搅拌罐的设计

1、 化工设备课程设计8m3夹套搅拌发酵罐的设计院 系 化学化工学院 专 业 09级化学工程与工艺 班 级 2 班 学 号 学 生 姓 名 联 系 方 式 指 导 教 师 职 称 2012年6月独 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的课程设计是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，设计中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在设计中作了明确的说明并表示了谢意。签名： 年月日授权声明本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生课程设计的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交设计的复印件和磁盘，允许设计被查阅和借阅。本人授

2、权许昌学院可以将设计的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编设计。本人设计中有原创性数据需要保密的部分：无。签名： 年月日指导教师签名： 年月日摘 要本设计是关于容积为8m3的夹套搅拌发酵罐的设计，立式结构，搅拌速度n=120r/min,容器内：发酵醪溶液；筒体材质：0Cr18Ni9，筒体高径比为2.1，厚度是12mm；夹套筒体材质为Q235B，内径1900mm，厚度为10mm；传热面积15.8 m2；选用六直叶圆盘涡轮式搅拌器，3层，搅拌功率11.95kW；封头是公称直径DN为1800mm 标准椭圆封头，厚度为8mm；电动机选用YB2-200L1-

3、2-15kW；减速器选用摆线针齿行星装置XL-15/120，与电动机直径相连，轴封选用机械密封；中间轴承选用SL80-2000T1；支座为4个A5耳式支座。关键词：夹套搅拌发酵罐；高径比；筒体；搅拌器；电动机；减速机；支座目 录设计任务书11.设备工作原理及结构介绍12.搅拌容器结构设计12.1确定发酵罐的几何形状12.2夹套几何尺寸计算22.3搅拌器的几何尺寸22.4接管22.5挡板22.6人孔22.7视镜22.8支座23.搅拌设备强度计算33.1筒体强度计算33.2夹套强度计算33.3封头强度计算33.4搅拌功率计算33.5电动机额定功率的确定43.6搅拌器强度设计43.7搅拌轴设计53.

4、8传动装置设计53.9支座63.9.1支座承受的实际载荷Q63.9.2计算支座处圆筒所受的支座弯矩73.10开孔补强计算7设计小结8参考文献9设计任务书已知搅拌发酵罐的工艺条件如下。容积8m3，立式结构，搅拌速度n=60r/min,要求物料分散均匀；容器内：发酵醪溶液，=0.092 Pas, =1050kg/m3；夹套：冷却水；容器内操作条件：工作压力：常压（短时蒸汽消毒0.1MPa）；工作温度35，（短时121）；夹套内冷却水压力为0.2 MPa（表）；冷却水进口温度25，出口温度30；夹套高度取筒体高度的75%85%；筒体材质：0Cr18Ni9；装料系数=0.85。 设计任务：设计出搅拌容

5、器结构，包括罐体几何形状、夹套、搅拌器、接管、挡板、人孔、视镜、支座的计算和设计；进行强度计算，包括筒体、夹套、封头、搅拌功率、电动机功率计算及设计及搅拌轴设计、传动装置设计、支座；绘制夹套搅拌发酵罐的工程图样。1.设备工作原理及结构介绍机械搅拌设备主要用于物料的混合、传热、传质和反应等过程。一般来讲，搅拌反应釜主要是由反应釜、搅拌装置、传动装置和轴封等组成。反应釜包括釜体和传热装置，它是提供反应空间和反应条件的部件，如蛇管、夹套和端盖工艺接管等。搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，靠搅拌轴传递动力，由搅拌器达到搅拌目的。传动装置包括电动机、减速机及机座、联轴器和底座等附件，它为搅拌器提供搅拌动力和

6、相应的条件。轴封为反应釜搅拌轴之间的密封装置，以封住釜体内的流体不致泄露。由电机驱动，经减速机带动搅拌轴及安装在轴上的搅拌器搅拌反应釜的操作目的主要表现为：(1)使不互溶液体混合均匀，制备均匀混合液、乳化液，强化传质过程；(2)使气体在液体中充分分散，强化传质或化学反应；(3)制备均匀悬浮液，促使固体加速溶解、浸取或液-固化学反应；(4)强化传热，防止局部过热或过冷。2.搅拌容器结构设计2.1确定发酵罐的几何形状根据表7-1，选发酵罐的高径比为2.1，两端采用标准椭圆封头，则圆筒体内径Di=1.69 m圆整发酵罐的内径为Di=1.8m查JB/T 4746-2002标准可知公称直径DN1800m

7、m 标准椭圆形封头的容积Vd=0.826m 则筒体的高度 H=Dii=1.82.1=3.8 m核算高径比i和容积V，都符合要求。2.2夹套几何尺寸计算夹套内径取D2i= = 1900mm1 ,则夹套高度 H2=0.75H=0.753.8=2.8 m因此传热面积为 A=Di H2 = 1.8 2.8=15.8 m2 所以只在筒体部分设有夹套即可。2.3搅拌器的几何尺寸 要求物料分散均匀，选用六直叶圆盘涡轮式搅拌器2。具体尺寸如下： 搅拌器直径di/Di=1/3 ，则di=600mm，由dilb=2054，则搅拌器宽度b=0.2di=0.2600=120mm，l=0.25di=0.25600=15

8、0mm 搅拌器圆盘直径一般取桨径的2/3，d3=400mm 因为液层较高，选用三层搅拌器。搅拌器距器底高度为C=0.6m，两层搅拌器间距为0.9m,液面深度H=3m2.4接管 根据工艺条件，确定各接管的尺寸，选用板式平焊法兰，公称压力为PN0.6MPa2.5挡板 选挡板宽度W= Di=1800=180mm，挡板数Z=4，即可实现全挡板化条件2.6人孔 为了方便安装、拆卸、清洗和检修设备，在上封头上开公称直径为450mm的人孔，选用HG/T 21516-2005标准中的回转盖板式平焊法兰人孔。2.7视镜 为了便于观察发酵罐内部的情况，安装一对视镜。2.8支座 根据工艺要求，选用耳式支座。3.搅拌

9、设备强度计算3.1筒体强度计算发酵罐内为常压，而夹套内工作压力为0.2 MPa，取其设计压力为P=0.22 MPa，则发酵罐圆筒承受外压，故需进行稳定性计算。筒体材质为0Cr18Ni9，焊接接头系数=0.85，=137 MPa 。 设圆筒的厚度为 12mm，取钢板厚度负偏差为C1=0.8mm，则筒体的有效厚度e= 11.2mm ,筒体外直径D0=1824mm ,筒体长度L=3800mm因D0/e=162.9，L/ D0=2.08,，由GB150查得：A=0.000313，E=1.91105MPa ，B= 41MPa 3 所以 p= =0.25 MPa 圆筒稳定性满足要求，所以取圆筒名义厚度n=

10、12mm3.2夹套强度计算 夹套工作压力为0.2 MPa，取设计压力为=0.22 MPa，夹套筒体材质为Q235B，焊接接头系数=0.85，t=113 MPa, 则发酵罐壁厚=2.09 mm 取腐蚀余量C2 =2mm ， C1=0.8mm,则厚度附加量C= C2+ C1 =2.8 mm 夹套的设计厚度为 d=2.09+2.8=4.89 mm 圆整取夹套厚度为 n=10mm3.3封头强度计算 查JB/T4746-2002可知，公称直径DN为1800mm 标准椭圆封头最小厚度为8mm,而容器内为常压，故取椭圆封头名义厚度为8mm,封头材质为0Cr18Ni9。3.4搅拌功率计算 已知n=120r/m

11、in=2s-1，dj=600mm=0.6m，=1050kg/m3， =0.092 Pas 对于单层搅拌器而言：雷诺数Re= =8217.4 查Rushton 的-Re图4，可知功率因数=6.1 ，有挡板且为全挡板条件时， 不需考虑Fr数，则 =Np。 由功率数Np=知，单层搅拌器的功率N=Npn3dj5=6.11050230.65=13447.4W=3.98 kW 由于采用3层搅拌器，近似认为3层搅拌器的功率是单层搅拌器的3倍，则 N=3 N=33.98=11.95 kW3.5电动机额定功率的确定填料密封功率损失约为搅拌器10%或至少0.368kW。而机械密封的功率损失仅为填料密封的10%50

12、%。在此选用机械密封，其功率损失约为0.24kW。 选用传送带，机械效率=0.95，则有Nm=0.24kW 故电动机功率PN=12.83 kW 为了安全生产，选用三相防爆异步电动机，根据电动机的规格，选用P=15kW5。3.6搅拌器强度设计。 搅拌器强度计算中的计算功率：式中 k启动时电动机的过载系数，由电动机特性表中查得，k=2.2。 所以=30.54 kW 每个圆盘涡轮叶片为6片，在计算强度时以各叶片受力相等处理，每个叶片的危险断面处的弯矩为 式中 N计算功率，kW；Z叶片数量；n转速 r/min；r1搅拌器的外半径，m；r2圆盘涡轮的桨叶内半径，m；r3圆盘涡轮的圆盘半径，m；x0桨叶上

13、液体阻力的合力作用位置，m。由前述工艺条件可知搅拌功率Nj=22.18kW，n=120r/min；Z=6。由r1=300mm=0.3m， r2=150mm=0.15m r3=200mm=0.2m，可计算出x0=0.241m，则M=68.9Nm搅拌器桨叶厚度取 10mm，由b=120mm，=10mm，计算抗弯截面系数= m3搅拌器安全强度计算中的安全系数nb=2.5，则=54.8 MPa最大弯曲应力应满足=53.84 MPa=54.8 MPa因此搅拌器强度足够。3.7搅拌轴设计按弯矩计算:轴材料选用45钢，则选=58.3Ma，实心轴直径：d= mm按刚度计算: 对于碳钢及合金钢G=7.94104

14、MPa；一般传动和搅拌轴的计算可选为1/21()/m，故在此选=1/2 ()/m。则搅拌轴直径d=64.7 mm 因此选择轴径d=70mm。 轴的转速低于200r/min，故不需计算轴的临界转速。3.8传动装置设计电动机选用YB2-200L1-2-30kW。减速器可选用摆线针齿行星装置XL-15/1206，与电动机直径相连。轴封选用机械密封。中间轴承选用SL80-2000T1。3.9支座选用4个A5耳式支座7进行校核，支座本体允许载荷Q=100kN。设备壳体内径D1i=1800mm，总高度7m，夹套壳体内径D2i=1900mm，夹套厚6mm，总重(包括物料)，无偏心载荷。本地区的基本风压为q0

15、=400Nm3，地震设防烈度为8度(取=0.24)。支座材料为Q235A，t=113MPa。A5支座相关尺寸：3=10mm，b2=180mm，l2=200mm，s1=90mm 。支座底板离地面高度为3m，h=1m。不均匀系数 k=0.83。总高度h=h1+h2+h3+h4=3.8+0.645+0.523+0. 4752=5. 443 m式中 h1筒体高度，3.8m；h2电动机高度，0.645m；h3减速机高度，0.523m；h4封头高度，0. 475m。h取6m。总重(包括物料) m0= m12+ m2+ m3+ m4+ m5+ m64+ m7+ m8+ m9+ m10=2322+2036.8

16、+10153.3+128+15.7+11.14+102+249+1244+400=14837 kg式中 m1封头质量，232kg；m2筒体质量，2036.8kg；m3物料质量，10153.3kg；m4电动机质量，128kg；m5圆盘涡轮搅拌器质量，15.7kg；m6支座质量，11.1kg；m7人孔质量，102kg；m8减速器质量，249 kg；m9夹套质量，1244kg；m10接管，法兰及其他附件质量，400kg。 m0取15000kg。3.9.1支座承受的实际载荷Q 地震载荷：Pe=35280 N 风载荷：=5990.4 Nfi=1.0 (设备高度7m，按H0=10m取值)，则=36777.

17、6 N安装尺寸： = 2.152 m =51.24 kN则 kN，满足支座本体允许载荷的要求。3.9.2计算支座处圆筒所受的支座弯矩= kNm夹套筒体有效厚度为 mm内压按0.22 MPa计。根据e和查JB/T 4712-2007标准表内差得：7. 568 kNm。因此 kNm7. 568 kNm，故4个A5耳式支座能 满足要求3.10开孔补强计算人孔： 本设计考虑人孔筒节直径较大较重，故选用水平吊盖人孔。该人孔结构中有吊钩和销轴，检修时只需松开螺栓将盖板绕销轴旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖板取下。 该人孔标记为：HG21522-2005 人孔RF（AG）450-0.6人孔补强确定： 本设

18、计所选用的人孔筒节内径d=450mm，壁厚n=10mm。故补强圈尺寸为：补强圈内径D1=484mm，外径D2=760mm，补强圈的厚度按下式估算2： =18.26 mm设计小结在此感谢李老师这段时间的坚持不懈的指导，通过这次的课程设计，我学到了很多知识： （1）查阅文献的能力，本次设计中参考了大量的国家标准，通过自己的亲自动手查阅，使得设计内容顺利进行。 （2）对Word文档的编排、公式编辑器的使用、目录的自动生成更加熟悉，为以后写论文、做设计打下很好的基础。 （3）对这学期所学的设备选型有更深刻的认识，例如搅拌器、电动机、减速机、支座等。设计中选用的筒体材质：0Cr18Ni9，筒体高径比为2.1，厚度是12mm；夹套筒体材质为Q235B，内径1900mm，厚度为10mm；传热面积15.8 m2；选用六直叶圆盘涡轮式