机械毕业设计3000升开式搪玻璃反应釜的设计

1、3000升开式搪玻璃反应釜的设计摘要：搪玻璃设备具有质量好、耐腐蚀等优点，对资源的节约、我国经济发展和石油工业的发展起着巨大的作用。设计一台操作容积为3000L的搪玻璃反应釜，全容积为3715L。按照GB150T998钢制压力容器，HG2432-2001搪玻璃设备技术条件，HG/T2371-2003搪玻璃开式搅拌容器进行设计、制造、检验和验收。容器圆筒的材料为Q235B,工作压力为0.4MPa,工作温度为0200；夹套材料为Q235B,工作压力为0.6MPa,工作温度为0200。此次设计主要进行了搪玻璃反应釜的结构设计和强度计算。进行了圆筒壁厚计算，夹套的壁厚计算，电动机轴功率校核，搅拌器强度

2、校核，开孔补强计算，耳座的校核等。该设备按JB/T4709-2009进行焊接，焊缝进行无损探伤。该设备应根据TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程和压力容器定期检验规则的要求定期检验。关键词：搪玻璃；反应釜；耐腐蚀Thedesignfor3,000litresopen-cycleglassliningreactionkettleAbstract:Glass-linedequipmentwithgoodquality,corrosionresistance,etc.,resourceconservation,economicdevelopmentandthedevelopmen

3、toftheoilindustryplaysahugerole.Thedesignoperatingglass-linedreactorwithavolumeof3000L,3715Lfullvolume.SteelpressurevesselinaccordancewiththeGB150-1998HG2432-2001glass-linedequipmenttechnicalconditions,HG/T2371-2003iglass-linedopenmixingvesselforthedesign,manufacture,inspectionandacceptance.Themater

4、ialofthecontainercylinderQ235B,workingpressureto0.4MPa,theoperatingtemperatureof0to200C;jacketmaterialforQ235B,workingpressureof0.6MPa,theoperatingtemperatureof0to200C.Thedesignismainlyforthestructuraldesignandstrengthcalculationofglass-linedreactor.Cylinderwallthickness,thewallthicknessofthejacket,

5、themotorshaftpowercheck,stirrerstrengthcheck,openingreinforcementcalculation,earseatcheck.ThedeviceJB/T4709-2009welding,weldNDT.TheequipmentshouldbebasedontherequirementsoftheTSGR0004-2009fixed-pressurevesselsafetytechnologytomonitortheproceduresandregularpressurevesselinspectionrulesperiodicinspect

6、ion.Keywords:Honingglass;reactionkettle;corrosionresistance.目录 TOC o 1-5 h z 摘要1Abstract2 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 绪论5 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第一章反应釜釜体与传热装置71.1反应釜釜体7 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.1.1确定反应釜釜体的直径和高度7 HYPERLINK l bookmark9 o Current Documen

7、t 1.1.2确定反应釜夹套的直径和高度8 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document L1.3夹套类型的选择91.1.4夹套圆筒的应力计算91.5夹套试验压力10 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 确定反应釜内筒的材料和壁厚11 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 封头、卡子及密封装置的选择13 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 第二章反应釜的传递装置14 HYPERLINK l bookmark54 o

8、Current Document 1减速装置14 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 电动机基本特性及选用16 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 机架17机架的选用原则17 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 4传动轴18 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 5联轴器19 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 第三章反应釜的搅拌装置20 HYPERLINK

9、l bookmark75 o Current Document 1搅拌器20 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 1.1搅拌器的选择20 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 1.2搅拌器的强度计算213.2搅拌轴24 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document .2.1揽拌轴的材质及加工要求24 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document .2.2搅拌轴直径的确定及强度计算24 HYPERLINK l bookmark

10、127 o Current Document 第四章反应釜的轴封装置34 HYPERLINK l bookmark129 o Current Document 1轴封装置的选用原则34 HYPERLINK l bookmark131 o Current Document 2机械密封原理34 HYPERLINK l bookmark133 o Current Document 4.3填料密封原理35 HYPERLINK l bookmark135 o Current Document 4机械密封与填料密封的对比35 HYPERLINK l bookmark137 o Current Docume

11、nt 5机械密封及其循环保护系统的选择356反应釜耳座的选用计算36 HYPERLINK l bookmark157 o Current Document 第五章反应釜开孔补强计算38 HYPERLINK l bookmark159 o Current Document 1人孔M的开孔补强计算38 HYPERLINK l bookmark161 o Current Document 5.2温度计套管口T的开孔补强计算40 HYPERLINK l bookmark163 o Current Document 3搅拌孔e的补强计算42 HYPERLINK l bookmark165 o Curre

12、nt Document 5.4放料口f的补强计算44 HYPERLINK l bookmark167 o Current Document 第六章主要技术要求46 HYPERLINK l bookmark169 o Current Document 1材料方面46 HYPERLINK l bookmark171 o Current Document 2焊接方面46 HYPERLINK l bookmark173 o Current Document 6.3焊缝无损探伤46 HYPERLINK l bookmark175 o Current Document 结语47 HYPERLINK l b

13、ookmark177 o Current Document 参考文献48 HYPERLINK l bookmark179 o Current Document 致谢50绪论搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃，衬在钢制容器的内表面，经高温灼烧而牢固地密着于金属表面上成为复合材料制品。所以，它具有玻璃的稳定性和金属强度的双重优点，是一种优良的耐腐蚀设备。搪玻璃反应釜广泛地应用于化工、石油、医药、农药、食品等工业。搪瓷反应釜技术规范：1、使用压力：0.20.4Mpa2、耐酸性：对各种有机酸、无机酸、有机溶剂均有较好的抗蚀性。如将我厂生产的搪玻璃试样置于20%HCI溶液中煮沸48h,腐蚀速率为0.91

14、g/m2.d（优等品指标为1.0g/m2.d）o3、耐碱性：搪玻璃对碱性溶液抗蚀性较酸溶液差。但将我厂搪玻璃试样置于1N氢氧化钠溶液腐蚀，试验温度80C时间48ho腐蚀速率为6.76g/m2.d（优等品指标为7.0g/m2.d）o4、操作温度：搪玻璃设备加热和冷却时，应缓慢进行。我厂制造的搪玻璃设备使用温度为0200C,耐温急变性2200。5、瓷层厚度：玻璃设备的瓷层厚度0.8-2.0mm,搪玻璃设备附件的瓷层厚度0.6-1.8mm。6、耐压电：搪玻璃具有良好的绝缘性，当搪玻璃在规定厚度内用20KV高频电火花检查瓷层时，高频电火花不能击穿瓷层。7、耐冲击性：玻璃层的内应力越小，弹性越好，硬度越

15、大，抗弯抗压强度越高，则耐冲击就越好。8搪玻璃设备的耐温差急变性是指搪玻璃表面或其反侧的金属基体经受突然温度急变的性能。搪玻璃设备耐温差急变温度为：冷急变温度为110C,热急变温度为120。本设计主要介绍制胶搪玻璃反应釜的结构、特点和各个零件的选型原则。制胶搪玻璃反应釜的基本结构：反应釜、搅拌装置、传动装置、轴封等组成。搅拌装置由搅拌轴和搅拌器组成，靠搅拌轴传动动力，由搅拌器达到搅拌目的。传动装置包括电动机、减速机、机座、联轴器、底座、和活套法兰等附件，它为搅拌器提供搅拌动力和相应的条件。轴封装置为反应釜和搅拌轴间的密封装置，以封住反应釜体内的流体不致泄露。制胶搪玻璃反应釜机械设计的依据：制胶

16、搪玻璃反应釜机械设计是在工艺设计之后进行的。工艺设计所确定的对反应釜的工艺要求是机械设计的依据。反应釜的工艺要求通常包括反应釜的面积、最大工作压力、工作温度、工作介质、腐蚀情况、传热面积、换热方式、搅拌形势、转动及速率、接管方位尺寸的确定等。反应釜中的搅拌器有锚式、框式、浆式、涡轮式，刮板式，组合式，转动机构可采用摆线针轮减速机、无级变速减速机或变频调速等，可满足各种物料的特殊反应要求。密封装置可采用机械密封、填料密封等密封机构。加热、冷却可采用夹套、半管、盘管、米勒板等机构，加热方式有蒸汽、电加热、导热油，以满足耐酸、耐高温、设计磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺要求。可根据用户工艺要求进行设

17、计、制造。制胶搪玻璃反应釜机械设计大体包括：1确定反应釜的结构形式和尺寸；2选择材料；3计算强度或稳定性；4选择主要零件；5绘制图样；6提出技术要求。第一章反应釜釜体与传热装置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容器的装液高径比以及装料系数大小而定。传热方式有两种：夹套式壁外传热结构和釜体内部蛇管联合使用。根据工艺需要，釜体上还需要安装各种工艺接管。所以，反应釜釜体和传热装置设计的主要内容包括釜体的结构和部分尺寸、传热形式和结构、各种工艺接管的安设等。反应釜釜体确定反应釜釜体的

18、直径和高度在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择筒体适宜的长径比（H/DD，以角定筒体直接和高度。选择筒体长径比主要考虑一下两方面因素：长径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，PocD3其中D：搅拌器直径；P：搅拌功率），P随釜体直径的增大而增大很多，减小长径比只能无谓的损耗一些搅拌功率。一次一般情况下，长径比应该大一点。长径比对传热的影响：当容积一定时H/Di越高越有利于传热。长径比的确定通常采用经验值。表1-1种类罐体物料类型H/Dj一般搅拌罐液-固或液-液相物料1-1.3气-液相物料1-2发酵罐类1.7-2.5在确定反应釜直径和高度时，还应该根据反应釜操作时所允许的装料程度一装料系数n

19、等予以综合考虑,通常装料系数n可取0.6-0.85.如果物料在反应过程中产生泡沫或沸腾状态，r|应取较低值，一般为06-0.7；若反应状态平稳，可取0.8-0.85（物料粘度大时可取最大值）。因此，釜体的容积V与操作溶积Vo有如下关系：V=Vo/r|（1.1）选取反应釜装料系数11=0.8,由v=Vo/n可得设备容积：V=Vo/n=2.97/0.8=3.715/对液-液相类型选取H/Di=1.3,4V3,兀H(1.2)将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径Di=1600mm,查JB/T4746-2002,DN=1600mm时的标准封头曲面高度h=400mm,直边高度h2=25mm,封头

20、容积Vh=0.5864/3,内表面积Fh=2.9007/,由手册查得每一米高的筒体容积为匕=1.539,/,表面积片=4.40m2。由公式可知筒体高度=匕二幺=715-。5864=2.04匕筒体高度圆整为H=2100mmo1.539(1.3)于是%=2100/1600=1.31,复核结果基本符合原定范围。1.1.2确定反应釜夹套的直径和高度500-600700-18002000-3000DjDj+50Di+100Dj+200Dj可根据罐体内径按下表推荐的数据选取。表1.2夹套直径Dj与罐体直径Di的关系（mm）对于筒体内径Di=7001800mm,夹套内径Dj=Di+100,因此Dj=1600

21、+100=1700mm,符合压力容器公称直径系列。按式”-匕Vo-V2.97-0.5864,H.=ArnmK生XD2工X164,4取夹套高度Hj=1200mm,则夹套顶部与釜体法兰间应留有足够的距离：=H一Hj=1700-1200=500mm150200这样便于筒体法兰拆装。验算夹套传热面积：(1.4)F=FxHFh=4.40 x1.2+2.29=7.57m27/n2（查化工设备基础16-516-6得瓦=4.40/,6=2.29m2）夹套传热面积符合传热要求。符号说明C厚度附加量mmG钢板或铸铁件厚度的负偏差mmC2一夹套的腐蚀余量nunDj夹套的内直径mmD,一夹套的外直径（Do=D,+23

22、n）mm一计算压力MPaP一夹套的最大允许工作压力MPa6夹套的计算厚度mm8e一夹套的有效厚度mm8n一夹套的名义厚度mm口设计温度下圆通材料的需用应力MPa。一焊接接头系数E设计温度下材料的弹性模量MPa?一许用外压力MPaS1一容器筒体的实际壁厚，如”$2一夹套筒体、封口锥或通道的实际壁厚，由团夹套类型的选择U型整体夹套，采用封口锥方式与筒体连接夹套的最高工作压力夹套的材料为Q235B,许用应力匕】=235MPa夹套的最高工作压力尸06MPa夹套的壁厚的计算=2.63mm0.6x1750 x10-32x235x0.85-0.6所以夹套圆筒的厚度圆整为10o夹套圆筒的应力计算夹套圆筒的有效

23、厚度的计算8e=2-G。2=10-0-1.5=8.5wm的计算cr0=235x0.85=199.75MPa圆筒的应力计算人迤m=吆（9。色）=62O6MP。232x8.5e所以应力强度符合要求。夹套圆筒的最大允许工作压力2同0aKD,+0.56,2x235x1x(10-1.5-0)1x1750 + 0.5x(10-1.5-0)=2.2SMPa 0.6MPa所以夹套圆筒的最大允许工作压力符合要求。1.1.5夹套试验压力夹套的水压试验=1.25 x 0.6 x235=0.15MPa所以夹套水压试验压力为0.75 MP。夹套压力试验前的应力校核压力试验前，应按下式校核夹套应力: 4（。+a）（y.r

24、 =0.75x（1750 + 8.5）2x8.5=T158MPa0.9 虹=0.9 x0.85x 235 = 179.78MP。液压试验时，叫满足叫所以夹套试验前得应力校核满足要求。夹套椭圆形封头的计算设计温度下标准椭圆封头的计算厚度的计算PQ,2bJ0-0.5P,0.6x17502x235x1-0.5x0.6=2.24mm则夹套椭圆形封头厚度圆整为IS加O有效厚度的计算0.15%xl750=2.6mm-8n-C,-C9-10-0-1.5=8.5/n/n2,6mm所以夹套封头厚度符合要求。夹套椭圆形封头最大允许工作压力的计算2匕T娟,肛+0.5心=2.28MP。 0.6MPa2x235x1x8

25、.51x1750+0.5x8.5所以夹套椭圆形封头最大允许工作压力符合要求。封口锥e“=0.5(),+S2)-(D,+25()=0.5x(1750+10)-(1600+2x16)=64mmeoOAMPa所以该公式适用内压圆筒的计算厚度g2cr20杳GB150得使用下面方法进行外压圆筒的计算yiij3e=8nC2-C|=161.5-0=14.5加加L=椭圆直边段之间的长度加上曲面深度的L=1740-120-400+-X400=1366.7mm则3illL=366.1mm,Dlt=1632mm查得：外压或轴向受压圆筒和管子集合参数计算图A=0.053外压圆筒、管子和球壳厚度计算图8=182。许用外

26、压力问的计算182112.6= 1.62MPa 灾隹=0.75MPa则假设成立，取圆筒的4=.丽。封头、卡子及密封装置的选择封头的选择椭圆形封头是由半个椭球面和短圆筒组成，直边段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成型，适合中、低压容器。故该搪玻璃反应釜选用椭圆形封头。卡子的选型根据HG/T2054-2007搪玻璃设备卡子规定，A型卡子适用于设计温度高于-20200,设计压力小于等于l.OMPa的搪玻璃设备，该设备选用法兰高度为110mm。则h3=1

27、10mm,所以选用卡子的型号为AM201。密封装置的选用密封主要有两种：填料密封和机械密封。本设备选用机械密封。机械密封是把转轴的密封面从轴向改为径向，通过动环和静环两个端面的相互贴合，并做相对运动达到密封的装置，又称端面密封。机械密封的泄漏率低，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使用。故本设备选用机械密封作为密封装置。第二章反应釜的传递装置反应釜的传动装置包括电动机、减速机、机架、传动轴、传动轴联轴器、搅拌釜内联轴器、活套法兰、安装底盖、搅拌轴轴封等。反应釜的长动装置通常设置在反应釜的顶盖（上封头）上，一般采用立式布置电动机经减速机将转速减至工艺要求的搅拌转速，再通过联

28、轴器带动搅拌轴转速，从而带动搅拌器转动。电动机与减速机配套使用，减速机下设置一机架，安装在反应釜的封头上。考虑到传动装置与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，常在机架下安装一个安装底盖，还在上封头的开口处安装一个活套法兰。减速装置1）主要形式：目前我国已颁布的标准釜用立式减速机，有摆线针齿行星减速机、两级齿轮减速机、三角皮带减速机和谐波减速机四种。a.摆线针齿星减速机：减速比879,转速16160r/min,功率0.630kw。特点是传动效率高，结构紧凑，拆装方便，寿命长，承载能力高，工作平稳，允许正反转。b.两级齿轮减速机：为两级同中心距并流式斜齿轮减速传动装置。减速比11

29、.6-5.63,转速125250r/min,功率0.630Kw。体积小，效率高，制造成本低，结构简单，装配检修方便，可以正反转。c.三角皮带减速机：单级三角皮带传动的减速装置。减速比4.53-2.9,转速320550r/min,功率0.65.5Kw。结构简单，过载打滑，起保护作用，允许反转。d.谐波减速机:减速比35990,转速416r/min,功率0.613Kw。结构简单，重量轻，承载能力高，运转平稳，封闭性好，可用于有防爆要求的场合。查标准搅拌传动装置系统组合、选用及技术要求(HG21563-1995)以及釜用立式减速机，按照搅拌功率和转速选择摆线针齿行星减速机，已知搅拌转速为85r/mi

30、n,功率为5.5kw,查标表可知，选用机型号为3,减速比为17的摆线针齿行星减速机，其传动效率为0.9。标定符号为:BLD3-3-17。表2.1釜用立式减速机的基本特性特性减速机类型摆线针齿行星减速机两级齿轮减速机三角皮带减速机谐波减速机减速比范围87-911-64.5-3360-90输出轴转速范围r/min,(配用四级电动机)16-100125-250320-5004-16功率范围kw0.6-300.6-300.6-5.50.6-13效率0.9-0.950.930.91大于0.83主要特点本机为利用少齿内啮合行星传动的减速装置，减速比大，寿命长，故障少，装拆方便，结构紧凑，重量轻，与同功率的

31、涡轮减速机相比，效率高而体积可小一半左右:有取代涡轮减速机的趋向。本机为两级同中心距斜齿轮传动的减速装置，传动比准确，寿命长。本机为单级三角皮带传动的减速装置，结构简单，过载时会产生打滑现象，因此能起安全保护作用，但由于皮带滑动不能保持精确的传动比。本NL为利用行星轮为柔轮的少齿差;内啮合行星传动的减速装置，减速比可很大。特性参数功率、按输出轴轴颈面分的机型号、减速比中心距三角皮带型号、根数柔轮分度圆直一径应用条件对过载和冲击载荷有较强承受能力，可短期过载75%,允午正反旋转，可用于有防爆要求的车间，与电动机直联供应允许正反旋转，应采用夹壳联轴器或弹性块式联轴器与搅抖轴连接，不允许承受外加轴向

32、载荷，适用于连续搅拌的化工设备，可用于有防爆要求的车间.与电动机直联供应允许正反旋转，般以夹壳联轴器与搅拌轴连接，搅拌器重量可由本机承受，不能用于有防爆要求的车问，适用于连纯搅拌的化工设备可不需多级传动而用十转速低级的搅拌传动装置，可用于有防爆要求的车间标定符号BLD功率-机型号-减速比BLY机型号-减速比-功率LC-中心距-顺序号P三角皮带型弓根数-顺序号XB柔轮分度圆直径-顺序号标准图号HG5-744-78HG5-745-78HG5-746-78HG5-747-78注:电动机若采用AJ02（防爆型）型时，在标定符号前加A字样对BJ02（隔爆型）加“B”字样，对J02型电动机则不加写代号。电

33、动机的基本特性及选用通常电动机与减速及配套供应，设计时可根据反应器应配电机功率、转速、安装形式及防爆要求，选择电动机及配套的减速机。电动机的轴功率校核符号说明之一轴封处摩擦损耗功率为卬A一搅拌轴功率,忆川巴一电动机计算功率，火卬n传动效率轴封处摩擦损耗功率的计算由于该填料密封采用单端面密封则，“=4.0J2=4.0 x0.09512=0.231kw搅拌轴功率的计算其中搅拌介质选择乳胶聚合贝ij乙=1.5V=1.5x3000=5.5kw电动机计算功率的计算由传动类型为摆线针轮行星传动，则传动装置各零部件的传动效率=0.9。R+匕4.5+0.237贝ijp=!2,=5.2670.9圆整为5.5hv

34、机架机架的选用原则具备下列条件之一者，可选用单支点机架：减速机输出轴侧的轴承作为一个支点者；设置底轴承，作为一个支点者：在搅拌容器内设置中间轴承，并能作为一个支点者。本设计中以减速机输出轴侧的轴承作为一个支点者，故选用单支点机架。为了与标准配合，传动轴的轴径选用d=80mm,参考标准（HG21566-95搅拌传动装置-单支点机架），选用机架公称直径为300mm,B型单支点机架。结构如下图：B32IA具体尺寸表:表2.2机架尺寸表mm机，架尺寸表(mat)S3.1-3架冰ft机公直传动轴轴ttdDi(H8)D.D.Dsn-HH,H号机契质A型BRA型AflBQ200302452953403303

35、608-12257573022029546208444740462104448250502903S039542545512T2275099526838846212839360462158595704621787973006032040044549553012-4227951040279399462151211327046217123134804621912613740090415S1556550064516-*2689011153】d42。4622】2002141004622420822250010052062067070074520-12610751325369494462243263S21

36、10462263293551204622833536113046230341367700120670780830B0088028-12611851415399514462285575941304623056360014046232571608160462365826193.0.3接板与武速机的连接尺寸按用户选定的减建机型号确定.接板的外形尺寸按表3的规定.杳表可知:传动轴轴径d=80mmn寸，机架的公称直径取300mm,Di=320mm,D2=400mm,D3=445mm,D4=495mm,Ds=530mm,H=1040mm,Hi=399mm,螺栓数量为12-M22,轴承型号46219,机架质

37、量137kg,又由表查得:单支点机架的支点轴承间距L=690mm。机架的标记为:HG21566-1995机架B300-80传动轴为了与标准配合，传动轴的轴径选用d=80mm,材料为Q235-B,并且在轴的外表面加一玻璃层，以提高其耐腐蚀性。传动轴采用上装式，传动轴釜外轴头形式为D型，即釜外联轴器为带短节联轴器。传动轴釜外轴头形式如下：查表可知:传动轴轴径d=80mm,上端轴径di=65mm，釜内轴长L=550mm,卜端轴径d2=80mm。传动轴的标记为:HG21568-1995BSD300-80/550-Q235-B=联轴器带短节联轴器用于搅拌机传动装置的减速机输出轴与传动轴的连接，并在拆卸联

38、轴器的短节之后，能在不拆除减速机和机架的条件下，装拆机架的中间支点、轴承箱和轴封。因此釜外联轴器选用带短节联轴器。查表带短节联轴器的形式及与机架、传动轴的配套可选用B型带短节联轴器。如下图：n31wavvMH带短节联轴器轴孔与轴的配合代号为H7/m6o减速机输出轴的轴孔直径，即上半联轴孔径为80mm,传动轴的上端轴孔,即下半联轴孔径直径为65mm,材料为ZG270-500的B型带短节联轴器，其标记为:HG21569.1-95联轴器B90/75-ZG-第三章反应釜的搅拌装置搅拌装置由搅拌器、搅拌轴及其支撑组成。电动机驱动搅拌轴上的搅拌器以一定的方向和转速旋转，使静止的流体形成对流循环，并维持一定

39、的湍流强度，从而达到加强混合、提高传热和传质速率的目的。搅拌器搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件，其功能是提供过程所需的能量和适宜的流动状态。其类型分为:推进式、浆式、涡轮式、锚式、框式、螺杆式、螺带式等，搅拌器选型时，主要考虑：具有显著的搅拌效果，特别是对多相反应。搅拌所消耗的能量应尽可能小。保证从反应器壁或侵入式热交换装置到反映混合物能有高的给热系数。搅拌器的选择按搅拌器类型和适用条件选型:对低粘度流体的混合，推进式搅拌器由于循环能力强，动力消耗小，可应用到很大容积的釜中;涡轮式搅拌器应用最广，各种搅拌操作都适用，但流体粘度不超过50Pas;桨式搅拌器结构简单，在小容积的流

40、体混合币应用较广，对大容积的流体混合，则循环能力不足;对于高粘度流体的混合以锚式、框式、螺杆式、螺带式更为合适。本设计的搅拌器选择不带挡板的框式搅拌器。表4-1搅拌器型试选择搅拌流动状态搅拌目的搅拌转速最高对湍剪低高分溶固结传器流流切粘粘散解体晶执，八、容范粘型循扩流度度悬器围度式环散混液浮容/(r/(P合混积mia.s/m3n)反应涡1-1050轮10-3式000桨1-105()式10-3000推进式1100010-5002折叶开启涡轮式1100010-30050布鲁马110010-30050令式锚式11001100100螺杆式1500.550100螺带式1500.550100注:有者为可用

41、:空白者不详或不合用搅拌器的强度计算符号说明一搅拌器强度计算时的设计功率，kwp一每个桨叶强度计算时设计功率，kwriZ一轴上相同搅拌器的层数Z,一搅拌器的桨叶数，选择的是框式搅拌器，则桨叶数为4”,一I-I断面上弯矩,N.mM一由扭矩在I-I断面上增加的弯矩，N.mM,1I-I断面上的扭矩，N.mWI-I断面的抗弯截面系数一I-I断面弯曲应力,MPaS一桨叶的厚度搅拌器强度计算时的设计功率-”.9x5.5-OR-.0每个桨叶强度计算时设计功率P4713Z,4框式搅拌器II断面上弯矩的计算P4713M.=97400 x=97400 x=135N.mn.Zi85x4桨叶垂直方向悬臂高度查表得：H

42、、=800mm,”3=750/n/n,B=1440/n/n,r,xt2=50 x91mm桨叶总iWj度“2=Hm=800/tjm搅拌器半径R=120mm搅拌器叶根半径R2=623mm则桨叶垂直方向悬臂高度Hi按一下公式计算：H=(772-/73)+(y-)xtanl5=50+x(1440-97)xtanl50=229.9mm搅拌器横梁宽度中心线至椭圆形叶宽中心线的距离L按下式计算:L=H,-t,=750-x97=701.5m/n。3222系数a的计算2.t22x97= 0.31800 xII断面上的扭矩的计算17.58N.m TOC o 1-5 h z 2(43一凡3)”2(72()3-623

43、3)x229.9.!-.=xx1353(/?；-&)。+。)3(7204-6234)x(1+0.31)由扭矩在II断面上增加的弯矩按的计算1H12299M.=-L.A/.=xx135=16.89N.m2.(1+a)L2x(l+0.31)701.5II断面的抗弯截面系数的计算卬=&_(25)(2-25-=50 x97?_(50-16)x(97-16)2=41229mm36666II断面弯曲应力M/+M/55.7+4.48ri._n.XDa.=-=-=6.2MPaPa（合金钢）/一悬臂轴跨间轴段的惯性矩，皿/；九一悬臂轴悬臂轴段（实心或空心）的惯性矩，E341，个圆盘（搅拌器及附件）的每个圆盘悬臂

44、长度（对于悬臂轴）或1，个圆盘（搅拌器及附件）的每个圆盘至传动侧轴承的距离（对于单跨轴），加；人一搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心离搅拌侧轴承的距离（对于悬臂轴）或搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心离传动侧轴承的距离（对于单跨轴），mm.轴上弯矩总和，N.m；Ma由轴向推力引起作用于轴的弯矩，N.m.M一按传动装置的效率%计算的搅拌轴传递扭矩，N.m；“E，一轴传递的最大转矩，N.mMr由径向力引起作用于轴的弯矩，Nm；山一固定在搅拌轴上的圆盘（搅拌器及附件）数；叫、Z/一圆盘（搅拌器及附件）1、2的质量，依；叫、叫一圆盘（搅拌器及附件）1、2，的有效质量，kg；“4一悬臂轴4段

45、轴的质量jr%,中NM（l-N；）+pxlO-9“年一悬臂轴4段轴的有效质量，依；叫“一悬臂轴及各层圆盘（搅拌器及附件）的组合质量，依；M）空心轴内径与外径的比值；一轴的转速，“min；85/min怎一轴的一阶临界转速，“mi、匕一电动机额定功率，%卬；5.5时P-一轴封处摩擦损耗功率，即；。一设备内的设计压力，MPa；S相当质量的折算点；S传动侧轴承游隙，皿”；S悬臂轴搅拌侧轴承或单跨轴末端轴承游隙，机加；卬一单跨轴L段或悬臂轴右段轴有效质量的相当质量，kg；吗、W2_._ge、叫e“7的相当质量，kg；也一在S点所有相当质量的总和，kg；。一搅拌轴轴线与安装垂直线的夹角，（）一第个搅拌器叶

46、片倾斜角（）7轴的扭转角，%.6x由轴承径向游隙引起在轴上离轴承距离x处的径向位移，相加；由流体径向作用力引起在轴上离轴承距离x处的径向位移加团；2x由组合质量偏心引起在轴上离轴承x处产生的径向位移，加；或一离轴承距离x处轴的径向总位移，mm,九一悬臂轴段惯性矩与跨间轴段惯性矩的比值I。CQ-N：）一搅拌物料的密度，依心轴材料的密度，依Z轴上所有搅拌器其对应编号i之和。一传动装置效率，0.9按扭转变形计算搅拌轴的轴径搅拌轴受转矩和弯矩的联合作用，扭转变形过大会造成轴的振动，使轴封失效，因传动侧轴承搅拌侧轴承.图2搅拌轴受力图此应将轴单位长度最大扭转角/限制在允许的范围内，轴转矩的刚度条件为nm

47、a xGd4(1-a0 ,轴传递的最大转矩M的计算P53=955327,=9553xx0.9=556.32Njh“maxnf85空心轴内径与外径的比值的计算搅拌轴直径Q的计算周一许用扭转角，对于悬臂梁川=0.35%故搅拌轴的直径为d = 4.92(也max2Y =4.92x(556.320.35 x 7.938 xl0 x(l-0.834)2y = 68.7 mm则取d=95mm符合要求。按临界转速校核搅拌轴的直径搅拌轴有效质量的计算对于带框式搅拌器的刚性轴，其有效质量等于轴自身的质量。悬臂轴两支点间距离。的计算a=H-Hd=760-455=305mm第一个搅拌器悬臂长度右的计算L,=Hd+5

48、80+1740-190-%=455+580+1740-190-9%=2536.5mm搅拌轴的有效质量的计算p=7.9x10,监人合金钢/，黯则：mLle=mLl=djL,ps(1-Af02)=-x0.0952x2.5365x7.9x103x(1-0.832)=44.2kg对于悬臂轴mLie=mLi圆盘有效质量的计算柔性轴以及带锚式和框式搅拌器的刚性轴的圆盘有效质量等于圆盘自身的质量，即：mie-mx=1.5kg轴及搅拌器的有效质量在S点的等效质量之和ms的计算ms=1nLe+mie=44.2+117.5=161.7kg惯性矩/的计算I=)4=x954=4,0 x10-5w46464一阶临界转速

49、,的计算合金弹性模量E=206GPa则30/3x206x108x(1-0.834)x4x10-6=4、2.53362x(2.5336+0.35)x161.7=2003；4n85200.3=0.420.7所以临界转速符合要求按强度计算搅拌轴的直径轴上扭矩的计算9553八9553八八一Mn=%尸、=x0.9x5.5=556.32N.inn85径向力引起的轴上弯矩的计算流体径向力系数K1的计算Kt=KtKru.Kib.K.le.Ku=0.08x0.7x2.0 x1.2x1.0=0.1344式中储一基本流体径向力系数，（“一物料粘度修正系数一搅拌容器内平直挡板数的修正系数一搅拌器偏心安装的修正系数K”

50、一搅拌容器内件的修正系数搅拌器功率产生的扭矩Mg的计算95539553M3尸=x4.7133=529.7N.m叫n85搅拌器上的流体径向力F的计算巧一搅拌器的直径，的,查标准得，0=1440mmFh=K、/I。.=0.1344x*，*1一=i38yVm则：%。，XX1440搅拌轴与各层搅拌器的组合质量的计算mi=i=44.2+117.5=161.7kg搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处许用偏心距同的计算G:平衡精度等级，取G=6.3m，%则:e=9.55%=，,黑=07Xmm搅拌轴与搅拌器质量偏心引起的离心力工的计算2)2一对刚性轴初值取0.5*则：对于悬臂轴=X161.7X852x0

51、.71xf5|xl0-59U-0.5J=18.2N搅拌轴与各层搅拌器组合重心离轴承的距离L的计算e_.2536.5m.L,4-tn,1117.5x2536.54-44.2xL=2189.8/n161.7径向力引起的轴上弯矩例凡的计算Mr=区见+9.81%也Sia+F,.Zjxl(r3=(131.8x2536.5+9.81x161.7x2189.8x0+18.2x2189.8)x10-3=374.2N.m轴上扭矩和弯矩同时作用时的当量扭矩的计算用八的粗略计算当P0则返回重新取2轴上弯矩总和M按下式计算M=Mr+Ma=374.2+414.7=788.9N.mKn轴上扭矩和弯矩同时作用是的当量扭矩也

52、按下式计算M,e=+”2=,556.322+788.92=965.3N.S受强度控制的轴径d按下式计算d=172旬心八=17.2xJ军一n=59.1/nn/VHv-oJpl.85x(l-0.71)则取d=95mm符合要求。按轴封处允许径向位移验算轴径由轴径。=95mm,轴承型式为滚动轴承则轴承径向游隙为S=S=0.04mm对于悬臂轴，因轴承径向游隙s,S”所引起的轴上任意点离轴承距离x位移的计算=OAmm0.04628f0.04+0.04-Z卜“*2305I2由流体径向作用所引起的轴上任意点离轴承x处位移的计算其中xVL.时I-3x8 , 2536.5628 12536.5 )=0.68/77

53、/7?悬臂轴段惯性矩与跨间轴段惯性矩比值2 r乙 6E/“ L0.71x0.13-1 0.5=0.1357?131.8x2.53622x0.628305x1x2x+0.686x206x10-6x2.1x10912536.5=0.19mm由搅拌轴与搅拌器组合质量偏心引起的离心力在轴上任意点离轴承距离x处产生的位移的计算由x0.6Mpa),选用平衡型双端面机械密封;介质压力低时(0.6Mpa),选用平衡型机械密封;介质压力低时(80时，搅拌轴的圆周线速度v1.5m/s时，机械密封应配置循环保护系统。(按HG21572-95)填料密封：填料密封又称为压紧填料(GlandPackings)密封，俗称盘

54、根密封。盘根密封是最古老的一种密封结构，在我国古代的提水机械中，就是用填塞棉纱的方法来堵住泄漏的，世界上最早出现的蒸汽机也是采用这种密封形式的。而19世纪石油和天然气开采技术的生产与发展，使填料密封的材料有了新的发展。到了20世纪，填料密封因其结构比较简单，价格不贵，来源广泛而获得许多工业部门的青睐。填料密封主要用于机械行业中的过程机器和设备运动部分等动密封，比如离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机、反应釜的转轴密封和往复泵、往复式压缩机的柱塞或活塞杆，以及做螺旋运动阀门的阀杆与固定机体之间的密封。被密封介质为一般物料，介质压力中等，选用填料密封。介质压力低，密封要求不高时，选用一般石棉或浸渍石棉填

55、料的填料密封箱。介质压力中等，密封要求较高时，选用高性能填料并组配循环保护系统中的流程图。2机械密封原理当轴转动时，搅拌轴带动弹簧座、弹簧垫板、动环等零件一起旋转。由于弹簧力的作用，动环紧紧压在静环上，静环静止不动，这样动环和静环相接触的环形断面就阻止了介质的泄漏。填料密封原理填料装入填料腔以后，经压盖螺丝对它作轴向压缩，当轴与填料有相对运动时，由于填料的塑性，使它产生径向力，并与轴紧密接触。与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成油膜。由于接触状态并不是特别均匀的，接触部位便出现“边界润滑”状态，称为“轴承效应”；而未接触的四部形成小油槽，有较厚的油膜，接触部位与非接触部位组成一

56、道不规则的迷宫，起阻止液流泄漏的作用，此称“迷宫效应:这就是填料密封的机理。显然，良好的密封在于维持“轴承效应”和“迷宫效应二也就是说，要保持良好的润滑和适当的压紧。若润滑不良，或压得过紧都会油膜中断，造成填料与轴之间出现干摩擦，最后导致烧轴和出现严重磨损。为此，需要经常对填料的压紧程度进行调整。以便填料中的润滑剂在运行一段时间流失之后，再挤出一些润浴剂，同时补偿填料因体积变化所造成的压紧力松弛。显然，这样经常挤压填料，最终将使浸渍枯竭，所以定期更换填料是必要的。此外，为了维持液膜和带走摩擦热，有意让填料处有少量泄露也是必要的。机械密封与填料密封的对比密封可靠，在较长的试用期中不会泄露，清洁，

57、无死角，可以防止杂菌污染。使用寿命长，正确选择摩擦负荷比压的机械密封可以使用2-5年，最长有用到9年。维修周期长，在正常的使用情况下，不需要维修。轴或轴套不受磨损。摩擦功耗少，一般约为填料密封的10%-15%o机械密封对轴精度和光洁度没有填料密封要求那么严格，对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏移不敏感，对轴的震动敏感性小。适用范围广，能适用低温，高温，高真空，高压，各种转速以及腐蚀性，磨损性，易燃，易爆，有毒介质的密封。鉴于轴封装置的选用原则以及本设计中介质为有毒物质，所以选用轴向双端面非平衡型机械密封2005型（带内置轴承），以保证轴封的严密性。机械密封及其循环保护系统的选择机械密封主要部件:动

58、环和静环。辅助密封件:密封圈（有。形、X形、U形、楔形、矩形柔性石墨、PTFE包覆橡胶O圈等）。弹力补偿机构:弹簧、推环。传动件:弹簧座及键或各种螺钉。查表根据压力、温度选择其型式，根据传动轴轴径选取d=60mm,其他外形尺寸可查标准HG21571-1995得到双端面飞平衡性机械密封2005结构如下图：2004型2001flffly0.2-3双斑面等平膏型机械富封选择机械密封的循环保护系统根据过程设备机械设计标表34-3推荐选用表根据压力等级1.6MPa,介质温度大于80C可选择循环保护系统流程3。耳座计算符号说明。一支座本体允许载荷，KNQ一支座承受的实际载荷，KNa地震影响系数Q一偏心载荷

59、，N一偏心距，mm为一设置地区基本风压p地震载荷，Np风载荷，N卬河1一支座处圆筒所受支座弯矩，KN.m一耳座的数目选型选用4个支座，53=8，支座本体允许载荷Q=60KN。假设：地震设防烈度为0.15g,则地震影响系数a=0.12偏心载荷为g,=1500N，偏心距S,=500mm设置地区基本风压为%=550/,计算支座承受的实际载荷Q地震载荷的计算Pe=0.5amttg=0.5x0.12x3570 x9.8=4198.32N风载荷的计算f=0.74（按设备质心高度为0.67m取值，地面粗糙度类别选择C,离地面距离取3m）=0.95加0。”0*10-6则Pw=0.95x0.74x550 xl6

60、32x2250 x10-6=1793.405N水平力的计算fP=1793.405NP=max匕+0.25匕=4646.67N则P=4646.677V安装尺寸的计算D=加+2.+20)2_%2+2(/2-SJ=7(1600+2xl6+2x8)2-1602+2(160-70)=1820.2mm实际载荷的计算 TOC o 1-5 h z og+G4(P/i+G,S)3(2=1x1uknnD_-13750 x9.8+1500+4x(0.4x85+1500 x500)乂f0_0.83x4+4x1820.21JX=.62KNQ所以满足支座本体允许载荷要求。计算支座处圆筒所受支座弯矩=g(/2-SL)=11