1、机械搅拌式反应釜设计说明书机械搅拌式反应釜设计说明书-罗韦荣机械搅拌式学 科 过程设备设计说明书题目 机械搅拌式反应釜设计说明书姓 名 罗韦荣 学 号 XXXXXXXXXX电 话 xxxxxxxxxxxxxxx院 系 机械与汽车工程学院专 业 过程装备与控制工程 XXXX班扌旨导教师 XXXXX XXXXXX XXXXXX机械搅拌式反应釜设计说明书摘要：夹套反应釜分罐体和夹套两部分，主要有封头和筒体组成，多为中、低 压压力容器；搅拌装置有搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺而定； 传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要有电动机、减速器、联轴器和传 动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或
2、填料密封；它们与 支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。本课程设计题目是夹套反应釜，该设备是由筒体、夹套、搅拌轴、减速器 和电动机等组成。本设计详细的论证了筒体直径、筒体厚度、筒体的高度 设计，材料的选择以及强度、稳定性校核。本设计还涉及到夹套的选择， 夹套厚度的计算；从多个角度分成十章分别对釜体厚度、釜体封头以及电 机的选择，机架的设计，以及对应的凸缘、联轴器的选择方面做了详细的 介绍。本设计中还对法兰、管法兰的选取做了详尽的介绍。本设计选用的 是皮带传动，设计中对皮带的选择做了详尽的介绍。设计中参数选取恰到 好处，不仅满足了设备的设计要求，而且使设备的操作弹性变大，运行质
3、量得到了保证。关键词：夹套反应釜；搅拌轴；夹套；封头；皮带轮；联轴器；法兰压力容器；设计Abstract：Jacketed reactor tank and jacketed two parts, ma in ly con sists of cyli nder head and more for the medium and low pressure vessel;Stirring device of stirrer and stirring shaft, its form is usually by the process and decide;Set of drive device, tr
4、ansmission device is mainly include motor, reducer, coupli ng and the shaft, etc;Shaft seali ng device for dyn amic seal, gen erally USES mecha ni cal seals or pack ing seal;Them with the pedestal, man hole, process took over, such as the attachme nts form a complete set of react ion kettle.This cou
5、rse design topic is jacketed reaction kettle, the device is composed of barrel, jacket, and stirri ng shaft, gear reducer and motor, etc.This desig n detailed dem on strates the cyli nder diameter, cyli nder thick ness, the height of the cyli nder desig n, material selecti on, stre ngth and stabilit
6、y check ingThis desig n invo Ives the choice of the jacket, the jacket thick ness calculati on ;Divided into ten chapters, respectively from multiple an gles of the kettle body thickness, kettle body, head, and the choice of motor, the desig n of the frame, as well as the corresp onding flan ge, the
7、 selecti on of coupli ng is in troduced in detail.This desig n also detail the selecti on of flan ge, pipe flange is in troduced .In the desig n of this desig n is select ion of belt tran smissi on, the selecti on of belt made detailed in troducti on .Select ing proper desig n parameters, not only m
8、eets the desig n requireme nts of the equipme nt, and make the equipme nt is large elasticity of operati on, running quality guara ntee.Keywords: Jacketed reactor;Stirri ng shaft;Jacket;Head;The pulley;Coupli ng;Pressure vessel flan ge;desig n0 绪论 4第一章 夹套反应釜设计的有关内容 5第二章罐体几何尺寸计算 62.1确定筒体内径 82.2确定筒体尺寸
9、 82.3确定筒体高度 82.4夹套的几何尺寸计算 82.5夹套反应釜的强度计算 92.5.1强度计算的原则及依据 92.5.2内筒及夹套的受力分析 102.5.3计算夹套筒体、封头厚度 102.5.4计算内筒筒体厚度 102.5.5确定内筒封头厚度 92.5.6带折边锥形封头壁厚的设计 12第三章反应釜釜体及夹套的压力试验 133.1釜体的水压试验 133.1.1水压试验压力的确定 133.1.2水压试验的强度校核 133.1.3压力表的量程、水温及水中Cl浓度的要求 133.2夹套的水压试验 133.2.1水压试验压力的确定 133.2.2水压试验的强度校核 133.2.3压力表的量程、水
10、温及水中Cl浓度的要求 14第四章反应釜的搅拌装置 134.1推进式搅拌器的选取和安装 144.2搅拌轴设计 154.3搅拌轴强度校核 164.4搅拌抽临界转速校核计算 174.5联轴器的型式及尺寸的设计 17第五章反应釜的传动装置与轴圭寸装置 165.1电动机的选用 165.2减速器的选用和设计 165.3带传动减速机的设计 185.4机架的设计与选用 185.5反应釜的轴圭寸装置设计 21第六章反应釜其他附件 206.1设备法兰 206.2支座 206.3手孔和人孔 206.4设备接口 246.4.1接管与管法兰 246.4.2补强圈 246.4.3液体出料管和过夹套的物料进出口 246.
11、4.4固体物料进口的设计 256.5视镜 25第七章焊缝结构的设计 257.1釜体上的主要焊缝结构 257.2夹套上的焊缝结构的设计 26鸣谢 28参考文献 250绪论反应釜的广义理解即有物理或化学反应的容器，通过对容器的结构设计与参 数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。根据搅拌过程的目的与搅拌器造成的流动状态判断该过程所适用的浆型，这是 一种比较合用的方法。反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完 成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器，例如反应 器、反应锅、分解锅、聚合釜等；材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈 氏、蒙乃尔、
12、因康镍）合金及其它复合材料。反应釜是化工行业不可缺少的防腐设备，在使用中机械碰撞、温度急变等 因素经常引起脱瓷、裂纹、气泡、气孔和面釉的其他损伤，这些缺陷在搪瓷设 备中是决不允许的，一旦发生这种现象，必须进行修补。一个搪瓷釜价值几万 元，由于局部爆瓷而报废十分可惜。应采用高分子复合材料搪瓷修补剂修复搪 瓷釜，搪瓷现场修补剂是由高分子聚合物、合金钢粉末或耐磨陶瓷粉末为基材 并配以固化剂的双组份复合材料。与普通树脂型的修补剂相比，高分子复合材 料依靠自身更为细密的高分子结构，使得材料自身具有更强的粘接力和优异的 耐腐蚀、抗腐蚀性能，高分子甚至能够渗透到金属里面，形成更为紧密的高分 子复合材料保护层
13、。反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组 成。搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等，搅拌装置在高径 比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配。并在釜壁外设 置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。加热方式有电加 热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外 （内）盘管加热等，冷却方式 为夹套冷却和釜内盘管冷却，搅拌桨叶的形式等。支承座有支承式或耳式支座 等。转速超过160转以上宜使用齿轮减速机.开孔数量、规格或其它要求可根据 用户要求设计、制作。第一章 夹套反应釜设计的有关内容1.1夹套反应釜的总体结构搅拌容器常被称作搅拌釜，当做反
14、应器用时，称作搅拌釜式反应器，简称 反应釜。反应釜广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、农药、化肥等行 业。反应釜由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置及支座、人孔、工艺 接管等附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由筒体和封头组成，多为中、低压压 力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动 装置是为带动搅拌装置设置的，主要由电动机、减速器、联轴器和传动轴等组 成；轴圭寸装置为动密圭寸，一般采用机械密圭寸和填料密圭寸；它们与支座、人孔、 工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。1.2夹套反应釜设计内容和步骤夹套反应釜的机械设计是在工艺设计之后进行的，设计依据
15、是工艺提出的 要求和条件。工艺条件一般包括：釜体容积、最大工作压力、工作温度、介质 及腐蚀性、传热面积、搅拌型式、转速、功率、工艺接管的尺寸及方位等。在阅读了设计任务书后，按以下内容和步骤进行夹套反应釜的机械设计。(1)总体结构设计 根据工艺要求并考虑制造、安装和维护检修的方 便，确定各部分结构形式，如封头型式、传热面积、搅拌类型、传动型式、轴 封和各种附件的结构形式。(2)容器的设计 其主要内容有：1根据工艺参数确定各部分几何尺寸；2考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；3对罐体、夹套等进行强度和稳定性计算、校核。(3)搅拌轴设计 根据搅拌器类型确定相关位置和尺寸。(4)传动系统设计
16、 包括选择电动机、确定传动类型、选择减速机、 联轴器、机座及底座设计等。(5)选择轴封 选择并确定轴封及相关零部件。(6)绘图 包括装配图、部件图和零件图。如采用标准零、部件，写出 标准号及标记，不必绘图。(7)编制技术要求 提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。采用标 准技术条件和可标注文件号。第二章罐体几何尺寸计算2.1确定筒体内径由工艺条件给定容积V=1.5 m3，筒体内径Di按式进行估算:圆整取Di=1200mm2.2确定封头尺寸椭圆封头选取标准件，封头内径与筒体内径相同 DN=1200mm查表得：总深度 H=325mm直边高度 h=25mm 内表面积 Fk 1.6552m2,容积
17、V=0.2545m32.3确定筒体高度反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度 H1按照式(2.2)计算并进行圆整。H1式中Vh-封头容积，m3V1-1米高筒体容积，m3m。查表得：H V =1.101mV1圆整取，H=1200mm2.4夹套的几何尺寸计算夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构。夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面要求而定。夹套的内径 D2可根据筒体内径 D1 选取。D2= D1+100=1300mm表2.2夹套内径与筒体内径关系Dj/mm500600700180020003000Dj/mmD +50D +100D +200夹套下封头型式同罐体封头，其直径 D2与
18、夹套筒体相同。夹套高H2友传热面积决定，不能低于料液高。填料系数 取0.800夹套高H2按式(2.3)估算V Vh H2 h =0.83598m (2.3)V1取 H2=1000m传热面积计算夹套所包围的罐体表面积一定要大于工艺要求的传热面积。筒体表面积 F筒 H2cFim=1.0X3.77=3.77m2 (2.4)传热面积为 尸捫+F甲= 3.77+1.6552=5.4252 m22.5夹套反应釜的强度计算2.5.1强度计算的原则及依据强度计算应考虑以下几种情况。(1)圆筒内为常压外带夹套时当圆筒公称直径DN 600mm时，被夹套包围部分的筒体按外压(指夹套压 力)圆筒设计，其余部分按常压设
19、计；(2)圆筒内为真空外带夹套时当圆筒公称直径DN 600mm时，被夹套包围部分的筒体按外压(指夹套压力+0.1MPa)圆筒设计，其余部分按真空设计；当圆筒公称直径DNC 600mm时，全部筒体按外压(指夹套压力 +0.1MPa)圆筒设计;(3)圆筒内为正压外带夹套时当圆筒公称直径DN 600mm时，被夹套包围部分的筒体分别按内压圆筒和外 压圆筒计算，取其中较大值；其余部分按内压圆筒设计。当圆筒公称直径DNC600mm时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中 最大值。2.5.2内筒及夹套的受力分析工艺提供的条件为：釜体内筒中工作压力为 0.25MPa,夹套内工作压力0.3MPa。则夹套筒体
20、和夹套封头为承受 0.35MPa内压；而内筒的筒体和下封头 为既承受0.25MPa内压，同时又承受0.35MPa外压，其最恶劣的工作条件为： 停止操作时，内筒无压而夹套内仍有蒸汽压力，此时内筒承受 0.53MPa外压。2.5.3计算夹套筒体、封头厚度夹套筒体与内筒的环焊缝，因无法探伤检查，故查取 0.85，从安全计夹套上所有焊缝均取 0.85，封头采用由钢板拼制的标准椭圆形封头，材料均为Q235-A钢。夹套厚度计算如下：d Ci C22 Pc0.26225x11000 +0 您+2=3.66220mm2x!890.3.MPMPa 0.3MPaD0/ e 1320 7.2所以，当名义厚度为8mm
21、时，能满足稳定要求。由于筒体既可能承受内压，又可能承受外压。因此筒体壁厚应选取二者中之 大值，即确定筒体厚度为8mm。2.5.5确定内筒封头厚度承受0.25MPa内压、 PcDiA t2 0.5pcC2b.250l20d3002?x183xC0855 (025x0.5 0.2+0.6+2=3.53!mn4.29mm86nm，贝U e 1-2.6=5.4mm，而jnm查图得B=91，则9116=0.45MPa42.M MPa 0.3MPa (09x22320 7.2满足稳定要求2.5.6 带折边锥形封头壁厚的设计考虑到封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体的壁厚
22、一致，即 n 6mm。结构如下图第三章反应釜釜体及夹套的压力试验3.1釜体的水压试验3.23.1.1 水压试验压力的确定水压试验的压力:p1T 1.25 1 0.25 0.0.3125MPa3.1.2水压试验的强度校核水压试验的应力:0.9 s 0.9 235 0.85 199.75MPa仃 v 0.9 s液压强度足够。3.1.3压力表的量程、水温及水中Cl浓度的要求压力表的最大量程：P表 =2 pt =20.275=0.55MPa水温1&水中Cl浓度W25ng/L3.2夹套的水压试验3.2.1 水压试验压力的确定水压试验的压力:p2T 1 .25 p2 jt(3.3)p2T 1.25 1.
23、0.35 0.4375MPa3.2.2水压试验的强度校核水压试验的应力:(3.4)T p2T(D2 e) = 0.4375x(1200 5.4)=48.83MPa2 e 2x5.40.9 s 0.9 235 0.85 179.8MPa2T V 0.9 s ；液压强度足够3.2.3压力表的量程、水温及水中Cl浓度的要求压力表的最大量程：F表 =2 pT =2X).4125=0.825MPa水温1&水中Cl浓度W25ng/L第四章反应釜的搅拌装置在反应釜中，为增加反应速率、强化传质或传热效果以及加强混合等作 用，常装设搅拌装置。搅拌装置由搅拌器、轴及其支承组成。搅拌器的型式主 要有：桨式、推进式、
24、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式等。设计任务书要求的 为桨式。4.1推进式搅拌器的选取和安装推进式搅拌器多为三叶式，按旋向不同分为左旋式和右旋式。推进式搅拌 器常单层安装，一般安装在与下封头焊缝等高的位置上。它与轴的连接是通过 轴套用平键或紧定螺钉固定，轴端加固定螺母。为防螺纹腐蚀可加轴头保护 帽。按照设计要求选用一层推进式搅拌器，桨叶旋向为左旋，其主要尺寸如 下：Dj 400mm, d 50mm, d1 90mm 如下图：rti flw Y- -匚.LT0ST七 GCFFSIM An i 一 ruT iAn?-讪Iff 心SI4.2搅拌轴的设计搅拌轴通常既承受转矩又承受弯矩，一般先按转矩初估最小
25、轴径，然后根 据轴上零件的安装和定位及轴的制造工艺等要求进行轴的结构设计，最后按第 三强度理论进行弯扭强度校核。结构设计时要注意，确定的搅拌轴的直径需要 圆整到标准直径系列。对于转速200r/min的，还要进行临界转速的校核。(1)材料 上轴选用常用材料45号钢。(2)结构V带传动的上轴一端(第1段)安装有大带轮，另一端安装刚性 联轴器，带轮和联轴器均采用平键传动，考虑带轮和联轴器的轴向定 位，均加有轴肩，并在轴端采用挡圈轴向固定。上轴采用一对角接触轴 承做支点(第3段)，轴承两端(第2段和第4段)装有轴承压盖，并 采用毡圈密封防尘(3)确定最小轴径 由于轴上主要受转矩，故按转矩初估最小轴径，
26、有轴上开有两个键槽，轴径扩大并圆整后为 40mm(4)由结构确定其它各段轴径带轮和联轴器轴向定位的轴肩d2 45mm，取轴端挡圈公称直径为50mm根据带轮的设计，带轮毂孔的长度为L 60mm,为了保证轴端挡圈只压在带轮面上而不压在轴的端面上，轴的长 度应取略短些，取Li 59mm。带轮和联轴器的连接用平键，查表选用平键 12X8 X56.带轮和联轴器与轴的配合选用r8。(5)轴承选取 轴承同时承受径向力及轴向力的作用，转速较高，轻载荷， 可选用角接触轴承；考虑其安装与调整，采用正装方式。初选轴承为 7210C,查表，其尺寸为50X90X20。确定第三段轴径d3 50mm，轴的长度L3 19m
27、m，轴承采用轴肩定位，第4段的轴径为L4 60 mm。考虑轴承的密封 和固定，第2段轴上装有轴承盖，可选用旋转轴唇型密封圈。轴与轴承内圈采 用过渡配合，取其直径尺寸公差为 k6。轴承的轴向距离按搅拌釜支承条件确定。搅拌轴与上轴采用刚性联轴器连接，把两轴当作一个整体进行设计和校4.3搅拌轴强度校核(1)轴的受力分析如下图:AB 80Fc gFQ 1514.3 432.7NBC 280(2)轴的剪力和弯矩图如下：(3)轴的扭矩为:(4)0.6，因轴单向转动，可认为扭矩为脉动循环变化，故折合系数T 0.6 152.8 91.68N.m(5)所以危险截面B处的当量弯矩为:MeB ( T)2 151.9
28、N.m(6)3：151.9 103:0.1 55计算危险截面B处的轴径如下：30.23mm又知该处轴径为50mm轴的强度满足要求4.4搅拌抽临界转速校核计算搅拌轴上装有搅拌器，往往由于结构不对称、加工安装有误差等原因，使 回转中心离开其回转轴线而产生回转离心力，使轴受到周期性载荷干扰。当周 期载荷和频率与搅拌轴的自然频率接近时，轴便发生剧烈运动，该现象为轴的 共振，产生共振时搅拌轴达到其临界转速。搅拌轴的转速为n 250r / min 200r/min ，应作临界转速校核。该搅拌 轴上装有一层搅拌器，其一阶转速为：n 30 J_3Eg c1 l2(l1 b)经校核n (0.75 : 0.8)n
29、d ,满足要求4.5联轴器的型式及尺寸的设计根据相关设计要求，联轴器采用凸缘刚性联轴器，其轴孔的尺寸为40mm,其相关尺寸见部件图。联轴器与轴之间采用 A型平键连接，关于键的 校核下文将给出。第五章反应釜的传动装置与轴封装置反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置一般包括电动机、变速器 （减速机）、联轴器、搅拌轴（传动轴）、机架、安装底盖及凸缘法兰等，当搅 拌轴较长时，为加工和安装方便，常将搅拌轴分段制造。反应釜传动装置的设计内容一般包括：电动机的选型、变速器（减速机） 的选型或设计；轴的支承条件的确定、轴上零件的选型及轴的设计；机架和底 座选用和设计等。如下图：5.1电动机的选用搅拌设备通常采用电动机驱动。确定电动机型号应根据搅拌轴功率、安装形式和周围工作环境等因素确定。最常用的为 丫系列全封闭自扇冷式三相异步 电动机。根据设计要求选用 丫160( B3)型号的电动机。5.2减速器的选用和设计
