機(jī)械式攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、目 錄前 言41 反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)參數(shù)及要求51.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書51.2 設(shè)計(jì)方案的分析和擬定62 夾套反應(yīng)釜設(shè)計(jì)62.1 反應(yīng)釜的罐體和夾套的設(shè)計(jì)62.2 夾套反應(yīng)釜的強(qiáng)度計(jì)算93 反應(yīng)釜的攪拌裝置123.1 選擇攪拌器123.2 攪拌軸的設(shè)計(jì)123.3攪拌軸強(qiáng)度校核133.4 攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算144 V帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算155 反應(yīng)釜其他附件165.1 設(shè)備法蘭165.2 支座165.3 手孔和人孔175.4 設(shè)備接口175.5 視鏡176 設(shè)計(jì)小結(jié)18參考文獻(xiàn)19前 言反應(yīng)釜的廣義理解即有物理或化學(xué)反應(yīng)的不銹鋼容器，通過(guò)對(duì)容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)配置，實(shí)現(xiàn)工藝要求的加熱、蒸發(fā)、冷卻及低高速的混配

2、功能。隨之 反應(yīng)過(guò)程中的壓力要求對(duì)容器的設(shè)計(jì)要求也不盡相同。生產(chǎn)必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)加工、檢測(cè)并試運(yùn)行。不銹鋼反應(yīng)釜 根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝、操作條件等不盡相同，反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及參數(shù)不同，即反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)樣式不同，屬于非標(biāo)的容器設(shè)備。 反應(yīng)釜材質(zhì)一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基（哈氏、蒙乃爾）合金及其它復(fù)合材料。反應(yīng)釜可采用SUS304、SUS316L等不銹鋼材料制造。攪拌器有錨式、框式、槳式、渦輪式，刮板式，組合式，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可采用擺線針輪減速機(jī)、無(wú)級(jí)變速減速機(jī)或變頻調(diào)速等，可滿足各種物料的特殊反應(yīng)要求。密封裝置可采用機(jī)械密封、填料密封等密封結(jié)構(gòu)。加熱、冷卻可采用夾套、半管、盤管、米勒板等結(jié)構(gòu)，加

3、熱方式有蒸汽、電加熱、導(dǎo)熱油，以滿足耐酸、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕等不同工作環(huán)境的工藝需要?？筛鶕?jù)用戶工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造。 反應(yīng)釜廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)型用戶和各種科研實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究，用來(lái)完成水解、中和、結(jié)晶、蒸餾、蒸發(fā)、儲(chǔ)存、氫化、烴化、聚合、縮合、加熱混配、恒溫反應(yīng)等工藝過(guò)程的容器。1 反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)參數(shù)及要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)參數(shù)及要求 容器內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力，MPa0.250.35設(shè)計(jì)壓力，MPa工作溫度，設(shè)計(jì)溫度，100100介質(zhì)有機(jī)溶劑蒸汽全容積，m³1.0操作容積，m³傳熱面積，3腐蝕情況微弱推薦材料Q235-R攪拌器型

4、式推進(jìn)式攪拌軸轉(zhuǎn)速，r/min250軸功率，kW3接管表符號(hào)公稱尺寸DN連接面形式用 途A25PL/RF蒸汽入口B65PL/RF加料口C100PL/RF視鏡D 25PL/RF溫度計(jì)管口E25PL/RF壓縮空氣入口F40PL/RF放料口G25PL/RF冷凝水出口1.2 設(shè)計(jì)方案的分析和擬定 按照設(shè)計(jì)任務(wù)書提供的工藝條件，選定容器的型式和材料后，進(jìn)行反應(yīng)釜的機(jī)械設(shè)計(jì)，主要是計(jì)算釜體和夾套的尺寸；選擇攪拌器和設(shè)計(jì)攪拌軸；選擇攪拌的傳動(dòng)裝置和軸封裝置；選擇法蘭、支座和各種工藝接管，并核算開孔補(bǔ)強(qiáng)；繪制裝配圖；編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。2 夾套反應(yīng)釜設(shè)計(jì)2.1 反應(yīng)釜的罐體和夾套的設(shè)計(jì)2.1.1 確定筒體的型

5、式 從技術(shù)特性表上所得到的工作壓力及溫度以及該設(shè)備的工藝性質(zhì)，可以看出它是屬于帶攪拌的低壓反應(yīng)釜類型，一類低壓容器，根據(jù)慣例選擇圓柱形筒體。2.1.2 確定罐體幾何尺寸（1）確定筒體直徑 反映物料為液-固相類型，從表3-1中，H/Di為11.3.設(shè)備容積要求為1.0m3,考慮到容器的體積不大，可取H/Di=1.3，這樣可以使直徑不致太小，從工藝上反應(yīng)狀態(tài)無(wú)泡沫或沸騰情況，黏度也不大，故取裝料系數(shù)=0.8。表3-1 罐體長(zhǎng)徑比經(jīng)驗(yàn)表種類罐體物料類型H/Di一般攪拌罐液固或液液相物料11.3氣液相物料12發(fā)酵罐類1.72.5反應(yīng)釜的直徑估算如下： VN=V V=1.25 m3(全容積除系數(shù)明顯有問(wèn)

6、題) Di=993.2mm圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，取Di=1000mm,封頭取相同的內(nèi)徑？，（2）確定筒體的高度 當(dāng)DN=1000mm，查得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的容積Vh=0.198m3，則筒體的高度估算為: H=1.11m 取H為1.1m，于是H/Di=1（3）確定夾套的直徑夾套的內(nèi)徑與釜體的內(nèi)徑有關(guān)，可按表32選取。 夾套的內(nèi)徑為： ； 表3-2 夾套直徑與罐體直徑DN的關(guān)系（mm）DN500600700180020003000DN+50DN+100DN+200（4）夾套的高度夾套的尺寸為1200mm，夾套封頭也采用橢圓形并與夾套筒體取相同的直徑。從文獻(xiàn)查得筒體每一米的容積,則夾套筒體的高度估算

7、如下: 取為900mm。 （5）內(nèi)筒及夾套的受力分析 工藝條件中：反應(yīng)釜內(nèi)的工作壓力為0.25Mpa，夾套內(nèi)工作壓力為0.35Mpa，則夾套筒體和夾套封頭為受0.35Mpa的內(nèi)壓而內(nèi)筒的筒體和下封頭為既承受0.25Mpa的內(nèi)壓同時(shí)又承受0.35Mpa的外壓，其最惡劣的工作條件為停止操作時(shí)內(nèi)筒無(wú)壓力而夾套內(nèi)仍有蒸汽壓力，此時(shí)內(nèi)筒承受0.35Mpa的外壓。（6）計(jì)算夾套的厚度夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫，因檢測(cè)困難，故取，從安全計(jì)夾套上所有的焊縫均取，封頭采用由鋼板壓制的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料均為Q345.夾套的厚度計(jì)算如下： 夾套的厚度為4mm,圓整至鋼板規(guī)格厚度并考慮封頭的標(biāo)準(zhǔn)，夾套的厚度為。（7）計(jì)

8、算筒體的厚度承受0.2Mpa內(nèi)壓時(shí)筒體的厚度 承受0.3Mpa外壓時(shí)筒體的厚度承受0.3Mpa外壓時(shí)筒體的厚度為簡(jiǎn)化起見，首先假設(shè)，則，由于夾套頂部距離容器法蘭面積實(shí)際定為150mm，因此內(nèi)筒體承受外壓部分的高度為H-150mm，并以此定及之值。 式中h標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭之邊高度，根據(jù)由表查得總深度，再由表推薦得。 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭曲面高度，。 則 = =因此由文獻(xiàn)6圖5-19查得A=0.00002，再據(jù)此查圖3-4，B不存在。因此當(dāng)名義厚度為4mm時(shí)，不能滿足穩(wěn)定要求。再假設(shè)，則=213.08由文獻(xiàn)6圖5-19，查得A=0.0005，據(jù)此查圖3-4得B=64 Mpa>0.3Mpa因此名義厚度為8

9、mm時(shí)，筒體能滿足0.3Mpa的外壓要求。由于筒體既可承受內(nèi)壓，又可能承受外壓，因此筒體壁厚應(yīng)選取兩者中最大值，即確定筒體厚度為8mm. 2.2 夾套反應(yīng)釜的強(qiáng)度計(jì)算2.2.1 強(qiáng)度計(jì)算(按內(nèi)壓計(jì)算強(qiáng)度)據(jù)工藝條件或腐蝕情況確定，設(shè)備材料選用Q235-A。由工藝條件給定： 設(shè)計(jì)壓力（罐體內(nèi)） =0.25MPa， 設(shè)計(jì)壓力（夾套內(nèi)） =0.35MPa， 設(shè)計(jì)溫度（罐體內(nèi)） <100， 設(shè)計(jì)溫度（夾套內(nèi)） <150。按參考文獻(xiàn)1第九章計(jì)算：液柱靜壓力p1H=10-6gh=0.013MPa計(jì)算壓力P1c=P1+P1H =0.213MPa；液柱靜壓力P2H=0MPa計(jì)算壓力 P2c=P2H

10、+P2c=0.3MPa焊接接頭系數(shù),選取罐體及夾套焊接接頭系數(shù) =0.85。設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力：t=113 MPa。罐體筒體計(jì)算厚度按式：夾套筒體計(jì)算厚度按式：封頭計(jì)算厚度按式：夾套封頭計(jì)算厚度按式：取最小厚度作為計(jì)算厚度腐蝕余量：C2=2.0 mm罐體筒體設(shè)計(jì)厚度按式：夾套筒體設(shè)計(jì)厚度按式：罐體封頭設(shè)計(jì)厚度按式： 夾套封頭設(shè)計(jì)厚度按式：鋼板厚度負(fù)偏差：C1=0.6mm（按鋼板厚度6）罐體筒體厚度負(fù)偏差2.2.2 穩(wěn)定性校核(按外壓校核厚度)（1）假設(shè)罐體筒體名義厚度 =8mm厚度附加量按式：罐體筒體有效厚度按式： 罐體筒體外徑按式：筒體計(jì)算長(zhǎng)度按式：系數(shù) ：=1092/1120=0.97

11、5系數(shù) ：=1120/7.2=155.5經(jīng)查表得：系數(shù)=0.00076系數(shù)B=102MPa許用外壓力按式： 確定罐體筒體名義厚度: =8mm（2）假設(shè)罐體封頭名義厚度 =8 mm按表4-9 鋼板厚度負(fù)偏差，選取鋼板厚度負(fù)偏差 =0.8mm據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，腐蝕裕量 =2.0mm厚度附加量按式：罐體封頭有效厚度按式：: 罐體封頭外徑按式：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭當(dāng)量球殼外半徑按式:系數(shù)按式: 查圖4-2 曲線，得系數(shù) =115MPa許用外壓力按式: 確定罐體封頭名義厚度：=8mm（3）水壓測(cè)試校核罐體的測(cè)試壓力其中Q235-B通常溫度下的許用應(yīng)力157MPa由此， =0.347MPa夾套的水壓測(cè)試壓力 =0.52

12、1MPa材料的屈服點(diǎn)應(yīng)力 = =179.8MPa容器圓筒應(yīng)力 = =26.68<179.8MPa夾套內(nèi)壓試驗(yàn)應(yīng)力 = =43.59<179.8MPa3 反應(yīng)釜的攪拌裝置3.1 選擇攪拌器 攪拌器的型式主要有：槳式、推進(jìn)式、框式、渦輪式、螺桿式和螺帶式等。本反應(yīng)釜攪拌裝置的攪拌器采用推進(jìn)式。3.2 攪拌軸的設(shè)計(jì)攪拌軸通常既承受轉(zhuǎn)矩又承受彎矩，一般先按轉(zhuǎn)矩初估最小軸徑，然后根據(jù)軸上零件的安裝和定位及軸的制造工藝等要求進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后按第三強(qiáng)度理論進(jìn)行彎扭強(qiáng)度校核。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要注意，確定的攪拌軸的直徑需要圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑系列。對(duì)于轉(zhuǎn)速200r/min的，還要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的校核。（1）

13、材料上軸選用常用材料45號(hào)鋼。（2）結(jié)構(gòu)V帶傳動(dòng)的上軸一端（第1段）安裝有大帶輪，另一端安裝剛性聯(lián)軸器，帶輪和聯(lián)軸器均采用平鍵傳動(dòng)，考慮帶輪和聯(lián)軸器的軸向定位，均加有軸肩，并在軸端采用擋圈軸向固定。上軸采用一對(duì)角接觸軸承做支點(diǎn)（第3段），軸承兩端（第2段和第4段）裝有軸承壓蓋，并采用氈圈密封防塵。（3）確定最小軸徑 由于軸上主要受轉(zhuǎn)矩，故按轉(zhuǎn)矩初估最小軸徑，有軸上開有兩個(gè)鍵槽，軸徑擴(kuò)大并圓整后為40mm。（4）由結(jié)構(gòu)確定其它各段軸徑 帶輪和聯(lián)軸器軸向定位的軸肩，取軸端擋圈公稱直徑為50mm。根據(jù)帶輪的設(shè)計(jì)，帶輪轂孔的長(zhǎng)度為，為了保證軸端擋圈只壓在帶輪面上而不壓在軸的端面上，軸的長(zhǎng)度應(yīng)取略短些，

14、取。帶輪和聯(lián)軸器的連接用平鍵，查表選用平鍵12×8×56.（5）軸承選取 軸承同時(shí)承受徑向力及軸向力的作用，轉(zhuǎn)速較高，輕載荷，可選用角接觸軸承；考慮其安裝與調(diào)整，采用正裝方式。初選軸承為7210C，查表，其尺寸為50×90×20。確定第三段軸徑，軸的長(zhǎng)度，軸承采用軸肩定位，第4段的軸徑為?？紤]軸承的密封和固定，第2段軸上裝有軸承蓋，可選用旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈。軸與軸承內(nèi)圈采用過(guò)渡配合，取其直徑尺寸公差為k6。軸承的軸向距離按攪拌釜支承條件確定。攪拌軸與上軸采用剛性聯(lián)軸器連接，把兩軸當(dāng)作一個(gè)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。3.3攪拌軸強(qiáng)度校核(1)軸的受力分析如下圖：壓緊

15、力，(2)軸的剪力和彎矩圖如下：（3）軸的扭矩為： （4）因軸單向轉(zhuǎn)動(dòng)，可認(rèn)為扭矩為脈動(dòng)循環(huán)變化，故折合系數(shù)，（5）所以危險(xiǎn)截面B處的當(dāng)量彎矩為：（6）計(jì)算危險(xiǎn)截面B處的軸徑如下：又知該處軸徑為45mm，軸的強(qiáng)度滿足要求。3.4 攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算 攪拌軸上裝有攪拌器，往往由于結(jié)構(gòu)不對(duì)稱、加工安裝有誤差等原因，使回轉(zhuǎn)中心離開其回轉(zhuǎn)軸線而產(chǎn)生回轉(zhuǎn)離心力，使軸受到周期性載荷干擾。當(dāng)周期載荷和頻率與攪拌軸的自然頻率接近時(shí)，軸便發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)，該現(xiàn)象為軸的共振，產(chǎn)生共振時(shí)攪拌軸達(dá)到其臨界轉(zhuǎn)速。攪拌軸的轉(zhuǎn)速為，應(yīng)作臨界轉(zhuǎn)速校核。該攪拌軸上裝有一層攪拌器，其一階轉(zhuǎn)速為：經(jīng)校核，滿足要求。 4 V帶輪設(shè)計(jì)

16、計(jì)算傳動(dòng)的額定功率p=4.4kw小皮帶輪轉(zhuǎn)速為電機(jī)轉(zhuǎn)速大皮帶輪轉(zhuǎn)速為已知攪拌軸轉(zhuǎn)速工況系數(shù)查表有=1.2設(shè)計(jì)功率根據(jù)和，選取B型帶速比i=3.84初選小皮帶輪直徑=125驗(yàn)算帶速帶速在5m/s25m/s范圍內(nèi)，帶速合適選取滑動(dòng)率=0.02，則大皮帶輪直徑=i（1-）=470.7，由表取直徑系列=475mm初定中心距0.7（+）<<2(+)即420<<1200取中心距=450mm帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度=圓整到基準(zhǔn)系列，取=2000mm=+(-)/2 =495小帶輪包角合適確定v帶根數(shù)，查表有，單根v帶傳遞功率單根普通v帶i不等于1時(shí)，傳遞功率增量包角系數(shù) 長(zhǎng)度系數(shù)所以，v帶為4根。

17、5 反應(yīng)釜其他附件5.1 設(shè)備法蘭 當(dāng)筒體與上封頭用法蘭連接時(shí)，常采用甲型平焊法蘭連接，這是壓力容器法蘭中的一種，甲型平焊法蘭密封面結(jié)構(gòu)常用平封封面和凹凸封面兩種，這里選用凹凸封面。法蘭的尺寸見總裝配圖。5.2 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。當(dāng)設(shè)備需要保溫或直接支承在樓板上時(shí)選用B型或C型，否則選用A型，這里選用B型支座。耳式支座的尺寸按規(guī)定選取，材料采用Q235-A。并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的強(qiáng)度校核。5.3 手孔和人孔手孔和人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備的內(nèi)部裝置。這里由于反應(yīng)釜尺寸所限，不設(shè)人孔，僅設(shè)手孔，手孔的直徑見總裝配圖。5.4 設(shè)備接口化工容器及設(shè)備，往

18、往由于工藝操作等原因，在筒體和封頭上需要開一些各種用途的孔。5.4.1 接管與管法蘭接管與管法蘭是用來(lái)與管道或其他設(shè)備連接的。標(biāo)準(zhǔn)管法蘭的主要參數(shù)是公稱通徑（DN）和公稱壓力（PN）。具體尺寸須按設(shè)計(jì)要求分別選取。5.4.2 補(bǔ)強(qiáng)圈容器開孔后由于殼體材料的削弱，出現(xiàn)開孔應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此要考慮補(bǔ)強(qiáng)。 補(bǔ)強(qiáng)圈就是用來(lái)彌補(bǔ)設(shè)備殼體因開孔過(guò)大而造成的強(qiáng)度損失的一種常用形式。補(bǔ)強(qiáng)圈形狀應(yīng)與被補(bǔ)強(qiáng)部分相符，使之與設(shè)備殼體密切貼合，焊接后能與殼體同時(shí)受力。補(bǔ)強(qiáng)圈上有一小孔，焊后同如壓縮空氣，以檢查焊縫的氣密性。補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度和材料一般均與設(shè)備殼體相同。5.4.3 液體出料管和過(guò)夾套的物料進(jìn)出口 出料管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要從物料易放盡、阻力小和不易堵塞等因素考慮。另外還要考慮溫差應(yīng)力的影響。5.4.4 固體物料進(jìn)口的設(shè)計(jì)由于釜體的內(nèi)徑，因此不需要在釜體的封頭上