夾套反應(yīng)釜課程設(shè)計最終版

1、夾套反應(yīng)釜課程設(shè)計最終版-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)JlM6BIAN有攪拌裝置的夾套反應(yīng)釜反應(yīng)工程與反應(yīng)器是一門應(yīng)工程，是以生物學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)、計算 機(jī)與信息技術(shù)等多學(xué)科為基礎(chǔ)的交叉學(xué)科，研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面： 研究化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，建立反應(yīng)動力學(xué)模型亦即對所研究的化學(xué)反應(yīng)，以簡 化的或近似的數(shù)學(xué)表達(dá)式來表述反應(yīng)速率和選擇率與溫度和濃度等的關(guān)系。 研究反應(yīng)器的傳遞規(guī)律,建立反應(yīng)器傳遞模型 亦即對各類常用的反應(yīng)器內(nèi)的流 動、傳熱和傳質(zhì)等過程進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究，并力求以數(shù)學(xué)式予以表達(dá)。研 究反應(yīng)器內(nèi)傳遞過程對反應(yīng)結(jié)果的影響 對一個特定反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的特定的化 學(xué)反

2、應(yīng)過程，在其反應(yīng)動力學(xué)模型和反應(yīng)器傳遞模型都己確定的條件下，將這 些數(shù)學(xué)模型與物料衡算、熱量衡算等方程聯(lián)立求解，就可以預(yù)測反應(yīng)結(jié)果和反 應(yīng)器操作性能。通過這學(xué)期的學(xué)習(xí)，我了解了反應(yīng)工程的發(fā)展，逐漸清晰了對反應(yīng)工程的 認(rèn)識，掌握了基本的知識。下面是我對學(xué)期所學(xué)的總結(jié)一有攪拌裝置的夾套反 應(yīng)釜，用此篇課程設(shè)計來總結(jié)我學(xué)期的所學(xué)。本次設(shè)計的反應(yīng)釜是反應(yīng)工程中的一種反應(yīng)器，是綜合反應(yīng)容器，根據(jù)反 應(yīng)條件對反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)功能及配置附件的設(shè)計。從開始的進(jìn)料-反應(yīng)-出料均能夠 以較高的自動化程度完成預(yù)先設(shè)定好的反應(yīng)步驟，對反應(yīng)過程中的溫度、壓 力、力學(xué)控制（攪拌、鼓風(fēng)等）、反應(yīng)物/產(chǎn)物濃度等重要參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)

3、 控。目錄課程設(shè)計任務(wù)書錯誤!未定義書簽。1. 設(shè)計方案的分析和擬定錯誤!未定義書簽。2. 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計錯誤!未定義書簽。罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計錯誤!未定義書簽。罐體幾何尺寸計算錯誤!未定義書簽。確定筒體內(nèi)徑錯誤!未定義書簽。確定封頭尺寸錯誤!未定義書簽。確定筒體的厚度H.錯誤!未定義書簽。夾套幾何尺寸計算錯誤!未定義書簽。夾套反應(yīng)釜的強(qiáng)度計算錯誤!未定義書簽。2. 強(qiáng)度計算的原則及依據(jù)錯誤!未定義書簽。按內(nèi)壓對圓筒和封頭進(jìn)行強(qiáng)度計算錯誤!未定義書簽。按外壓對筒體和封頭進(jìn)行強(qiáng)度校核錯誤!未定義書簽。夾套厚度計算錯誤!未定義書簽。水壓試驗(yàn)校核計算錯誤!未定義書簽。3. 反應(yīng)釜的攪拌裝置錯誤!未

4、定義書簽。攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計錯誤!未定義書簽。攪拌軸設(shè)計錯誤!未定義書簽。4. 反應(yīng)釜的傳動裝置錯誤!未定義書簽。常用電機(jī)及其連接錯誤!未定義書簽。釜用減速機(jī)類型，標(biāo)準(zhǔn)及其選用錯誤!未定義書簽。凸緣法蘭錯誤!未定義書簽。安裝底蓋錯誤!未定義書簽。機(jī)架錯誤!未定義書簽。聯(lián)軸器5. 反應(yīng)釜的軸封裝置6. 反應(yīng)釜的其他附件支座錯誤!未定義書簽錯誤!未定義書簽錯誤!未定義書簽錯誤!未定義書簽人孔錯誤!未定義書簽。設(shè)備接口錯誤!未定義書簽。7.反應(yīng)釜的裝配圖錯誤!未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯誤!未定義書簽。課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計目的：把所學(xué)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)及相關(guān)知識，在課程設(shè)計中綜合運(yùn) 用，把

5、化工工藝條件與化工設(shè)備設(shè)計有機(jī)地結(jié)合起來，鞏固和強(qiáng)化 有關(guān)機(jī)械課程的基木理論和基本知識。設(shè)計要求：設(shè)計時要有較精確的設(shè)計內(nèi)容和步驟，一份設(shè)計計算說明書，（設(shè)計 計算說明書是圖紙設(shè)計的理論依據(jù)，是設(shè)計計算的整理和總結(jié)，是 審核設(shè)計的技術(shù)文件之一）。主要內(nèi)容：目錄；2.設(shè)計任務(wù)書；3. 設(shè)計方案的分析和擬定；4.各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定和設(shè)計計算；5. 設(shè)計小結(jié)；6.參考資料。CAD圖紙一張，用A2紙打卬。設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計一張帶有攪拌裝置的夾套反應(yīng)釜。設(shè)計人：劉景龍設(shè)計任務(wù)書1. 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

6、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(shí)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(qiáng)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

7、圖，包括總圖、部件圖。（6）編制技術(shù)要求，提出制造、裝配、檢驗(yàn)和試車等方而的要求。2. 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計反應(yīng)釜是有罐體和夾套兩部分構(gòu)成，罐體是反應(yīng)的核心，為物料完成攪拌 過程提供一個空間。夾套為反應(yīng)的操作溫度提供保障，是一個套在罐體外 的密封空間容器。罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計罐體采用立式的圓筒形容器，有筒體和封頭構(gòu)成。通過支座安裝在基礎(chǔ)平 臺上。封頭一般采用橢圓形封頭。由于筒體內(nèi)徑Di1200mm,因此下封頭與筒 體的連接采用焊接連接。而為了拆卸清洗方便，上封頭采用法蘭與筒體連接。夾套型式與罐體大致一致。罐體幾何尺寸計算221確定筒體內(nèi)徑-般有工藝條件給定容積V、筒體內(nèi)徑D估算:式中i為長徑比即:

8、d ,有表2-1選取。根據(jù)題意取匸,己知V二貝J Di二2451mm,將Di圓整到公稱直徑系列，則Di=i500(mm).表2幾種攪拌釜的長徑比i值種類設(shè)備內(nèi)物料類型1一船揣拌備液一固相或液一液相物料氣一液相物料12發(fā)酵罐類2.2.2確定封頭尺寸(1) 橢圓封頭選取標(biāo)準(zhǔn)件，它的內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑相同，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭尺寸取DN二Di 二2500 (mm)曲邊高度hi =375mm 直邊高度h2=25mm 容積V二(2) 封頭厚度計算由公式：Pt Di2crz(p0.5pc其中Pc二；0 =113MP (由參考文獻(xiàn)附表9查的)封頭焊接采取雙而焊、全焊透，局部無損傷，則e =計算S=X 1500/(2 X

9、 113 X由參考文獻(xiàn)一表4-9查得：負(fù)偏差C1二由參考文獻(xiàn)一表4-11查得：腐蝕裕量C2二計算名義厚度Sn二S+C1+C2+ A二+二故封頭厚度取(3)由于S2.5 m3夾套幾何尺寸計算夾套和筒體的連接常焊接成封閉結(jié)構(gòu)，夾套的結(jié)構(gòu)尺寸常根據(jù)安裝和工 藝兩方而的要求而定。夾套內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D按表2-3選?。篋2 =Di+100=1600mm表2-3夾套直徑D2 mmDi|500600*7001800*20003000d2Di+50Di+100Di+200夾套下封頭型式同筒體封頭，直徑D2與夾套筒體相同。夾套高H2有傳熱面積 而決定，不能低于料液高。裝料系數(shù)：y二操作容積/全容積二=3二

10、夾套高H2計算：H2 = （ HV-Vm） -V.m .其中H取，代入數(shù)值計算得：缶二m夾套所包圍的罐體的表面積，一定要大于工藝要求的傳熱面積F,即：F封+F簡XF其中F滬出XFim故 F 封+F 筒二+X二二7 m2所以換熱要求滿足。筒體和上封頭的連接采用甲型平焊法蘭連接，選取凹凸密封面法蘭，查表得：D二 1630mm； Di二2590mm； D2=1555mm； D3=1541mm； D4=1538mm；S二48mm； d二23mm夾套反應(yīng)釜的強(qiáng)度計算夾套反應(yīng)釜幾何尺寸確定后，要根據(jù)已知的公稱直徑，設(shè)計壓力和設(shè)計溫度 進(jìn)行強(qiáng)度計算確定罐體及夾套的筒體和封頭的厚度。2.強(qiáng)度計算的原則及依據(jù)強(qiáng)

11、度計算中各參數(shù)的選取及計算，均應(yīng)符合GB150-1998鋼制壓力容器 的規(guī)定。圓筒為正壓外帶夾套時：當(dāng)圓筒的公稱直徑DN=600 mm時，被夾套包圍部 分的圓筒分別按內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒計算，取其中較大值，其余部分按內(nèi)壓圓 筒設(shè)計。2.4.2按內(nèi)壓對圓筒和封頭進(jìn)行強(qiáng)度計算(1)筒體強(qiáng)度計算.z獷 crT = l3Mpa k己知：Tc=110 C Pc二 L1 e 二S = PDi 5.5mm 2b cp負(fù)偏差取C2=腐蝕裕量取C2=mm名義厚度:Sn=S+Ci+C2 + =mm(2) 封頭厚度計算Pep2刃 cp=5.5mm名義厚度:Sn=S + Ci + C2 + A =mm2.4.3按外壓對

12、筒體和封頭進(jìn)行強(qiáng)度校核(1)筒體圖算法由于 Do/Se=2O 假設(shè) Sn=14mm 令 Se=Sn-2=12mmDo=Di+2Sn=1528mm 則 L/Do=15OO 4-1528=Do/Se二229； Do2O 查資料得A二 查資料由于Tc =Pc；故筒體厚度Sm取14mm由Sni= Sn2=14mm ；封頭厚度確定為14mm(2)外壓封頭強(qiáng)度計算設(shè)封頭的厚度Sn=14mm計算有效厚度Se=Sn-C=12mmRo二K1D0;式中 Ki 二；Do =Di+2Sn=1528mmRo =X 1528=計算系數(shù)AA=V=00011/Se查參考文獻(xiàn)可知T=Pc;所以封頭厚度確定Sn=14mm2.4.

13、4夾套厚度計算夾套筒體部分厚度計算由 Pc2= ; Tc2二V140C ； L1.S = 7.03mm-2刃 負(fù)偏差取Ci=腐蝕裕量取C2二則 Sn2二S2+C1+二 10mm(2)夾套封頭厚度計算S =幾1= 7.0 加 ?-2刃0-0.5 比同理：Sri2 二 S2 + C1+ A =10mm2.4.5水壓試驗(yàn)校核計算夾套反應(yīng)釜應(yīng)對罐體和夾套分別進(jìn)行水壓試驗(yàn)，并校核圓筒應(yīng)力。T(1)罐體水壓試驗(yàn)由于oaot故 PT二二二內(nèi)=丹(+網(wǎng)=61.7他a2Se材料屈服點(diǎn)應(yīng)力O S二235Mpa; by三os所以罐體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠(2)由于o = ot故 Pt二二二pT (D2 + Se9)-10

14、6Mpa2Se2材料屈服點(diǎn)應(yīng)力為。s=235Mpa0S4)=；聽所以夾套水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠3. 反應(yīng)釜的攪拌裝置攪拌裝置由攪拌器、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，木次設(shè)計采用的是漿式攪拌器。其機(jī)械設(shè)計的主要內(nèi)容是：確定攪 拌器直徑、攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)。、進(jìn)行攪拌軸的強(qiáng)度設(shè)計和臨界轉(zhuǎn)速 校核、選擇軸的支撐結(jié)構(gòu)。由表 2-4 查的 Di/Dj 取：12： 1 H0/Dj=l：l2:1表2-4攪拌器型式選用表工藝過程類別!控制因數(shù)!使用攪拌器型式Di/Dj|Ho/Dj傳熱i容積循環(huán)速率、I流經(jīng)傳熱面的湍1流速度!槳式、推進(jìn)式、渦流|式槳式：12:1推進(jìn)式：3:14:1 渦

15、流式：3:14:1 ：有實(shí)際情況取Di/Dj二：1 ； Ho/Dj=l:l貝|J：攪拌器直徑Dj二900mm；液面高度：H。二900mm攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計槳式攪拌器槳葉為兩葉，軸轉(zhuǎn)速為50r/min ,采用雙層槳安裝。攪拌器與軸的 連接常用螺栓對夾。器主要尺寸有表查的：dj二900mm ； d二50mm螺栓：d0：M16數(shù)量：4；螺釘：di：M16數(shù)量：1S二16 b=90 c二250m=110 仁45 e二5攪拌軸設(shè)計攪拌軸的機(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(qiáng)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(shí)心直軸，因是連接的為槳式攪拌器，

16、故采用光 軸即可。（3）攪拌軸強(qiáng)度校核rmax = 777-廠k軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件是：（參考文獻(xiàn)1.公式9-5）對 Q235-A t k=1220Mpa對實(shí)心軸 Wp= n d716=24531mm3To = X106 p/n=133700N mmIjllJ: rmax - 55Mpa -故 d二50mm 強(qiáng)度足夠（4）攪拌軸的形位公差和表面粗糙度的要求：一般攪拌軸要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，為防止軸的彎曲對軸封處的不利影響，因此 軸安裝和加工要控制軸的直度。當(dāng)轉(zhuǎn)速* 100r/min時直度允許誤差： 1000： o軸的表面粗糙度可按所配零件的標(biāo)準(zhǔn)要求選取。（5）攪拌軸的支撐一般攪拌軸可依靠減速器內(nèi)的一對軸承

17、支承。當(dāng)攪拌軸較長時，軸的剛度條 件變壞。為保證攪拌軸懸臂穩(wěn)定性，軸的懸臂長L】，軸徑d和兩軸承間距B應(yīng) 滿足以下關(guān)系：L1/BW4 5; Li/dW40 50攪拌軸的支承常采用滾動軸承。安裝軸承處的公差帶常采用K60外殼孔的公 差帶常采用H7 o安裝軸承處軸的配合表面粗糙度嗆取。外殼孔與軸承配合 表而粗糙度Ra取。4. 反應(yīng)釜的傳動裝置反應(yīng)釜的攪拌器是由傳動裝置來帶動。傳動裝置設(shè)置在釜頂封頭的上 部，其設(shè)計內(nèi)容一般包括電機(jī)；減速機(jī)的選型；選擇聯(lián)軸器；選用和設(shè)計機(jī) 架和底座等。常用電機(jī)及其連接設(shè)備選用電機(jī)主要是考慮到它的系列，功率，轉(zhuǎn)速，以及安裝形式和防爆 要求等幾項內(nèi)容。最常用的為Y系列全封

18、閉自扇冷式三相異步電動機(jī)。電機(jī)功率必須滿足攪拌器運(yùn)軸功率與傳動系統(tǒng)，軸封系統(tǒng)功率損失的要 求，還要考慮到又時在攪拌過程操造作中會出現(xiàn)不利條件造成功率過大。巴 _ P +七2電機(jī)功率可按下式確定：77式中：PT n = 設(shè)計采用機(jī)械軸封，功率消耗小，Pm二，貝！I： Pd=釜用減速機(jī)類型，標(biāo)準(zhǔn)及其選用反應(yīng)釜的立式減速機(jī)的選用根據(jù)：軸轉(zhuǎn)速n=50r/min電機(jī)功率為查表可選：BLD擺線針輪行星減速機(jī)，其尺寸從HG 5-745-78標(biāo)準(zhǔn)中選 取。電動機(jī)功率為，轉(zhuǎn)速為1430r/min,選取電動機(jī)型號為：Y112M-4,額定功率為4KW，滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min。凸緣法蘭凸緣法蘭一般焊接于攪拌器封

19、頭上，用于連接攪拌傳動裝置。設(shè)計采用R 型突面凸緣法蘭，其尺寸查表得：選擇R型突而凸緣法蘭，其尺寸如下：DN二400mm, di二410mm, d2=565mm k二515mm, d3=430mm, d4=455mm螺栓數(shù)量：16,螺紋：M24,質(zhì)量：46Kg。安裝底蓋安裝底蓋采用螺栓等緊固件，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。設(shè)計選取了 RS型安裝底蓋。其主要 尺寸查的內(nèi)容如下（單位：mm）： DN二400, d2=565, k二515, d5=16-26, d6=415, s二50 d9=176, k2=210, dio=8-M16機(jī)架機(jī)架是安裝減

20、速機(jī)用的，它的尺寸應(yīng)與減速機(jī)底座尺寸相匹配。其選用類 型有三種，本次選用無支點(diǎn)機(jī)架。選用 WJ90 型無支點(diǎn)機(jī)架，Hi二40mm, H2=25,出二7, H4=8, Di二400,D2二450。3二490, D4=430, Ds=515, D6=565, H二660 ,質(zhì)量為 170Kgo聯(lián)軸器常用的電機(jī)和減速機(jī)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。常用的類型很多，選取剛性凸緣聯(lián)軸器，選用GT-45型，其質(zhì)量為17Kgo5. 反應(yīng)釜的軸封裝置軸封式攪拌設(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)以及防止物料溢出和雜質(zhì)的摻入。鑒于攪拌設(shè)備

21、以立式容器 中心頂插式為主，很少滿釜操作，軸封的對象主要為氣體；而且攪拌設(shè)備由于 反應(yīng)工況復(fù)雜，軸的偏擺震動大，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，故不是所有形式的軸 封都能用于攪拌設(shè)備上。反應(yīng)釜攪拌軸處的密封，屬于動密封，常用的有填料密封和機(jī)械密封兩種 形式。他們都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可根據(jù)要求直接選用。這次設(shè)計選用機(jī)械軸封。機(jī)械軸封是一種功耗小，泄露率低，密封性能可靠，使用壽命長的轉(zhuǎn)軸密 封。主要用于腐蝕、易燃、易爆、劇毒及帶有固體顆粒的介質(zhì)中工作的有壓和 真空設(shè)備。由于機(jī)械軸封的結(jié)構(gòu)形式很多。且大都有標(biāo)準(zhǔn)。6. 反應(yīng)釜的其他附件支座夾套反應(yīng)釜多為立式安裝，最常用的支座為耳式支座。標(biāo)準(zhǔn)耳式支座 (JB/T4725-92)分為A型和B型兩種。當(dāng)設(shè)備需要保溫或直接支撐在樓板上 時選用B型，否則選擇A型。設(shè)計中選取B型，支座數(shù)為4個。允許載荷為100KN,支座質(zhì)量為 地腳 螺栓是M24。人孔人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。設(shè)備的直徑 大于900mm,應(yīng)開設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。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