攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì)

1、第六章主要設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型6.1攪拌反應(yīng)釜6.1.1反應(yīng)釜體積由物料衡算結(jié)果可知：生產(chǎn)每釜成品需要廢滌綸的質(zhì)量為：m=584.53kg；廢滌綸密度P=1.38g/cm3,需要異辛醇的質(zhì)量為：m=1187.32kg；異辛醇密度12P=0.832g/cm32則廢滌綸所占體積：V=m=584.53=0.424m3,p1.38x1031異辛醇所占體積：V=2=1.427m3P0.832x1032所以物料總體積為：V=V+V=0.424+1.427=1.851m312由于還有催化劑的加入，故取V=1.860m3考慮到廢滌綸較松散且呈沸騰狀態(tài)及釜內(nèi)安裝的附件，參照化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)投料系數(shù)范圍，取

2、反應(yīng)釜投料系數(shù)為0.7，則所需反應(yīng)釜體積為：1.8600.7=2.657m36.1.2反應(yīng)釜直徑和高度參照化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)Di由下式估算：取反應(yīng)釜的長(zhǎng)徑比H/Dj=1.2，反應(yīng)釜的內(nèi)徑D=iV兀H冗+-4D24由1.1的所得數(shù)據(jù)及長(zhǎng)徑比取圓整值1400mm。i代入以上公式可求得內(nèi)徑為：D=1.353mi選取標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)釜，具體參數(shù)如下：釜體容積V=2.689m3,封頭容積Vf=0.421m3,選取釜體壁厚s=10mm,封頭直邊高度h=40mm,曲邊高度h=350mm,內(nèi)表面積F=2.306m2。0iV一V2689一0421則筒體咼度為：H=h=1.474m,取圓整值1.5m。兀兀，D2X1.424

3、i4所以釜的總高度：H二H+2(h+h)=1.5+2x(0.04+0.35)二2.28m00i6.1.3壁厚根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，反應(yīng)釜工作時(shí)壓力為0.3MPa，內(nèi)徑D=1400mm,取設(shè)計(jì)i壓力p為0.33MPa。原材料腐蝕不強(qiáng)，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，反應(yīng)釜采用通用材料0Cr18Ni9,查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)附表得知0Cr18Ni9材料在205C、H/D=1.2時(shí)，圓筒的壁厚i選用10mm,其許用壓力為0.38MPa；橢圓封頭厚度同釜壁，選用10mm,許用壓力為0.49MPa，大于設(shè)計(jì)壓力0.33MPa，均符合設(shè)計(jì)要求。6.1.4夾套選用常用的不可拆式連接結(jié)構(gòu)，夾套與內(nèi)筒之間采用焊接，加工簡(jiǎn)單，密封可靠?？紤]

4、加熱介質(zhì)性質(zhì)，選取夾套材料與釜體一致，材料型號(hào)為0Cr18Ni9。夾套所需壁厚由下式計(jì)算：5=pcDi+Cc2Qt叩一pc夾套內(nèi)壓為0.15MPa，計(jì)算壓力p=0.15x1.1=0.165MPa，查得在設(shè)計(jì)溫度c下許用壓力bt為122MPa，焊接系數(shù)申取0.9，腐蝕裕量C取2mm,故50.165x1400+23055=+2=3.05mmc2x122x0.9-0.165考慮容器在制造、運(yùn)輸及安裝過(guò)程中的剛度強(qiáng)度要求，參照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，選取夾套壁厚為8mm。夾套內(nèi)徑按釜尺寸系列選取，以利于按標(biāo)準(zhǔn)選擇夾套封頭，夾套的內(nèi)徑取1400+100=1500mm，符合壓力容器的公稱(chēng)直徑。夾套筒體高度H由下

5、式估算：jnV-V0.7x2.689-0.421H=匚=0.950m兀*x1.424j兀_D24i反應(yīng)釜筒體與上封頭采用法蘭連接，考慮物料的反應(yīng)情況，選取夾套筒體高度H=1.2m,夾套頂邊距離法蘭的高度H0=1.5-1.2=0.3m,符合釜體法蘭螺栓的裝拆距離。攪拌器設(shè)計(jì)選型反應(yīng)釜內(nèi)為液固非均相反應(yīng)，考慮到加入的物料及物料粘度，選用45斜槳式攪拌器。葉輪尺寸確定依據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：取d/D=0.5,即葉輪直徑d=1400X0.5=700mm取d/B=6,即葉片寬度B=d/6=700/6=116.7mm,取120mm。取C/D=0.25，即葉輪的安裝高度C=0.25x1400=350mm取Z=

6、2,即葉片數(shù)為2。擋板為了消除“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”和“打漩”，以及為了避免固體堆積或液體粘附，在反應(yīng)釜采用離壁安裝的豎擋板，擋板數(shù)為4,板寬為釜體內(nèi)徑的1/10,即B=140mm。擋板與釜壁的縫隙為板寬的1/6,即140 x1/6=23.33,取25mm。攪拌器的轉(zhuǎn)速攪拌器的轉(zhuǎn)速n、直徑d與葉端切線(xiàn)速度u之間有如下關(guān)系式：u二d葉端切線(xiàn)速度反映了攪拌作用的劇烈程度,根據(jù)攪拌目的、物料性質(zhì)等來(lái)確定，槳式攪拌器的切線(xiàn)速度范圍：1.05.0m/s,取u=3m/s，則轉(zhuǎn)速：ux603x60n=82r/minnd3.14x0.7攪拌器功率依據(jù)化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)之?dāng)嚢杵髟O(shè)計(jì),斜式攪拌器消耗的功率按羅頓、顧斯許和愛(ài)弗蘭

7、脫等導(dǎo)出的一般關(guān)聯(lián)式計(jì)算：-二A(N)E(H)(0-35+B)(sin9)1.2+B/Repn3d5pDs功率函數(shù)N=f(Re)，以及系數(shù)A、B、E(與攪拌器的幾何尺寸有關(guān))ps及雷諾數(shù)的值按下列公式計(jì)算：BdA=10exp1.3-4（萬(wàn)-0.5）2-1.14萬(wàn)BdB=14+（萬(wàn)）670（萬(wàn)-6）2+185BdE=1+4（萬(wàn)）-1萬(wàn)-5）2pnd2Re=代入各數(shù)值，得：TOC o 1-5 h z0.120.7A=10exp1.34(0.5)21.14=10.4420.7B=14+()670(0.6)2+185=30.4320.7E=1.1+4()2.5(

8、0.5)2=1.4431.41.482c丿1.106x103xx0.723.723x10-3Re=-n-2=60=1.9894x105s卩其中料液混合黏度卩=yP=3.366x1.106x10-3=3.723x10-3kg/(m.s)。c由Re值查槳式攪拌器功率函數(shù)圖(ReN關(guān)聯(lián)圖)，得N=0.53。將sspp以上數(shù)值代入總公式，得：Psg=10.444x0.53x1.443x1.2(0-35+步)x(sin45)1.2+30.431二5.7pn3-51.9894x105所以攪拌器功率的消耗為：8211P二5.7x1.106x103x()3x(0.7)5xx二2.7kWs609.81102考慮

9、溫度計(jì)套管等附件后攪拌功率消耗，貝U：P=Px1.2=2.7x1.2=3.24sskW攪拌軸設(shè)計(jì)根據(jù)軸的各方面要求較高的特點(diǎn)，選用經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理的45#鋼作為軸的材料，其許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：t=3040MPa。軸強(qiáng)度計(jì)算：M軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件是：t=看產(chǎn)tmaxWp式中：t軸橫截面上的最大剪應(yīng)力，MPa；M軸所傳遞的扭距，maxTN-mm；W軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；t降低后的材料的許用應(yīng)力，pMPa。45鋼取30MPa40MPa。P而M=9.55x106Tn對(duì)于實(shí)心軸p=3.24kW,取t=30MPa，則d365*=40.01mm軸剛度計(jì)算：為了防止攪拌軸產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)變形，從而在運(yùn)轉(zhuǎn)中引起振動(dòng)，影

10、響正常工作，應(yīng)把軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，即規(guī)定一個(gè)設(shè)計(jì)的扭轉(zhuǎn)剛度條件。工程上以單位長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)角6不得超過(guò)許用扭轉(zhuǎn)角6作為扭轉(zhuǎn)的剛度條件,即TOC o 1-5 h zM180。6=匸x103x15374p=15374=48.31mm4G6巾8.1x104x82x0.5攪拌軸的直徑應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度兩個(gè)條件，取兩者較大值，即取d=48.31mm，考慮到軸上鍵或孔對(duì)軸橫截面的局部削弱，以及介質(zhì)對(duì)攪拌軸的腐蝕,將攪拌軸直徑增大并圓整，以便與其他零件相配合，取60mm。傳動(dòng)裝置電機(jī)：要確定攪拌器馬達(dá)所需要的實(shí)際功率，除了考慮攪拌液體時(shí)克服流體摩擦阻力所消耗的功率P之外，還要考慮攪拌器空運(yùn)轉(zhuǎn)

11、時(shí)克服機(jī)械摩擦阻力所需的功s率P。因此馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的實(shí)際功率P是兩者之和。一般中小型攪拌器P為1.50W0kW，則馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際功率P=3.24+1.5=4.74kW。W一般情況啟動(dòng)功率可達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)功率的1.5倍,4.74x1.5=7.11kW，所以實(shí)際選用7kW的馬達(dá)。選用1500r/mi的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，安裝形式為V1（直立）型，型號(hào)為Y200M-4，參數(shù)如下：表6-1電動(dòng)機(jī)的選型及相關(guān)的參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值及說(shuō)明電動(dòng)機(jī)類(lèi)型Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)標(biāo)定型號(hào)Y200M-4功率幾w7頻率/Hz50電壓W380功率/kW7轉(zhuǎn)速/加/門(mén)1450標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)GB755-87減速器：電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)配套使用。減速機(jī)下設(shè)

12、置一機(jī)座，安裝在反應(yīng)釜的封頭上?？紤]到傳動(dòng)裝置與軸封裝置安裝時(shí)要求保持一定的同心度以及裝卸檢修的方便，常在封頭上焊一底座。整個(gè)傳動(dòng)裝置連同機(jī)座及軸封裝置都一起安裝在底座上。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，選用立式擺線(xiàn)針齒行星減速機(jī)，型號(hào)為：BLD7.5-4-17；參數(shù)如下：項(xiàng)目數(shù)值及說(shuō)明減速機(jī)類(lèi)型擺線(xiàn)針齒行星減速機(jī)標(biāo)定符號(hào)BLD7.5-4-17公稱(chēng)出軸轉(zhuǎn)速r/min85公稱(chēng)減速比17表6-2減速器的選型及相關(guān)參數(shù)6.1.8反應(yīng)釜傳熱計(jì)算夾套內(nèi)壁對(duì)釜液的傳熱系數(shù)按ChiltonDrew和Jekens在夾套攪拌器公式：aDi=0.36(Re)0.67Pr0.33(V)0.14入is相關(guān)參數(shù)計(jì)算如下：820.72xx

13、1106Re二二60二1.9894x105卩3.723x10-33600C卩gP=pr尢3600 x0.75x3.539x1-4x9.81=115.40.0812js3.473.0=1.16(其中：C=0.75kcal/kg.C；九=0.0812kcal/m.h.C；h=3.539x10-4kg.s/mp2-EHH液體在王體溫度下粘度，器壁溫度t200C時(shí)，H3.47C；H液體在器壁溫度下粘度，器壁溫度t210C時(shí)，H3.0C。wwwp故內(nèi)壁總傳熱系數(shù)：0.0812a二x0.36x(1.9498x105)0.67x115.40.33x1.160.14357.75kcal/m.h.Ci1.4釜壁

14、及垢層傳熱系數(shù)：取垢層厚度8為0.3mm,查得：九1.8kcal/m.h.Cs碳素鋼厚度：8=10mm，查得：九38.0kcal/mh.C11i夾套內(nèi)聯(lián)苯對(duì)釜壁給熱系數(shù)給熱系數(shù)可由lehrer公式計(jì)算：hD0.03Re0.75Pr0eKi1+1.74(Re)一8(Pr1)相關(guān)數(shù)據(jù)：夾套內(nèi)定性溫度取為t=210C，查得：九0.094kcal/m.h.C；wC=0.58kcal/m.h.C；p=904kg/m3；卩=1.368kcal/m.h；材料熱膨脹系數(shù)pB=0.3x10-3；常數(shù)g二1.27x108m/h2；聯(lián)苯質(zhì)量流量W：W0.31x36001116kg/h；聯(lián)苯接管內(nèi)徑d，d=25mm；

15、00夾套總高度：H1.6m相關(guān)參數(shù)計(jì)算：8DD=(/Je31.5001.4002)二0.08165m4WV=0兀d2po4x11163.14x(0.025)2x9042516.21m/h丫4W4x1116A兀(D2一D2)p3.14x(1.521.42)x904215.42m/hV=(g-p-At)0.5H0.5二(1.27x108x0.3x10-3x30)0.5x1.60.51352.33m/hBjDe-p貝URe=(VV)0.5+V卩0AB0.08165x9041.368x2516.21x5.42)0.5+1352.3379267.14Pr=C卩p九0.58x1.3680.094=8.44九0.03Re0.75-PrTOC o 1-5 h za-oD丄e1+1.74Re8(Pr1)0.0940.03x79267.140.75x8.44x0.0816511+1.74x79267.148x(8.441)287.51kcal/m2.h.C夾套總傳熱系數(shù)：aa1110.0003001+357.75287.511.838.0149.18kcal/m2.h.