夹套搅拌反应器设计.docx
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夹套搅拌反应器设计
课程设计讲明书
设计题目夹套搅拌反应器设计
学生
学号
专业班级
指导老师耿绍辉
化工设备基础
Nefu.20121228
第一章设计方案简介
1.1反应釜的差不多结构
1.2反应釜的机械设计依据
第二章反应釜机械设计的内容和步骤
第三章反应釜釜体的设计
3.1罐体和夹套计算
3.2厚度的选择
3.3设备支座
3.4手孔
3.5选择接管、管法兰、设备法兰
第四章搅拌转动系统设计
4.1转动系统设计方案
4.2转动设计计算：
定出带型、带轮相关计算
4.3选择轴承
4.4选择联轴器
4.5罐体搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计
4.6电动机选择
第五章绘制装配图
第六章绘制大V带轮零件图
第七章本设计的评价及心得体会
第八章参考文献
第一章设计方案简介
搅拌设备在石油、化工、食品等工业生产中应用范围专门广，尤其是化学工业中，专门多的化工生产或多或少地应用着搅拌操作，化学工艺过程的种种物理过程与化学过程，往往要采纳搅拌操作才能得到好的效果。
搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的，而带搅拌的反应器则以液相物料为特征，有液-液、液-固、液-气等相反应。
搅拌的目的是：
1、使互不相溶液体混合均匀，制备均匀混合液、乳化液、强化传质过程；2、使气体在液体中充分分散，强化传质或化学反应；3、制备均匀悬浮液，促使固体加速溶解、浸取或发生液-固化学反应；4、强化传热，防止局部过热或过冷。
因此依照搅拌的不同目的，搅拌效果有不同的表示方法。
搅拌操作分为机械搅拌和气流搅拌。
气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群以密集状态上升借所谓气升作用促进液体产生对流循环。
与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体所进行的搅拌时比较弱的，因此在工业生产，大多数的搅拌操作均是机械搅拌。
本设计实验要求的确实是机械搅拌搅拌器设备的设计遵循以下三个过程：
1依照搅拌目的和物理性质进行搅拌设备的选型。
2在选型的基础进行工艺设计与计算。
3进行搅拌设备的机械设计与费用评价。
在工艺与计算中最重要的是搅拌功率的计算和传热计算。
1.1反应釜的差不多结构
反应釜是化工生产中常用的典型设备，一台反应釜大致由：
釜底部分、传热、搅拌、转动及密封等装置组成。
釜底部分有包容物料反应的空间，由筒体及上下封头所组成。
传热装置是为了送入或带走热量。
搅拌装置由搅拌器及搅拌轴所组成。
为使搅拌器转动，就需要有动力装置，如电动机经V带传动、蜗杆减速机减速后，再通过联轴器带动搅拌器转动。
反应釜的上下密封装置有两种类型：
静密封是指管法兰、设备法兰等处的密封；动密封是指转动轴出口处的机械密封或填料密封等。
反应釜上海依照工艺要求配有各种管接口、人孔、手孔、视镜及支座等部件。
1.2反应釜的机械设计依据
反应釜的机械设计是在工艺要求确定之后进行的。
反应釜的工艺要求通常包括反应釜的容积、最大工作压力、工作压力、工作温度、工作介质及腐蚀情况、传热面积、搅拌形式、转速及功率、装配哪些接管口等几项内容。
这些要求一般以表格及示意图反映在工艺人员提出的设备设计要求单中。
第二章反应釜机械设计的内容和步骤
确定反应釜的结构型式和尺寸
选择材料
计算强度或稳定性
选用零部件
绘制图样
提出技术要求
第三章设备的计算和选择
3.1反应釜釜体的设计
3.1.1筒体的直径与高度
A确定筒体和封头型式：
从要求单上所列的工作压力及温度以及该设备之工艺性质，能够看出它是属于带搅拌的低压反应釜类型，一类低压容器。
依照惯例，选择圆柱筒体和椭圆形封头。
B确定筒体和封头直径：
筒体的差不多尺寸是内径Di和高度H，如图所示
筒体的差不多尺寸首先决定于工艺要求。
关于带搅拌器的反应釜来讲，设备容积为要紧决定参数，依照化工设备原理知识，搅拌功率和搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器直径往往需要随容器直径的增大而增大，因此在同样的容积条件下，反应釜的直径太大是不适宜的，又如某些有特定要求的反应釜如发酵罐之类，为了使通入罐中的空气能与发酵液充分接触，需要一定的液位高度，故筒体的高度不宜太矮，分局依照实践经验，几种反应釜的H/Di值大致如下：
种类
釜内物料类型
H/Di
一般反应釜
液固相或液液相物料
1~1.3
气液相物料
1~2
发酵罐类型
1.7~2.5
聚合釜
悬浮液
2.08~3.85
在确定反应釜直径及高度时，还应依照反应釜操作时所同意的装满程度------装料系数k等给予综合考虑，通常装料系数k可取0.6到0.85。
如反应时易起泡沫或呈沸腾状态，装载系数k可取低值，如取0.6到0.7；反应状态平稳，系数k可取0.8到0.85。
因此设备容积V与操作容积V，应有如下关系：
V0=k·V。
在生产中要合理选用装料系数，以提高设备利用率。
工艺条件单中所提出的设容积，对直立的反应釜来讲，通常是由=指圆柱形筒体及下封头所包含的容积，即
V=Vb+Vh，式中Vb------设备筒体部分容积，m^3
Vh------封头容积，m^3
依照V及选定的H/Di值，能够初步估算反应釜的内径，取
以选定的H/Di值带入上式，即可初步估算反应釜的内径。
以上计算通常在工艺的要求设计中进行，初步估算出Di数值后，还要考虑使用反应釜内径符合压力容器公称直径的标准，以及制造厂现用封头磨具的尺寸，以便封头与之配套，和与之相配的零件如法兰等能够标准化。
封头依照筒体直径Di及所确定的型式按标准选用。
关于直立反应釜，其圆柱部分筒体高度可有一下公式计算
本设计中，V=5.3m^3，从以下表中
图1
H/Di
1
公称直径标准系列，D取1800mm
C确定筒体高度
当DN=1800mm，从表中查得
图2
标准椭圆形封头的容积Vh=0.827m^3
图3
查得筒体每一米高的容积V1=2.545m^3
则筒体高度估算为：
D确定夹套直径
图4
查得，Dj=Di+100=1800+100=1900mm。
夹套封头也采纳椭圆形，并与夹套筒体去取相同直径。
E确定夹套高度
夹套筒体的估算高度如下：
取Hi为1400mm
F校核传热面积
当DN=1800mm时从表中查得封头内表面积Fh=3.6535mm^2
F1=5.66m^2
F=Fh+1.1·F1=9.8795m^2
计算所得传热面积大于工艺要求的8m^2，讲明以上确定夹套高度是能够的。
G内筒及夹套的受力分析
工艺提供的条件为：
釜体内筒中工作压力2.2Mpa，夹套内工作压力2.3Mpa。
则夹套筒体和夹套封头为承受2.3Mpa；而内筒的筒体和下封头为既承受2.2Mpa内压，同时又承受2.3Mpa外压。
H计算夹套筒体、封头厚度
夹套筒体与内筒的环焊接，因检测困难，故取
，材料均取Q235钢
夹套厚度计算如下：
图5
取99
夹套封头厚度计算：
圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准，夹套筒体与封头厚度均取46mm。
I计算内筒筒体厚度：
当名义厚度为30mm时，不能满足稳定要求，当名义厚度为34mm时
图6
A=0.005
图7
B=160
因此，名义厚度既可能承受内压，又可能承受外压。
因此筒体厚度应选取两者中较大值，既确定筒体厚度为34mm。
J确定内压封头厚度
承受2.2Mpa内压
设取34mm，
满足稳定要求。
3.1.2夹套的结构
夹套传热结构简单，差不多上不需要进行维修。
但有衬里的反应釜或釜壁采纳导热性不良的材料制造时，因传热效果差，不宜采纳夹套传热。
采纳夹套传热时，因夹套向外有热量散失，股需要在夹套体外包以保温材料。
容器外夹套通常有如下几种类型：
图8
夹套封闭结构通常是由夹套筒体扳边而成，再焊在釜壁上，如下几种形式：
图9
在夹套中用蒸汽作为载体时，一般从上端进入夹套，凝液从夹套底部排除；如用液体作为冷却液时则相反，采取下端进，上端出，以使夹套中经常从满液体，从分利用传热面，加强传热效果。
在用液体作为载体时，为加强传热效果，也可在釜底壁外焊接螺旋导流板，
图10
夹套高度的确定，还应考虑两个因素：
当反应釜筒体与上封头用设备法兰连接时，夹套顶边至少应在法兰下方150到200mm处；而当反应釜具有儿座时，需考虑幸免因夹套顶部位置而阻碍耳座的焊接地位。
3.2厚度的选择
中低压的反应釜釜体部分压力套厚度，差不多上按容器设计方法来确定。
反应釜状态下操作，如不带夹套，则筒体及上下封头均2按内压容器设计，以操作时釜内最大压力为工作压力；如带夹套时，则反应釜筒体及上下封头应按承受内压和外压分不进行计算，并取两者中的壁厚较大者。
按内压计算时，最大压力差为釜内工作压力；按外压计算时，最大压力差为夹套内工作压力或夹套内工作压力加0.1MPa。
上封头如不包含夹套内，则不承受外压作用，只按内压计算，但取与下封头相同的厚度。
夹套筒体及夹套封头则以夹套内的最大工作压力按内压容器设计，真空时按受外压进行计算。
通常封头与筒体取相同的厚度，必要时还得考虑内、外筒体膨胀差的阻碍。
当夹套上有支件时，还应考虑容器和所装物料的质量。
3.3设备支座
化工设备上的支座是支撑设备重量和固定设备位置用的一种不可缺少的部件。
在某些场合下支座，支座还可能承受设备操作时的振动、地震载荷、风雪载荷等。
支座的结构形式和尺寸往往决定于设备的型式、载荷情况及结构的材料。
最常用的有：
耳式支座、支撑支座和鞍式支座。
3.3.1耳式支座
耳式支座又称悬挂式支座，如下所示：
图11
3.3.2支撑式支座
高度不大的立式设备，也常采纳支撑式支座，标准系列的结构，是由两块筋板及一块地板组合而成的，必要时可在支座与筒地间加以垫板：
图12
3.3.3鞍式支座
贮槽、换热器等卧式设备常用鞍式支座予以支撑，如下：
图13
3.4手孔
手孔即缩小的人孔，其安设是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部装置。
手孔与人孔的结构差不多相同，由一个短筒节，盖上一块盲板构成。
手孔直径一般为150~250mm，应使工人戴上手套并握住工具的手能方便地通过，标准化手孔的公称直径有DN150、DN250两种。
当设备直径超过900mm时，应开设人孔。
3.5.1选择接管
进料管：
当塔径大于800mm，人能够进入塔进行检修，并在物料洁净和不易聚合的情况下，一般采纳如下结构的进料管：
图p388
查表
图p388
d01
出料管：
塔底出料管直径大于或等于800mm时，一般采纳：
图p389
进气管：
在要求不高的塔中，通常采取：
图p390
3.5.2管法兰
管法兰的类型如下：
图14
管法兰的密封形面形式如下：
图15
3.5.3设备法兰
设备法兰指设备壳体上设备筒体或设备封头连接的法兰。
（在容器上的叫容器法兰，在设备上的叫设备法兰，在管子上的叫管法兰，阀门管路附件上的叫附件法兰。
这属于每个行业的惯用术语。
）
第四章搅拌转动系统设计
4.1转动系统设计方案
在反应釜中，为增加反应速率、强化传质或传热效果以及加强混合作用，常装设搅拌装置。
搅拌装置由搅拌器与搅拌轴组成，搅拌器形式专门多，通常由工艺要求确定。
4.1.1桨式搅拌器
桨式搅拌器结构最简单，叶片用扁钢制成，焊接或用螺栓固定在轮毂上，叶片数是2、3或4片，叶片形式可分为平直叶和折叶氏两种，即依照叶片的形状特点不同可分为平桨式搅拌器和斜桨式搅拌器。
平桨式搅拌器产生的是径向力，斜桨式搅拌器产生的是轴向力，桨式搅拌器适用于低黏度的液体，悬浮液及溶解液搅拌。
4.1.2框式搅拌器
框式搅拌器的框架可由管材制作而成。
如下所示：
图16
4.1.3推进式搅拌器
推进式搅拌器常用整体铸造，加工方便。
图17
本次设计选择桨式搅拌器。
4.1.1桨式搅拌器直径的计算
桨式搅拌器直径D约取反应釜内径的0.25到0.27，既D=450mm到1350mm之间，依照以下：
图18p405
选取1000mm作为直径。
b=（0.1-0.25）Dj=100-250mm
取b=200mm。
h=（0.2-1）Dj=200-1000mm
取h=500mm。
4.2转动设计计算：
定出带型、带轮相关计算
4.2.1V带选择
电动机功率=11kw，小带轮转速n=1500r/min
传动比是4
设计功率p=1.2·5.6=6.72kw，查表如下：
图p182
选取A型带，
图p182
小带轮直径125mm
大带轮直径500mm。
初定中心矩a0=（0.7-2）·（120+480）=420-1200mm
a0选取800mm。
V带基准长度Ld0=2a0+
，查表：
图p173
基准长度选取1600mm
a=800+21=821mm，选取820mm。
查表：
图p178
P1=2kw，
图p180
V带根数z=
=
带数选取6根。
图p173
4.2.2带轮设计
图p185
图p185
基准宽度
bd
11.0
基准线上槽深
hamin
2.75
基准线下槽深
hfmin
8.7
槽间宽
e
15
第一槽对称面致端面的最小距离
fmin
9
最小轮缘宽
6
带轮宽
B
93
外径
da
505.5
4.3选择轴承
4.3.1轴径等的有关计算计算
图19p235
选取45号钢，悬臂搅拌轴，A=110，P=5.6kw，n=380r/min
轴直径系列为：
20，25，30，35，40，50---200mm
d取30mm。
轴的悬臂长度L1=（40-50）·d，两轴间的距离B=L1/（4-5）
L1取1200mm，B取300mm。
4.4选择联轴器
图20p413
选取固定式三分式联轴器，能够使轴间留有较大间距的主、从动轴连接起来，保留有凸缘联轴器容易对中的优点，兼有夹壳联轴器装卸方便的长处，更要紧的是，更换密封圈时有时只需要将从动轴稍做下降既可。
图21p240
轴承选取6206深沟球轴承2个。
4.5罐体搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计
4.5.1搅拌轴的结构设计
图22p410
4.5.2搅拌器与搅拌轴的连接结构设计
当搅拌轴直径小于50mm时，除采纳螺栓对夹外，再用紧定螺钉固定。
图23p408
轴封：
容器内压较大，故选用机械密封，密封性较好。
因密封摩擦功率损失，单选面密封。
4.6电动机选择
带的传动效率
电动机功率=
，查表：
（机械设计大全附录）
选用电动机160M，n=1500r/min，电动机中心高是540mm，标准号是JB3074-82，功率是11kw
第五章绘制装配图
第六章绘制大V带轮零件图
第七章本设计的评价及心得体会
本次课程设计历经数周，收获颇多。
有上网收集资料、图书馆参考文献、向周围的同学询问。
不断反复的进行修改、更正。
确实了解到实际生活中的问题要比理论探讨的复杂的多，困难的多。
尤其是一些细节性问题，要不断进行推敲，反复进行计算核实。
一旦遇到理论课本中无法解决的问题，通过借鉴实际生活经验，拿出可靠的数据，采取参考的方法解决如此细节而又关键的问题。
事实上，实际设计中，理论知识用到的并不多，恰恰是前人的经验起到了关键性的作用。
此次课程设计本着实事求是的原则，科学求确实态度，初步完成了老师交代的课程任务，可能这其中有许多让人不尽如人意的地点，这也在所难免，希望得到老师指正。
通过此次课程设计，使我查阅文献的能力和对数据的选择推断能力得到了专门好的锻炼，同时我也意识到自己应该把所学到的知识应用到设计中来。
在设计中,同学之间的相互关心，相互交流，进一步加深了对夹套搅拌反应器的认识的;通过对设计中遇到的问题展开相互讨论，使彼此的设计更加完善，对设计的认识更加深刻。
再次感谢我各位友爱的同学们。
CAD机械设计软件，在塑料模具中有涉猎到。
同过本次设计反应釜的总设计图和大V带轮零件图，更加深了对CAD软件的了解，学会了许多新知识，作图技巧更加娴熟。
对设计任务的流程有了初步的认识，在今后的设计中积存了宝贵的经验，为以后的工作打下了殷实地基础。
或许本次课程的设计中存在许多错误，自己的经验和知识有限，希望得到老师指正。
第八章参考文献
《化工设备机械基础》（第二版）汤善甫等主编
《机械设计参考大全》
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