設備管理_夾套攪拌反應器設計

化工設備基礎夾套攪拌反應器設計課程設計說明書設計題目 夾套攪拌反應器設計學生 學號 專業(yè)班級 指導老師 耿紹輝 化工設備基礎Nefu.目錄第一章 設計方案簡介1.1反應釜的基本結構1.2反應釜的機械設計依據(jù)第二章 反應釜機械設計的內(nèi)容和步驟第三章 反應釜釜體的設計3.1 罐體和夾套計算3.2厚度的選擇3.3設備支座3.4手孔3.5選擇接管、管法蘭、設備法蘭第四章 攪拌轉動系統(tǒng)設計4.1轉動系統(tǒng)設計方案4.2轉動設計計算：定出帶型、帶輪相關計算4.3選擇軸承4.4選擇聯(lián)軸器4.5罐體攪拌軸的結構設計、攪拌器與攪拌軸的連接結構設計4.6電動機選擇第五章 繪制裝配圖第六章 繪制大V帶輪零件圖第七章 本設計的評價及心得體會第八章 參考文獻第一章 設計方案簡介攪拌設備在石油、化工、食品等工業(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)或多或少地應用著攪拌操作，化學工藝過程的種種物理過程與化學過程，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時作為反應器來應用的，而帶攪拌的反應器則以液相物料為特征，有液-液、液-固、液-氣等相反應。攪拌的目的是：1、使互不相溶液體混合均勻，制備均勻混合液、乳化液、強化傳質(zhì)過程；2、使氣體在液體中充分分散，強化傳質(zhì)或化學反應；3、制備均勻懸浮液，促使固體加速溶解、浸取或發(fā)生液-固化學反應；4、強化傳熱，防止局部過熱或過冷。所以根據(jù)攪拌的不同目的，攪拌效果有不同的表示方法。攪拌操作分為機械攪拌和氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體鼓泡通過液體層，對液體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣泡群以密集狀態(tài)上升借所謂氣升作用促進液體產(chǎn)生對流循環(huán)。與機械攪拌相比，僅氣泡的作用對液體所進行的攪拌時比較弱的，所以在工業(yè)生產(chǎn)，大多數(shù)的攪拌操作均是機械攪拌。本設計實驗要求的就是機械攪拌攪拌器設備的設計遵循以下三個過程：1根據(jù)攪拌目的和物理性質(zhì)進行攪拌設備的選型。2在選型的基礎進行工藝設計與計算。3進行攪拌設備的機械設計與費用評價。在工藝與計算中最重要的是攪拌功率的計算和傳熱計算。1.1反應釜的基本結構反應釜是化工生產(chǎn)中常用的典型設備，一臺反應釜大致由：釜底部分、傳熱、攪拌、轉動及密封等裝置組成。釜底部分有包容物料反應的空間，由筒體及上下封頭所組成。傳熱裝置是為了送入或帶走熱量。攪拌裝置由攪拌器及攪拌軸所組成。為使攪拌器轉動，就需要有動力裝置，如電動機經(jīng)V帶傳動、蝸桿減速機減速后，再通過聯(lián)軸器帶動攪拌器轉動。反應釜的上下密封裝置有兩種類型：靜密封是指管法蘭、設備法蘭等處的密封；動密封是指轉動軸出口處的機械密封或填料密封等。反應釜上海根據(jù)工藝要求配有各種管接口、人孔、手孔、視鏡及支座等部件。1.2反應釜的機械設計依據(jù)反應釜的機械設計是在工藝要求確定之后進行的。反應釜的工藝要求通常包括反應釜的容積、最大工作壓力、工作壓力、工作溫度、工作介質(zhì)及腐蝕情況、傳熱面積、攪拌形式、轉速及功率、裝配哪些接管口等幾項內(nèi)容。這些要求一般以表格及示意圖反映在工藝人員提出的設備設計要求單中。第二章 反應釜機械設計的內(nèi)容和步驟確定反應釜的結構型式和尺寸選擇材料計算強度或穩(wěn)定性選用零部件繪制圖樣提出技術要求第三章 設備的計算和選擇3.1 反應釜釜體的設計3.1.1筒體的直徑與高度A確定筒體和封頭型式：從要求單上所列的工作壓力及溫度以及該設備之工藝性質(zhì)，可以看出它是屬于帶攪拌的低壓反應釜類型，一類低壓容器。根據(jù)慣例，選擇圓柱筒體和橢圓形封頭。B確定筒體和封頭直徑：筒體的基本尺寸是內(nèi)徑Di和高度H，如圖所示筒體的基本尺寸首先決定于工藝要求。對于帶攪拌器的反應釜來說，設備容積為主要決定參數(shù)，根據(jù)化工設備原理知識，攪拌功率和攪拌器直徑的五次方成正比，而攪拌器直徑往往需要隨容器直徑的增大而增大，因此在同樣的容積條件下，反應釜的直徑太大是不適宜的，又如某些有特定要求的反應釜如發(fā)酵罐之類，為了使通入罐中的空氣能與發(fā)酵液充分接觸，需要一定的液位高度，故筒體的高度不宜太矮，分局根據(jù)實踐經(jīng)驗，幾種反應釜的H/Di值大致如下：種類釜內(nèi)物料類型H/Di一般反應釜液固相或液液相物料11.3氣液相物料12發(fā)酵罐類型1.72.5聚合釜懸浮液2.083.85在確定反應釜直徑及高度時，還應根據(jù)反應釜操作時所允許的裝滿程度-裝料系數(shù)k等給予綜合考慮，通常裝料系數(shù)k可取0.6到0.85。如反應時易起泡沫或呈沸騰狀態(tài)，裝載系數(shù)k可取低值，如取0.6到0.7；反應狀態(tài)平穩(wěn)，系數(shù)k可取0.8到0.85。因此設備容積V與操作容積V，應有如下關系：V0=kV。在生產(chǎn)中要合理選用裝料系數(shù)，以提高設備利用率。工藝條件單中所提出的設容積，對直立的反應釜來說，通常是由=指圓柱形筒體及下封頭所包含的容積，即V=Vb+Vh，式中Vb -設備筒體部分容積，m3 Vh -封頭容積，m3根據(jù)V及選定的H/Di值，可以初步估算反應釜的內(nèi)徑，取以選定的H/Di值帶入上式，即可初步估算反應釜的內(nèi)徑。以上計算通常在工藝的要求設計中進行，初步估算出Di數(shù)值后，還要考慮使用反應釜內(nèi)徑符合壓力容器公稱直徑的標準，以及制造廠現(xiàn)用封頭磨具的尺寸，以便封頭與之配套，和與之相配的零件如法蘭等可以標準化。封頭根據(jù)筒體直徑Di及所確定的型式按標準選用。對于直立反應釜，其圓柱部分筒體高度可有一下公式計算 本設計中，V=5.3m3，從以下表中圖1H/Di1 公稱直徑標準系列，D取1800mmC確定筒體高度當DN=1800mm，從表中查得圖2標準橢圓形封頭的容積Vh=0.827m3圖3查得筒體每一米高的容積V1=2.545m3則筒體高度估算為：D確定夾套直徑圖4查得，Dj=Di+100=1800+100=1900mm。夾套封頭也采用橢圓形，并與夾套筒體去取相同直徑。E確定夾套高度夾套筒體的估算高度如下：取Hi為1400mmF校核傳熱面積當DN=1800mm時從表中查得封頭內(nèi)表面積Fh=3.6535mm2F1=5.66m2F=Fh+1.1F1=9.8795m2計算所得傳熱面積大于工藝要求的8m2，說明以上確定夾套高度是可以的。G內(nèi)筒及夾套的受力分析工藝提供的條件為：釜體內(nèi)筒中工作壓力2.2Mpa，夾套內(nèi)工作壓力2.3Mpa。則夾套筒體和夾套封頭為承受2.3Mpa；而內(nèi)筒的筒體和下封頭為既承受2.2Mpa內(nèi)壓，同時又承受2.3Mpa外壓。H計算夾套筒體、封頭厚度夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊接，因檢測困難，故取，材料均取Q235鋼夾套厚度計算如下：圖5取99夾套封頭厚度計算：圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標準，夾套筒體與封頭厚度均取46mm。I計算內(nèi)筒筒體厚度：當名義厚度為30mm時，不能滿足穩(wěn)定要求，當名義厚度為34mm時圖6A=0.005圖7B=160因此，名義厚度既可能承受內(nèi)壓，又可能承受外壓。因此筒體厚度應選取兩者中較大值，既確定筒體厚度為34mm。J確定內(nèi)壓封頭厚度承受2.2Mpa內(nèi)壓設取34mm，滿足穩(wěn)定要求。3.1.2夾套的結構夾套傳熱結構簡單，基本上不需要進行維修。但有襯里的反應釜或釜壁采用導熱性不良的材料制造時，因傳熱效果差，不宜采用夾套傳熱。采用夾套傳熱時，因夾套向外有熱量散失，股需要在夾套體外包以保溫材料。容器外夾套通常有如下幾種類型： 圖8夾套封閉結構通常是由夾套筒體扳邊而成，再焊在釜壁上，如下幾種形式：圖9在夾套中用蒸汽作為載體時，一般從上端進入夾套，凝液從夾套底部排除；如用液體作為冷卻液時則相反，采取下端進，上端出，以使夾套中經(jīng)常從滿液體，從分利用傳熱面，加強傳熱效果。 在用液體作為載體時，為加強傳熱效果，也可在釜底壁外焊接螺旋導流板，圖10夾套高度的確定，還應考慮兩個因素：當反應釜筒體與上封頭用設備法蘭連接時，夾套頂邊至少應在法蘭下方150到200mm處；而當反應釜具有兒座時，需考慮避免因夾套頂部位置而影響耳座的焊接地位。3.2厚度的選擇中低壓的反應釜釜體部分壓力套厚度，基本上按容器設計方法來確定。反應釜狀態(tài)下操作，如不帶夾套，則筒體及上下封頭均2按內(nèi)壓容器設計，以操作時釜內(nèi)最大壓力為工作壓力；如帶夾套時，則反應釜筒體及上下封頭應按承受內(nèi)壓和外壓分別進行計算，并取兩者中的壁厚較大者。按內(nèi)壓計算時，最大壓力差為釜內(nèi)工作壓力；按外壓計算時，最大壓力差為夾套內(nèi)工作壓力或夾套內(nèi)工作壓力加0.1MPa。上封頭如不包含夾套內(nèi)，則不承受外壓作用，只按內(nèi)壓計算，但取與下封頭相同的厚度。夾套筒體及夾套封頭則以夾套內(nèi)的最大工作壓力按內(nèi)壓容器設計，真空時按受外壓進行計算。通常封頭與筒體取相同的厚度，必要時還得考慮內(nèi)、外筒體膨脹差的影響。當夾套上有支件時，還應考慮容器和所裝物料的質(zhì)量。3.3設備支座化工設備上的支座是支撐設備重量和固定設備位置用的一種不可缺少的部件。在某些場合下支座，支座還可能承受設備操作時的振動、地震載荷、風雪載荷等。支座的結構形式和尺寸往往決定于設備的型式、載荷情況及結構的材料。最常用的有：耳式支座、支撐支座和鞍式支座。3.3.1耳式支座耳式支座又稱懸掛式支座，如下所示：圖113.3.2支撐式支座高度不大的立式設備，也常采用支撐式支座，標準系列的結構，是由兩塊筋板及一塊地板組合而成的，必要時可在支座與筒地間加以墊板：圖123.3.3鞍式支座貯槽、換熱器等臥式設備常用鞍式支座予以支撐，如下：圖133.4手孔手孔即縮小的人孔，其安設是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設備內(nèi)部裝置。手孔與人孔的結構基本相同，由一個短筒節(jié)，蓋上一塊盲板構成。手孔直徑一般為150250mm，應使工人戴上手套并握住工具的手能方便地通過，標準化手孔的公稱直徑有DN150、DN250兩種。當設備直徑超過900mm時，應開設人孔。3.5.1選擇接管 進料管：當塔徑大于800mm，人可以進入塔進行檢修，并在物料潔凈和不易聚合的情況下，一般采用如下結構的進料管：圖p388查表圖p388d01 出料管：塔底出料管直徑大于或等于800mm時，一般采用：圖p389進氣管：在要求不高的塔中，通常采?。簣Dp3903.5.2管法蘭管法蘭的類型如下：圖14管法蘭的密封形面形式如下：圖153.5.3設備法蘭設備法蘭指設備殼體上設備筒體或設備封頭連接的法蘭。（在容器上的叫容器法蘭，在設備上的叫設備法蘭，在管子上的叫管法蘭，閥門管路附件上的叫附件法蘭。這屬于每個行業(yè)的慣用術語。）第四章 攪拌轉動系統(tǒng)設計4.1轉動系統(tǒng)設計方案在反應釜中，為增加反應速率、強化傳質(zhì)或傳熱效果以及加強混合作用，常裝設攪拌裝置。攪拌裝置由攪拌器與攪拌軸組成，攪拌器形式很多，通常由工藝要求確定。4.1.1槳式攪拌器槳式攪拌器結構最簡單，葉片用扁鋼制成，焊接或用螺栓固定在輪轂上，葉片數(shù)是2、3或4片，葉片形式可分為平直葉和折葉氏兩種，即根據(jù)葉片的形狀特點不同可分為平槳式攪拌器和斜槳式攪拌器。平槳式攪拌器產(chǎn)生的是徑向力，斜槳式攪拌器產(chǎn)生的是軸向力，槳式攪拌器適用于低黏度的液體，懸浮液及溶解液攪拌。4.1.2框式攪拌器框式攪拌器的框架可由管材制作而成。如下所示：圖164.1.3推進式攪拌器推進式攪拌器常用整體鑄造，加工方便。圖17 本次設計選擇槳式攪拌器。4.1.1槳式攪拌器直徑的計算槳式攪拌器直徑D約取反應釜內(nèi)徑的0.25到0.27，既D=450mm到1350mm之間，根據(jù)以下：圖18p405選取1000mm作為直徑。b=（0.1-0.25）Dj=100-250mm取b=200mm。h=（0.2-1）Dj=200-1000mm取h=500mm。4.2轉動設計計算：定出帶型、帶輪相關計算4.2.1 V帶選擇電動機功率=11kw，小帶輪轉速n=1500r/min傳動比是4設計功率p=1.25.6=6.72kw，查表如下： 圖p182選取A型帶，圖p182小帶輪直徑125mm大帶輪直徑500mm。初定中心矩a0=（0.7-2）（120+480）=420-1200mma0選取800mm。V帶基準長度Ld0=2a0+，查表：圖p173基準長度選取1600mma=800+21=821mm，選取820mm。查表：圖p178P1=2kw，圖p180V帶根數(shù)z=帶數(shù)選取6根。圖p1734.2.2帶輪設計圖p185圖p185基準寬度bd11.0基準線上槽深hamin2.75基準線下槽深hfmin8.7槽間寬e15第一槽對稱面致端面的最小距離fmin9最小輪緣寬6帶輪寬B93外徑da505.54.3選擇軸承4.3.1軸徑等的有關計算計算圖19p235選取45號鋼，懸臂攪拌軸，A=110，P=5.6kw，n=380r/min軸直徑系列為：20，25，30，35，40，50-200mm d取30mm。軸的懸臂長度L1=（40-50）d，兩軸間的距離B=L1/（4-5）L1取1200mm，B取300mm。4.4選擇聯(lián)軸器圖20p413選取固定式三分式聯(lián)軸器，可以使軸間留有較大間距的主、從動軸連接起來，保留有凸緣聯(lián)軸器容易對中的優(yōu)點，兼有夾殼聯(lián)軸器裝卸方便的長處，更主要的是，更換密封圈時有時只需要將從動軸稍做下降既可。圖21p240軸承選取6206深溝球軸承2個。4.5罐體攪拌軸的結構設計、攪拌器與攪拌軸的連接結構設計4.5.1攪拌軸的結構設計圖22p4104.5.2攪拌器與攪拌軸的連接結構設計當攪拌軸直徑小于50mm時，除采用螺栓對夾外，再用緊定螺釘固定。圖23p408軸封：容器內(nèi)壓較大，故選用機械密封，密封性較好。因密封摩擦功率損失，單選面密封。4.6電動機選擇帶的傳動效率電動機功率=，查表：（機械設計大全附錄）選用電動機160M，n=1500r/min，電動機中心高是540mm，標準號是JB3074-82，功率是11kw第五章 繪制裝配圖第六章 繪制大V帶輪零件圖第七章 本設計的評價及心得體會本次課程設計歷經(jīng)數(shù)