東北林業(yè)大學(xué)化工設(shè)備實(shí)踐課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目夾套攪拌反應(yīng)器設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)老師耿紹輝化工設(shè)備基礎(chǔ)Nefu.20211228目錄第一章 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介1.1反應(yīng)釜的基本結(jié)構(gòu)1.2反應(yīng)釜的機(jī)械設(shè)計(jì)依據(jù)第二章 反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟第三章反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì)3.1 罐體和夾套計(jì)算3.2厚度的選擇3.3設(shè)備支座3.4手孔3.5選擇接管、管法蘭、設(shè)備法蘭第四章 攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案4.2轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算：定出帶型、帶輪相關(guān)計(jì)算4.3選擇軸承4.4選擇聯(lián)軸器4.5罐體攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.6電動(dòng)機(jī)選擇第五章 繪制裝配圖第六章 繪制大V帶輪零件圖第七章本設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)及心得體會(huì)第八章

2、參考文獻(xiàn)第一章 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介攪拌設(shè)備在石油、化工、食品等工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍很廣，尤其是化學(xué)工業(yè)中，很多的化工生產(chǎn)或多或少地應(yīng)用著攪拌操作，化學(xué)工藝過(guò)程的種種物理過(guò)程與化學(xué)過(guò)程，往往要采用攪拌操作才能得到好的效果。攪拌設(shè)備在許多場(chǎng)合時(shí)作為反應(yīng)器來(lái)應(yīng)用的，而帶攪拌的反應(yīng)器則以液相物料為特征，有液-液、液-固、液-氣等相反應(yīng)。攪拌的目的是：1、使互不相溶液體混合均勻，制備均勻混合液、乳化液、強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)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、浸取或發(fā)生液-固化學(xué)反應(yīng)；4、強(qiáng)化傳熱，防止局部過(guò)熱或過(guò)冷。所以根據(jù)攪拌的不同目的，攪拌效果有不同的表示方法。攪

3、拌操作分為機(jī)械攪拌和氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體鼓泡通過(guò)液體層，對(duì)液體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣泡群以密集狀態(tài)上升借所謂氣升作用促進(jìn)液體產(chǎn)生對(duì)流循環(huán)。與機(jī)械攪拌相比，僅氣泡的作用對(duì)液體所進(jìn)行的攪拌時(shí)比較弱的，所以在工業(yè)生產(chǎn)，大多數(shù)的攪拌操作均是機(jī)械攪拌。本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求的就是機(jī)械攪拌攪拌器設(shè)備的設(shè)計(jì)遵循以下三個(gè)過(guò)程：1根據(jù)攪拌目的和物理性質(zhì)進(jìn)行攪拌設(shè)備的選型。2在選型的基礎(chǔ)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算。3進(jìn)行攪拌設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)與費(fèi)用評(píng)價(jià)。在工藝與計(jì)算中最重要的是攪拌功率的計(jì)算和傳熱計(jì)算。1.1反應(yīng)釜的基本結(jié)構(gòu)反應(yīng)釜是化工生產(chǎn)中常用的典型設(shè)備，一臺(tái)反應(yīng)釜大致由：釜底部分、傳熱、攪拌、轉(zhuǎn)動(dòng)及密封等裝置組成。釜底部分

4、有包容物料反應(yīng)的空間，由筒體及上下封頭所組成。傳熱裝置是為了送入或帶走熱量。攪拌裝置由攪拌器及攪拌軸所組成。為使攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)，就需要有動(dòng)力裝置，如電動(dòng)機(jī)經(jīng)V帶傳動(dòng)、蝸桿減速機(jī)減速后，再通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)。反應(yīng)釜的上下密封裝置有兩種類型：靜密封是指管法蘭、設(shè)備法蘭等處的密封；動(dòng)密封是指轉(zhuǎn)動(dòng)軸出口處的機(jī)械密封或填料密封等。反應(yīng)釜上海根據(jù)工藝要求配有各種管接口、人孔、手孔、視鏡及支座等部件。1.2反應(yīng)釜的機(jī)械設(shè)計(jì)依據(jù)反應(yīng)釜的機(jī)械設(shè)計(jì)是在工藝要求確定之后進(jìn)行的。反應(yīng)釜的工藝要求通常包括反應(yīng)釜的容積、最大工作壓力、工作壓力、工作溫度、工作介質(zhì)及腐蝕情況、傳熱面積、攪拌形式、轉(zhuǎn)速及功率、裝配哪些接管口

5、等幾項(xiàng)內(nèi)容。這些要求一般以表格及示意圖反映在工藝人員提出的設(shè)備設(shè)計(jì)要求單中。第二章 反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟確定反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)型式和尺寸選擇材料計(jì)算強(qiáng)度或穩(wěn)定性選用零部件繪制圖樣提出技術(shù)要求第三章 設(shè)備的計(jì)算和選擇3.1 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì)3.1.1筒體的直徑與高度A確定筒體和封頭型式：從要求單上所列的工作壓力及溫度以及該設(shè)備之工藝性質(zhì)，可以看出它是屬于帶攪拌的低壓反應(yīng)釜類型，一類低壓容器。根據(jù)慣例，選擇圓柱筒體和橢圓形封頭。B確定筒體和封頭直徑：筒體的基本尺寸是內(nèi)徑Di和高度H，如圖所示筒體的基本尺寸首先決定于工藝要求。對(duì)于帶攪拌器的反應(yīng)釜來(lái)說(shuō)，設(shè)備容積為主要決定參數(shù)，根據(jù)化工設(shè)備原理知識(shí)，攪

6、拌功率和攪拌器直徑的五次方成正比，而攪拌器直徑往往需要隨容器直徑的增大而增大，因此在同樣的容積條件下，反應(yīng)釜的直徑太大是不適宜的，又如某些有特定要求的反應(yīng)釜如發(fā)酵罐之類，為了使通入罐中的空氣能與發(fā)酵液充分接觸，需要一定的液位高度，故筒體的高度不宜太矮，分局根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，幾種反應(yīng)釜的H/Di值大致如下：種類釜內(nèi)物料類型H/Di一般反應(yīng)釜液固相或液液相物料11.3氣液相物料12發(fā)酵罐類型1.72.5聚合釜懸浮液2.083.85在確定反應(yīng)釜直徑及高度時(shí)，還應(yīng)根據(jù)反應(yīng)釜操作時(shí)所允許的裝滿程度-裝料系數(shù)k等給予綜合考慮，通常裝料系數(shù)k可取0.6到0.85。如反應(yīng)時(shí)易起泡沫或呈沸騰狀態(tài)，裝載系數(shù)k可取低值

7、，如取0.6到0.7；反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn)，系數(shù)k可取0.8到0.85。因此設(shè)備容積V與操作容積V，應(yīng)有如下關(guān)系：V0=k·V。在生產(chǎn)中要合理選用裝料系數(shù)，以提高設(shè)備利用率。工藝條件單中所提出的設(shè)容積，對(duì)直立的反應(yīng)釜來(lái)說(shuō)，通常是由=指圓柱形筒體及下封頭所包含的容積，即V=Vb+Vh，式中Vb -設(shè)備筒體部分容積，m3Vh -封頭容積，m3根據(jù)V及選定的H/Di值，可以初步估算反應(yīng)釜的內(nèi)徑，取以選定的H/Di值帶入上式，即可初步估算反應(yīng)釜的內(nèi)徑。以上計(jì)算通常在工藝的要求設(shè)計(jì)中進(jìn)行，初步估算出Di數(shù)值后，還要考慮使用反應(yīng)釜內(nèi)徑符合壓力容器公稱直徑的標(biāo)準(zhǔn)，以及制造廠現(xiàn)用封頭磨具的尺寸，以便封頭與之

8、配套，和與之相配的零件如法蘭等可以標(biāo)準(zhǔn)化。封頭根據(jù)筒體直徑Di及所確定的型式按標(biāo)準(zhǔn)選用。對(duì)于直立反應(yīng)釜，其圓柱部分筒體高度可有一下公式計(jì)算本設(shè)計(jì)中，V=5.3m3，從以下表中圖1H/Di1 公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，D取1800mmC確定筒體高度當(dāng)DN=1800mm，從表中查得圖2標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的容積Vh=0.827m3圖3查得筒體每一米高的容積V1=2.545m3則筒體高度估算為：D確定夾套直徑圖4查得，Dj=Di+100=1800+100=1900mm。夾套封頭也采用橢圓形，并與夾套筒體去取相同直徑。E確定夾套高度夾套筒體的估算高度如下：取Hi為1400mmF校核傳熱面積當(dāng)DN=1800mm時(shí)從表

9、中查得封頭內(nèi)表面積Fh=3.6535mm2F1=5.66m2F=Fh+1.1·F1=9.8795m2計(jì)算所得傳熱面積大于工藝要求的8m2，說(shuō)明以上確定夾套高度是可以的。G內(nèi)筒及夾套的受力分析工藝提供的條件為：釜體內(nèi)筒中工作壓力2.2Mpa，夾套內(nèi)工作壓力2.3Mpa。則夾套筒體和夾套封頭為承受2.3Mpa；而內(nèi)筒的筒體和下封頭為既承受2.2Mpa內(nèi)壓，同時(shí)又承受2.3Mpa外壓。H計(jì)算夾套筒體、封頭厚度夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊接，因檢測(cè)困難，故取，材料均取Q235鋼夾套厚度計(jì)算如下：圖5取99夾套封頭厚度計(jì)算：圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標(biāo)準(zhǔn)，夾套筒體與封頭厚度均取46mm。I計(jì)算內(nèi)筒筒

10、體厚度：當(dāng)名義厚度為30mm時(shí)，不能滿足穩(wěn)定要求，當(dāng)名義厚度為34mm時(shí)圖6A=0.005圖7B=160因此，名義厚度既可能承受內(nèi)壓，又可能承受外壓。因此筒體厚度應(yīng)選取兩者中較大值，既確定筒體厚度為34mm。J確定內(nèi)壓封頭厚度承受2.2Mpa內(nèi)壓設(shè)取34mm，滿足穩(wěn)定要求。3.1.2夾套的結(jié)構(gòu)夾套傳熱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基本上不需要進(jìn)行維修。但有襯里的反應(yīng)釜或釜壁采用導(dǎo)熱性不良的材料制造時(shí)，因傳熱效果差，不宜采用夾套傳熱。采用夾套傳熱時(shí)，因夾套向外有熱量散失，股需要在夾套體外包以保溫材料。容器外夾套通常有如下幾種類型：圖8夾套封閉結(jié)構(gòu)通常是由夾套筒體扳邊而成，再焊在釜壁上，如下幾種形式：圖9在夾套中用蒸

11、汽作為載體時(shí)，一般從上端進(jìn)入夾套，凝液從夾套底部排除；如用液體作為冷卻液時(shí)則相反，采取下端進(jìn)，上端出，以使夾套中經(jīng)常從滿液體，從分利用傳熱面，加強(qiáng)傳熱效果。在用液體作為載體時(shí)，為加強(qiáng)傳熱效果，也可在釜底壁外焊接螺旋導(dǎo)流板，圖10夾套高度的確定，還應(yīng)考慮兩個(gè)因素：當(dāng)反應(yīng)釜筒體與上封頭用設(shè)備法蘭連接時(shí)，夾套頂邊至少應(yīng)在法蘭下方150到200mm處；而當(dāng)反應(yīng)釜具有兒座時(shí)，需考慮避免因夾套頂部位置而影響耳座的焊接地位。3.2厚度的選擇中低壓的反應(yīng)釜釜體部分壓力套厚度，基本上按容器設(shè)計(jì)方法來(lái)確定。反應(yīng)釜狀態(tài)下操作，如不帶夾套，則筒體及上下封頭均2按內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)，以操作時(shí)釜內(nèi)最大壓力為工作壓力；如帶夾套時(shí)

12、，則反應(yīng)釜筒體及上下封頭應(yīng)按承受內(nèi)壓和外壓分別進(jìn)行計(jì)算，并取兩者中的壁厚較大者。按內(nèi)壓計(jì)算時(shí)，最大壓力差為釜內(nèi)工作壓力；按外壓計(jì)算時(shí)，最大壓力差為夾套內(nèi)工作壓力或夾套內(nèi)工作壓力加0.1MPa。上封頭如不包含夾套內(nèi)，則不承受外壓作用，只按內(nèi)壓計(jì)算，但取與下封頭相同的厚度。夾套筒體及夾套封頭則以?shī)A套內(nèi)的最大工作壓力按內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)，真空時(shí)按受外壓進(jìn)行計(jì)算。通常封頭與筒體取相同的厚度，必要時(shí)還得考慮內(nèi)、外筒體膨脹差的影響。當(dāng)夾套上有支件時(shí)，還應(yīng)考慮容器和所裝物料的質(zhì)量。3.3設(shè)備支座化工設(shè)備上的支座是支撐設(shè)備重量和固定設(shè)備位置用的一種不可缺少的部件。在某些場(chǎng)合下支座，支座還可能承受設(shè)備操作時(shí)的振動(dòng)、地

13、震載荷、風(fēng)雪載荷等。支座的結(jié)構(gòu)形式和尺寸往往決定于設(shè)備的型式、載荷情況及結(jié)構(gòu)的材料。最常用的有：耳式支座、支撐支座和鞍式支座。3.3.1耳式支座耳式支座又稱懸掛式支座，如下所示：圖113.3.2支撐式支座高度不大的立式設(shè)備，也常采用支撐式支座，標(biāo)準(zhǔn)系列的結(jié)構(gòu)，是由兩塊筋板及一塊地板組合而成的，必要時(shí)可在支座與筒地間加以墊板：圖12鞍式支座貯槽、換熱器等臥式設(shè)備常用鞍式支座予以支撐，如下：圖133.4手孔手孔即縮小的人孔，其安設(shè)是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部裝置。手孔與人孔的結(jié)構(gòu)基本相同，由一個(gè)短筒節(jié)，蓋上一塊盲板構(gòu)成。手孔直徑一般為150250mm，應(yīng)使工人戴上手套并握住工具的手能方便地

14、通過(guò)，標(biāo)準(zhǔn)化手孔的公稱直徑有DN150、DN250兩種。當(dāng)設(shè)備直徑超過(guò)900mm時(shí)，應(yīng)開設(shè)人孔。3.5.1選擇接管 進(jìn)料管：當(dāng)塔徑大于800mm，人可以進(jìn)入塔進(jìn)行檢修，并在物料潔凈和不易聚合的情況下，一般采用如下結(jié)構(gòu)的進(jìn)料管：圖p388查表圖p388d01出料管：塔底出料管直徑大于或等于800mm時(shí)，一般采用：圖p389進(jìn)氣管：在要求不高的塔中，通常采取：圖p3903.5.2管法蘭管法蘭的類型如下：圖14管法蘭的密封形面形式如下：圖153.5.3設(shè)備法蘭設(shè)備法蘭指設(shè)備殼體上設(shè)備筒體或設(shè)備封頭連接的法蘭。（在容器上的叫容器法蘭，在設(shè)備上的叫設(shè)備法蘭，在管子上的叫管法蘭，閥門管路附件上的叫附件法蘭

15、。這屬于每個(gè)行業(yè)的慣用術(shù)語(yǔ)。）第四章 攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案在反應(yīng)釜中，為增加反應(yīng)速率、強(qiáng)化傳質(zhì)或傳熱效果以及加強(qiáng)混合作用，常裝設(shè)攪拌裝置。攪拌裝置由攪拌器與攪拌軸組成，攪拌器形式很多，通常由工藝要求確定。4.1.1槳式攪拌器槳式攪拌器結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，葉片用扁鋼制成，焊接或用螺栓固定在輪轂上，葉片數(shù)是2、3或4片，葉片形式可分為平直葉和折葉氏兩種，即根據(jù)葉片的形狀特點(diǎn)不同可分為平槳式攪拌器和斜槳式攪拌器。平槳式攪拌器產(chǎn)生的是徑向力，斜槳式攪拌器產(chǎn)生的是軸向力，槳式攪拌器適用于低黏度的液體，懸浮液及溶解液攪拌。4.1.2框式攪拌器框式攪拌器的框架可由管材制作而成。如下所示：圖164.

16、1.3推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器常用整體鑄造，加工方便。圖17本次設(shè)計(jì)選擇槳式攪拌器。4.1.1槳式攪拌器直徑的計(jì)算槳式攪拌器直徑D約取反應(yīng)釜內(nèi)徑的0.25到0.27，既D=450mm到1350mm之間，根據(jù)以下：圖18p405選取1000mm作為直徑。b=（0.1-0.25）Dj=100-250mm取b=200mm。h=（0.2-1）Dj=200-1000mm取h=500mm。4.2轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算：定出帶型、帶輪相關(guān)計(jì)算4.2.1 V帶選擇電動(dòng)機(jī)功率=11kw，小帶輪轉(zhuǎn)速n=1500r/min傳動(dòng)比是4設(shè)計(jì)功率p=1.2·5.6=6.72kw，查表如下： 圖p182選取A型帶，圖p18

17、2小帶輪直徑125mm大帶輪直徑500mm。初定中心矩a0=（0.7-2）·（120+480）=420-1200mma0選取800mm。V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld0=2a0+，查表：圖p173基準(zhǔn)長(zhǎng)度選取1600mma=800+21=821mm，選取820mm。查表：圖p178P1=2kw，圖p180V帶根數(shù)z=帶數(shù)選取6根。圖p1734.2.2帶輪設(shè)計(jì)圖p185圖p185基準(zhǔn)寬度bd11.0基準(zhǔn)線上槽深hamin2.75基準(zhǔn)線下槽深hfmin8.7槽間寬e15第一槽對(duì)稱面致端面的最小距離fmin9最小輪緣寬6帶輪寬B93外徑da505.54.3選擇軸承4.3.1軸徑等的有關(guān)計(jì)算計(jì)算圖19p2

18、35選取45號(hào)鋼，懸臂攪拌軸，A=110，P=5.6kw，n=380r/min軸直徑系列為：20，25，30，35，40，50-200mmd取30mm。軸的懸臂長(zhǎng)度L1=（40-50）·d，兩軸間的距離B=L1/（4-5）L1取1200mm，B取300mm。4.4選擇聯(lián)軸器圖20p413選取固定式三分式聯(lián)軸器，可以使軸間留有較大間距的主、從動(dòng)軸連接起來(lái)，保留有凸緣聯(lián)軸器容易對(duì)中的優(yōu)點(diǎn)，兼有夾殼聯(lián)軸器裝卸方便的長(zhǎng)處，更主要的是，更換密封圈時(shí)有時(shí)只需要將從動(dòng)軸稍做下降既可。圖21p240軸承選取6206深溝球軸承2個(gè)。4.5罐體攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.5.1攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖22p4104.5.2攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)攪拌軸直徑小于50mm時(shí)，除采用螺栓對(duì)夾外，再用緊定螺釘固定。圖23p408軸封：容器內(nèi)壓較大，故選用機(jī)械密封，密封性較好。因密封摩擦功率損失，單選面密封。4.6電動(dòng)機(jī)選擇帶的傳動(dòng)效率電動(dòng)機(jī)功率=，查表：（機(jī)械設(shè)計(jì)大全附錄）選用電動(dòng)機(jī)160M，n=1500r/min，電動(dòng)機(jī)中心高是540mm，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是JB3074-82，功率是11kw第五章 繪制裝配圖第六章 繪制大V帶輪零件圖第七章本設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)及心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)