攪拌罐的設(shè)計(jì)

1、 化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)8m3夾套攪拌發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)院 系 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè) 09級(jí)化學(xué)工程與工藝 班 級(jí) 2 班 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 姓 名 聯(lián) 系 方 式 指 導(dǎo) 教 師 職 稱 2012年6月獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的課程設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下取得的研究成果。除了文中特別加以注釋和致謝的地方外，設(shè)計(jì)中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果。與本研究成果相關(guān)的所有人所做出的任何貢獻(xiàn)均已在設(shè)計(jì)中作了明確的說明并表示了謝意。簽名： 年月日授權(quán)聲明本人完全了解許昌學(xué)院有關(guān)保留、使用本科生課程設(shè)計(jì)的規(guī)定，即：有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交設(shè)計(jì)的復(fù)印件和磁盤，允許設(shè)計(jì)被查閱和借閱。本人授

2、權(quán)許昌學(xué)院可以將設(shè)計(jì)的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編設(shè)計(jì)。本人設(shè)計(jì)中有原創(chuàng)性數(shù)據(jù)需要保密的部分：無。簽名： 年月日指導(dǎo)教師簽名： 年月日摘 要本設(shè)計(jì)是關(guān)于容積為8m3的夾套攪拌發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)，立式結(jié)構(gòu)，攪拌速度n=120r/min,容器內(nèi)：發(fā)酵醪溶液；筒體材質(zhì)：0Cr18Ni9，筒體高徑比為2.1，厚度是12mm；夾套筒體材質(zhì)為Q235B，內(nèi)徑1900mm，厚度為10mm；傳熱面積15.8 m2；選用六直葉圓盤渦輪式攪拌器，3層，攪拌功率11.95kW；封頭是公稱直徑DN為1800mm 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，厚度為8mm；電動(dòng)機(jī)選用YB2-200L1-

3、2-15kW；減速器選用擺線針齒行星裝置XL-15/120，與電動(dòng)機(jī)直徑相連，軸封選用機(jī)械密封；中間軸承選用SL80-2000T1；支座為4個(gè)A5耳式支座。關(guān)鍵詞：夾套攪拌發(fā)酵罐；高徑比；筒體；攪拌器；電動(dòng)機(jī)；減速機(jī)；支座目 錄設(shè)計(jì)任務(wù)書11.設(shè)備工作原理及結(jié)構(gòu)介紹12.攪拌容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12.1確定發(fā)酵罐的幾何形狀12.2夾套幾何尺寸計(jì)算22.3攪拌器的幾何尺寸22.4接管22.5擋板22.6人孔22.7視鏡22.8支座23.攪拌設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算33.1筒體強(qiáng)度計(jì)算33.2夾套強(qiáng)度計(jì)算33.3封頭強(qiáng)度計(jì)算33.4攪拌功率計(jì)算33.5電動(dòng)機(jī)額定功率的確定43.6攪拌器強(qiáng)度設(shè)計(jì)43.7攪拌軸設(shè)計(jì)53.

4、8傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)53.9支座63.9.1支座承受的實(shí)際載荷Q63.9.2計(jì)算支座處圓筒所受的支座彎矩73.10開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算7設(shè)計(jì)小結(jié)8參考文獻(xiàn)9設(shè)計(jì)任務(wù)書已知攪拌發(fā)酵罐的工藝條件如下。容積8m3，立式結(jié)構(gòu)，攪拌速度n=60r/min,要求物料分散均勻；容器內(nèi)：發(fā)酵醪溶液，=0.092 Pa·s, =1050kg/m3；夾套：冷卻水；容器內(nèi)操作條件：工作壓力：常壓（短時(shí)蒸汽消毒0.1MPa）；工作溫度35，（短時(shí)121）；夾套內(nèi)冷卻水壓力為0.2 MPa（表）；冷卻水進(jìn)口溫度25，出口溫度30；夾套高度取筒體高度的75%85%；筒體材質(zhì)：0Cr18Ni9；裝料系數(shù)=0.85。 設(shè)計(jì)任務(wù)：

5、設(shè)計(jì)出攪拌容器結(jié)構(gòu)，包括罐體幾何形狀、夾套、攪拌器、接管、擋板、人孔、視鏡、支座的計(jì)算和設(shè)計(jì)；進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，包括筒體、夾套、封頭、攪拌功率、電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算及設(shè)計(jì)及攪拌軸設(shè)計(jì)、傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)、支座；繪制夾套攪拌發(fā)酵罐的工程圖樣。1.設(shè)備工作原理及結(jié)構(gòu)介紹機(jī)械攪拌設(shè)備主要用于物料的混合、傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)等過程。一般來講，攪拌反應(yīng)釜主要是由反應(yīng)釜、攪拌裝置、傳動(dòng)裝置和軸封等組成。反應(yīng)釜包括釜體和傳熱裝置，它是提供反應(yīng)空間和反應(yīng)條件的部件，如蛇管、夾套和端蓋工藝接管等。攪拌裝置由攪拌器和攪拌軸組成，靠攪拌軸傳遞動(dòng)力，由攪拌器達(dá)到攪拌目的。傳動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)及機(jī)座、聯(lián)軸器和底座等附件，它為攪拌器提

6、供攪拌動(dòng)力和相應(yīng)的條件。軸封為反應(yīng)釜攪拌軸之間的密封裝置，以封住釜體內(nèi)的流體不致泄露。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)減速機(jī)帶動(dòng)攪拌軸及安裝在軸上的攪拌器攪拌反應(yīng)釜的操作目的主要表現(xiàn)為：(1)使不互溶液體混合均勻，制備均勻混合液、乳化液，強(qiáng)化傳質(zhì)過程；(2)使氣體在液體中充分分散，強(qiáng)化傳質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)；(3)制備均勻懸浮液，促使固體加速溶解、浸取或液-固化學(xué)反應(yīng)；(4)強(qiáng)化傳熱，防止局部過熱或過冷。2.攪拌容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1確定發(fā)酵罐的幾何形狀根據(jù)表7-1，選發(fā)酵罐的高徑比為2.1，兩端采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，則圓筒體內(nèi)徑Di=1.69 m圓整發(fā)酵罐的內(nèi)徑為Di=1.8m查JB/T 4746-2002標(biāo)準(zhǔn)可知公稱直徑D

7、N1800mm 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的容積Vd=0.826m³ 則筒體的高度 H=Di×i=1.8×2.1=3.8 m核算高徑比i和容積V，都符合要求。2.2夾套幾何尺寸計(jì)算夾套內(nèi)徑取D2i= = 1900mm1 ,則夾套高度 H2=0.75H=0.75×3.8=2.8 m因此傳熱面積為 A=Di H2 = × 1.8 ×2.8=15.8 m2 所以只在筒體部分設(shè)有夾套即可。2.3攪拌器的幾何尺寸 要求物料分散均勻，選用六直葉圓盤渦輪式攪拌器2。具體尺寸如下： 攪拌器直徑di/Di=1/3 ，則di=600mm，由dilb=2054，則攪拌

8、器寬度b=0.2di=0.2×600=120mm，l=0.25di=0.25×600=150mm 攪拌器圓盤直徑一般取槳徑的2/3，d3=400mm 因?yàn)橐簩虞^高，選用三層攪拌器。攪拌器距器底高度為C=0.6m，兩層攪拌器間距為0.9m,液面深度H=3m2.4接管 根據(jù)工藝條件，確定各接管的尺寸，選用板式平焊法蘭，公稱壓力為PN0.6MPa2.5擋板 選擋板寬度W= Di=×1800=180mm，擋板數(shù)Z=4，即可實(shí)現(xiàn)全擋板化條件2.6人孔 為了方便安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備，在上封頭上開公稱直徑為450mm的人孔，選用HG/T 21516-2005標(biāo)準(zhǔn)中的回轉(zhuǎn)蓋

9、板式平焊法蘭人孔。2.7視鏡 為了便于觀察發(fā)酵罐內(nèi)部的情況，安裝一對(duì)視鏡。2.8支座 根據(jù)工藝要求，選用耳式支座。3.攪拌設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算3.1筒體強(qiáng)度計(jì)算發(fā)酵罐內(nèi)為常壓，而夾套內(nèi)工作壓力為0.2 MPa，取其設(shè)計(jì)壓力為P=0.22 MPa，則發(fā)酵罐圓筒承受外壓，故需進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。筒體材質(zhì)為0Cr18Ni9，焊接接頭系數(shù)=0.85，=137 MPa 。 設(shè)圓筒的厚度為 12mm，取鋼板厚度負(fù)偏差為C1=0.8mm，則筒體的有效厚度e= 11.2mm ,筒體外直徑D0=1824mm ,筒體長(zhǎng)度L=3800mm因D0/e=162.9，L/ D0=2.08,，由GB150查得：A=0.000313，E

10、=1.91×105MPa ，B= 41MPa 3 所以 p= =0.25 MPa 圓筒穩(wěn)定性滿足要求，所以取圓筒名義厚度n=12mm3.2夾套強(qiáng)度計(jì)算 夾套工作壓力為0.2 MPa，取設(shè)計(jì)壓力為=0.22 MPa，夾套筒體材質(zhì)為Q235B，焊接接頭系數(shù)=0.85，t=113 MPa, 則發(fā)酵罐壁厚=2.09 mm 取腐蝕余量C2 =2mm ， C1=0.8mm,則厚度附加量C= C2+ C1 =2.8 mm 夾套的設(shè)計(jì)厚度為 d=2.09+2.8=4.89 mm 圓整取夾套厚度為 n=10mm3.3封頭強(qiáng)度計(jì)算 查JB/T4746-2002可知，公稱直徑DN為1800mm 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封

11、頭最小厚度為8mm,而容器內(nèi)為常壓，故取橢圓封頭名義厚度為8mm,封頭材質(zhì)為0Cr18Ni9。3.4攪拌功率計(jì)算 已知n=120r/min=2s-1，dj=600mm=0.6m，=1050kg/m3， =0.092 Pa·s 對(duì)于單層攪拌器而言：雷諾數(shù)Re= =8217.4 查Rushton 的-Re圖4，可知功率因數(shù)=6.1 ，有擋板且為全擋板條件時(shí)， 不需考慮Fr數(shù)，則 =Np。 由功率數(shù)Np=知，單層攪拌器的功率N=Npn3dj5=6.1×1050×23×0.65=13447.4W=3.98 kW 由于采用3層攪拌器，近似認(rèn)為3層攪拌器的功率是單層

12、攪拌器的3倍，則 N=3 N=3×3.98=11.95 kW3.5電動(dòng)機(jī)額定功率的確定填料密封功率損失約為攪拌器10%或至少0.368kW。而機(jī)械密封的功率損失僅為填料密封的10%50%。在此選用機(jī)械密封，其功率損失約為0.24kW。 選用傳送帶，機(jī)械效率=0.95，則有Nm=0.24kW 故電動(dòng)機(jī)功率PN=12.83 kW 為了安全生產(chǎn)，選用三相防爆異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的規(guī)格，選用P=15kW5。3.6攪拌器強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 攪拌器強(qiáng)度計(jì)算中的計(jì)算功率：式中 k啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)，由電動(dòng)機(jī)特性表中查得，k=2.2。 所以=30.54 kW 每個(gè)圓盤渦輪葉片為6片，在計(jì)算強(qiáng)度時(shí)以各葉

13、片受力相等處理，每個(gè)葉片的危險(xiǎn)斷面處的彎矩為 式中 N計(jì)算功率，kW；Z葉片數(shù)量；n轉(zhuǎn)速 r/min；r1攪拌器的外半徑，m；r2圓盤渦輪的槳葉內(nèi)半徑，m；r3圓盤渦輪的圓盤半徑，m；x0槳葉上液體阻力的合力作用位置，m。由前述工藝條件可知攪拌功率Nj=22.18kW，n=120r/min；Z=6。由r1=300mm=0.3m， r2=150mm=0.15m r3=200mm=0.2m，可計(jì)算出x0=0.241m，則M=68.9Nm攪拌器槳葉厚度取 10mm，由b=120mm，=10mm，計(jì)算抗彎截面系數(shù)= m3攪拌器安全強(qiáng)度計(jì)算中的安全系數(shù)nb=2.5，則=54.8 MPa最大彎曲應(yīng)力應(yīng)滿足

14、=53.84 MPa=54.8 MPa因此攪拌器強(qiáng)度足夠。3.7攪拌軸設(shè)計(jì)按彎矩計(jì)算:軸材料選用45鋼，則選=58.3Ma，實(shí)心軸直徑：d= mm按剛度計(jì)算: 對(duì)于碳鋼及合金鋼G=7.94×104MPa；一般傳動(dòng)和攪拌軸的計(jì)算可選為1/21(º)/m，故在此選=1/2 (º)/m。則攪拌軸直徑d=64.7 mm 因此選擇軸徑d=70mm。 軸的轉(zhuǎn)速低于200r/min，故不需計(jì)算軸的臨界轉(zhuǎn)速。3.8傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)選用YB2-200L1-2-30kW。減速器可選用擺線針齒行星裝置XL-15/1206，與電動(dòng)機(jī)直徑相連。軸封選用機(jī)械密封。中間軸承選用SL80-20

15、00T1。3.9支座選用4個(gè)A5耳式支座7進(jìn)行校核，支座本體允許載荷Q=100kN。設(shè)備殼體內(nèi)徑D1i=1800mm，總高度7m，夾套殼體內(nèi)徑D2i=1900mm，夾套厚6mm，總重(包括物料)，無偏心載荷。本地區(qū)的基本風(fēng)壓為q0=400Nm3，地震設(shè)防烈度為8度(取=0.24)。支座材料為Q235A，t=113MPa。A5支座相關(guān)尺寸：3=10mm，b2=180mm，l2=200mm，s1=90mm 。支座底板離地面高度為3m，h=1m。不均勻系數(shù) k=0.83。總高度h=h1+h2+h3+h4=3.8+0.645+0.523+0. 475×2=5. 443 m式中 h1筒體高度，

16、3.8m；h2電動(dòng)機(jī)高度，0.645m；h3減速機(jī)高度，0.523m；h4封頭高度，0. 475m。h取6m?？傊?包括物料) m0= m1×2+ m2+ m3+ m4+ m5+ m6×4+ m7+ m8+ m9+ m10=232×2+2036.8+10153.3+128+15.7+11.1×4+102+249+1244+400=14837 kg式中 m1封頭質(zhì)量，232kg；m2筒體質(zhì)量，2036.8kg；m3物料質(zhì)量，10153.3kg；m4電動(dòng)機(jī)質(zhì)量，128kg；m5圓盤渦輪攪拌器質(zhì)量，15.7kg；m6支座質(zhì)量，11.1kg；m7人孔質(zhì)量，102

17、kg；m8減速器質(zhì)量，249 kg；m9夾套質(zhì)量，1244kg；m10接管，法蘭及其他附件質(zhì)量，400kg。 m0取15000kg。3.9.1支座承受的實(shí)際載荷Q 地震載荷：Pe=35280 N 風(fēng)載荷：=5990.4 Nfi=1.0 (設(shè)備高度7m，按H0=10m取值)，則=36777.6 N安裝尺寸： = 2.152 m =51.24 kN則 kN，滿足支座本體允許載荷的要求。3.9.2計(jì)算支座處圓筒所受的支座彎矩= kNm夾套筒體有效厚度為 mm內(nèi)壓按0.22 MPa計(jì)。根據(jù)e和查JB/T 4712-2007標(biāo)準(zhǔn)表內(nèi)差得：7. 568 kNm。因此 kNm7. 568 kNm，故4個(gè)A5

18、耳式支座能 滿足要求3.10開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算人孔： 本設(shè)計(jì)考慮人孔筒節(jié)直徑較大較重，故選用水平吊蓋人孔。該人孔結(jié)構(gòu)中有吊鉤和銷軸，檢修時(shí)只需松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，由吊鉤吊住，不必將蓋板取下。 該人孔標(biāo)記為：HG21522-2005 人孔R(shí)F（AG）450-0.6人孔補(bǔ)強(qiáng)確定： 本設(shè)計(jì)所選用的人孔筒節(jié)內(nèi)徑d=450mm，壁厚n=10mm。故補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸為：補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑D1=484mm，外徑D2=760mm，補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度按下式估算2： =18.26 mm設(shè)計(jì)小結(jié)在此感謝李老師這段時(shí)間的堅(jiān)持不懈的指導(dǎo)，通過這次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)： （1）查閱文獻(xiàn)的能力，本次設(shè)計(jì)中參考了大量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，通過自己的親自動(dòng)手查閱，使得設(shè)計(jì)內(nèi)容順利進(jìn)行。 （2）對(duì)Word文檔的編排、公式編輯器的使用、目錄的自動(dòng)生成更加熟悉，為以后寫論文、做設(shè)計(jì)打下很好的基礎(chǔ)。 （3）對(duì)這學(xué)期所學(xué)的設(shè)備選型有更深刻的認(rèn)識(shí)，例如攪拌器、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、支座等。設(shè)計(jì)中選用的筒體材質(zhì)：0Cr18Ni9，筒體高徑比為2.1，厚度是12mm；夾套筒體材質(zhì)為Q235B，內(nèi)徑1900mm，厚度為10mm；傳熱面積15.8