植物油反应釜的设计

1、2007届毕业生毕业设计说明书题 目:院系名称：专业班级:学生姓名:学号:指导教师:教师职称:2007年05月20日 TOC o 1-5 h z 前言1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 反应釜概况2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1.2 .混合与搅拌的作用2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 1.3.本课题的目的和内容4 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 方案论证5设计进度安排及要完成任务6

2、 HYPERLINK l bookmark93 o Current Document 设计计算书7 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 已知参数7总体方案制定8用气量计算和主要尺寸的确定8 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 传动设计9 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 轴封安装和操作注意事项15 HYPERLINK l bookmark137 o Current Document 设备的维护和保养15 HYPERLINK l bookmark1

3、41 o Current Document 结束语16致谢17 HYPERLINK l bookmark144 o Current Document 参考文献18前 言毕业设计是我们走向工作岗位前的一次练兵，是对大学四年所学知识的一次 完整的总结，通过毕业设计，我们应从了解机械设计和创新的一般程序，并且通 过现场观摩和学习，不但使自己在专业上提高一个档次，并且在这个学习的过程 中增长知识，所以毕业设计具有非常重要的意义.为此,我们在导师的安排下，通 过互联网、专业期刊，以及实物资料、实地考察等的查询、收集，分析了解初步 掌握了关于进行此次设计的资料题材.作为机械设计专业的学生，理所当然做的是机

4、械制造方面的设计.为了达 到学习、演练、测试的目的，依据学校的指导精神和指导教师对我们毕业设计的 要求，我们选择了反应釜参数化设计.该课题属于中等偏难的题目，当然，我们还 不具备凭空想象来设计出一个全新的机器的能力，我们的主要任务是对该设备做 改进式的设计，丰富产品系列，对设备存在的不足之处进行改进、完善.首先在做 之前我们进行了资料的搜集和整理工作，学习了解反应釜的工作原理和结构特 点；我们还进行了实地的调研工作，对所设计的题目有了理性和感性的双重认 识，以确保我们的设计更合理、更实用.在设计的具体工作阶段，我们完成了全部数据的理论计算，包括设备的总 体设计、方案确定、传动设计等，进行了设计

5、结果的圆整以及强度、使用寿命 等内容校核，绘制了设备所有的装配和大部分零件图.这一过程是整个毕业设计 的主体过程，也是关键过程，它不仅体现了我们的学习和理解能力，也是对我们 动手能力和综合应用知识能力的检验.我相信，在老师的悉心指导下，通过同学们的帮助和相互间的探讨，我们能 够圆满地完成此次毕业设计.反应釜概况搅拌混合是重要的化工过程单元.在合成橡胶、塑料及化纤三大合成材料的 生产中，搅拌反应器约占反应设备总数的90%.通常混合设备占工艺设备的5 % 25 %,其质量占工艺设备总质量的5%10%,因此,混合设备的设计在装置设计 中占有重要地位.搅拌设备广泛应用于化工、医药、农药及染料等行业.由

6、于其操作条件的可 控范围较广，又能适用多样化的生产，应用越来越广泛.搅拌式反应釜是一种典型 的搅拌反应设备,用于化学反应，其主要由搅拌装置、轴封和搅拌釜体三大部分组 成.由于过程换热的需要，在一般情况下设备设有夹套及蛇管，以满足传热要求.釜体的设计是结构设计的第一步,其包括反应釜的体积、直径及高度设计; 夹套的体积、直径及高度 设计;釜体及夹套的壁厚设计.搅拌装置包括传动装置、 搅拌轴和搅拌器，由电动机和减速器驱动搅拌轴，使搅拌器按一定转速旋转以实 现搅拌目的.作为搅拌装置的主要零件之一的搅拌轴既要与搅拌器连接，又要与轴封装 置以及轴承、联轴器等组成轴系，且须保证以一定转速回转，其设计计算需要

7、考虑 诸多因素.混合与搅拌的作用油脂精炼工艺致力于研究油脂及伴随物的物理、化学性质，并根据该混合物 中各种物质性质上的差异，采取一定的工艺措施，将油脂与杂质分离开来，以提高 油脂食用和储藏的稳定性与安全性.油脂精炼是一个复杂的多种物理和化学过程 的综合过程.这种物理和化学过程能对伴随物选择性地发生作用，使其与甘油三 酸酯的结合减弱并从油中分离出来.这些过程的特性和次序，一方面由油品性质 和质量决定，另一方面由精制所需深度 而决定.因此，尤其要注意各个精炼阶段 的条件选择，以便能最大限度地防止油脂与水、空气中的氧、热和化学试剂的不 良作用，在这一过程中混合与搅拌就非常重要.碱炼时，烧碱与游离脂肪

8、酸的反应发生在碱滴的表面上，碱滴分散得愈细，碱 液的总表面积愈大，从而增加了碱液与游离脂肪酸的接触机会，加快了反应速 度，缩短了碱炼过程,有利于精炼率的提高.混合或搅拌不良时，碱液形不成足 够的分散度，甚至会出现分层现象，而增加中性油皂化的机率.因此，混合或搅拌 的作用首先就在于使碱液在油相中造成高度 的分散.为达到此目的，加碱时，混 合或搅拌的强度必须强烈些.混合或搅拌的另一个作用是增进碱液与游离脂肪酸的相对运动，提高反应的 速率，并使反应生成的皂膜尽快地脱离碱滴.这一过程的混合或搅拌强度 要温和 些，以免在强烈混合下造成皂膜的过度 分散而引起乳化现象.因此，中和阶段的 搅拌强度，应以不使已

9、经分散了的碱液重新聚集和引起乳化为度.在间歇式碱炼工艺中，中和反应之后，搅拌的目的在于促进皂膜凝聚或絮凝, 提高皂脚对色素等杂质的吸附效果.为了避免皂团因搅拌而破裂，搅拌强度 更 应缓慢一些,一般以3015 r/米in为宜.在蜡的结晶时，搅拌可使油脂中各处的降温均匀；可使晶核与即将析出的蜡 分子碰撞，促进晶粒有较多机会均匀长大.不搅拌只能靠布朗运动，结晶太慢.但 搅拌太快，会打碎晶粒.一般搅拌速度 控制在1013转/分，大直径的结晶罐用 较低的速度.搅拌速度以有利于蜡晶成长为准.搅拌可减少“晶簇”的形成.结 晶中，除了晶核长大,几颗晶体还可能聚集成晶簇，晶簇能将油包合在内，增加脱 蜡损耗.本课

10、题的目的和内容本毕业设计课题应达到的目的：.通过对基础理论知识和专业知识的综合应用，提高学生分析解决问题的能力，培养认真、踏实、严谨的工作作风和科学创新的精神.熟悉设计过程、基本设计方法,能正确编写技术文件，培养产品的开发能力.学会查阅国内外有关文献,提高信息应用能力.学习AutoCAD辅助机械设计和二次开发的方法，熟练掌握计算机绘图的技能.本毕业设计课题任务的内容和要求：.设计产量100TPD的反应釜，完成总体设计和绘图；.编写软件编制说明书和使用说明书.说明书不少于0.5万字；.按要求翻译相关外文资料一篇.方案论证本设计中传动比较大，要求瞬时传动比恒定，结构紧凑,而且在油脂精炼中混 合强度

11、与操作温度、水化情况都有关系，随着混合强度的变化搅拌速度也不 断变化.所以根据工艺设计要求和其结构特点以及各种传动机构的特点，选择齿 轮传动机构传动.在各种机械中应用最多的是圆形齿轮机构.其主要优点有：1).能保证瞬时 传动比恒定；2).传动比范围大可用于增速或减速；3).应用范围广：圆周速度 可 达300米/s;传递功率可从小于1W到100000KW;齿轮直径可由1米米到152.3米; 4).传动效率高；5).寿命长；6).结构紧凑，适用于近距离传动.若采用行星齿轮 系，可以在使用为数不多的齿轮且结构紧凑的情况下,得到很大的传动比.带传动适用于传递距离的运动和动力;传动的外廓尺寸较大，结构不

12、紧凑，且 对轴的压力大;带与带轮之间存在弹性滑动和打滑，不能保证准确的传动比;机械 效率低，带的寿命较短；需要张紧装置.所以带传动的应用范围是：一般带速为 525米/s,高速带可达60米/，;平带传动的传动比通常为3左右，较大可达到 5;V带传动的传动比一般不超过8.而链传动的瞬时传动比不恒定，传动平稳性差，不能用于变载和急速反转的 场合;链条铰链易磨损，只能传递平行轴间的同向回转运动.一般链传动传递的功 率P100 KW;链速V15米/s;传动比i W7.所以，综合考虑诸多因素并结合本设备特点，选择立式摆线减速机传动机构.设计进度安排及要完成任务本设计总的时间约14周，主要进度 安排见表2-

13、1.表2-1进度安排时间工作内容第45周调研、查资料、完成毕业实习报告(调研报告)第68周总体方案确定、系统总体设计第914周详细设计第1516周编制设计说明书，准备答辩毕业设计期间所要完成的主要任务：.按要求翻译相关外文资料一篇.完成YSRG160型反应釜搅拌轴的设计计算，并绘制其部装图.完成传动机构的设计计算及其辅助机构的选型.借用同组其他同学的设计部分完成该反应釜总装图的绘制.设计计算书基本参数：n=3.141 弧度=57.29577951 度要求：全容积8.2立方，直径1.6米，机械搅拌，转速41转/分, 工作压力0.6米pa,耐酸，重量、外形、价格、材质4.1已知参数YSRG160型

14、主要已知参数见表3-1.表3-1已知参数表规格型号YSRG160生产能力T/D100公称直径米米1600罐体高度3500封头形式椭圆封头封头高度400筒体厚度7筒体重量kg975设计压力米Pa0.6工作压力 米0.6Pa设计温90度工作滋90度搅拌叶组数3搅拌叶形式折叶桨式底桨叶形式无轴的支承形式单跨（有底轴承）物料名称植物油主要材料0Cr18Ni9/Q235-A转速RP41注:筒体重量计算公式：nX（公称直径+筒体厚度X2）X罐体高度X筒体厚度X密度4.2.总体方案的确定4.2.1.传动方案考虑到安装空间等因素，选择立式摆线传动，单支点机架，搅拌叶形式采用斜 叶桨式的.4.2.2.传动设计设

15、计计算及说明计算结果功率计算罐体容积V1=nX（公称直径/2） 2 x罐体高度 =3.14 X 1600/2 X 1600/2 X 3500 =7.034 米 3椭圆封头容积V1=7.034 米 3V2=1.072 米 3总容积V=v1+v2 X 2=7.034+1.072 X 2=9. 2 米 3酸化反应是使液体混合反应，按设计资料1下P259最小轴功率为0.20.3Kw/立方米，按0.3 KW/米3计算初算轴功率Ps=0.3 X总容积=0.3X9.2=2.76 KW轴封处摩擦损耗功率P 米=0.2 KW传动总效率n=0.9计算电动机功率P 米=(Ps+P 米)/n = (2.76+0.2)

16、/0.9=3.29 KW取电动机功率P = 4 KW轴径计算扭矩米二P/n=9555 X4/41=932.20 N 米按强度计算d1NCX(P/n)1/3 = 107 X (4/41)1/3 =49.3 米米对 45 钢,C=107按扭转变形计算d1 = 155.4X (米 n/(yXGX (1-N04)1/4=60.5米米式中：米n：搅拌轴传递的最大扭矩，取最大值米二932.20 N 米V2=1.072 米 3V=9. 2 V2=1.072 米 3V=9. 2 米 3Ps=2.76 KWP 米=0.2 KW n=0.9P 米=3.29 KWP=4 KW米二932.20 N 米d1=49.3

17、米米d1=60.5 米米许用扭转角度y,单跨轴取0.7，悬臂轴取0.35, 此处取0.5 /米剪切弹性模量G=81000米pa取最小轴径d = 65米米如取空心轴,计算弹性模量实心轴 W=n/16Xd3 =3.14/16X653 =53922.619空心轴 W=n/16XD3 X (1-(D-2Xa)/D) 4 ) =3.14/16X893X(1-(89-2X6)/89)4 ) =60866.735式中：空心轴外径D=89米米空心轴壁厚a=6米米 安全系数为1.13可知，空心轴强度：安全壁厚计算按第一强度理论：S1=pXDi/(2X o X-p)+C=0.6 X 1600/(2 X 137 X

18、 0.85-0.6)+1=6.13259 米米式中：设计压力：p=0.6米pa许用应力：o = 137米pa化工容器设 计P68,0Cr18Ni9,100C焊缝系数：9=0.85筒体内径：Di=1600米米附加壁厚：C=1米米考虑到搅拌的速度 较高,取增厚壁厚度1米米d=65米米D=89米米安全系数1.13安全d=65米米D=89米米安全系数1.13安全S1=6.13259 米 米S=7米米4.2.3.减速机选型选择摆线针轮减速机，此减速机的特点是减速比大;结构紧凑、体积小、 重量轻;效率较高;运转平稳,过载能力较大，承受冲击和振动的性能较好；工 作可靠、寿命长；对外界的条件的要求不高，可以正

19、、反两向运转.同时选择 直联式，可以提高对中度，减小安装空间.设计计算及说明计算结果功率选择P=载荷功率乂工况系数/摆线减速器效率1.2X1.2/0.90=1.6 KwP=1.6 Kw效率n=0.9工况系数K=1.2试选择BLD4-4-35输入功率4.2.3.减速机选型选择摆线针轮减速机，此减速机的特点是减速比大;结构紧凑、体积小、 重量轻;效率较高;运转平稳,过载能力较大，承受冲击和振动的性能较好；工 作可靠、寿命长；对外界的条件的要求不高，可以正、反两向运转.同时选择 直联式，可以提高对中度，减小安装空间.设计计算及说明计算结果功率选择P=载荷功率乂工况系数/摆线减速器效率1.2X1.2/

20、0.90=1.6 KwP=1.6 Kw效率n=0.9工况系数K=1.2试选择BLD4-4-35输入功率N=4 Kw传动比i=35减速机输出转矩米 = 975X9.8XNXiXnXK/n= 9555XNXiXnXK/n=9555 X4X 35X0.9X1.2/14401003.3 N 米许用扭矩米=1600 N 米米= 1003.3 N 米米= 1003.3 N 米 米=1600 N 米（合格）查产品样本，选取减速机型号为XLD4-6-59减速机型号为XLD4-6-59机架选择根据减速机可选择J-B-65型机架:表示减速机出轴轴径为65毫米的带中间支承的机型.联轴器选择根据工作情况可选择凸缘联轴

21、器：特点是刚性好，传递转矩大，结构简单，工 作可靠，维护简便.设计计算及说明计算结果Tc = KX 9550 X Pw/nW Tn （N.米）工况系数，取K=1.7驱动功率，Pw=4X0.9 = 3.6KwPw = 3.6Kw工作转速n=1440/35 = 41.14r/米 in扭矩Tc=1.7 X 9550 X 3.6 X 35/1440= 1420.6NTc = 1420.6N,YLD12选择YLD12型型联轴器齿轮计算计算结果设计计算及说明计算结果结构形式为针轮固定、卧式不带电机型摆线轮：材料 摆线轮:GCr15 HRC60-64GCr15 HRC60-64机座、针齿壳:HT20-40机

22、座、针齿壳:HT20-40传动比i = 35i = 35齿数Z1=|i| =35Z1=35Z2=Z1+1=35+1=36Z2=36初选短幅系数K1=0.7K1=0.7初选针径系数K2=1.5K2=1.5啮合位置系数yH ax=1.51yH ax=1.51齿宽系数9=0.159=0.15许用接触应力h=85 米 Pah=85 米 Pa针齿中心圆半径R=9.3X (TXyH米 ax/x) 1/3=128米米R=128米米偏心距e=K1XR/Z2=0.7X128/36=2.5米米e=2.5米米校正短幅系数K1=eXZ2/R=2.5X36/128=0.703K1=0.703摆线轮节圆直径r1=eXZ1

23、=2.5X35=87.5 米米r1=87.5 米米针轮节圆直径r2=e X Z2=2.5 X 36=90 米米r2=90米米滚圆半径rg=e/K1=2.5/0.703=3.56 米米rg=3.56 米米基圆半径rj=r1/K1=87.5/0.703=124.47 米米门=124.47米米啮合周节tn=2 n e/K1=2X3.14X2.5：0.703二22.34米米tn=22.34 米米针齿套半径rZ=R/K2 X sin1800/Z2=7.4 米米rZ=7.4米米圆整为rZ=9 米米rZ=9米米针齿销半径rZ=6米米rZ=6米米摆线轮齿顶圆半径Ra-R+e- rZ-128+2.5-9-121

24、.5 米米Ra-121.5 米米摆线轮齿根圆半径Rf-R-e- rZ-128-2.5-9-116.5 米米Rf-116.5 米米摆线轮内孔半径Rn-(0.40.5)R-(0.40.5) X 128-51.264Rn-55米米取Rn-55米米摆线轮宽度B-6X R-0.15 X 12819 米米B-19 米米摆线轮齿廓顶切验算rZ/R-9/128-0.0703a 米 axrZ/R-0.0703N/2N/-7.7 米米/-0.03X2X 128-7.7 米米摆线轮销孔壁厚验算/ 1-Rw-Rn-0.5 dw-86-55-0.5X37/1-12.5/-12.5/2-2Rwsin1800/Zw- dw

25、/2-16.2/-2X86Xsin1800/10-37-16.2/N-0.03DzN-0.03Dz轴封安装和操作注意事项.机械密封的安装质量及操作对密封装置的运行寿命有着极为重要的影 响多弹簧式机械密封安装时，要防止弹簧翘曲，以保证机械密封有合适的压缩 量，一般单端面的机械密封压缩量为46米米.压缩量过大，不但会增加密封 端面PV值，而且会导致弹簧应力上升，从而加速了弹簧的疲劳破坏.因此在 调整弹簧的压缩量时，应严格按工艺要求进行.要防止摩擦副间产生干摩擦，保证油盘内油位，摩擦副间的润滑膜一 旦遭破坏，就会产生干摩擦，导致密封面损坏.反应釜轴封的磨损是其密封失效的重要原因.摩擦面端面的不平或

26、产生热变形、介质中有杂质造成摩擦副间有研磨颗粒等,都会使密封面早期磨 损.因此选择合理的动、静环材料及选择合适的洁净润滑介质，防止杂质进入 密封面，防止密封产生热变形等，均可有效提高密封的使用寿命.设备的维护和保养操作人员应随时注意机器各部件的运行情况.重点检查支承部分工作 情况，齿轮传动是否平稳，有异常及时停车处理.对连接部位，要经常检查密封填料的磨损程度，如已严重漏汽漏水， 应及时更换.对机体上的集尘及时清理，特别应注意清理黏附在齿圈上的细小硬物, 以免划伤传动件表面.检查各部件的润滑情况是否良好. 检查各仪表的可靠性，运行中发现问题应及时处理.长时间停车，应彻底除去积料和冷凝水，做好传动

27、机构的防锈工作，并 定期开动电机，改变其停车位置.要定期检查加热列管是否完好，有没有裂缝或封板处脱焊现象.结束语经过我们两个月的辛勤努力，我们的毕业设计，也是我们大学四年来的第一次 真正的设计终于圆满的完成了 .我们的毕业课题设计不仅仅是对我们大学四年 里所学知识的回顾和巩固,也是对我们进入社会、走上工作岗位的一次切身体验. 在设计的过程中,我们学会了如何去发现问题、分析问题，而不是仅仅停留在看表 面现象上,更重要的是培养了我们如何去解决问题，特别是独立解决问题的能力， 学会了自己告诉自己怎么办.经过这次设计我们认识到在当今这个信息瞬息万 变的时代，我们需要掌握先进的知识和技术，仅靠我们在学校

28、里所学的是远远不够 的，因此，我们学会了如何利用图书馆资源为自己服务，学会了如何在网上查找 自己需要的文献资料.在整个设计过程中，我们明白了科学的严谨性，体会到了 科学中的乐趣.两个月的时间虽然很短,设计中的个别步骤也显然没提升到工厂的要求，但当 我们真正按知道老师的要求去规范自己，以求学的态度 去锻炼自己的时候，才发 现书本的知识太多的是理论,自己的能力过多的是纸上谈兵.从一个小倒角的加工, 到整个机器部件的装配,要考虑到工厂实际加工的可能性，各个部件正常运转的配 合，实际拆装的活动空间等，可以说短短两个月的毕业设计收获颇丰.从系统的知 识到严谨的态度，这对快要踏如社会的我来说是个实战前的演