机械课程设计 反应釜.docx

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机械课程设计反应釜

合肥学院

HEFEIUNIVERSITY

机械课程设计

题目:

2m3ClO2反应釜的机械设计

组号:

第一组

系别:

化学与材料工程系

专业:

粉体材料科学与工程

学号:

姓名:

指导教师:

2011年1月5日

《机械设计基础》课程设计任务书

设计题目：

2m3二氧化氯料反应釜机械设计

设计目的：

在一定工艺条件与设备设计的基础上，把所学机械设计及相关专业知识综合运用，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。

设计要求：

设计时要有具体的设计内容和步骤，一份设计计算说明书，主要内容有：

一、设计任务书；

二、目录；

三、概述：

机械课程设计意义和主要内容。

包括：

课程相关内容、设计的意义；

四、工艺背景：

产品介绍、工艺介绍、本设计采用的工艺及对机械设计的要求

五、机械设计：

计算用到工程力学；数据的逻辑关系；与课程紧密结合，注明参考资料引用位置；

六、设计小结；

七、参考文献；

八、CAD图纸一张，用A3纸打印。

设计内容：

设计一张带有搅拌装置的夹套反应釜。

第七组：

组长：

闫超子

设计人：

孟波、吴霖、闫超子、褚瞧

表1设计参数

设计参数要求

容器内

夹套内

工作压力，Mpa

常压

常压

设计压力，Mpa

常压

常压

工作温度，℃

85

90

设计温度，℃

<110

<140

介质

氯酸钠、甲醇、和硫酸溶液

水及水蒸气

全容积，m³

2

操作容积，m³

1.5

传热面积，m³

5

腐蚀情况

微弱

推荐材料

45号钢

搅拌器型式

桨式搅拌器

搅拌轴转速，r/min

50

轴功率，KW

2

1概述

机械基础课程设计是课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试机械设计在化工中的应用。

化工机械设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。

机械课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学环节。

在教师指导下，通过裸程设计，

能够将机械设备课程所学的知识，在设计中综合地加以运用，使学到的知识得到一点巩固、加深和提高，同时初步培养我们独立进行机械设计的工作能力，树立正确的设计思想，掌提化工容器及设备设计的基本方法和程序，为今后从事机械设计打下良好的基础。

并且使我们能够熟悉和运用设计资料，如有关国家（部颁）标准，以完成作为机械技术人员在机械设计方面所必备的基本训练。

反应釜的广义理解即有物理或化学反应的不锈钢容器，通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。

随之反应过程中的压力要求对容器的设计要求也不尽相同。

生产必须严格按照相应的标准加工、检测并试运行。

不锈钢反应釜根据不同的生产工艺、操作条件等不尽相同，反应釜的设计结构及参数不同，即反应釜的结构样式不同，属于非标的容器设备。

带有搅拌装置的釜式反应器是化工、医药、染料、涂料等行业生产中常用的典型设备，它们的机械设计除涉及到化工设备机械基础教材中化工容器设计的内容外，还有不同的设计和计算要求。

右图为一台典型的带搅拌及夹套传热的反应釜。

由图可知，反应釜通常由釜体、传热、搅拌、传动、密封等装置及有关附件组成。

2工艺背景

2.1生产工艺过程

无杂质的氯酸钠、甲醇、和硫酸溶液按固定比例送入发生器[3]，发生器在一定的温度和压力条件下运行，通过循环泵使液体在发生器与再沸器之间循环。

发生器内液体发生反应生成ClO2气体和酸性芒硝。

系统内的水被再沸腾器蒸发，水蒸汽作为ClO2气体的稀释剂。

从发生器排气管出来的ClO2和蒸汽混合气体进入冷凝器，大部分的水蒸汽被冷凝。

经过冷却的ClO2气体进入吸收塔，用5~7℃的冷冻水吸收，调节冷冻水的流量以获得所需浓度（8-10g/L）的ClO2溶液。

系统尾气送入洗涤器，用冷冻水回收尾气中残余的ClO2气体后排入大气。

副产品芒硝悬浮液用泵送入过滤机，过滤出芒硝晶体，液体返回发生器。

芒硝晶体落入溶解槽，用热水溶解接近饱和溶液（约30%），再用泵送至碱回收车间黑液回收系统。

主要化学反应：

12NaClO2+8H2SO4+3CHOH→12ClO2+9H2O+4Na3H（SO4）2+3CHOOH

3机械设计

根据《机械设计基础》[4]及所学的化工知识，开始对二氧化氯反应釜的设备选型和关键机械部位设计。

3.1反应釜体设计

反应釜[5]的釜体由圆筒形壳体、上封头和下封头组成。

封头型式多为椭球形，但对于含有固体颗粒或粘度较大物料的釜体，其下封头常采用便于出料的锥型封头；筒体与下筒体与下封头一般采用焊接。

上封头与筒体的连接方式由釜体的直径确定。

当釜体直径＜800时，人在釜内的活动空间较小，故一般采用法兰联接。

当釜体直径＞800时，封头与筒体也可焊接。

内件的装拆可通过封头上的人孔进入釜内来完成，有时为方便装拆和检修，既用法兰来连接封头和筒体，又在封头上开设人孔。

3.1.1反应釜的搅拌装置

搅拌器的型式搅拌器[6]的作用是推动静止的液料运动，维持搅拌过程所需的流体流动状态，以达到搅拌的目的。

搅拌器的主要部件是桨叶，因此桨叶的几何形状、尺寸、数量及转速对搅拌器的功能和搅拌效果有重要影响。

常见的搅拌器型式如图所示。

搅拌器的尺寸按标准HG/T2123—91中规范的主要参数确定。

搅拌器的型式的选择可参考搅拌器选用表。

搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。

搅拌器的形式很多，根据任务说明书的要求，本次设计采用的是浆式搅拌器。

其机械设计的主要内容是：

确定搅拌器直径、搅拌器与搅拌轴的连接结构。

、进行搅拌轴的强度设计和临界转速校核、选择轴的支撑结构。

D1/DJ取1.25：

1—2：

1H0/DJ=1:

1—2:

1

有实际情况取D1/DJ=1.5：

1H0/DJ=1:

1

则：

搅拌器直径DJ=900mm

液面高度：

H0=900mm

3.1.2反应釜的传动装置

带搅拌器的反应釜，需要电动机和传动装置来驱动搅拌器转传动装置一般安放在釜体的顶部。

通常采用立式布置。

如图所示。

电动机的转速较高，通过减速机可将转速降至工艺要求的搅拌转速，再通过联轴器带动搅拌轴转动。

（1）电动机的选用反应釜传动装置上的电动机选用问题，主要是确定电动机的系列、功率、转速、安装方式及防爆要求等几项内容。

电动机的系列反应釜常用的电动机系列有：

Y（异步电动机）、YB（隔爆型异步电动机）、YX（改进型异步电动机）等几种，其特点和使用范围可查阅有关手册。

一般异步电动机的同步转速按电动机的极数分成几档。

设备选用电机主要是考虑到它的系列，功率，转速，以及安装形式和防爆要求等几项内容。

最常用的为Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机。

电机功率必须满足搅拌器运轴功率与传动系统，轴封系统功率损失的要求，还要考虑到又时在搅拌过程操造作中会出现不利条件造成功率过大。

电机功率可按下式确定：

式中：

p=1.4KWη=0.95~0.96

设计采用机械轴封，功率消耗小，Pm=0.6KW

则：

Pd=2.2KW

（2）电动机的安装型式电动机的安装一般有如图所示的几种型式，选用时可根据所选的减速机和机架对电动机安装位置的安排确定。

（3）联轴器的选择

联轴器类型：

刚性凸缘联轴器、刚性夹壳联轴器、弹性圆柱销联轴器

几种联轴器的性能

（4）传动装置的机架

反应釜立式传动装置是通过机架安装在釜体封头上的。

机架是一个带有上、下法兰的壳体，上法兰与减速机底板相联；下法兰与封头上的底座相联。

联轴器、轴封装置等零部件安装在壳体的空腔内。

一般釜用传动装置的机架，按《搅拌传动装置系统组合》HG21563—95标准系列中列出的有无支点机架、单支点机架和双支点机架两种可供选用。

3.1.3反应釜的轴封装置

反应釜的密封有两种：

一种是静密封，如法兰联接的密封；另一种是动密封，轴封属于动密封。

反应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。

（1）填料箱密封[7]填料密封的结构填料箱密封的结构大体如图所示，它是由衬套、填料箱体、填料环、压盖、压紧螺栓等组成。

其密封的原理是：

被装填在搅拌轴和填料函之间环形间隙中的填料，在压盖压力的作用下，沿搅拌轴表面会产生径向压紧力。

材料为0Cr18Ni11Ti，标记为：

填料箱80-Ⅰ，HG21537.4—92-6

搅拌轴用填料密封箱的品种

釜用机械密封结构的选型

机械密封的结构

机械密封的结构

3.2夹套几何尺寸计算

夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。

夹套的安装尺寸见图4-6，夹套内径D2可根据筒体内径D1选取：

D2=D1+100=1500mm

夹套下封头型式同筒体封头，直径D2与夹套筒体相同。

夹套高H2有传热面积而决定，不能低于料液高，

装料系数：

y=操作容积/全容积=2÷2.5=0.8

夹套高H2计算：

H2=（ηV-V封）÷Vim代入数值计算

得：

H2=1.04m

夹套所包围的罐体的表面积，一定要大于工艺要求的传热面积F，即：

F封＋F筒>=F其中F筒=H2×F1m

故F封＋F筒=2.2346＋4.40×1.04=7.07>=7㎡

所以换热要求满足。

筒体和上封头的连接采用甲型平焊法兰连接，选取凹凸密封面法兰，其尺寸见附图4-2，主要尺寸有附表4-4查的，其中：

D=1530mmD1=1490mmD2=1455mmD3=1441mm

D4=1438mmS=46mmd=23mm

4总结

反应釜的设计历时很久，期间我们遇到了许多困难，但都让我们一一解决了。

在这过程中，胡老师通过给我们定期开会，并用投影机设备就每组设计共同讨论，使我们可以互相学习每组的长处，同时也能避免一些不必要的错误。

同时我们通过不断地查资料、解决问题，培养了我们独立分析问题解决问题的能力，学到了许多以前不了解的知识，认识到自己的不足，使我们收益颇丰。

5参考文献

[1]刁玉玮、王立业，化工设备机械基础，大连：

大连理工大学出版社，2006，12　

[2]吴宗泽，机械设计师手册﹙上﹚[M]，北京：

化学工业出版社，2002，1

[3]吴宗泽，机械设计实用手册[M]，北京：

化学工业出版社，1998，7

[4]余国琮，化工机械手册[M]，天津：

天津大学出版社，1991，5

[5]魏崇光、郑晓梅，化工工程制图，北京：

化学工业出版社，1994，3

[6]巨勇智、勒士兰，过程设备机械基础，北京：

国防工业出版社，2005，4