夹套式反应釜设计使用说明.docx

1、夹套式反应釜设计使用说明“过程装备课程设计”任务书设计者姓名:指导老师：班级：过程装备与控制工程11-2班日期：2014/6/23-2014/7/11简图设计参数及要求容器内夹套内工作压力，MPa0.250.35设计压力，MPa0.3工作温度，C设计温度，C 100 3腐蚀情况微弱推荐材料Q345R搅拌器型式推进式搅拌轴转速，250r/mi nr/mi n轴功率，kW 3接管表符号公称尺寸DN连接面形式用途A25PL/RF蒸汽入口B65PL/RF加料口C100凸凹面视镜D25PL/RF温度计管口E25PL/RF压缩空气入口F40PL/RF放料口G25PL/RF冷凝水出口过程装备课程设计姓 名

2、学 院 机械与汽车工程 专业班级 过程装备与控制工程 11-2班指导老师 摘要 3Abstract 4绪论 51.1夹套反应釜的总体结构 51.2反应釜基本特点 51.3反应釜的发展趋势 72、夹套反应釜设计 72.1、 罐体几何尺寸计算 72.1.1确定筒体内径 7.2.1.2确定封头尺寸 8.2.1.3确定筒体高度 8.2.1.4夹套几何尺寸计算 8.2.2、 夹套反应釜的强度与稳定性计算 92.2.2稳定性校核（按外压校核厚度） 1 02.2.3水压测试校核 122.3反应釜的搅拌器 1.2.2.3.1搅拌器的选型： 122.3.2搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计 132.3.3挡

3、板的设计 1.32.4反应釜的传动装置 13.2.4.1常用电机及其连接尺寸 132.4.2带传动减速机 .42.4.3凸缘法兰 .162.4.4安装底盖 .172.4.5 机架 172.4.6联轴器 172.5搅拌轴的设计和校核 18.2.5.1轴的和设计 182.5.2轴的校核 182.6键的校核 1.92.7反应釜的轴封装置 20.2.8反应釜的其他附件 21.2.8.1设备法兰 212.8.2 支座 222.8.3设备接口 22结束语 23.致谢 24.参考文献 25.摘 要：夹套反应釜分罐体和夹套两部分，主要有封头和筒体组成，多为中、 低压压力容器；搅拌装置有搅拌器和搅拌轴组成，其形

4、式通常由工艺 而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要有电动机、减速器、 联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填 料密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的夹套 反应釜。关键词：压力容器；反应釜；设计Abstract : Reactor is made up of tank and jacket. The main parts are end socket andbarrel. The most reactor is middle and low pressurecontain er.Thedasher is made up stirrer and mix

5、er shaft, which is base onthe craft. Thegearing is to drive the dasher,which is made up electromotorreducerand coupling drive shaft. The shaft seal is motive seal. Itusually adoptmechanical seal and packing seal. It form the whole reactorwith thesupport man hole and tube and so on.Key words: pressur

6、e vessels ； reactor ； design1、绪论1.1夹套反应釜的总体结构夹套反应釜广泛用于合成橡胶、合成塑料、农药、化肥等行业。如图所示， 为一台带式搅拌的夹套反应釜。夹套反应釜主要由搅拌容器、 搅拌装置、传动装 置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成 。搅拌容器常被称作搅拌釜，当作反应器用时，称为搅拌式反应器，简称反应釜。反搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压 力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成， 其形成通常由工艺设计而定；传动装 置是为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴 封装置为动密封，一般采用机械密封

7、或填料密封；它们与支座、人孔、工艺管等 附件一起，构成完整的夹套反应釜。反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它 复合材料。反应釜可采用 SUS304、SUS316L等不锈钢材料制造。搅拌器有锚 式、框式、桨式、涡轮式，刮板式，组合式，转动机构可采用摆线针轮减速机、 无级变速减速机或变频调速等，可满足各种物料的特殊反应要求。密封装置可采 用机械密封、填料密封等密封结构。加热、冷却可采用夹套、半管、盘管、米勒 板等结构，加热方式有蒸汽、电加热、导热油，以满足耐酸、耐高温、耐磨损、 抗腐蚀等不同工作环境的工艺需要。可根据用户工艺要求进行设计、制造。1.2 反应釜基本特点反

8、应釜体普遍采用钢制（或衬里）、铸铁或搪玻璃。反应釜所用的材料、搅拌 装置、加热方法、轴封结构、容积大小、温度、压力等各有异同、种类很多，它们的基本特点分述如下:(1)结构：反应釜结构基本相同，除有反应釜体外，还有传动装置、搅拌和 加热(或冷却)装置等，可改善传热条件，使反应温度控制得比较均匀，并不强化 传质过程。(2)操作压力：反应釜操作压力较高。釜内的压力是化学反应产生或由温度 升高而形成，压力波动较大，有时操作不稳定，突然的压力升高可能超过正常压 力的几倍，因此，大部分反应釜属于受压容器。(3)操作温度：反应釜操作温度较高，通常化学反应需要在一定的温度条件 下才能进行，所以反应釜既承受压力

9、又承受温度。 获得高温的方法通常有以下几 种：1)水加温要求温度不高时可采用，其加热系统有敞开式和密闭式两种。敞 开式较简单，它由循环泵、水槽、管道及控制阀门的调节器所组成，当采用高压 水时，设备机械强度要求高，反应釜外表面焊上蛇管，蛇管与釜壁有间隙，使热 阻增加，传热效果降低。2)蒸汽加热加热温度在100 C以下时，可用一个大气压以下的蒸汽来加热； 100180 C范围内，用饱和蒸汽；当温度更高时，可采用高压过热蒸汽。3)用其它介质加热若工艺要求必须在高温下操作或欲避免采用高压的加热系统时，可用其它介质来代替水和蒸汽，如矿物油 (275300 C )、联苯醚混合剂(沸点258 C )、熔盐(

10、140540 C )、液态铅(熔点327 C)等。4)电加热将电阻丝缠绕在反应釜筒体的绝缘层上，或安装在离反应釜若干距离的特设绝缘体上，因此，在电阻丝与反应釜体之间形成了不大的空间间隙。 前三种方法获得高温均需在釜体上增设夹套， 由于温度变化的幅度大，使釜的夹套及壳体承受温度变化而产生温差压力。 采用电加热时，设备较轻便简单，温度较易调节，而且不用泵、炉子、烟囱等设施，开动也非常简单，危险性不高，成 本费用较低，但操作费用较其它加热方法高，热效率在 85%以下，因此适用于加热温度在400 C以下和电能价格较低的地方。(4)反应釜搅拌结构：在反应釜中通常要进行化学反应，为保证反应能均匀而较快的进

11、行，提高效率，通常在反应釜中装有相应的搅拌装置， 于是便带来传 动轴的动密封及防止泄漏的问题。(5)反应釜的工作：反应釜多属间隙操作，有时为保证产品质量，每批出料 后都需进行清洗；釜顶装有快开人孔及手孔，便于取样、测体积、观察反应情况和进入设备内部检修。1.3 反应釜的发展趋势1、 大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为 6000L以下，其它行业有的达30m 3 ;国外在染料行业有2000040000L，而其它行业可达120 m 3。2、 反应釜的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。 反应釜发展趋势除了

12、装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。3、 以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既 可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的 污染。4、 合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。 热管技术的应用，将是今后反应釜发展趋势。2、夹套反应釜设计2.1、罐体几何尺寸计算2.1.1确定筒体内径有公式:式中V 工艺条件给定容积， m3 （任务书规定1.9 m3）i 长比径，由下表选取表2.1 不同釜内物料类型长径比 釜内物料类型 H1/D i一般反应

13、釜液-固相或液液相物料11.3气液相物料12注：取 i =H i/D 1=1.2经计算得：Di再3宀1-m ；选取圆整筒体内径Di=1200mm 。2.1.2确定封头尺寸反应釜筒体与夹套最常用的封头形式是标准椭圆形封头， 以内径为基准的椭圆形封头代号为EHA，其内径与筒体内径相同，其厚度计算并向上圆整，因此， 取封头的内就内径为1200mm。2.1.3确定筒体高度有公式（4-2）:式中：H 1 V V1 封 /V1mV封 封头容积（见参考文献 1表D-2），m3;V1m 1m 高的筒体容积（见参考文献1表D-1），m3/m;计算得：比 V V1M /V1m=1.455m 圆整 H1=1500m

14、m;式中：V=V1mH1+V 封=1.951m 3 ;V封 封头容积（见参考文献 1表D-2），m3;V1m 1m 高的筒体容积（见参考文献1表D-1），m3/m;H1 圆整后的筒体高度， m。2.1.4夹套几何尺寸计算按表4-5夹套直径D2选取夹套筒体内径 D2= D1+100=1300 mm,0500 6()0700 -1800200C住D,-H50010()Di+2(X装料系数n按式： 0.8夹套筒体高度H2按式：（V V i 封）计算得：H2=1.155m，经圆整得H2=1200mm ;实际总传热面积F按式：F Fim H2 F1# 6.1792m3 3m32.2、夹套反应釜的强度与稳

15、定性计算2.2.1强度计算（按内压计算强度）据工艺条件或腐蚀情况确定，设备材料选用 Q345由工艺条件给定：设计压力（罐体内）P1 =0.25MPa ,设计压力（夹套内）p2=0.35MPa ,设计温度（罐体内）t1100 C,设计温度（夹套内）t20.35MPaDOe确定罐体筒体名义厚度：n=10mm(2)圭寸头稳定性校核假设罐体封头名义厚度 n =10 mm查得钢板厚度负偏差，选取钢板厚度负偏差 G=0.8mm据经验规律，腐蚀裕量 C2=2.0mm厚度附加量C按式：C G C2 2.8 mm罐体封头有效厚度e按式：e n C 7.2mm 罐体封头外径Do按式：DO D1 2 n 1220

16、mm标准椭圆封头当量球壳外半径按式:=1098系数A按式：A0.125Ro/0.00082查图4-2 B f A曲线，得系数 B=110MPaB许用外压力p按式：p 0.72MFa 0.3MPaR e确定罐体封头名义厚度：n =10mm2.2.3水压测试校核Q345通常温度下的许用应力 157MPa罐体的水压测试压力： Pt 1.25Rt 0.3125MPa夹套的水压测试压力： P2T 1.25Rr 0.4375MPa材料的屈服点应力 s 345MPaT 0.9 s= 263.93MPa容器圆筒应力 ：1t Pt（D1一e） 24.03MPa;24.03MPa 263.93MPa 2 e夹套内

17、压试验应力： 1t Pt（D1一e） 39.10MPa;39.10MPa 5m/s故小带轮的直径选取合适。n1根据公式：D2 D1 (1 ) , =2%n2=730 -240 X140 X(1-0.02 )=411.6mm由参考文献3表12.7取圆整D2=400mm=730 X140 X0.98 -400=250.4r/min其误差的绝对值:30 100%240=4.3%5% 在合理范围4）、确定带长和中心距初步取中心距a=500m=2 X500+3.14 十2 X(140+400 ) + -4 廿00=1882mm选用基准长度Ld=2000mm6 ）、验算小带轮包角1 180D2 D157.

18、3a=180 (400-140 )-560 X57.3 =153.4 120 ,故尺寸合适7)确定V带根数z传动比 i= n1 = 720 =2.953n2 243.8由参考文献312.3，12.4,12.5，12.6,12.8分别查得：R=1.30kw, R=0.02kw, K。=0.96,KL=1.11取z=3根8 ）、求压轴力FQ由机械设计基础表12.2查的q=0.10kg/m张紧力公式：500Pc 2.5 2F。 ( 1) qv2ZV K500 3.3 / 2.5 2= ( 1) 0.10 5.353 5.35 0.96=167.78N压轴力FQ=2XZ XF Xsin (a/2 )=

19、2X3X167.78 Xsin (153.4/2 )=979.68N2.4.3凸缘法兰凸缘法兰一般焊接于搅拌容器封头上，用于连接搅拌传动装置，亦可兼作安装，维修，检查用孔。凸缘法兰分整体和衬里两种结构形式，密封面分突面（R） 和凹面（M）两种。本反应釜凸缘法兰焊接于搅拌容器封头上，采用整体结构形式。由表 D-6凸缘法兰主要尺寸，选择公称直径 DN=200mm ，螺纹为M16，螺栓数量为8 个的M型凸缘法兰。244安装底盖安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅 拌传动装置与容器连接的主要连接件。安装底盖的常用形式为RS和LRS型，其他结构（整体或衬里）、密封面形 式（

20、突面或凹面）以及传动轴的安装形式（上装或下装），按HG21565-1995 选取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同。形式选取时应注意与凸缘法兰的密 封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。本反应釜安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接。 采用RS型形式，整体结构、密封面形式（突面）以及传动轴的安装形式（上装）， 按HG21565-1995 选取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同，均为 DN=200mm,查表D.7安装底盖的尺寸确定其他参数。2.4.5机架立式搅拌设备传动装置大多是通过机架、安装底盖安装在搅拌设备封头上。 机架上端应与减速器连接尺寸相匹配，下端采用螺柱与安装底盖相连

21、接。当标准 机架不能满足要求时，可以根据具体结构自行进行设计。本搅拌器的机架为焊接 非标准机架，具体尺寸以图示为准。2.4.6联轴器电机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接， 都是通过联轴器连接的，并传递运动和转矩。联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类。 常用的联轴器有弹性块式联轴器，刚性凸缘联轴器，夹壳联轴器和紧箍夹壳联轴据所选V带减速机的规格,本反应釜采用刚性凸缘联轴器。查 GT型凸缘联 轴器主要参数及尺寸，选用联轴器的符号为GY-4，孔径为40伽，质量为3.15kg。2.5搅拌轴的设计和校核2.5.1轴的和设计搅拌轴的机械设计内容同一般传动轴，主要是结构设计和强度校核搅拌轴的材料：选用 4