力，取和 pw的大值，N。ep当容器高径比不大于 5，且总高度 H0不大于 10m 时，和 pw可按下式计ep算，超出此范围的容器不推荐使用耳座。水平地震力：ep(8-2)264608 . 91200045. 05 . 05 . 00gmpe

57、e 式中 e地震系数。对 7,8,9 度地震分别取 0.23,0.45，0.90 水平风载荷 pw：(8-3)5 .8291095. 06000HDqfpiw 式中 D0容器外径，有保温层时取保温层外径，mm； 风压高度变化系数，按设备质心所处高度取；if H0容器总高度，mm； q010m 高度处的基本风压值，N/m2。 所以 p=ep kNkNQ100871029002)9001176034026460(42117608 . 9140003 小于允许载荷，所选支座符合要求。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

58、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。河北联合大学机械工程学院1 第 8 章反应釜的其他附件设计0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，对于反应釜，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。人孔尺寸如下表 8-1表 8-1 人孔尺寸密封面的形式公称压力PN公称直径DNDLD1BAabb1H1H2d总质量Kg突面1.050067025062017536528262825010824154本反应釜需开设人孔。设计人孔公称直径 DN=500mm。8.3 设备接口化工容器

59、及设备，往往由于工艺操作等原因，在筒体和封头上需要开一些各种用途的孔。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。本次设计蒸汽入口、加料口、冷凝水出口、液位计口、温度计口的公称直径 DN=50，由标准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸（GB/T 91

60、19-2010） ，选用外径为 140mm，内径为 59mm，螺纹为 M12，理论质量为 1.04kg 的法兰。查国标得并根据突面板式平焊管法兰标准（HG20592）确定法PN 0.6MPa兰的尺寸。结构形式如下图 8.1 所示，具体尺寸查表 8-2。河北联合大学机械工程学院0 图 8.1 突面板式平焊管法兰表 8-2 板式平焊管法兰的尺寸（HG20592） 垫片材质及尺寸 工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的结构如图 8.2 所示，垫片尺寸、材质选择查表 8-3。图 8.2 垫片的结构及尺寸连 接 尺 寸密封面接管名称公称直径DN接管外径ADKLnTh法兰厚度Cd厚度f法兰内径B液位计接口50