夾套反應(yīng)釜課程設(shè)計最終版

1、有攪拌裝置的夾套反應(yīng)釜反應(yīng)工程與反應(yīng)器是一門應(yīng)工程，是以生物學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)、計算機與信息技術(shù)等多學(xué)科為基礎(chǔ)的交叉學(xué)科，研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：研究化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，建立反應(yīng)動力學(xué)模型亦即對所研究的化學(xué)反應(yīng)，以簡化的或近似的數(shù)學(xué)表達式來表述反應(yīng)速率和選擇率與溫度和濃度等的關(guān)系。研究反應(yīng)器的傳遞規(guī)律,建立反應(yīng)器傳遞模型亦即對各類常用的反應(yīng)器內(nèi)的流動、傳熱和傳質(zhì)等過程進行理論和實驗研究，并力求以數(shù)學(xué)式予以表達。研究反應(yīng)器內(nèi)傳遞過程對反應(yīng)結(jié)果的影響對一個特定反應(yīng)器內(nèi)進行的特定的化學(xué)反應(yīng)過程，在其反應(yīng)動力學(xué)模型和反應(yīng)器傳遞模型都已確定的條件下，將這些數(shù)學(xué)模型與物料衡算、熱量衡算等方程聯(lián)立求解，就可以

2、預(yù)測反應(yīng)結(jié)果和反應(yīng)器操作性能。通過這學(xué)期的學(xué)習(xí)，我了解了反應(yīng)工程的發(fā)展，逐漸清晰了對反應(yīng)工程的認識， 掌握了基本的知識。下面是我對學(xué)期所學(xué)的總結(jié)有攪拌裝置的夾套反應(yīng)釜，用此篇課程設(shè)計來總結(jié)我學(xué)期的所學(xué)。本次設(shè)計的反應(yīng)釜是反應(yīng)工程中的一種反應(yīng)器，是綜合反應(yīng)容器，根據(jù)反應(yīng)條件對反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)功能及配置附件的設(shè)計。從開始的進料-反應(yīng)-出料均能夠以較高的自動化程度完成預(yù)先設(shè)定好的反應(yīng)步驟，對反應(yīng)過程中的溫度、壓力、力學(xué)控制（攪拌、鼓風等）、反應(yīng)物/產(chǎn)物濃度等重要參數(shù)進行嚴格的調(diào)控。目錄課程設(shè)計任務(wù)書11設(shè)計方案的分析和擬定22反應(yīng)釜釜體的設(shè)計22.1罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計32.2 罐體幾何尺寸計算32.2.

3、1確定筒體內(nèi)徑32.2.2 確定封頭尺寸42.2.3 確定筒體的厚度Hi52.3 夾套幾何尺寸計算52.4 夾套反應(yīng)釜的強度計算624.1 強度計算的原則及依據(jù)62.4.2 按內(nèi)壓對圓筒和封頭進行強度計算62.4.3 按外壓對筒體和封頭進行強度校核72.4.4 夾套厚度計算82.4.5 水壓試驗校核計算93反應(yīng)釜的攪拌裝置93.1 攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計103.2 攪拌軸設(shè)計104反應(yīng)釜的傳動裝置124.1 常用電機及其連接124.2 釜用減速機類型，標準及其選用124.3 凸緣法蘭134.4 安裝底蓋134.5 機架134.6 聯(lián)軸器135反應(yīng)釜的軸封裝置146反應(yīng)釜的其他附

4、件146.1 支座146.2人孔156.3 設(shè)備接口157反應(yīng)釜的裝配圖15參考文獻1618課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計目的：把所學(xué)化工設(shè)備機械基礎(chǔ)及相關(guān)知識，在課程設(shè)計中綜合運用，把化工工藝條件與化工設(shè)備設(shè)計有機地結(jié)合起來，鞏固和強化有關(guān)機械課程的基本理論和基本知識。設(shè)計要求：設(shè)計時要有較精確的設(shè)計內(nèi)容和步驟，一份設(shè)計計算說明書，(設(shè)計計算說明書是圖紙設(shè)計的理論依據(jù)，是設(shè)計計算的整理和總結(jié)，是審核設(shè)計的技術(shù)文件之一)。主要內(nèi)容： 1 . 目錄； 2 . 設(shè)計任務(wù)書； 3. 設(shè)計方案的分析和擬定； 4. 各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定和設(shè)計計算； 5. 設(shè)計小結(jié) ； 6. 參考資料。CAD圖紙一張，用A2紙打印。

5、設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計一張帶有攪拌裝置的夾套反應(yīng)釜。設(shè)計人： 劉景龍設(shè)計任務(wù)書設(shè)計參數(shù)要求容器內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力 ，Mpa設(shè)計壓力 ，Mpa0.70.9工作溫度 ，設(shè)計溫度 ，<110<140介質(zhì)染料及有機溶劑冷卻水或蒸汽全容積 ，m³3操作容積 ，m³2.4傳熱面積 ，m³7腐蝕情況微弱推薦材料Q235-A攪拌器型式漿式攪拌軸轉(zhuǎn)速 ，r/min50軸功率 ，KW1.41設(shè)計方案的分析和擬定 根據(jù)任務(wù)書中的要求，一個夾套反應(yīng)釜主要有攪拌容器、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管等一些附件構(gòu)成。而攪拌容器又可以分為罐體和夾套兩部分。攪拌裝置分為攪拌器

6、和攪拌軸，根據(jù)任務(wù)說明書的要求本次設(shè)計攪拌器為漿式攪拌器；考慮到機械軸封的實用性和應(yīng)用的廣泛性，所以軸封采用機械軸封。在閱讀了設(shè)計任務(wù)書后,按以下內(nèi)容和步驟進行夾套反應(yīng)釜的機械設(shè)計。（1）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)工藝的要求，并考慮到制造安裝和維護檢修的方便來確定各部分結(jié)構(gòu)形式。（2）攪拌器的設(shè)計。 根據(jù)工藝參數(shù)確定各部幾何尺寸； 考慮壓力、溫度、腐蝕因素，選擇釜體和夾套材料； 對罐體、夾套進行強度和穩(wěn)定性計算、校核；（3）傳動系統(tǒng)設(shè)計，包括選擇電機、確定傳動類型、選擇聯(lián)軸器等。（4）決定并選擇軸封類型及有關(guān)零部件。（5）繪圖，包括總圖、部件圖。（6）編制技術(shù)要求，提出制造、裝配、檢驗和試車等方面的要

7、求。2反應(yīng)釜釜體的設(shè)計反應(yīng)釜是有罐體和夾套兩部分構(gòu)成，罐體是反應(yīng)的核心，為物料完成攪拌過程提供一個空間。夾套為反應(yīng)的操作溫度提供保障，是一個套在罐體外的密封空間容器。2.1罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計罐體采用立式的圓筒形容器，有筒體和封頭構(gòu)成。通過支座安裝在基礎(chǔ)平臺上。封頭一般采用橢圓形封頭。由于筒體內(nèi)徑Di<1200mm，因此下封頭與筒體的連接采用焊接連接。而為了拆卸清洗方便，上封頭采用法蘭與筒體連接。夾套型式與罐體大致一致。2.2 罐體幾何尺寸計算2.2.1確定筒體內(nèi)徑 一般有工藝條件給定容積V、筒體內(nèi)徑Di 估算： 式中i為長徑比即： ，有表2-1選取。根據(jù)題意取i=1.0，已知V=2.4

8、,則Di =1451mm, 將Di 圓整到公稱直徑系列，則Di =1500(mm).表2-1 幾種攪拌釜的長徑比i值種類設(shè)備內(nèi)物料類型i一般攪拌釜液固相或液液相物料11.3氣液相物料12發(fā)酵罐類1.752.52.2.2 確定封頭尺寸 （1）橢圓封頭選取標準件，它的內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑相同，標準橢圓封頭尺寸取DN=Di =1500（mm） 曲邊高度 hi =375mm 直邊高度h2=25mm 容積V=0.5864m3 （2）封頭厚度計算 由公式 ： 其中Pc =0.7 ； =113MP (由參考文獻附表9查的)封頭焊接采取雙面焊、全焊透，局部無損傷 ，則=0.85計算S=0.7×1500/(

9、2×113×0.85-0.5×0.7)=5.5mm由參考文獻一 表4-9查得：負偏差 C1=0.5mm由參考文獻一表4-11查得：腐蝕裕量C2=1.5mm計算名義厚度 Sn=S+C1+C2+=5.5+1.5+0.5+0.9=8.4mm故封頭厚度取8.4mm（3）由于S<10mm 則封頭的直邊高度 h2 =25mm有附表2-2 知封頭內(nèi)表面積A=2.5568m2 容積V=0.4860m3表2-2 以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓封頭的型式和尺寸公稱直徑DN（mm）曲邊高度h1（mm）直邊高度h2（mm）內(nèi)表面積A（m2）容積V（m3）1500375252.55680.4

10、860402.62750.5125502.67460.5301 2.2.3 確定筒體的厚度Hi 反應(yīng)釜容積V通常按下封頭和筒體兩部分容積之和計算。則筒體高度Hi按下式計算并進行圓整：Hi=(VV封)/Vim 式中V封 -封頭容積：0.4860 m3Vim -1m高筒體容積（見附表4-1）：Vim =1.539 m3 /m 得 Hi= (3-0.4860)/1.539=1.6335m；圓整后的Hi=1.7m=1700mm按筒高圓整后修正實際容積： V= Vim×Hi + V封 =1.7*1.539+0.4860=3.1023 m3 >2.5 m32.3 夾套幾何尺寸計算 夾套和筒

11、體的連接常焊接成封閉結(jié)構(gòu)，夾套的結(jié)構(gòu)尺寸常根據(jù)安裝和工藝兩方面的要求而定。夾套內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1按表2-3選?。篋2 =D1+100=1600mm表2-3 夾套直徑D2 mmD1500600700180020003000D2D1+50D1+100D1+200 夾套下封頭型式同筒體封頭，直徑D2與夾套筒體相同。夾套高H2有傳熱面積而決定，不能低于料液高。裝料系數(shù) ： y=操作容積/全容積=2.4÷3=0.8夾套高H2 計算：H2 = （V-V封）÷Vim ，其中取0.7， 代入數(shù)值計算得：H2 =1.1 m夾套所包圍的罐體的表面積，一定要大于工藝要求的傳熱面積F，即：

12、 F封F筒>=F 其中 F筒=H2 ×F1m 故 F封F筒 =2.55684.751×1.1=7.78>=7所以換熱要求滿足。筒體和上封頭的連接采用甲型平焊法蘭連接，選取凹凸密封面法蘭，查表得：D=1630mm；D1=1590mm；D2=1555mm；D3=1541mm；D4=1538mm；S=48mm；d=23mm 2.4 夾套反應(yīng)釜的強度計算 夾套反應(yīng)釜幾何尺寸確定后，要根據(jù)已知的公稱直徑，設(shè)計壓力和設(shè)計溫度進行強度計算確定罐體及夾套的筒體和封頭的厚度。24.1 強度計算的原則及依據(jù)強度計算中各參數(shù)的選取及計算，均應(yīng)符合GB150-1998鋼制壓力容器的規(guī)定

13、。圓筒為正壓外帶夾套時：當圓筒的公稱直徑DN>=600時，被夾套包圍部分的圓筒分別按內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒計算，取其中較大值，其余部分按內(nèi)壓圓筒設(shè)計。2.4.2 按內(nèi)壓對圓筒和封頭進行強度計算（1）筒體強度計算已知：Tc=110 Pc=0.7Mpa = 0.85 負偏差取C2=1.5mm腐蝕裕量取C2=1.5 名義厚度 ：Sn=SC1C2=8.4(2)封頭厚度計算名義厚度 ： Sn=SC1C2=8.42.4.3 按外壓對筒體和封頭進行強度校核（1）筒體圖算法 由于D0/Se>=20 假設(shè) Sn=14mm 令Se=Sn-2=12mmD0=Di+2Sn=1528mm 則 L/D0=1500

14、÷1528=0.98D0/Se=119；D0>20 查資料得 A=0.0012 查資料 由于Tc =<140 則B=125Mpa計算許應(yīng)外壓力p p=B/( D0/Se)=1.05Mpa所以 p>=pc；故筒體厚度Sn2取14mm由Sn1=8.4mm=< Sn2=14mm ；封頭厚度確定為14mm(2)外壓封頭強度計算設(shè)封頭的厚度 Sn=14mm 計算有效厚度Se=Sn-C=12mmR0=K1D0 ；式中K1 =0.9；D0 =Di+2Sn=1528mmR0 =0.9×1528=1375.2mm計算系數(shù)A 查參考文獻可知T=<150 ；查的系數(shù)

15、B=120Mpa p>pc ；所以封頭厚度確定Sn=14mm2.4.4 夾套厚度計算 (1)夾套筒體部分厚度計算由 P c 2=0.9Mpa ；T c 2=<140 ； ；=0.85 負偏差取C1=0.5mm腐蝕裕量取C2=1.5mm則 Sn2=S2C1=10mm（2）夾套封頭厚度計算 同理 ： Sn2=S2C1=10mm2.4.5 水壓試驗校核計算夾套反應(yīng)釜應(yīng)對罐體和夾套分別進行水壓試驗，并校核圓筒應(yīng)力T（1） 罐體水壓試驗由于t 故 pT=1.25p=1.25Pc=0.875Mpa材料屈服點應(yīng)力 s=235Mpa 0.9 s=179.8Mpa ； 0.9 s 所以罐體水壓試驗強

16、度足夠（2）由于t 故 pT=1.25p=1.25Pc2=1.125Mpa材料屈服點應(yīng)力為s=235Mpa 0.9s=179.8Mpa ； 0.9s 所以夾套水壓試驗強度足夠3反應(yīng)釜的攪拌裝置攪拌裝置由攪拌器、軸及其支撐組成。攪拌器的形式很多，根據(jù)任務(wù)說明書的要求，本次設(shè)計采用的是漿式攪拌器。其機械設(shè)計的主要內(nèi)容是：確定攪拌器直徑、攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)。、進行攪拌軸的強度設(shè)計和臨界轉(zhuǎn)速校核、選擇軸的支撐結(jié)構(gòu)。由表2-4 查的D1/DJ取1.25：12：1 H0/DJ=1:12:1表2-4攪拌器型式選用表工藝過程類別控制因數(shù)使用攪拌器型式D1/DjH0/Dj傳熱容積循環(huán)速率、流經(jīng)傳熱面的湍流

17、速度槳式、推進式、渦流式槳式：1.25：12:1推進式：3:14:1渦流式： 3:14:11:12:1有實際情況取D1/DJ=1.6：1 ；H0/DJ=1:1則： 攪拌器直徑 DJ=900mm；液面高度： H0=900mm3.1 攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計 槳式攪拌器槳葉為兩葉，軸轉(zhuǎn)速為50r/min ,采用雙層槳安裝。攪拌器與軸的連接常用螺栓對夾。器主要尺寸有表查的： dJ=900mm ；d=50mm螺栓：d0 :M16 數(shù)量：4 ；螺釘：d1 :M16 數(shù)量：1 S=16 b=90 c=150 m=110 f=45 e=5 3.2 攪拌軸設(shè)計攪拌軸的機械設(shè)計內(nèi)容同一般傳動軸，主

18、要是結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核（1） 攪拌軸的材料：選用 Q 235-A（2） 攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實心直軸，因是連接的為槳式攪拌器，故采用光軸即可。（3） 攪拌軸強度校核 軸扭轉(zhuǎn)的強度條件是： （參考文獻1.公式9-5） 對Q235-A k=1220Mpa 對實心軸 Wp=d3/16=24531mm3 T=9.55×106 p/n=133700Nmm 則： 故 d=50mm 強度足夠（4） 攪拌軸的形位公差和表面粗糙度的要求： 一般攪拌軸要求運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，為防止軸的彎曲對軸封處的不利影響，因此軸安裝和加工要控制軸的直度。當轉(zhuǎn)速n<100r/min時直度允許誤差：1000：0.15。軸的表面粗

19、糙度可按所配零件的標準要求選取。（5） 攪拌軸的支撐 一般攪拌軸可依靠減速器內(nèi)的一對軸承支承。當攪拌軸較長時，軸的剛度條件變壞。為保證攪拌軸懸臂穩(wěn)定性，軸的懸臂長L1，軸徑d和兩軸承間距B應(yīng)滿足以下關(guān)系：L1/B45; L1/d4050 攪拌軸的支承常采用滾動軸承。安裝軸承處的公差帶常采用K6。外殼孔的公差帶常采用H7 。安裝軸承處軸的配合表面粗糙度Ra取0.8 1.6。外殼孔與軸承配合表面粗糙度Ra取1.6。4反應(yīng)釜的傳動裝置 反應(yīng)釜的攪拌器是由傳動裝置來帶動。傳動裝置設(shè)置在釜頂封頭的上部，其設(shè)計內(nèi)容一般包括：電機；減速機的選型；選擇聯(lián)軸器；選用和設(shè)計機架和底座等。4.1 常用電機及其連接設(shè)

20、備選用電機主要是考慮到它的系列，功率，轉(zhuǎn)速，以及安裝形式和防爆要求等幾項內(nèi)容。最常用的為Y系列全封閉自扇冷式三相異步電動機。電機功率必須滿足攪拌器運軸功率與傳動系統(tǒng)，軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮到又時在攪拌過程操造作中會出現(xiàn)不利條件造成功率過大。電機功率可按下式確定：式中：p=1.4KW；=0.95 0.96。設(shè)計采用機械軸封，功率消耗小，Pm=0.6KW，則： Pd=2.2KW 4.2 釜用減速機類型，標準及其選用 反應(yīng)釜的立式減速機的選用根據(jù)：軸轉(zhuǎn)速 n=50r/min 電機功率為2.2KW 查表可選 ：BLD擺線針輪行星減速機，其尺寸從HG 5-745-78 標準中選取。 電動機功率

21、為 2.2kw，轉(zhuǎn)速為1430r/min，選取電動機型號為：Y112M-4，額定功率為4KW ，滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min 。4.3 凸緣法蘭凸緣法蘭一般焊接于攪拌器封頭上，用于連接攪拌傳動裝置。設(shè)計采用R型突面凸緣法蘭，其尺寸查表得：選擇R型突面凸緣法蘭，其尺寸如下：DN=400mm，d1=410mm，d2=565mm k=515mm，d3=430mm，d4=455mm螺栓數(shù)量：16，螺紋：M24，質(zhì)量：46Kg。4.4 安裝底蓋安裝底蓋采用螺栓等緊固件，上與機架連接，下與凸緣法蘭連接。是整個攪拌傳動裝置與容器連接的主要連接件。設(shè)計選取了RS型安裝底蓋。其主要尺寸查的內(nèi)容如下(單位：mm)

22、：DN=400, d2=565，k=515，d5=16-26，d6=415，s=50 d9=176，k2=210，d10=8-M16 4.5 機架機架是安裝減速機用的，它的尺寸應(yīng)與減速機底座尺寸相匹配。其選用類型有三種，本次選用無支點機架。選用WJ90型無支點機架，H1=40mm，H2=25，H3=7，H4=8，D1=400，D2=450 D3=490，D4=430，D5=515，D6 =565，H=660 ，質(zhì)量為170Kg。4.6 聯(lián)軸器常用的電機和減速機輸出軸與傳動軸之間及傳動軸與攪拌軸之間的連接，都是通過聯(lián)軸器連接的。常用的類型很多，選取剛性凸緣聯(lián)軸器，選用GT-45型，其質(zhì)量為17K

23、 g。5反應(yīng)釜的軸封裝置軸封式攪拌設(shè)備的一個重要組成部分。其任務(wù)是保證攪拌設(shè)備內(nèi)處于一定的正壓和真空狀態(tài)以及防止物料溢出和雜質(zhì)的摻入。鑒于攪拌設(shè)備以立式容器中心頂插式為主，很少滿釜操作，軸封的對象主要為氣體；而且攪拌設(shè)備由于反應(yīng)工況復(fù)雜，軸的偏擺震動大，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點，故不是所有形式的軸封都能用于攪拌設(shè)備上。反應(yīng)釜攪拌軸處的密封，屬于動密封，常用的有填料密封和機械密封兩種形式。他們都有標準，設(shè)計時可根據(jù)要求直接選用。這次設(shè)計選用機械軸封。機械軸封是一種功耗小，泄露率低，密封性能可靠，使用壽命長的轉(zhuǎn)軸密封。主要用于腐蝕、易燃、易爆、劇毒及帶有固體顆粒的介質(zhì)中工作的有壓和真空設(shè)備。由于機械軸封的結(jié)構(gòu)形式很多。且大都有標準。6反應(yīng)釜的其他附件6.1 支座夾套反應(yīng)釜多為立式安裝，最常用的支座為耳式支座。標準耳式支座（JB/T 4725-92）分為A型和B型兩種。當設(shè)備需要保溫或直接支撐在樓板上時選用B型，否則選擇A型。設(shè)計中選取B型，支座數(shù)為4個。允許載荷為100KN，支座質(zhì)量為28.7Kg 地腳螺栓是M24。6.2人孔人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。設(shè)備