內(nèi)蒙古科技大學(xué)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書題 目：1.6m3夾套反應(yīng)釜 學(xué)生姓名： 學(xué) 號：專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝班 級：化工14-1班指導(dǎo)教師： 46內(nèi)蒙古科技大學(xué)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書摘要：本文簡要地說明了夾套反應(yīng)釜的設(shè)計方法、理論依據(jù)及設(shè)計思路。該文在計算方面主要介紹了強度計算。強度計算主要包括由給定工藝參數(shù)進(jìn)行的筒體和夾套的力學(xué)分析，反應(yīng)釜液壓試驗校核以及氣壓試驗校核，支座、視鏡的選擇及強度校核，攪拌裝置的設(shè)計計算及攪拌器的選型和攪拌軸長度的確定。關(guān)鍵詞：壓力容器 反應(yīng)釜 攪拌設(shè)備Abstracts: This text generally introduces the re

2、action kettle Design method, theory basis and design proposal .In the aspects of calculation, it introduces the strength calculation. Strength calculation mainly includes the mechanical analysis of the cylinder and clip , the respective reaction kettle hydraulic test , the choice and strength check

3、of bearing and lens , mixing device design calculation and blender selection and determination of stirring shaft length.Keywords: Pressure container Reaction kettle Mixing equipment目錄前言6第一章 夾套反應(yīng)釜課程設(shè)計任務(wù)書81.1 設(shè)計目的81.2 設(shè)計要求81.3 設(shè)計內(nèi)容81.4 設(shè)計參數(shù)8第二章 設(shè)計方案的分析和擬定10第三章 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計113.1 釜體DN、PN的確定113.1.1 釜體DN的確定11

4、3.1.2 反應(yīng)釜筒體PN的確定123.2 封頭的設(shè)計與計算123.2.1 封頭的選型123.2.2 封頭設(shè)計參數(shù)的選定123.2.3 封頭厚度的計算133.2.4 封頭深度計算143.3 反應(yīng)釜筒體長度L的計算143.4 反應(yīng)釜長徑比L/Di復(fù)核143.5 反應(yīng)釜筒體壁厚設(shè)計15第四章 反應(yīng)釜夾套的設(shè)計164.1 夾套釜體DN、PN的筒體直徑的關(guān)系164.1.1 夾套釜體DN的確定164.1.2 夾套釜體PN的確定164.2 夾套筒體的設(shè)計與計算164.2.1 夾套筒體設(shè)計參數(shù)的確定164.2.2 夾套筒體壁厚的設(shè)計164.2.3 夾套筒體長度的計算164.3 夾套封頭的設(shè)計與計算174.3

5、.1 封頭的選型174.3.2 夾套封頭設(shè)計參數(shù)的確定174.3.3 夾套封頭壁厚的設(shè)計17第五章 反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗185.1 反應(yīng)釜體的壓力試驗185.1.1 水壓試驗壓力的確定185.1.2 水壓試驗的強度校核185.1.3 氣壓試驗壓力的確定195.1.4 氣壓試驗的強度校核195.2 夾套的壓力試驗195.2.1 水壓試驗壓力的確定195.2.2 水壓試驗的強度校核195.2.3 氣壓試驗壓力的確定195.2.4 水壓試驗的強度校核19第六章 反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計216.1 釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計216.1.1 法蘭的設(shè)計216.1.2 密封面形式的選型226.1.3

6、墊片的設(shè)計226.1.4 螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格246.2 人孔的設(shè)計256.3 支座的選型及設(shè)計26第七章 攪拌裝置的選型與尺寸設(shè)計317.1 反應(yīng)釜的攪拌裝置317.2 攪拌器的設(shè)計317.2.1 攪拌器的選型317.2.2 攪拌器的型式327.2.3 攪拌器型式的選擇337.2.4 攪拌附件347.2.5 攪拌器相關(guān)參數(shù)計算357.3 攪拌軸直徑的初步計算35第八章 傳動裝置的選型378.1 傳動裝置的系統(tǒng)組成378.2 電機(jī)的選取378.3 減速器的選取378.4 選取凸緣法蘭388.5 選取安裝底蓋388.6 選取機(jī)架398.7 聯(lián)軸器408.8 反應(yīng)釜的軸封裝置408.9 傳動

7、軸41第九章 固體物料進(jìn)口的開孔及補強計算429.1 封頭開人孔后被削弱的金屬面積A的計算429.2 有效補強區(qū)內(nèi)起補強作用的金屬面積的計算429.2.1 封頭起補強作用金屬面積A1的計算429.2.2 接管起補強作用金屬面積A2的計算439.2.3 焊縫起補強作用金屬面積A3的計算439.3 判斷是否需要補強的依據(jù)43第十章 反應(yīng)釜的裝配圖及部件圖4410.1 反應(yīng)釜裝備圖（見附圖 1）4410.2 攪拌軸的部件圖（見附圖1）44參考文獻(xiàn)45鳴謝46前言化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)是化學(xué)工程、制藥工程類專業(yè)以及其他相近的非機(jī)械類專業(yè)，是對化工設(shè)備機(jī)械知識和設(shè)計能力的要求而編寫的。通過此課程的學(xué)習(xí)，同學(xué)們

8、應(yīng)掌握基本的理論知識并具有設(shè)計鋼制的、典型的中、低、常壓化工容器的能力。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計是化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)中綜合性和實踐性較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，以此使學(xué)生了解工程實際問題復(fù)雜性并初次嘗試化工機(jī)械設(shè)計。化工設(shè)計不同于平時的作業(yè)，在設(shè)計中需要同學(xué)獨立自主的解決所遇到的問題，自己做出決策，根據(jù)老師給定的設(shè)計要求，自己選擇方案，查取數(shù)據(jù)，進(jìn)行過程和設(shè)備的設(shè)計計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的比較分析，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計?；ぴO(shè)備課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在教師指導(dǎo)下，通過課程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生獨立地運用所學(xué)到的基本理論并結(jié)合生

9、產(chǎn)實際的知識，綜合地分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力。因此，當(dāng)學(xué)生完成該課程設(shè)計后，應(yīng)達(dá)到一下幾個目的： 熟練掌握查閱文獻(xiàn)資料、收集相關(guān)數(shù)據(jù)、正確選擇公式，當(dāng)缺乏必要的數(shù)據(jù)時，尚需要自己通過實驗測定或到生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實際查定。 在兼顧技術(shù)先進(jìn)性、可行性、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，綜合分析設(shè)計任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進(jìn)行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全可行所需的檢測和計量參數(shù)，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護(hù)的有效措施。 準(zhǔn)確而迅速地進(jìn)行過程計算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算及選型。 用精煉的語言、簡潔的文字、清晰的圖表來表達(dá)自己的設(shè)計思想和計算結(jié)果。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計是一項很繁瑣的設(shè)計工作，而且在設(shè)

10、計中除了要考慮經(jīng)濟(jì)因素外，環(huán)保也是一項不得不考慮的問題。除此之外，還要考慮諸多的政策、法規(guī)，因此在課程設(shè)計中要有耐心，注意多專業(yè)、多學(xué)科的綜合和相互協(xié)調(diào)。第一章 夾套反應(yīng)釜課程設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計目的通過化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計，使學(xué)生鞏固課程所學(xué)內(nèi)容，掌握壓力容器設(shè)計計算的基本方法。1.2 設(shè)計要求根據(jù)設(shè)計參數(shù)，反應(yīng)釜的規(guī)格尺寸：內(nèi)筒、夾套、封頭。畫A2尺寸的該反應(yīng)釜的裝配圖；對該反應(yīng)釜的福建進(jìn)行選型。1.3 設(shè)計內(nèi)容1. 工藝參數(shù)選定；2. 容器的強度設(shè)計；3. 夾套罐壁厚設(shè)計；4. 夾套折邊焊縫強度校核；5. 開孔補強設(shè)計；6. 水壓試驗設(shè)計注：主要設(shè)計參數(shù)（設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、材料、

11、許用應(yīng)力、壁厚附加量等）根據(jù)GB150-98及相關(guān)規(guī)定按上表自己確定1.4 設(shè)計參數(shù)設(shè)計壓力：體內(nèi)：2.8兆帕，夾套：2.0兆帕；設(shè)計溫度：體內(nèi)<200度，夾套：250度；介質(zhì)：體內(nèi)：氯乙烯單體，夾套內(nèi)：蒸汽；攪拌方式：開啟渦輪式；轉(zhuǎn)速：110r/min;功率：3.0kw;建議采用材料：16MnR或自選。其他：單面腐蝕裕量：C2=1mm;焊縫系數(shù)：=0.85，C1=1mm;封頭建議使用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。第二章 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

12、為攪拌器和攪拌軸，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(jī)械軸封的實用性和應(yīng)用的廣泛性，所以軸封采用機(jī)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(jìn)行夾套反應(yīng)釜的機(jī)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(hù)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(jìn)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(jī)、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

13、要求。第三章 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計3.1 釜體DN、PN的確定3.1.1 釜體DN的確定對于直立反應(yīng)釜來說，釜體設(shè)備的全容積是指圓柱形筒體及下封頭容積，即V=Vg+Vf式中Vg-設(shè)備筒體部分容積，m3; Vf-封頭容積，m3。由于反應(yīng)時基本處于氣液共存狀態(tài)，換熱一定要及時，所以為了增大其傳熱面積，根據(jù)實際經(jīng)驗，選擇的長徑比為：L/Di=1.2圖3- 1文獻(xiàn)5:P447頁設(shè)備條件反應(yīng)溫度小于200，物料在反應(yīng)過程中要呈沸騰的狀態(tài)，并且在反應(yīng)過程中要進(jìn)行攪拌，根據(jù)操作時允許的裝滿程度來確定裝料系數(shù)。本反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)物質(zhì)為氯乙烯單體，其粘度遠(yuǎn)小于水，為提高設(shè)備的利用率，故選用=0.6設(shè)備容積V與操作容積

14、的關(guān)系為Vg=*V由公式Di得Di=1192mm圓整后Di=1200mm3.1.2 反應(yīng)釜筒體PN的確定根據(jù)設(shè)計要求，反應(yīng)釜體內(nèi)部壓力為2.8MPa，故PN=2.8MPa3.2 封頭的設(shè)計與計算3.2.1 封頭的選型根據(jù)設(shè)計要求，該反應(yīng)釜的封頭選用標(biāo)準(zhǔn)為橢圓形封頭，且封頭的公稱直徑DN=1200mm，故封頭的類型為EHA.3.2.2 封頭設(shè)計參數(shù)的選定Pc=2.8MPa，=0.85（雙面焊接，局部無損探傷），C1=1mm，C2=1mm當(dāng)DN=1200mm,P=2.8MPa,查表得e=12mm，故n=e+C1+C2=14mm圖3- 2文獻(xiàn)5：P190頁當(dāng)操作溫度為200時，查表得到16MnR=1

15、70MPa圖3- 3文獻(xiàn)5：P168頁3.2.3 封頭厚度的計算計算厚度：=11.63mm設(shè)計厚度：d=+C2=11.63+1=12.63mm有效厚度：e=+=11.63+=12mm名義厚度：n=e+C1+C2=12+1+1=14mm3.2.4 封頭深度計算由=Di/4得=1200/4=300mm3.3 反應(yīng)釜筒體長度L的計算橢圓形封頭的容積：Vf=，代入已知的數(shù)據(jù)得則筒體的高度圓整后取得H=1200mm3.4 反應(yīng)釜長徑比L/Di復(fù)核反應(yīng)釜體長度：（此公式是從化工設(shè)備課程設(shè)計指導(dǎo)方書起主編查到的）其中：H為筒體長度，h為封頭直邊高度，為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭深度。圖3- 4文獻(xiàn)5：P176頁查表可得

16、，=25mm即 ，長徑比復(fù)核與所選用的長徑比基本相符。3.5 反應(yīng)釜筒體壁厚設(shè)計計算厚度： =設(shè)計厚度：d=+C2=11.63+1=12.63mm有效厚度：e=+=11.63+=12mm名義厚度：n=e+C1+C2=12+1+1=14mm第四章 反應(yīng)釜夾套的設(shè)計4.1 夾套釜體DN、PN的筒體直徑的關(guān)系4.1.1 夾套釜體DN的確定表4 1500-600700-18002000-3000故4.1.2 夾套釜體PN的確定由設(shè)計要求知夾套內(nèi)部壓力為2.0MPa，因此夾套釜體的PN=2.0MPa4.2 夾套筒體的設(shè)計與計算4.2.1 夾套筒體設(shè)計參數(shù)的確定（雙面焊接，局部無損探傷），C1=1mm，C

17、2=1mm查圖表 四1得，16MnR的4.2.2 夾套筒體壁厚的設(shè)計計算厚度：設(shè)計厚度：d=9.8+C2=9.8+1=10.98 mm有效厚度：e=+=9.8+=10mm名義厚度：n=e+C1+C2=10+1+1=12mm4.2.3 夾套筒體長度的計算標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的容積：，代入數(shù)據(jù)有則夾套筒體高度為圓整后4.3 夾套封頭的設(shè)計與計算4.3.1 封頭的選型根據(jù)設(shè)計要求，可選用橢圓形封頭，類型為EHA。4.3.2 夾套封頭設(shè)計參數(shù)的確定Pc=2.0MPa，=0.85（雙面焊接，局部無損探傷），C1=1mm，C2=1mm在250時16MnR的t=156MPa4.3.3 夾套封頭壁厚的設(shè)計計算厚度：

18、=9.80mm設(shè)計厚度：d=+C2=9.80+1=10.80mm有效厚度：e=+=9.80+=10mm名義厚度：n=e+C1+C2=10+1+1=12mm第五章 反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗根據(jù)圖表 五1可知，16MnR在溫度為200時的=170MPa,在操作溫度250下的t=156MPa,操作時夾套的內(nèi)壓為P=2.0MPa,筒體的內(nèi)壓為Pc=2.8MPa, =0.85因為P<Pc,所以在進(jìn)行校核時筒體應(yīng)該按照筒體的內(nèi)壓P=2.8MPa,夾套按照夾套的內(nèi)壓P=2.0MPa進(jìn)行校核。5.1 反應(yīng)釜體的壓力試驗5.1.1 水壓試驗壓力的確定水壓試驗的壓力：5.1.2 水壓試驗的強度校核已知e=

19、12mm，查表可得s=345MPa圖5 1文獻(xiàn)5：P115頁因為，所以水壓試驗驗證強度足夠。5.1.3 氣壓試驗壓力的確定氣壓試驗的壓力：5.1.4 氣壓試驗的強度校核已知e=12mm，查表可得s=345MPa因為，所以氣壓試驗驗證強度足夠。5.2 夾套的壓力試驗5.2.1 水壓試驗壓力的確定水壓試驗的壓力：5.2.2 水壓試驗的強度校核已知e=10mm，查表可得s=345MPa5.2.3 氣壓試驗壓力的確定氣壓試驗的壓力：5.2.4 水壓試驗的強度校核已知e=10mm，查表可得s=345MPa第六章 反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計6.1 釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計設(shè)計內(nèi)容包括：法蘭的設(shè)計、密封面形式

20、的選型、墊片設(shè)計、螺栓和螺母的設(shè)計。6.1.1 法蘭的設(shè)計 法蘭連接是由一對法蘭、數(shù)個螺栓和一個墊片（圈）所組成。法蘭在螺栓預(yù)緊力的作用下，把處于法蘭密封表面上的凹凸不平處填滿，這樣就為阻止介質(zhì)泄漏形成了初始密封條件。壓力容器法蘭從整體看有三種形式：甲型平焊法蘭；乙型平焊法蘭；長頸對焊法蘭。參考下表根據(jù)它們的公稱直徑（即與法蘭配用的容器內(nèi)徑）和公稱壓力（可以理解為法蘭的實際壓力），選定法蘭類型為長頸對焊法蘭。其主要尺寸如下表： 圖6- 1文獻(xiàn)5：P258頁 根據(jù)DN 1200mm、 PN 2.8MPa ，由上表確定法蘭的類型為PN=4.0MPa的乙型長頸對焊法蘭。表6- 1文獻(xiàn)5:P258頁公

21、稱直徑DN/mm法蘭/mm螺栓DD1D2D3D4d規(guī)格數(shù)量12001450138013291309130612039M36446.1.2 密封面形式的選型容器法蘭密封面有三種形式：平面型密封面、凹凸型密封面、榫槽型密封面。對于平面型密封面，在PN0.6MPa的情況下，應(yīng)用最為廣泛。此外，當(dāng)釜體內(nèi)介質(zhì)有毒或易燃易爆時，不能采用，而氯乙烯單體是一種易燃、易爆且有毒的物質(zhì)。凹凸型密封面由一個凸面和一個凹面相配合組成，在凹面上放置墊圈。壓緊時，由于凹面的外側(cè)有檔臺，墊圈不會擠出來。故可適用于壓力較高的場合。榫槽型密封面適用于易燃、易爆且有毒的介質(zhì)以及有較高壓力的場合，與本設(shè)計中的介質(zhì)性質(zhì)符合，所以密封

22、面的型號選為榫槽型。6.1.3 墊片的設(shè)計墊片是構(gòu)成密封的重要元件，適當(dāng)?shù)膲|片變形和回彈能是形成密封的必要條件。最常用的墊片可分為非金屬墊片、金屬墊片以及非金屬混合制的墊片?？紤]到操作介質(zhì)的有毒性、易燃性、易爆性，操作壓力2.8Mpa且溫度小于 200，故選用的墊片為金屬纏繞墊中的聚四氟乙烯包覆墊片（HG20607-97）。圖6- 2文獻(xiàn)5:P290頁表6- 2墊片尺寸DO/mmdi/mm/mm136512124.5墊片尺寸參考見下圖。圖6- 3文獻(xiàn)56.1.4 螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格考慮到操作介質(zhì)的操作壓力為2.8Mpa且溫度小于 200，故選用專用級雙頭螺柱（B級，HG20613，材料

23、牌號為0Cr18Ni9）、六角螺母（HG20613， 材料牌號為0Cr18Ni9）。圖6- 4文獻(xiàn)56.2 人孔的設(shè)計人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。人孔的形狀有圓形和長圓形兩種。圓形人孔制造方便。應(yīng)用較為廣泛。人孔的大小及位置應(yīng)以人進(jìn)出設(shè)備方便為原則，對于反應(yīng)釜，還要考慮攪拌器的尺寸，一便攪拌軸及攪拌器能通過人孔放入罐體內(nèi)設(shè)備的直徑大于1000mm，應(yīng)開設(shè)人孔。根據(jù)已知條件選取回轉(zhuǎn)蓋人孔，密封面型式：榫槽型 。所選用的人孔為回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔，具體尺寸如下：表6- 3公稱直徑DN/mmdwSdDD1b螺柱螺母螺柱數(shù)量規(guī)格400426143986605855

24、01632M36圖6- 5文獻(xiàn)56.3 支座的選型及設(shè)計耳式支座已由有關(guān)部門制訂了系列標(biāo)準(zhǔn)，分A型、AN型（不帶墊片）和筋半比比較厚的B型、BN型（不帶墊片）四種。AN，BN型用與一般立式鋼制焊接容器：A，B型適用于帶保溫層的立式焊接容器，因其L較長，保溫層的厚度將不影響底版上通孔的定位作用，又稱長腿耳座。AN、BN型則不帶墊板。反應(yīng)釜常用立式容器的耳式支座，夾套外有保溫層時采用B型(長腳)支座，按照反應(yīng)釜的總重量選擇支座型號反應(yīng)釜的總重量包括釜內(nèi)物料的重量、釜體、夾套、法蘭和接管等的重量，攪拌和傳動裝置的重量，釜外保溫層的重量等。釜內(nèi)物料的重量應(yīng)分別考慮操作時反應(yīng)物料的重量或水壓試驗時水的重

25、量。因為操作時物料并不裝滿，而且大多物料的比重接近l，所以通常是水壓試驗時釜內(nèi)和夾套內(nèi)都裝滿水時的重量較大，我們就計算水壓試驗時反應(yīng)釜的總重量。充滿水時，水重 為W1： -夾套內(nèi)徑； -夾套高度； -釜體內(nèi)徑； -釜體高度； -釜體封頭容積； -夾套封頭容積；查表可得，釜體封頭質(zhì)量為182和夾套封頭質(zhì)量53.7。圖6- 6EHA橢圓型封頭尺寸與質(zhì)量文獻(xiàn)5釜體DN1200×14每米筒體質(zhì)量為419，夾套DN1300×12每米筒體重量為388。釜體和夾套的重量為： 圖6- 7圓柱形筒體的容積、內(nèi)表面積和質(zhì)量文獻(xiàn)5電動機(jī)重量約為40，減速器重量約為60，攪拌裝置重量約為68，釜體

26、法蘭重量約為120，保溫層重量約為100。附件重量 為： 反應(yīng)釜總重量W為： 總重力Q為34.45kN。選用的耳式支座本體允許載荷Q60kN，適用容器的公稱直徑DN1200mm，高度H250mm，底板長200 mm，寬140 mm，厚度14mm；筋板長160 mm，寬160 mm，厚度8mm；墊板厚度8mm，地腳螺栓d=30mm、規(guī)格M24，支座質(zhì)量為11.1。圖6- 8文獻(xiàn)5第七章 攪拌裝置的選型與尺寸設(shè)計7.1 反應(yīng)釜的攪拌裝置攪拌拌裝置由攪拌器、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)計采用的是開啟渦輪式攪拌器。其機(jī)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

27、的連接結(jié)構(gòu)。、進(jìn)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)。在反應(yīng)釜中，為增加反應(yīng)速率，強化傳質(zhì)或傳熱效果以及加強混合等作用，常常裝設(shè)攪拌裝置，攪拌裝置由攪拌器和攪拌軸組成攪拌器形式很多，通常由工藝確定，攪拌軸可用實心或空心直軸，碳鋼材料常選用45號鋼，有防腐或污染要求的場合，贏采用不銹酸鋼。7.2 攪拌器的設(shè)計攪拌器又稱攪拌槳或葉輪，它的功能是提供工藝過程所需的能量和適宜的流動狀態(tài)，以達(dá)到攪拌的目的。攪拌過程既然有依賴于攪拌器的正常運轉(zhuǎn)，當(dāng)然，攪拌器的結(jié)構(gòu)、強度，也是不容忽視的問題。由于攪拌操作的多種多樣，也使攪拌器存在著許多型式。各種攪拌器在配合各種可控制流動狀態(tài)的附件后，更能使流

28、動狀態(tài)以及供給能量的情況出現(xiàn)多種變化，更有利于強化不同的攪拌過程。典型的攪拌器的型式有槳式、渦輪式、推進(jìn)式、布魯馬金式、齒片式、錨式、框式、螺帶式、螺桿式等。7.2.1 攪拌器的選型攪拌的目的的多樣性，物料性質(zhì)的多樣性，以及攪拌設(shè)備型式的多樣性再加上物料在攪拌設(shè)備內(nèi)流動的復(fù)雜性，使攪拌設(shè)備的選型、設(shè)計難以在一個嚴(yán)密的理論指導(dǎo)下完成，仍在很大程度上依賴于經(jīng)驗。設(shè)計的優(yōu)劣可使攪拌設(shè)備的效益相差很大，此有必要在明確攪拌目的和無聊性質(zhì)的基礎(chǔ)上，攪拌設(shè)備的各個要素，例如葉輪的形狀、葉輪直徑、葉輪的層數(shù)、葉輪的安裝位置、轉(zhuǎn)速、設(shè)備形式、擋板的尺寸和個數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化。一般，攪拌設(shè)備的設(shè)計順序：攪拌條件的確認(rèn)

29、攪拌葉輪形式及內(nèi)構(gòu)件的選定 確定葉輪的尺寸及轉(zhuǎn)速 計算攪拌功率 攪拌裝置機(jī)械設(shè)計。7.2.2 攪拌器的型式目前由于攪拌過程種類繁多，介質(zhì)情況千差萬別，所以使用的攪拌器型式多種多樣，在典型的攪拌器的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了許多改型。這些改型的適應(yīng)性不一定很廣，但是某種過程可能有針對性，攪拌效果較好。具體可參照下圖。圖7- 1文獻(xiàn)5圖7- 2文獻(xiàn)57.2.3 攪拌器型式的選擇旋渦式葉輪隨葉片形狀和安裝的角度不同其名稱和用途也不同。從形式上看有兩大類，一類是有有一個圓盤安裝在輪轂上，葉片再安裝在圓盤上，稱圓盤渦輪式，根據(jù)根據(jù)工藝要求，本課題所設(shè)計的攪拌器為開啟渦輪式。對于該攪拌器，由于它能在葉輪下一度保持氣體進(jìn)

30、而使之分散，減少氣體浪費，因此很多氣液操作都用它。另一方面，軸向流渦輪使液體沿與軸平行的方向排出，使其進(jìn)行有效的軸向循環(huán)。產(chǎn)生同樣的排量，這種葉輪所需要的功率僅占徑向流渦輪的一半，所以對罐內(nèi)循環(huán)占重要地位的場合，它是有效的葉輪。這種葉輪主要用于液液系和固液系中需要強循環(huán)的場合，如均一混合、反應(yīng)、傳熱等。渦輪式葉輪的葉徑與罐徑之比通常為0.250.5，轉(zhuǎn)速為10300r/min，適應(yīng)的最高黏度為30Pas左右。7.2.4 攪拌附件攪拌附件通常指在攪拌罐內(nèi)為了改善流動狀態(tài)而增設(shè)的零件，如前面談到的擋板、導(dǎo)流筒等。1.擋板擋板一般是指長條形的豎向固定在罐璧上的板，主要是在湍流狀態(tài)時為了消除罐中央的“

31、圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”而增設(shè)的。顯然這種擋板適用于徑流形葉輪在湍流區(qū)的操作，而層流狀態(tài)時不用這種擋板來改變流型。擋板還可提高葉輪的剪切性能，如有懸浮聚合的攪拌裝置，在設(shè)有擋板時可以使顆粒細(xì)而均勻。擋板的數(shù)量及其大小以及安裝方式都不是隨意的，它們會影響流型和動力消耗。擋板的寬度 。在高黏度液時也可減小到 。擋板的數(shù)量 視罐徑的大小而異，在小直徑罐時用24個，在大直徑罐時用48個，以4個或6個居多。擋板的上緣一般可與靜止液面齊平，當(dāng)液面上有輕而易浮不宜濕潤的固體物料時，則需在液面上造成漩渦，這時擋板上緣可低于液面100150mm。擋板的下緣可到罐底。有利于用擋板的高度來改變流型，如在罐底希望使較重物料易于

32、沉降而分離出來時，就可將擋板下端取在葉輪之上，這樣可使罐底出現(xiàn)水平回轉(zhuǎn)流，有利于物料的沉降。2.導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒主要用于推進(jìn)式、螺桿式攪拌器的導(dǎo)流，渦輪式攪拌器有時也用導(dǎo)流筒。導(dǎo)流筒是一個圓筒形，緊包圍著葉輪?？梢允谷~輪排出的液體在導(dǎo)流筒內(nèi)部與外部形成上下的循環(huán)流動。7.2.5 攪拌器相關(guān)參數(shù)計算根據(jù)任務(wù)書的要求，選擇的攪拌器為開啟渦輪式直葉攪拌式。槳徑與罐內(nèi)徑之比叫槳徑罐徑之比 ，一般槳式葉輪的 Dj/Di=0.350.8 。渦輪式葉輪的 一般為 Dj/Di=0.250.5。槳式之所以將Dj/Di 的范圍取大些，是因為它的轉(zhuǎn)速較低，還常用在黏度較高的條件下。考慮到具體的操作目的，還可將槳徑尺寸選

33、擇更合理些，例如對于液-液分散操作時，為使輕相組分不致集中在軸的附近，要使罐的中心部分和四周部分的分散相能同時分散，取Dj/Di=1/3 最合適。對于氣-液分散操作，也取 Dj/Di=1/3。對于葉寬，d/Di=0.150.3,此處取0.15，具體參數(shù)如下：表7- 1型式直徑Dj(mm)槳葉數(shù)Zj葉寬d（mm）轉(zhuǎn)速（r/min）直葉4006,120110由所選封頭可知，攪拌槳高度為300mm。7.3 攪拌軸直徑的初步計算攪拌軸的機(jī)械設(shè)計內(nèi)容同一般傳動軸，主要是結(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，因是連接的為渦輪式攪拌器，故采用光軸即可；

34、（3）攪拌軸強度校核。攪拌器的轉(zhuǎn)速為110r/min，功率為3kw對于Q235-A鋼，許用剪應(yīng)力=1220MPa。對于實心軸抗扭截面系數(shù)：t軸傳遞的扭矩：軸扭轉(zhuǎn)的強度條件是：解得d>=47.99mm圓整為d = 50mm時符合強度條件。第八章 傳動裝置的選型8.1 傳動裝置的系統(tǒng)組成反應(yīng)釜的攪拌器是由傳動裝置帶動，傳動裝置通常設(shè)置在釜頂封頭的上部。反應(yīng)釜的傳動裝置包括電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、機(jī)架、底座和凸緣法蘭等。8.2 電機(jī)的選取根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，選用電機(jī)YA132S-4,選用軸功率P=5.5kw,軸轉(zhuǎn)速n=1440r/min,功率因數(shù)為0.84，效率為85.5，重量為68kg。圖8-

35、 18.3 減速器的選取傳動比i=1440/11013根據(jù)轉(zhuǎn)速以及功率，最終選用BLD擺線針輪行星減速器。其尺寸如下： L1=417mm，l=79mm，l2=45mm，D2=340mm，D3=310mm，D4=270mm，D=55mm，b=16mm，h=59mm，D1=30mm，b1=8mm，h2=33mm圖8- 2文獻(xiàn)58.4 選取凸緣法蘭凸緣法蘭一般焊接于罐體封頭上，用于連接攪拌傳動裝置，亦可兼坐安裝、維修、檢查用孔。凸緣法蘭分整天和襯里兩種結(jié)構(gòu)形式，密封面分凸面（R）和凹面（M）兩種。經(jīng)過查找文獻(xiàn)，選取R型凸緣法蘭DN=300mm。具體尺寸如下：單位:mm表8- 1法蘭尺寸公稱直徑DND

36、KDih30044540028065圖8- 3凸緣法緣尺寸文獻(xiàn)58.5 選取安裝底蓋安裝底蓋采用螺柱等緊固件，上與機(jī)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。安裝底蓋的常用形式為RS和LRS型，安裝底蓋的公稱直徑與凸緣法蘭相同。形式選取時應(yīng)注意與凸緣法蘭的密封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。所以選用RS型。根據(jù)下圖圖8- 4底蓋尺寸文獻(xiàn)5選取安裝底蓋DN=300mm，其尺寸如下表：表8- 2安裝底蓋尺寸/mm公稱直徑DN外徑D螺柱中心園直徑k3004454008.6 選取機(jī)架機(jī)架是用來支撐減速器和傳動軸的。機(jī)架有單支點機(jī)架和雙支點機(jī)架兩種，本次選用單支點機(jī)架，它的尺

37、寸應(yīng)與減速機(jī)底座尺寸相匹配，根據(jù)參考文獻(xiàn)和上圖8- 5，得參數(shù)如下：公稱直徑為300mm，底座外徑D1=445mm，螺孔中心圓直徑K1=400mm，凹底直徑D3=320mm，H=795mm，H1=279mm。8.7 聯(lián)軸器電機(jī)或減速器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。常用的聯(lián)軸器有彈性塊式聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器和塊式彈性聯(lián)軸器。選取C型凸緣聯(lián)軸器。根據(jù)參考文獻(xiàn)【1】表18-38知： d2=60mm，D=170mm，L1=85mm, L2=98mm, L=203mm 許用扭矩975N·m圖8- 6文獻(xiàn)58.8 反應(yīng)釜的軸封裝置軸封是攪拌設(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)以及防止反應(yīng)