段老師指導設計2011模板6立方正文

1、前言反應設備是通過化學反應得到反應產(chǎn)物的設備，或是為細胞或酶提供適宜的反應環(huán)境以達到細胞生長代謝和進行反應的設備。幾乎所有的過程設備中，都包含了反應設備的存在。因此如何選用的反應器型式，確定最佳的操作條件和設計合理可靠的反應器，滿足日益發(fā)展的過程工業(yè)的需求具有十分重要的意義。經(jīng)過近一個世紀的實驗研究和理論探索，的流體混合技術(shù)已進人快速發(fā)展時期，并積累了大量可用于分析和混合體系的設計經(jīng)驗和關(guān)聯(lián)式。但由于流體混合體系的多樣性和物料流變特性的復雜性，目前對于攪拌設備的選型和設計還主要依賴經(jīng)驗和實驗，對其優(yōu)劣很難用理論，對于能耗和生產(chǎn)成本，只能在一定規(guī)模的生產(chǎn)裝置上進行對比后才能分出高低。另外對攪拌設

2、備的放大規(guī)律至今仍無足夠的認識，缺少理論指導。本次設計的攪拌設備是酯化釜，酯是一類重要的有機化工，除本身是溶劑、增塑劑而用于很多工業(yè)部門外，還大量用來生產(chǎn)聚酯，也有一部分用作有機的原料。酯類生產(chǎn)的歷史悠基礎(chǔ)理論的研究也早已開始，英國化學家 A.W.威廉森在 1852 年已經(jīng)提出了由酸與醇酯的理論。可生成酯的方法很多，工業(yè)上絕大多數(shù)直接酯化過程均為液相反應，由于受平衡限制，反應不能進行完全，故常用從反應混合物中移走反應產(chǎn)物（水，酯或兩者在一起）的辦法來移動平衡點。反應器可以是連續(xù)式的或間歇式的。間歇式反應器通常為帶攪拌的反應釜；連續(xù)式反應器則是塔式的。為防止無機酸催化劑對設備的腐蝕，須妥善選擇反

3、應器的材質(zhì)及結(jié)構(gòu)。酯化反應，是一類有機化學反應，是醇跟羧酸或含氧無機酸生成酯和水的反應。分為羧酸跟醇反應和無機含氧酸跟醇反應何和無機強酸跟醇的反應兩類。羧酸跟醇的酯化反應是可逆的，并且一般反應極緩慢，故常用濃硫酸作催化劑酯化釜的目的是借助攪拌器的作用是使酸跟醇在高溫的條件下反應生成酯。本題目主要解決的問題是該設備的設計，包括攪拌裝置、軸封和攪拌罐三大部分設計，并畫出相應的設備圖。酯化釜設計1.1 概論酯化釜，顧名思義就是發(fā)生酯化反應的設備，屬于攪拌設備。攪拌設備常被稱作攪拌釜（或攪拌槽），當攪拌設備用作反應器時，又被稱為攪拌釜式反應器，有時簡稱反應釜。釜體的結(jié)構(gòu)型式通常是立式圓筒形，其高徑比值

4、主要依據(jù)操作是容器裝液高徑比以及裝料系數(shù)大小而定。而容器的裝液高徑比又視容器內(nèi)物料的性質(zhì)、攪拌特征和攪拌器層數(shù)而異，一般取 11.3，最大時可達 6。釜底形狀有平底、橢圓底、錐形底等有時亦可用方形釜。同時，根據(jù)工藝的傳熱要求，釜體外可加夾套，并通以蒸氣、冷卻水等載熱介質(zhì)；當傳熱面積不足時，還可在釜體內(nèi)部設置盤管等。在選擇酯化釜時，應根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模（即物料處理量）、攪拌操作目的和物料特性確定攪拌容器的形狀和，在確定攪拌容器的容積時應合理選擇裝料系數(shù)，盡量提高設備的利用率。如果沒有特殊需要，釜體一般宜選用最常用的立式圓筒形容器，并選擇適宜的筒體高徑比(或容器裝液高徑比)。若有傳熱要求，則釜體外須設置

5、夾套結(jié)構(gòu)。夾套種類有整體夾套、螺旋擋板夾套、半管夾套、蜂窩夾套，傳熱效果依次提高但制造成本也相應增加。當酯化釜釜臥式放置時，大多進行半釜操作。因此臥式釜與立式釜相比有的氣-液接觸面積，因而臥式釜常用于氣-液傳質(zhì)過程，如氣-液吸收或從高粘度液體中脫除少量易揮發(fā)物質(zhì)，另一方面，臥式釜的料層較淺，有利于攪拌器將粉末攪動，并可借攪拌器的高速回轉(zhuǎn)使粉體拋揚起來，使粉體在瞬間失重狀態(tài)下進行混合。酯化釜的材料要滿足生產(chǎn)工藝的要求，例如耐壓、耐溫、耐介質(zhì)腐蝕，以及保證清潔等。由于材料的不同，攪拌容器的制造工藝、結(jié)構(gòu)也有所不同，因此可分為鋼制攪拌設備、搪攪拌設備和帶襯里的攪拌設備等。裝襯里的目的是為了耐蝕或保護

6、的清潔，襯里的種類很多，主要有不銹鋼、鋁、鈦、鉛、鎳、鋯、耐酸瓷磚、輝綠巖板、橡膠等。酯化釜在工業(yè)生產(chǎn)中應用范圍很廣，尤其是化學工業(yè)中，很多的化工生產(chǎn)都或多或少的應用著攪拌操作。攪拌可使兩種或多種的物質(zhì)在彼此之中相互分散，從而達到均勻混合，也可以傳熱和傳質(zhì)過程。化學工藝過程的種種化學變化，是以參加反應物質(zhì)的充分混合為前提的。對于加熱，冷卻和液體萃取以及氣體吸收等物理變化過程，也往往要采用攪拌操作才能得到好的效果。攪拌設備在許多場合是作為反應器來應用的。攪拌設備的作用如下：1使物料混合均勻2使氣體在液相中很好的分散3使固體粒子在液相中均勻的懸浮使不相溶的另一液相均勻懸浮或充分乳化4強化相間的傳質(zhì)

7、5強化傳熱酯化釜可以從各種不同的角度進行分類，如按照工藝用途分類，其中重要的結(jié)構(gòu)攪拌器，我們可以按照攪拌器結(jié)構(gòu)形式分類或按攪拌裝置的安裝形式分類，以下僅就攪拌裝置的各種安裝形式進行分類和選取，主要種類和各種的功能如表 1.1。表 1.1 各種攪拌裝置及其特點種類主要特點立式容器中心攪拌將攪拌裝置安裝在立式設備筒體的中心線上，驅(qū)動方式一般為皮帶傳動和齒輪傳動，用普通電機直接連接或與器直接連接。偏心式攪拌攪拌裝置在立式容器上偏心安裝，能防止液體在攪拌器附近產(chǎn)生“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”，可以產(chǎn)生與加擋板時相近似的攪拌效果。但偏心攪拌容易產(chǎn)生 ，一般用于小型設備上比較合適。傾斜式攪拌為防止渦 生，對簡單的圓筒

8、形或方形敞開的立式設備，可將攪拌器用于、夾板或卡盤直接安裝在設備筒體的上緣，攪拌軸斜 筒體內(nèi)。此種攪拌器小型，輕便，結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，應用范圍廣。底攪拌攪拌裝置在設備的底部，稱為底攪拌設備。其攪拌軸短而細，無中間軸承；可用機械密封；易維護，檢修；壽本設計中的酯化釜是在 230，常壓的條件下將脂肪酸和醇進行反應生成酯，即作為反應器應用，綜合考慮選用橢圓形底，可拆橢圓形蓋，立式容器中心攪拌。1.2 酯化釜選型及主要參數(shù)1.2.1 酯化釜選型常用的酯化釜是立式圓筒形容器，有頂蓋，筒體和罐底，通過支座安裝在基礎(chǔ)或平臺上。罐體在規(guī)定的操作溫度和操作下，為物料完成其攪拌過程提供了一定的空間。本設計即采用

9、立式圓筒形反應釜。在知道了攪拌罐操作時盛裝物料的容積后，首先要選擇適宜的長徑比和裝料量，確定筒體的直徑和高度。罐體的長徑比應考慮的主要因素有三個方面：1.攪拌功率一定結(jié)構(gòu)型式攪拌器的葉輪直徑和與其裝配的攪拌罐體內(nèi)徑通常有一定的比例范圍。隨著罐體長徑比的減小，攪拌器槳葉直徑也相應放大，在固定的攪拌軸轉(zhuǎn)速下，攪拌功率與攪拌器槳葉直徑的 5 次方成正比。所以隨著罐體直徑的放大，功率增加很多，這對于需要較大攪拌作業(yè)功率的攪拌過程是適宜的。2.傳熱罐體長徑比對夾套傳熱有顯著影響，容積一定時長徑比越大罐體盛料部分表面積越大，夾套傳熱面積也就越大。同時長徑比越大，傳熱表面積離罐體中心命長。臥式容器攪拌攪拌器

10、安裝在臥式容器上面，可降低設備的安裝高度，提高攪拌設備的抗震性，改進懸浮液的狀態(tài)等。臥式雙軸攪拌攪拌器安裝在兩根平行的軸上，二根軸上的攪拌葉輪不同，軸速也不等，主要用于高黏度液體。旁入式攪拌旁入式攪拌是將攪拌裝置安裝在設備筒體的側(cè)壁上，分為角度固定式和角度可變式兩種。組合式攪拌有時為了提高混合效率，需要將兩種或兩種以上形式不同，轉(zhuǎn)速不同的攪拌器組合起來使用，稱為組合式攪拌設備。越近，物料的溫度梯度就越小，有利于提高傳熱效果。3.物料特性某些物料的攪拌反應過程對罐體長徑比有著特殊要求，例如發(fā)酵罐之類，為了使得通入罐內(nèi)的空氣與發(fā)酵液有充分的接觸時間，需要有足夠的液位高度，就希望長徑比取得大一些。綜

11、上，三個方面均要求長徑比取得大一些。1.2.2 酯化釜的主要參數(shù)已知容反應釜的容積為 6.00m3，長徑比選取見表 1.2。表 1.2 攪拌罐長徑比裝料系數(shù)選?。和ǔ？扇?0.600.80，如果物料在反應過程中要起泡末或呈沸騰狀，應取低值，約為 0.600.70，如果物料在反應中比較平穩(wěn)，可取 0.80.85。本酯化釜取0.85.本設計中攪拌罐內(nèi)反應為酯化反應，且為液液相反應，取長徑比 H/ Di =1.1, 取裝料系數(shù)=0.85VN =V=5.85×0.85=4.9725VN 取 5.004 ´ 5.0m3m34 ´VN筒體直徑 D i= 3=1.89mp &#

12、180; æ H ö´h3.14 ´1.1´ 0.853ç Di ÷èø式中 VN-公稱容積,m3-裝料系數(shù)由 GB9845-1988鋼制機械攪拌容器型式及主要參數(shù)的攪拌罐系列取 Di=1800mm查 JB/T4746-2002 取標準橢圓形封頭 EHA1800×10Di =1800mm高度 H=475mm直邊高度 h=25mm封頭容積 v=0.8260種類設備內(nèi)物料類型H/Di一般攪拌罐液固相或液液相物料11.3氣液相物料12發(fā)酵罐類1.72.5VN- v 5.0 0.85p-0.826V -

13、 vh罐體高度：H=1.99mp D i2p D i2´1.8244圓整后取 H=2.0m,4實際長徑比為 2.0/1.8=1.11，5.0實際裝料系數(shù)= p=0.85基本符合要求。´1.82 ´ 2 + 0.82604通過以上的計算，可知，筒體內(nèi)徑為 DJ=1800mm，筒體高度 H=1650mm。2.酯化釜的設計。常壓：101.3Kpa。1.3 攪拌器選型與計算1.3.1 攪拌器選型影響攪拌過程的因素及其復雜，有關(guān)攪拌器選型的資料很多，但是由于研究過程考慮的重點不同，結(jié)論也不同，至今，攪拌器選型帶有很大的經(jīng)驗性。為了提供能量與造成液體的狀態(tài)，攪拌器必須有合理的

14、結(jié)構(gòu)和足夠的強度。合理的結(jié)構(gòu)應符合以下幾個原則：葉輪的制造工藝合理，葉輪與攪拌軸的連接方式穩(wěn)妥可靠，葉輪安裝維修方便等。除推進式等特殊形狀的葉輪加工難度大外，多數(shù)葉輪形狀與加工都比較簡單。采用整體式或可拆式的連接結(jié)構(gòu)，可以從安裝檢修的方便來決定。1.攪拌條件設定該反應過程為液液兩相互溶液體的攪拌，互溶液體的攪拌時兩種或數(shù)種互溶液體在攪拌作用下達到濃度或密度或溫度以及其他物性的均勻狀態(tài)的過程，一般稱為混合過程?；旌线^程都應規(guī)定攪拌液體達到均勻狀態(tài)的標準，而以在攪拌作用下達到這個標準的混合時間qm 作為評價攪拌效果的指標。達到同樣標準作用的混合時間qm 越短，攪拌器的混合性能就越好?；旌蠒r間與攪拌

15、器的幾何，葉輪的排出流量，葉輪轉(zhuǎn)速以及攪拌器的滾率大小有關(guān)。2.攪拌葉輪形式和攪拌器附件的選定1）葉輪形式各種攪拌葉輪形狀按攪拌器的運動方向與葉輪表面的角度可分為三類，即平葉，折葉和螺旋面葉。槳式，渦輪式，錨式，框式的葉輪都是平葉或折葉，而推進式，螺桿式，螺帶式的葉輪則為螺旋面葉。由于平葉的運動方向與槳面垂直，所以當葉輪低速運轉(zhuǎn)時，液體的主要流動為水平環(huán)向的。當葉輪轉(zhuǎn)速增大時，液體的徑向就逐漸增大。葉輪轉(zhuǎn)速越高，由平葉排出的徑向流越強。折葉由于槳面與運動方向成一定傾斜角度，所以在葉輪轉(zhuǎn)速增大時，還有逐漸增大的徑向流。螺旋面可以看成是許多折葉的組合，這些折葉的角度逐漸變化，所以螺旋面的流向也有水

16、平環(huán)向流，徑向流和軸向流，其中以軸向流最大。為了區(qū)分葉輪排液的流向特點，根據(jù)主要排液方向?qū)⒌湫腿~輪分成徑流型和軸流型兩種，平葉的槳式，渦輪式是徑流型，螺旋面葉的螺桿式，推進式是軸流型。表 1.3 攪拌器型式使用條件表注：有者為適合，空白為不合用槳式葉輪主要用于排出流，是必要的場合，由于在同樣的排量下，軸向流葉輪的功耗比徑向流低，故軸向流葉輪使用較多。由于結(jié)構(gòu)簡單，即使葉徑大造價也不高，故往往使用與大葉徑低轉(zhuǎn)速的場合。，綜合考慮互溶液體混合攪拌設備, 由表 2.2 選用槳式折頁攪拌器，折頁槳的傾斜角度q = 45° 。攪拌器型式狀態(tài)攪拌目的對流循環(huán)湍流循環(huán)剪切流低黏液混合高黏液混合分散

17、溶解固體懸浮氣體吸收傳熱液 相反應渦輪式槳式推進式開啟渦輪式1.3.2 葉輪計算確定葉輪，由 HG/T2123-91攪拌器直徑D=（0.250.75）DN=0.25 ´ 18000.75 ´ 1800=450 1350mm根據(jù)直徑系列選用D=800mm，槳葉數(shù)Z=2槳葉厚度b=（0.10.3）D=0.1 ´ 8000.3 ´ 800=80240mm示意圖如圖1.4。取b=120mm圖1.4攪拌器示意圖攪拌器結(jié)構(gòu)采用對開不可拆式平槳,用筋板焊接固定,如圖1.5。圖1.5對開不可拆式平槳示意圖對于長徑比大于1的攪拌罐式液液反應器，采用單層葉輪不能得到良好的混

18、合效果，功耗效率低。因此工業(yè)生產(chǎn)中常采用多層攪拌器。多層攪拌器的互溶液體攪拌比單層葉輪要復雜得多，每層葉輪都產(chǎn)生各自不同的流型，總攪拌功率與單層葉輪的攪拌功率并沒有簡單的倍數(shù)關(guān)系，葉輪間距對多層葉輪的氣液分散能力的影響很大，如果選擇不當，功耗效率反而不如單層葉輪。本設計采層葉輪，葉輪形式同為槳式折頁攪拌器。葉輪間距取 800mm，基本符合要求。1.3.3 攪拌器轉(zhuǎn)速攪拌器轉(zhuǎn)速直接影響釜內(nèi)流體的狀態(tài)，根據(jù)經(jīng)驗，根據(jù)槳型和槳徑，考慮到本次設計中攪拌罐內(nèi)物料反應為酸堿反應，轉(zhuǎn)速不必取得過大。取轉(zhuǎn)速為85r/min 。1.3.4 攪拌器附件攪拌器附件通常指在攪拌罐內(nèi)為了改善狀態(tài)而增設的零件，如擋板，導

19、流筒等，在某些場合，這些附件是不可缺少的。采用哪些附件要結(jié)合攪拌器的選型綜合考慮，以達到預期的攪拌狀態(tài)。導流筒幾乎不影響混合時間，不能增大混合速度，導流筒增大系統(tǒng)阻力，在外加功率一定時減小速率，所以非十分必要時，一般不用導流筒。折流板會使液體的阻力增大，并影響到攪拌器的功率。本次設計中反應器內(nèi)物料反應物含腐蝕性液體，反應過程較為劇烈，因此不設置擋板或?qū)Я魍?，以避免不必要的功率損耗。14. 傳動方式和選型傳動方式分為機械傳動、電氣傳動、氣壓傳動、傳動 ,機械傳械傳動包括螺旋傳動、摩擦輪傳動、帶傳動、鏈條傳動,齒輪傳動,多點嚙合柔性傳動。帶傳動又分V帶傳動、多楔帶傳動、平帶傳動、同步帶傳動等等;.

20、綜合考慮設計條件，此設計的傳動方式是齒輪傳動。1.5 攪拌功率及電選型1.5.1 攪拌功率影響攪拌功率的因素很多，如攪拌器形狀，和轉(zhuǎn)速。攪拌物料的特性，釜體，攪拌附件結(jié)構(gòu)以及攪拌器在釜內(nèi)的位置都對攪拌功率產(chǎn)生影響。攪拌功率包含了攪拌器功率和攪拌作業(yè)功率。具有一定結(jié)構(gòu)形狀的設備中裝有一定物性的液體，其中用一定形式的攪拌器以一定轉(zhuǎn)速進行攪拌時，將對液體做功并使之發(fā)生流動，此時為攪拌器連續(xù)運轉(zhuǎn)所需要的功率就是攪拌器功率。攪拌作業(yè)功率是把攪拌器使攪拌罐中的液體以最佳方式完成攪拌過程所需要的功率。若葉輪轉(zhuǎn)速很低，在Re10 的區(qū)域，僅葉輪周圍的液體隨葉輪旋轉(zhuǎn)，而遠離葉輪的液體是停滯的，因而混合效果很差，

21、混合時間也很長；當 Re 增加到大于 10，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力就不可忽視了。此離心力產(chǎn)生了排出流量，使角速度傳遞到了遠處的液體，這樣遠離葉輪的液體開始，混合大為改善，但在靠近葉輪上下部分仍然出現(xiàn)環(huán)形的停滯區(qū)域；當 Re 增加到數(shù)百，渦輪式葉輪周圍的液流變成湍流，停滯區(qū)消失。因此，葉輪轉(zhuǎn)速應適當選取。攪拌功率準數(shù) Np 是攪拌設備最基本的特性參數(shù)之一，攪拌功率則按照下式計算：P= NP · r · N · d35式中-密度，kg/m3N-轉(zhuǎn)速，r/mind-葉輪直徑，mm先采用 Rushton 算圖計算功率因數(shù) Np查化工工藝設計手冊，脂肪酸在240 °

22、C 的黏度0.00015 Pa·s密度 r =845kg/ m3攪拌轉(zhuǎn)速n=85r/min=1.42r/sd 2nrm0.82 ´1.42´845 »´ 106Re=5.1屬于湍流區(qū)查 Rushton 圖 Np=1.90.00015式中 Re-雷諾數(shù)-葉輪直徑，mN-轉(zhuǎn)速,r/min-密度,/m3-黏度,Pa·s535所需的攪拌功率為：P= NP · r · N3 · d =1.9 ´ 845 ´ 1.42 ´ 0.8 =1.5kw攪拌罐內(nèi)有溫度計套管和沿罐壁安裝的蛇管，將引

23、起攪拌功率的增加。攪拌功率P ' = P（1+q）=1.5 ´ （1+0.3）=1.95kw1.5.2電選型電功率除了滿足攪拌器攪動液體所需的攪拌功率外，還要考慮軸封裝置所產(chǎn)生的摩擦阻力以及傳動裝置所產(chǎn)生的功率損失。N ' + Nh電功率 Na =m傳動方式是采用行星齒輪器，h = 0.950.98，取h = 0.97軸封方式采用填料密封，其摩擦損失 Nm = N ´ 10%=0.598kw'N ' + N1.95 + 0.195» 2.21kw電功率為 Na =m =h0.97攪拌設備選用電的問題，主要是確定系列，功率，轉(zhuǎn)速以及安

24、裝測試和防爆要求等幾項內(nèi)容。由機械設計手冊表 16-1-21,選電型號為 Y100L-4額定功率 Ne=3kw, 額定電流 I=15.6A，滿載轉(zhuǎn)速 n=1420r/min,傳遞效率h = 87.0% , 功率因數(shù) cos=0.84, 傳動比 i=1420/85=16.71.6 攪拌軸軸封設計機械攪拌反應器的軸封主要有兩種：填料密封和機械密封。軸封的目的是避免介質(zhì)通過轉(zhuǎn)軸從攪拌容器內(nèi)泄露或外部雜質(zhì)滲入攪拌容器內(nèi)。機械密封由固定在軸上的動環(huán)及彈簧壓緊裝置，固定在設備上的靜環(huán)以及輔助密封圈組成。機械密封的泄露率低，密封性能可靠，功耗小，使用長，在攪拌反應器中得到廣泛的應用。單端面的結(jié)構(gòu)簡單，制造容

25、易，維修方便，應用廣泛。雙端面密封有兩個密封面，且可在兩密封面之間的空腔中注入中性液體，使其略大于介質(zhì)的操作，起到堵封和潤滑的雙重作用，故密封效果好，但結(jié)構(gòu)復雜，制造拆裝比較，需一套封液輸送裝置，且不便于維修。表 1.6 機械密封分類填料密封結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適用于非腐蝕性和弱腐蝕性的介質(zhì)，密封要求不高，并允許定期維修的酯化釜。根據(jù)酯化釜的工作環(huán)境，介質(zhì)性質(zhì)等方面，物料具有弱腐蝕性，綜合考慮選用填料密封。1.7 攪拌器的結(jié)構(gòu)與強度計算攪拌器的強度計算主要是計算葉片的厚度。它必須在決定了葉片的直徑，寬度，數(shù)量，并相應決定了攪拌器功率之后，對葉片進行結(jié)構(gòu)設計。要分析葉片的受力狀況，找出截面，然后

26、用設計或校核的方法，決定葉片厚度。 關(guān)于葉輪離心力的問題，由于通常的葉輪端部線速超過 30m/s，所以離心力所引起的葉輪拉伸應力很小，設計中可以不計。為了保證葉輪在腐蝕性介質(zhì)，磨損性介質(zhì)中工作的安全性，應該給葉輪增加腐蝕裕度。在難以定量確定腐蝕裕度時，可以將葉輪強度每邊增大 1mm。強密封面對象等 級（MPa）使用溫度（）最 大 線 速 度（m/s）介質(zhì)端材料單端面0.6-201503碳素鋼，不銹鋼雙端面1.6-2030023碳素鋼，不銹鋼度計算中要用葉片去掉腐蝕裕度后的凈面積，凈厚度。對于本設計中采用的槳式葉輪，在強度計算時，以各葉片同樣受力，各自作功相等來處理，這樣，總的動力消耗除以葉片數(shù)

27、即得到一個葉片的動力消耗。葉輪強度計算中的計算功率：NJ = khNa - Nm =2.3´ 0.97´ 3-0.195=6.50kwk-啟動時電機的過載系數(shù)h -傳動系統(tǒng)的機械效率Na -電機的額定功率，kwNm -軸封處的摩擦損失功率，kw每個葉片的截面都是端截面，該斷面的彎矩值為：M= 9545 ´ N j1= 9545 ´ 6.50 ´´2 =516（N·m）nsinq285zz-葉片數(shù)目n-攪拌軸轉(zhuǎn)速，r/minq -折頁槳的傾斜角度bd 2折頁槳式的 W 值可用式 W=(mm3)計算，應力為=M/W，也應滿足校核

28、公式66 ´ M6 ´ 516，帶入可得：=0.61mmb ´s t120 ´ 70式中 b-葉片寬度,mm-許用應力,MPa考慮葉片在腐蝕介質(zhì)中工作，加上腐蝕裕量 4mm，向上圓整至 5mm。1.8 攪拌軸的設計攪拌軸的計算主要包括軸的強度和剛度計算，以確定軸的最小截面，保證攪拌軸的安全平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。1.8.1 強度計算作用在軸上的力包括：1）流體作用力2）軸和葉輪自身重量的重力3）由軸和葉輪的組合質(zhì)量偏心旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生垂直于軸心線的徑向離心力，進而產(chǎn)生徑向彎曲應力4）如果是密閉攪拌容器，還作用有因容器差引起軸橫截面上的軸向推力，產(chǎn)生軸向拉壓和彎曲應力5）傳動

29、裝置傳遞的扭矩主要是傳遞流體作用力的切向合力矩，同時還包括了克服支撐裝置，密封裝置等對軸摩擦損耗的附加扭矩，增加了軸中的扭轉(zhuǎn)剪切力由攪拌設備圖 9-47，應力變化和分布可知，軸上每點應力是拉應力和剪應力的組合，故需用材料力學的方法進行強度校核。對于塑性材料有兩種強度理論可以應用于屈服和疲勞失效，即最大剪應力理論和剪應變能理論。工程上最大剪應變理論常被許多設計規(guī)范所采用，但其結(jié)果比較保守。此處采用剪應變能理論。其當量應力計算公式為：e= s 2 + 3t 2e-當量應力，MPa-計算點的拉應力，MPa-計算點的剪應力，MPa由于影響流體作用力的因素非常復雜，除用一定實驗測得外，難有一種統(tǒng)一的計算

30、方法，因此工程上提出的各種強度計算方法都要對條件進行簡化。此處按照彎扭來計算軸的強度。最大扭矩應大于葉輪產(chǎn)生的扭矩，但軸的支撐裝置和密封裝置消耗的功率較小，可忽略不記，于是可認為軸傳遞的最大扭矩就是各層葉輪扭矩和。5Mt(max) =(9553000P0/n)=9553000×1.95/85=2.20×10 （N·mm）Mt(max)-作用在攪拌軸上的最大扭矩，N·mmP0-一個葉輪的攪拌功率，kw最大彎矩是液體的作用力與每一層葉輪到下一個軸承之間距離乘積的總和Mb(max)=(Fh·Li)p0 f s式中 F = 2888000，L ，L 取

31、值如圖 1.7 所示12hnd圖 1.47 L1 , L2 的取值Fh-作用在一個葉輪上水平方向力，Nd-葉輪直徑 ，mmfs-在下列情況中可取為 1：1）在混合操作時，其攪拌等級低于 7 級2）正常的操作條件，即攪拌罐位于容器中心及葉輪不是長期在液面上操作表 1.8 攪拌等級表攪拌等級說明00 級攪拌時氣體跑空，化工過程中不用此級121 級和 2 級攪拌適用于氣體分散不是關(guān)鍵因素的工藝過程2 級攪拌的能力為：攪拌器轉(zhuǎn)速超體分散操作的臨界轉(zhuǎn)速， 氣體在液體中有較低水平的分散；可用于不受傳質(zhì)所限制的過程顯然，攪拌等級小于 7 級，fs=1材料 00Cr17Ni14Mo2許用剪應力t s = 40

32、MPa許用拉應力s t = 70MPap0 f sF = 288800= 2888000 ´Nhnd)=2.5×105N·mmMb(max)=(2888000×1.95/85×800)×(8001/ 3é2 ù2(Mt(max) ) + (Mb(max) )ê16úúúúûds= ê=34.88mmpt êêësìé(Mt(max) )ï16êM b(max) +d = 

33、39; ë=42.42mmítp s ïïîtds-用剪應力計算的最小軸徑，mmdt-用拉應力計算的最小軸徑，mm1.8.2 剛度計算1.按允許扭轉(zhuǎn)變形為了防止轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形，以免在運轉(zhuǎn)中引起振動造成軸封失效，對表面涂覆保護層的軸也為了防止由于過大變形造成涂覆層的破壞，所以因該將軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一個允許的范圍內(nèi)。這就是設計中的扭轉(zhuǎn)剛度條件，為此，攪拌軸要進行剛度計算，工程上以長度的比扭轉(zhuǎn)角作為扭轉(zhuǎn)的剛度條件。= Mt ´ 180´103 jpG03.14式中-扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，（°/m）3535 級攪拌適

34、用于中等氣體分散水平的工藝過程5 級攪拌的能力為可使細小氣泡達到容器壁；可使分散的氣泡再循環(huán)到攪拌葉輪產(chǎn)生再循環(huán)610610 級攪拌適用于需要快速傳質(zhì)的氣液反應釜10 級攪拌能力為：可使氣泡表面積達到最大程度；可使分散的氣泡再循環(huán)到攪拌葉輪產(chǎn)生再循環(huán)G0-切變模量Jp-截面的極慣性矩，mm4g =0.5 ° /m材料 00Cr17Ni14Mo2 G=75000Mpa n=85r/minN=5.98kw對于實心軸直徑，由剛度有：Ng ´ G ´ n1.95d=1536.6 4=1536.64=43.02mm0.5 ´ 75000 ´ 85G-軸的

35、切變模量N-消耗功率2.按強度計算攪拌軸的直徑許用剪切力t =40Mpa攪拌扭矩T =9740 N =9740 5.98 =685.24N·masn85不穩(wěn)定力 F =533=533 685.24 =429.69NTspd850M-3作用于軸的彎矩M r =（F p +F c ）L1 ´10F c =0.01 F p =4.2969NL1=2200mmM a =0-3-3M r =（F p +F c ）L1 ´10 =（429.69+4.2969） ´ 2200 ´10=954.77N·mM= M r + M a =954.77N&#

36、183;m攪拌扭矩T =T 2 + M 2 =685.242 + 954.772 =1175.22N·mesTe1175.22d 2 =17.205 3=17.205 3=53.09mmt40a1.8.3設計載荷的考慮除了通常按正常條件確定攪拌軸的設計載荷外，不可忽略在一些特殊操作狀況下引起設計載荷的變化和增大，設計必須充分注意到這些 可能遇到的特殊情況，從而加大設計載荷或采用必要的防止措施。這些特殊情況主要是指一些影響流體作用力急劇變化的因素。葉輪在埋入固體沉淀層中的啟動在葉輪運轉(zhuǎn)中向攪拌容器內(nèi)進料或排放，會使流體作用力增大葉輪浸入液體的深度不夠，可能會引起流體的形態(tài)發(fā)生變化，變得

37、很不穩(wěn)定并加大了流體作用力。進入液層中的流體進口位置應遠離葉片啟動扭矩的影響1.8.4攪拌軸的最終設計在以前的設計計算中都沒有考慮到軸上鍵槽，銷孔等對軸截面削弱的影響，現(xiàn)規(guī)定如下：1.開有一個鍵槽或淺孔引起局部削弱時，最終直徑比計算直徑大 4%5%；開有兩個鍵槽或淺孔時，最終直徑比計算直徑大 7%10%；2.沿徑向開對穿孔，軸徑按計算直徑增大 15%以上。如按照剛度條件計算的軸徑比之強度條件計算者大許多，那么可考慮選擇較低強度的材料制作攪拌軸。綜上，由 IBG92001-86 攪拌軸直徑取 60mm。1.9 酯化釜筒體設計1.9.1酯化釜壁厚計算圓柱形容器是最常見的一種容器結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)簡

38、單，易于制造，便于在內(nèi)部裝設附件等優(yōu)點，被廣泛的用作反應器，換熱器，分離器和中小容積容器。圓筒形容器的容積主要由圓柱形筒體提供。圓筒可分為單層式和組合式兩大類。本設計中的攪拌反應器屬于低壓容器范圍，選用單層式圓筒即可。P=1.1´ 0.1Mpa=0.11Mpa設計設計溫度 t=230盛裝介質(zhì)脂肪酸，醇均為無毒液體，攪拌器內(nèi)為常壓，因此本攪拌罐為第三容器。選用材料 00Cr17Ni14Mo2，許用應力s = 70MPa ，屈服極限類s s = 130MPa 。為焊接接頭系數(shù)，此處焊接接頭型式采無損檢測，取 1.0面焊，100%全部P l = r gh = 845 ´ 9.8

39、´ 2.465 =0.02Mpa，已大于設計壓由液柱產(chǎn)生的靜P c = p + 0.02 = 0.13 。力的 5%，故應計入計算中，則計算0.13´1800Pc Di計算厚度d = 1.67s f - P2 ´ 70 ´1.0 - 0.13t2c對于攪拌容器，規(guī)定不包括腐蝕裕量的最小厚度不小于 3mm，取剛板厚度負偏差 C 1 =0.8mm，脂肪酸為腐蝕性液體，取腐蝕裕量 C 2 =6mm。設計厚度dd = d + C2 = 1.67 + 6 = 7.67mm名義厚度dn = dd + C1 = 7.67 + 0.8 = 8.47mm取d n =10m

40、m檢查d n =10mm 時， d 沒有變化，故取名義厚度 d =10mm 合適。tn有效厚度d e = d n -C=10-0.8-6=3.2mm2 ´ 70 ´1.0 ´ 3.22s t Fd=e =最大允許工作P=0.248MPa>PwD + d1800 + 3.2cie= Pc (Di + d e ) = 0.13´ (1800 + 3.2) =36.63Mpa<計算應力s ts 2d eF2 ´ 3.2 ´1.01.9.2水壓實驗校核除材料本身的缺陷外，容器在制造（尤其是焊接過程）和使用過程中會產(chǎn)生各種缺陷，為缺

41、陷對容器安全性的影響，容器制造完畢后或定期檢查時，都要進行試驗。試驗包括耐壓試驗和氣密性試驗。對于內(nèi)壓容器，耐壓試驗的目的是：在超設計下，缺陷是否會發(fā)生快速擴展造成破壞或開裂造成泄露，檢驗密封結(jié)構(gòu)的密封性能。水壓實驗應力校核：實驗系數(shù)為 1.25P =1.25P s =1.25´0.11=0.1375MPa實驗ts t同時，為使試驗時容器材料處于彈性狀態(tài)，在試驗前必須按照下式校核試驗時圓筒的薄膜應力s t ：0.1375 ´ (1800 + 3.2)=2 ´ 3.2 ´1.0= Pt (Di + d e )試驗時薄膜應力s=38.7Mpa0.9st2d

42、Fse1.10 封頭設計容器封頭的種類很多，分為半球形，橢圓形，碟形，球冠形封頭等，其中橢圓封頭的應力分布比較均勻，且易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應較多的封頭之一。本設計采用標準橢圓封頭。材料選用 00Cr17Ni14Mo2公稱直徑 DN1800mm曲面高度 H=450mm公稱寬度 h=10mm直邊高度 h=40mm圖 1.8 封頭示意圖取封頭厚度與筒體厚度相同進行驗算。選用材料 00Cr17Ni14Mo2，許用應力s = 70MPa ，屈服極限s s = 130MPa 。焊接接頭型式采面焊，100%全部無損檢測，焊接接頭系數(shù)=1.0。取剛板厚度負偏差C 1 =0.8mm，脂肪酸為腐蝕性液

43、體，取腐蝕裕量C 2 =6mm。名義厚度d n =10mm 有效厚度d e =3.2mms t = Pc (KDi + 0.5de ) = 0.13(1800 + 0.5 ´ 3.2) =36.60MP<s t應力校核：最2d F2 ´ 3.2 ´1ae2 ´ 70 ´1.0 ´ 3.22s tfd： P w =e =大允許工作=0.249MP a >P cKDi + 0.5de1´1800 + 0.5´ 3.2水壓實驗校核：實驗系數(shù)為1.25P =1.25P s =1.25´0.11=0.1

44、375MPa實驗ts t0.1375 ´ (1800 + 3.2)=38.74Mpa0.9s= Pt (Di + d e )實驗時薄膜應力st2d F2 ´ 3.2 ´1.0se1.11開孔和接管設計111.1人孔本攪拌罐D(zhuǎn)N=1800mm，設計溫度230，設計0.11Mpa，根據(jù)HGJ-86不銹鋼人手孔標準選擇標準號為HGJ505-86的人孔。示意圖如圖1.9。圖1.9人孔示意圖如下：Dg =400S=4b=30b1=22D=515D1=480H1=210H=318A=280L=280d=18直徑´ 長度=M16 ´ 85螺栓螺母數(shù)量202.

45、放凈口便于放凈罐體內(nèi)液體，在罐底開有放凈口110，并設置凸緣。見裝配圖。3.取樣孔管孔開在罐體一側(cè)，管徑大小取 DN=20，規(guī)格為23×1.5。1.11.2接管設計接管材料采用00Cr17Ni14Mo2，據(jù)GB/T8163-1999選用57×3.5接管法蘭據(jù)HG/20592-97采用法蘭型號為PN1.0DN50，法蘭材料選用00Cr17Ni14Mo2。法蘭結(jié)構(gòu)如圖1.10。圖1.10法蘭結(jié)構(gòu)圖如下：A1=57D=165K=125L=18n=4Th=M16B1=59C=20R=8法蘭密封據(jù)GB/T9126.3-1988選用平墊密封，密封材料為石棉橡膠墊。與筒體焊接見圖紙。1.

46、12 開孔補強1.12.1允許開孔的范圍等面積補強法是以無窮大平板上開小孔的孔邊應力分析作為其理論依據(jù)。但實際的開孔接管是位于殼體而不是平板上，殼體總有一定的曲率，為減少實際應力集中系數(shù)與理論分析結(jié)果之間的差異，必須對開孔的和形狀給予一定的限制。GB150 對開孔最大直徑作了如下限制。圓筒上開孔的限制，當其內(nèi)徑 Di1500mm 時，開孔最大直徑 d1/2 Di, 且 d520mm；當其內(nèi)徑>1500mm 時，開孔最大直徑 d1/3 Di,且 d1000mm。凸形封頭或球殼上開孔最大直徑 d1/2Di。錐殼或錐形封頭上開孔最大直徑 d1/3 Di, Di 為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。1.1

47、2.2所需最小補強面積A對受內(nèi)壓的圓筒或球殼，所需要的補強面積 A=d+2et(1-fr)式中 A-開孔削弱所需補強面積，mmd-開孔直徑，mm-殼體開孔處的計算厚度， mmet-接管有效厚度，et=-C，mmfr-強度削弱系數(shù)，等于設計溫度下接管材料與殼體材料許用應力之比，大于 1 時，取 fr=1。補強材料一般與殼體材料相同，若補強材料許用應力小于殼體材料許用應力，則補強面積按照殼體材料與補強材料許用應力之比而增加。若補強材料許用應力大于殼體材料許用應力，則所需補強面積不得減少。1.12.3接管方位根據(jù)等面積補強設計準則，開孔所需最小補強面積主要由確定，這里的為按照開孔處的最大應力計算得到

48、的計算厚度。對于內(nèi)壓圓筒上的開孔，為按照周向應力計算而得到的計算厚度。當在內(nèi)壓橢圓封頭或內(nèi)壓碟形封頭上開孔時，則應區(qū)分不同的開孔位置取不同的計算厚度。這是由于常規(guī)設計中，內(nèi)壓橢圓形封頭和內(nèi)壓碟形封頭的計算厚度都是由轉(zhuǎn)角過渡區(qū)的最大應力確定的，而中心部位的應力則比轉(zhuǎn)角過渡區(qū)的應力要小，因而所需要的計算厚度也較小。具體接管方位見攪拌罐總裝圖。1.12.補強設計由于開孔以后，除削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，回產(chǎn)生很高的局部應力，給容器的安全操作帶來隱患，因此容器設計必須充分考慮開孔補強的問題。容器接管補強結(jié)構(gòu)通常采用局部補強結(jié)構(gòu)，主要有：a.補強圈補強b.厚壁接管補強

49、c.整鍛件補強其中補強圈補強是中低壓容器應用最多的補強結(jié)構(gòu)，補強圈貼焊在殼體與接管連接處，它結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，使用經(jīng)驗豐富，但補強圈與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時二者存在較大的熱膨脹差，因而使補強圈局部區(qū)域產(chǎn)生較大的溫差應力；此外補強圈與殼體用搭接聯(lián)結(jié)，難以與殼體形成整體，所以抗疲勞性能差。一般用在靜載，常溫，中低壓，材料的標準抗拉強度低于540MPa，補強圈厚度小于或等于 1.5 倍名義厚度，且名義厚度不大于 38mm 的場合。補強準則采用等面積補強：即認為殼體因開孔被削弱的承載面積，須有補強材料在離孔邊一定距離范圍內(nèi)予以等面積補償。該方法是以雙向受拉伸的無限大平

50、板上開有小孔時孔邊的應力集中作為理論基礎(chǔ)的，即僅考慮殼體中的拉伸薄膜應力，且以補強殼體的一次應力強度作為設計準則，故對小直徑的開孔安全可靠。GB150 規(guī)定，當在設計小于或等于 2.5MPa 的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于 89mm 時，只要接管最小厚度滿足下表 1.5 要求，就可以不另行補強。表 1.11 接管最小厚度根據(jù)上表，可知各孔不需要另行補強。接管公稱外徑253238454857657689最小厚度3.54.05.06.01.13器、聯(lián)軸器和機架選用釜用變速機主要型式有：諧波機，擺線針齒行星機，兩級齒輪機，三

51、角皮帶機。其中最常用的是固定和可移動的齒輪攪拌器，但由于只有一個軸承所以需要設置底軸承，也不能用在有防火防爆要求的場合。根據(jù)機械設計手冊，選用 X 系列釜用立式擺線針輪器，機型號XL5，傳動比17d(h6)=55b=16h=59e=79H1=90G=74F=41d1=30b1=8h1=33e1=45R=4D1=340D2=310D3(h)=270H2=219H=398E=20M 0 為M10n-d 0 為6-11由機械設計手冊，選用 GT 型剛性凸緣聯(lián)軸器，型號 GT35，材料為 HT200 尺寸詳見圖 1.12 所示：圖 1.12 GT 型剛性凸緣聯(lián)軸器由機械設計手冊選用型號為 LDJ100

52、A 的機架，見 1.13 圖所示：圖 1.13 LDJ100A 機架1.14 傳熱部件設計在筒體外側(cè)，以焊接連接或法蘭連接的方法裝設各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與筒體的外表面形成密閉的空間，在此空間內(nèi)通入載熱流體，以加熱或冷卻物料，維持物料的溫度在預定的范圍內(nèi)，這種鋼結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為夾套。本次設計物料反應溫度為240 °C ，要求較高，罐體外側(cè)半圓管夾套89×4，材料為 00Cr17Ni14Mo2，通以150 °C ，0.4Mpa 水蒸氣傳熱。筒體內(nèi)設置蛇管，57×3.5，材料同為 00Cr17Ni14Mo2。傳熱部件連接方式及見總裝圖。1.15 頂蓋及底座結(jié)構(gòu)設計攪拌罐頂蓋在受壓狀態(tài)下操作常采用橢圓形。設計時一般先算出頂蓋承受操作所需要的最小壁厚，然后根據(jù)頂蓋上密集的開孔情況按整體補強的方法計算其壁厚，經(jīng)圓整即是采用采用的封頭壁厚。一般攪拌器質(zhì)量及工作載荷對封頭穩(wěn)定性影響不太大時，不必將封頭另行加強；如果攪拌器的工作狀況對封頭影響較大，則要把封頭壁厚適當增加一些。底座焊接在罐體的頂蓋上，用以連接器