1.8m3搅拌式反应釜设计解析.docx

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1、湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计1.8才搅拌式反响釜设计DESIGN 1,8M3AGITATED REACTOR学生姓名：李建军学号：200841914526年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化（五）班指导老师及职称：汤兴初副教授学 部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年05月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下， 进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明 引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品 成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体

2、在文中均作了明确的说明 并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学 院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承当。毕业设计作者签名:好。因此题目该反响釜的封头采用标准椭球封头，类型是EHA设计参数确实定P=l. 1PW=1. 1x0. 4MPa,压力同釜体 Pc=P=0. 33MPa。=0.6 (从平安考虑，检讨上所有焊缝系数都为0.6)t=150 CfO. 6mm C2=lmm封头的壁厚得设计设封头壁厚Sn=6mm (封头厚度取与筒体厚度一致)查表得bii3MPa7 PR0.33x1300c / 小S =+ C-+1. 6=4. 767mm (5) 2

3、日, 0 0.5R2xll3xO.6-O.5x 0.33圆整 Sn=6mm= S 假设合理3. 3. 4封头的直边尺寸、体积确实定查表知EHA的总高度 压=325mm对于标准椭圆形封头直边高度卜2=4一二4x350_1300=25mm (6) 44hi =350-25=325mm体积/=0.3208m33. 4筒体长度H的设计3. 4. 1筒体长度H的设计由上计算的每一米高的筒体积VfI. 327m3口 V-VZ21,八H=- =1. 454m (7)V 1.539筒体高度圆整为H=1400mmoH/D=1400 1300=1. 08,复核结果基本符合原定范围。3. 4. 2釜体长径比校核H/

4、D= 1400+1300=1. 08,复核结果基本符合原定范围。4. 5外压筒体壁厚的设计5.1设计外压确实定Pc=0.1MPa5. 2试差法设计外压筒体的壁厚设筒体的壁厚为 Sn=6mm Se=Sn-C=6-1.25=4.75mmDo=Di+2sn= 1200+2 x 6=1212mm由 Lcr=L17 Do (Do/ Se) 1/2 W Lcr=l. 17x 1212 (1212/4. 75) 1/2=22651. 3mmLZ=H+ (hh)/3+h= 1140+ (325-25)/3+25-1265mmP那么Sn=6mm设计合理。3. 5. 3图算法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚s =6mm

5、,那么：5 =6-1. 25 = 4. 75 mm ,D = D. + 2szi=1212x , DJSe = 1212 /4.75 = 255.16 o在文献305页中图15- 4中的Z/0,坐标上找到1. 102的值，由该点做水平线与 对应的O/Se =255.16线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应为： A-0.00029 o由文献307页中图15- 7中选取，在水平坐标中找到A=2.9X1(T点，由该点做 竖线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数3的 值为：5=37MPa、E = 1.900xl05MPcio37得：p =0.145 QMPa

6、). (10)1212/4.75因为 p =0.1 MPa 因为 p =0.1 MPa 5% (14)PP液不能忽略PC=P+P=O. 1x1. 1+0. 0124=0. 1224MPa,由于夹套内的温度为125150故取 t=150,查 Q235-A 的b=13MPa2. 2夹套筒体壁厚的设计按强度条件设计由公式 Sd二PcDi/2bt。-Pc+C (15)得 Sd= (0. 1224x 1400)/(2x113x0. 6-0. 1224) +1. 0+0. 6=2. 8642mm圆整 Sd=3mm Sn=Sd因此假设合理由Pc=o. IMPaVO. 3MPa按强度设计的壁厚不能满足刚度要求

7、，需按刚度条件重新计 算Di=1500 5%.P液不能忽略PPc=P+P 液=0. 1X 1 1+0. 0124=0. 1224MPa4. 3. 3封头的壁厚的设计设夹套封头的壁厚 Sn=3mm b J113MPa CfO. 6mm C2=lmm由公式 Sd=PcD/2cr-0. 5PC +C得 Sd= (0. 1224x 1400)/(2x113x0. 6-0. 5x0. 1224) +1. 6=2. 864mm圆整 Sd=3mm Sn=Sd因此假设合理与筒体取一致，故Sn=4nm因为Sn=4mm EHA为了便于生产，所以夹套筒体厚度和封头厚度为6mm。4. 3. 4封头的直边尺寸、 体积与

8、重量确实定表1封头的尺寸Table Ithe size of head公称直DN/mm总深度H/mm内外表积A/m2容积V/m314003752. 23460. 39774. 3. 5封头结构的设计封头的下部结构如图2-1。由设备设计条件单知：出料口的DN=65根根，封头下 部结构的主要结构尺寸Dmin =180。2。图2封头下部结构Fig.2Head lower part structure4.4传热面积的校核DN=1300釜体下封头的内外表积Fh= 1.9340m2QN=1300筒体(1m高)的内外表积F=4. 09m?夹套包围筒体的外表积 Fs=F1XHj = 4. 09X1.2=4.

9、908 (m2) (17)Fh+Fs= 1.9340+ 4. 908 = 6. 842 (m2)由于釜内进行的反响是放热反响，产生的热量不仅能够维持反响的不断进行，且 会引起釜内温度升高。为防止釜内温度过高，在釜体的上方设置了冷凝器进行换热， 因此不需要进行传热面积的校核。如果釜内进行的反响是吸热反响，那么需进行传热面 积的校核，即：将Fh+Fs= 6.842 m2与工艺需要的传热面积F=6.8m2进行比拟。%+工 F,所以不需要在釜内另设置蛇管。5反响釜釜体及夹套的压力试验釜体的水压试验5. 1. 1水压试验压力确实定水压试验的压力：且不小于(p+0. 1) MPa , (18)当回1.8时

10、取1.8oPf1.25x1. 1x0. 58x1=0. 80MPaPT=0. 80MPaP+0, 1=0. 68MPa .PT=0. 80MPa1.2液压试验的强度校核jT(Dj + S“-C) (19)得 qax 二0.812Qgl6-L25)=10L5Mpa查表14-42(6-1.25) cr =203MPa得5m =101. 5MPa0, 9o-0=O. 9x203x1. 0=182. 7MPa I I 1(1/VkJ因此液压强度足够1.3压力表得量程压力表的最大量程：P表=2PL2x0.80=L60MPa水温：水中。广浓度W25mg/L。5. 1.4水压试验的操作过程在保持釜体外表干燥

11、的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓 慢升至0.80M/勿，保压不低于30min,然后将压力缓慢降至0.,并保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。假设质量合格，缓慢降 压，将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。假设质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。5. 2釜体的气压试验2. 1气压试验压力确实定由公式 Pt=L 15P得 Pt=1. 15x1. 1x0. 58x1=0. 7337MPa (20)2. 2气压试验的强度校核maxpTPt + Stl -C)2 C)(21)得-7f皿帼Pa crmqx =93. 0451.8时取1.8。PT=1.25

12、xl. 1x0. 1x1=0. 1375MPa因为 PWP+O. 1=1. 1x0. 1+0 l=0.21MPa得 PT=0. 21 MPa5. 3. 2液压试验的强度校核maxPt (。+- C)2一。得。max0.21x(1500 + 6 1.25)2(6-1.25)=33.26MPao-nrix =33. 26MPa5 5. 3. 4水压试验的操作过程在保持夹套外表干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓 慢升至0.21M外 ,保压不低于30min,然后将压力缓慢降至0.168MPa ,保压足够长 时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。假设质量合格，缓慢降

13、压 将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。假设质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。 6反响釜附件的选型及尺寸设计6.1釜体法兰联接结构的设计设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。 法兰的设计图3釜体法兰Fig.3 The kettle body flang根据 DN=1300mni、PN=0.6 MPa ,由文献U表16-9确定法兰的类型法兰的选型：乙型平焊法兰法兰的标准代号：法兰GII6I-1300 JB/T4702-2000法兰的材料：Q235A表2釜体法兰尺寸Table.2The kettle body flange dimensions公称法兰，mm螺

14、栓直径DN数D DtD2 D3 D46H51aa 1d规格mm量因为PN=0.6MPaL6MPa,介质温度：150查文献P331表16-14知密封面采用光滑面。6. 1.3螺栓,螺母的尺寸规格本设计选用六角头螺栓（C级、GB/T5780-2000）、I型六角螺母（C级、GB/T41-2000） 平垫圈（100HV、GB/T95-2002）螺栓长度L的计算：螺栓的长度由法兰的厚度（3）、垫片的厚度（S）、螺母的厚度（”）、垫圈厚度 （6）、螺栓伸出长度d确定。其中 3=46 如%、S -2 mm H-30mm h =3 mm 螺栓伸出长度取d-Qmm螺栓的长度 L 为 L=2b + S + H

15、+ /z =2x46 + 2 + 30 + 2x3 + 10=140ni取 L =140 mm螺栓标记：GB/T5780-2000 M 24x140螺母标记：GB/T41-2000 M24垫圈标记： GB/T95-200224-100HV法兰、垫片、螺栓 螺母、垫圈的材料表3配用件材料Table.3With pieces of material垫片螺栓螺母法兰垫圈耐油橡胶石A 级钢 A 级钢 lCrl8NH0Ti 0Crl8Nil0Ti棉6. 2选用手孔，视镜等和工艺接管的设计6. 2. 1手孔由平盖手孔（JB/T589-1979）或板式平焊法兰手孔（HG21529-199手,选用 光滑密封的

16、平盖手孔APN1, DN250JB/T589-1979. o6. 2. 2视镜有标准压力容器视镜（HG/T21619-21620-1986 ）或组合式视镜 （HG21505-1992）,选用碳钢带颈视镜 IPN1, DN80（HG/T21619-21620-1986） 06. 2. 3进料管口采用cl-2采用姬7x3.5无缝钢管，管的一端切成45。，伸入罐内一定长度。配用 法兰PN0. 6, DN50, HG20592-1997（钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）。6. 2. 4温度计加强套管温度计的选用参考生产厂家的产品目录，选用公称直径65nlin,配凸面板 式平焊管法兰PNO. 6MPa,

17、 DN65, HG20593-1997 （板式平焊钢制管法兰）。出料口出料口 h采用676X4无缝钢管，配法兰PN0.6, DN65, HG20592T997（钢制管 法兰型式、参数（欧洲体系）o6. 2. 6平安阀接口平安阀接管a采用6 45X3. 5无缝钢管，接管与封头内外表磨平。配用法兰PNO. 6, DN40, HG20592-1997（钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）。6. 2. 7冷凝器接口 i和压力表接管e冷凝器接口 i和压力表接管e都采用4）32X3.5无缝钢管,接管与封头内外表磨平。 配用法兰PN0.6, DN25, HG20592-1997C钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）

18、。6. 2. 8加热蒸汽进口加热蒸汽进口管g采用638X3.5无缝钢管，配法兰PNO. 6 , DN32 , HG20592-1997（钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）。6. 3管法兰尺寸的设计6. 3.1管法兰的选型突面板式平焊法兰代号PL 标准号HG20593图4管法兰Fig.4Pipe flanges6. 3. 2管法兰的尺寸表4管法兰尺寸Table.4Pipe flange size连接尺寸公称螺栓孔 中心直 径K螺栓孔 直径L螺栓孔 数量n螺纹Th-法兰接管名法兰 盖外 径D盖厚度C理论质量（kg）称直径DN手孔2503753351812M162420.2视镜80190150184M

19、12183. 86进料管50140110144M12161.86口温度计65160130144M12162.45出料口65160130144M12162.45平安阀40130100144M12161.59冷凝液 出口2510075114M10140. 82压力表 接口2510075114M10140. 82加热蒸 汽管口3212090144M12161.346. 4垫片尺寸及材质6. 4. 1垫片的结构工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的垫片尺寸、材质由文献1251页表12-26 查如表所示。图5管道法兰用软垫片Fig.5Pipe flanges with a cushion sheet6. 4

20、. 2密封面形式及垫片尺寸表5密封面形式及垫片尺寸Table.5Sealing surface form and size of washer接管名称密封面型_ 式垫片尺寸mm垫片材料外径D内径d厚度6手孔RF2592112中压石棉橡胶板视镜RF120872中压石棉橡胶板进料管口RF87572中压石棉橡胶板温度计RF109762中压石棉橡胶板出料口RF109762中压石棉橡胶板平安阀RF75462中压石棉橡胶板冷凝液出口RF57272中压石棉橡胶板压力表接口RF57272中压石棉橡胶板加热蒸汽管RF65322中压石棉橡胶板6.5手孔的设计6. 5.1手孔的结构由于釜体的内径。.=1300mm,

21、因此不需要在釜体的封头上设置人孔，本设计选用 PN0.6DN200板式平焊法兰手孔。目录摘要1关键词1前言11.1 反响器的现状及开展前景11.2 搅拌式反响釜结构设计及其工作原理示图22设计条件及设计内容分析32.1 反响釜设计的内容主要有33反响釜釜体的设计33. 1 釜体DN确实定3釜体DN确实定32 釜体筒体壁厚的设计3设计参数确实定3筒体壁厚的设计43 釜体封头的设计4封头的选型4设计参数确实定4封头的壁厚得设计4封头的直边尺寸、体积确实定43.4 筒体长度H的设计53. 4. 1 筒体长度H的设计53. 4. 2 釜体长径比校核53. 5 外压筒体壁厚的设计53. 5. 1 设计外

22、压确实定53. 5. 2 试差法设计外压筒体的壁厚53. 5. 3 图算法设计筒体的壁厚53. 6 外压封头壁厚得设计63 . 6 . 1 设计外压得确定63 . 6 . 2封头壁厚得计算6图6手孔结构图Fig.6Hand hole structure6. 5. 2手孔尺寸表6固体物料进口的尺寸Table.6Solid material inlet size公称压 力PN (MPa)公称D.bb.b2直径DNd”xSD0.6250273x8375335242124T Th2螺栓螺 母螺栓螺柱螺母螺柱总质量(kg)Hi数量直径X长 度数量数量直径X长 度1909012M16x751224M16x

23、9539.6表7明细表 Table.7List材料序号 标准号名称 数量列别代号IIIIIIV20 （钢管）螺栓螺栓见尺4. 6级4. 6级HGJ75-1991螺柱寸表3535HGJ75-1991螺母见尺寸表2525HGJ45-1991法兰Q235-A20RHGJ69-1991HGJ69-1991石棉橡胶板垫柔性石柔性石HGJ70-1991垫片墨复合柔性石墨复合垫HGJ71-1991HGJ71-1991聚四氟乙烯包覆垫法兰GB61-1991GB61-1991Q235-A20R把手Q235-A F6. 6视镜的设计视镜主要用来观察设备内物料及其反响情况，也可以作为液面指示镜。常用的视 镜有视镜、

24、带颈视镜和压力容器视镜（分别有带颈和不带颈两种）几种。6. 6.1视镜的选型带颈视镜JB595-64钢制不锈钢带颈视镜6. 6. 2视镜的结构图7视镜结构Fig.7Mirror structure6. 6. 3视镜的规定标记、标准图号 视镜的尺寸及材料由文献同附录六确定视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料。标记：视镜 n PN = 0.6MAi, DN=80nun标准图号：JB595-64。表8视镜的尺寸Fig.8Mirror structure公视镜视镜片 密封垫 螺柱公称称压力数直PN X D K G hl h2 h3 dl S dgi dgo 量 螺纹 径MPan注：表内未注明单位

25、的均为mm。6. 6. 4视镜标准件的材料应符合表9的规定。表9标准件材料Table.9The standard materials材料备注序号 名称 数量 III1 视镜玻璃2 视镜座3 密封垫4 压紧环1 钢化硼硅玻璃1Q245R 0Crl8Ni9改性、填充聚四氟乙烯板2 或合成纤维橡胶压制板1Q245R 0Crl8Ni9螺母见尺寸表8级螺母见尺寸表8级A2-70 GB/T 6170-20006 双头螺柱见尺寸表8.8级 A2-70 GB/T 897-19887 螺塞 M6 435JB/ZQ 4452T9977支座的选型6. 7.1支座的选型及尺寸的初步设计悬挂式支座的选型由于设备外部设置

26、有100加阳的保温层，所以选耳式B型支座，支座数为4个。悬挂式支座的尺寸的初步设计反响釜总质量的估算：mimj+mz+ma+mi+ms式中：mi釜体的质量(Kg)； oh夹套的质量(Kg)； nh一搅拌装置的质量(Kg)叫一附件的质量(Kg)； 1115保温层的的质量(Kg)物料总质量的估算：m”=mj+md式中：nh一釜体介质的质量(Kg)； nid一夹套内水的质量(Kg)反响釜的总质量估算为2000Kg,物料的质量为2484Kg(以水装满釜体和夹套计算)，装置的总质量：m=mF+mw=2000+2484=4484 (Kg)每个支座承受的重量Q约为：4484X9. 81/2 = 21. 97

27、16 (KN)根据DN=1400mm、Q=21. 9716KN由文献附表16-23初选B型耳式支座，支座号为3。表10 B型耳式支座的尺寸(mm)Table. lOType B lug support size ( mm )支座底板筋板垫板地脚螺栓H 重量hb Sl2b2 1/ed规格kg耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算：。=芦 g + Ge +4(p/l + GeSe)0_3 ( 22)knnD式中 D=#1300+2x6 + 2x8)2 -(125 2x8)2 +2(205 50)=1533. 2mm , (23)h2 =9. 81 /，G =1500x9.81 = 14715(N)

28、, mo =4500 Kg，女= 0.83, =4, p-Q, Se = 500(/71/71)将值代入得。=将值代入得。=4500 x 9.81 +147154 x 14715 x 500+0.83x44x1533 .2X 10-3因为Q = 2253KN 2-= 285990 = 7149 .75o r40搅拌轴为实心轴，那么：W = J7149,75 = 32.942mmpV0.2 V 0.2取 d=40min1.2搅拌轴刚度校核禽”=必应*吧*103得(26)IlldAyGJ p71/)28599018onnc / / r zj 1 _i c。/6max =rx=0. 8005 /mL

29、81.0 /mmax 8x0.1x404 7i所以圆轴的刚度足够，考虑到搅拌轴与联轴器配合，取d=50mm7. 2搅拌轴临界转速校核计算由于反响釜的搅拌轴转速/i=60厂/min Di=1200mni,本设计使用两个搅拌桨搅拌桨浸入液体内的最正确深度为：5=2/3=2x1515. 3/3=1010. 3mm故浸入液体的长度L3=320mm搅拌轴的长度 L 为：L=671+679. 7+1010. 3=2360. 9mm圆整取L=2365 mm5. 2搅拌轴的结构由于搅拌轴的长度较大，考虑加工的方便，将搅拌轴设计成两局部。与减速机相 联的搅拌轴轴长为：M+L (L4:搅拌轴深入釜内的长度，d=5

30、0mm时取350mm文献 表 3-5-23)L/=500-69+350=781mm 取 Lz=785mm搅拌轴下局部的轴长为L=L-L=2365-785=1580mm8传动装置的选型与尺寸设计7. 1电动机的选型由于反响釜里的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，应选用隔爆型三相异步电机(防 爆标志dHATD。根据电机的功率P=1.8KW、转速n=1500r/min,由机械设备通用手 册表32-16选用的电机型号为：Y100Ll-4o2减速器的选型根据电机的功率P = 2. 2KW、搅拌轴的转速n = 1500r/min、传动比，为1500/60 = 25, 选用直联摆线针轮减速机(HG5-745-7

31、8),标记ZLD2. 04A25。由文献表9-2-41 确定其安装尺寸，直联摆线针轮减速机的外形见图、安装尺寸如表。图10直连摆线针轮减速机Fig.lODirect cycloid reducer表15减速机的外形安装尺寸Table. 15Reducer contour and installation dimensions222DDmn dDP260230200432006-0 12224ECfhbBMble1516148.514430796158. 3机架的设计由于反响釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了带短节的夹壳联节，且反响 釜使用不带内置轴承的机械密封，应选用町型无支点机架(HG2

32、1566-95)0由搅拌轴 的直径d = 50mm可知，机架的公称直径DN250。结构如图。图11WJ型无支点机架Fig. 11 WJ type pivot frame8. 4底座的设计对于不锈钢设备，本设计采用图底座的结构，其上部与机架的输出端接口和轴封 装置采用可拆相联，下部伸入釜内，结构与尺寸如图。图12底座Fig.l2Base8. 5反响釜的轴封装置设计8. 5.1反响釜的轴封装置的选型反响釜中应用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。考虑到釜内的 物料具有易燃性和一定的腐蚀性，因此选用机械密封。根据Pw=0.60MPa、t = 120、 n=85r/min d=50mmo由文献表6-3-37选用2001型单端面平衡型机械密封，其结构 如图、主要尺寸如表所示。8. 5. 2轴封装置的结构及尺寸图13机械密封F