毕业设计（论文）-1.8m3搅拌式反应釜设计（含全套CAD图纸）

全全日日制制普普通通本本科科生生毕毕业业设设计计 1.8m1.8m3 3搅拌式反应釜设计搅拌式反应釜设计 DESIGN 1.8M3AGITATED REACTOR 由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版 说明书，CAD 图纸等，联系 153893706 学生姓名学生姓名 ： 学学 号：号： 年级专业及班级：年级专业及班级：2008级级机械机械设计设计制造及其自制造及其自动动 化化 指导老师及职称：指导老师及职称： 学学 部：部：理工学部理工学部 提交日期：2012 年 05 月 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 本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日 1 目 录 摘要1 关键词1 1 前言1 1.1 反应器的现状及发展前景1 1.2 搅拌式反应釜结构设计及其工作原理示图2 2 设计条件及设计内容分析3 2.1 反应釜设计的内容主要有3 3 反应釜釜体的设计3 3.1 釜体 DN 的确定3 3.1.1 釜体 DN 的确定3 3.2 釜体筒体壁厚的设计3 3.2.1 设计参数的确定3 3.2.2 筒体壁厚的设计4 3.3 釜体封头的设计4 3.3.1 封头的选型4 3.3.2 设计参数的确定4 3.3.3 封头的壁厚得设计4 3.3.4 封头的直边尺寸、体积的确定4 3.4 筒体长度 H 的设计5 3.4.1 筒体长度 H 的设计5 3.4.2 釜体长径比校核5 3.5 外压筒体壁厚的设计5 3.5.1 设计外压的确定5 3.5.2 试差法设计外压筒体的壁厚5 2 3.5.3 图算法设计筒体的壁厚5 3.6 外压封头壁厚得设计6 3.6.1 设计外压得确定6 3.6.2 封头壁厚得计算6 4 反应釜夹套得设计6 4.1 夹套釜体 DN，PN 得确定6 4.1.1 夹套釜体 DN 得确定6 4.1.2 夹套釜体 PN 得确定6 4.2 夹套筒体的设计7 4.2.1 设计参数的确定7 4.2.2 夹套筒体壁厚的设计7 4.2.3 夹套筒体的高度确定7 4.3 夹套封头的设计7 4.3.1 封头的选型7 4.3.2 设计参数的确定8 4.3.3 封头的壁厚的设计8 4.3.4 封头的直边尺寸、体积与重量的确定8 4.3.5 封头结构的设计8 4.4 传热面积的校核8 5 反应釜釜体及夹套的压力试验9 5.1 釜体的水压试验9 5.1.1 水压试验压力的确定9 5.1.2 液压试验的强度校核9 5.1.3 压力表得量程9 5.1.4 水压试验的操作过程9 5.2.1 气压试验压力的确定9 5.2.2 气压试验的强度校核10 5.2.3 气压试验的操作过程10 5.3 夹套的液压试验10 3 5.3.1 水压试验压力的确定10 5.3.2 液压试验的强度校核10 5.3.3 压力表的量程、水温的要求10 5.3.4 水压试验的操作过程10 6 反应釜附件的选型及尺寸设计11 6.1 釜体法兰联接结构的设计11 6.1.1 法兰的设计11 6.1.2 密封面形式的选型11 6.1.3 螺栓、螺母的尺寸规格12 6.1.4 法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料12 6.2 选用手孔，视镜等和工艺接管的设计12 6.2.1 手孔12 6.2.2 视镜12 6.2.3 进料管口12 6.2.4 温度计13 6.2.5 出料口13 6.2.6 安全阀接口13 6.2.7 冷凝器接口 i 和压力表接管 e13 6.2.8 加热蒸汽进口13 6.3 管法兰尺寸的设计13 6.3.1 管法兰的选型13 6.3.2 管法兰的尺寸13 6.4 垫片尺寸及材质14 6.4.1 垫片的结构14 6.4.2 密封面形式及垫片尺寸15 6.5 手孔的设计15 6.5.1 手孔的结构15 6.5.2 手孔尺寸15 6.6 视镜的设计16 4 6.6.1 视镜的选型17 6.6.2 视镜的结构17 6.6.3 视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料17 6.6.4 视镜标准件的材料应符合表 9 的规定17 6.7 支座的选型18 6.7.1 支座的选型及尺寸的初步设计17 6.7.2 支座载荷的校核计算19 7 搅拌装置的选型与尺寸设计19 7.1 搅拌轴直径的初步计算19 7.1.1 搅拌轴直径的设计19 7.1.2 搅拌轴刚度校核19 7.2 搅拌轴临界转速校核计算19 7.3 联轴器的型式及尺寸的设计19 7.3.1 联轴器型式的确定19 7.3.2 联轴器的结构及尺寸20 7.3.3 联轴节的零件及材料20 7.4 搅拌桨尺寸的设计21 7.4.1 桨式搅拌桨的结构21 7.4.2 桨式搅拌桨的尺寸21 7.4.3 桨式搅拌桨零件明细表21 7.5 搅拌轴的结构及尺寸的设计22 7.5.1 搅拌轴长度的设计22 7.5.2 搅拌轴的结构22 8 传动装置的选型与尺寸设计22 8.1 电动机的选型22 8.2 减速器的选型23 8.3 机架的设计23 8.4 底座的设计24 8.5 反应釜的轴封装置设计24 5 8.5.1 反应釜的轴封装置的选型24 8.5.2 轴封装置的结构及尺寸25 9 焊缝结构的设计25 9.1 釜体上主要焊缝结构的设计25 9.2 夹套上的焊缝结构的设计28 10 固体物料进口的开孔及补强计算29 10.1 封头开固体物料进口后被削弱的金属面积 A 的计算29 10.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算30 10.2.1 封头起补强作用金属面积 A1的计算30 10.2.2 接管起补强作用金属面积 A2的计算30 10.2.3 焊缝起补强作用金属面积 A3的计算30 10.3 判断是否需要补强的依据30 11 结论31 参考文献 31 致谢32 附录33 1 1.8m1.8m3 3搅拌釜式反应器设计搅拌釜式反应器设计 学 生： 指导老师： 摘 要：搅拌釜式反应器由搅拌器和釜体组成。搅拌器包括传动装置，搅拌轴（含轴封） ， 搅拌桨;釜体包括筒体，夹套和内件，盘管，导流筒等。工业上应用的搅拌釜式反应器有成百上千 种，按反应物料的相态可分成均相反应器和非均相反应器两大类。非均相反应器包括固-液反应器， 液-液反应器，气-液反应器和气-液-固三相反应器。本次设计的釜式反应器适用性广操作弹性大， 是工业生产中最广泛使用的反应器。 关键词：反应釜； 釜体； 搅拌器 Design 1.8m3 Stirred Tank Reactor Author: Tutor:Tang (Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract：Stirred tank reactor by the stirrer and the reactor body. The agitator gear stirring shaft ( with shaft seal), impeller, kettle body including a cylinder, jacket and coil, draft tube etc. Industrial application of stirred tank reactor, there are hundreds of homogeneous reaction and heterogeneous reactor can be divided into two major categories according to the phase of the reaction materials. The non - homogeneous reactor, including the solid - liquid reactor, liquid - liquid reactor, the gas - liquid reactor and gas - liquid - solid three-phase reaction device. The design of the tank reactor wide applicability of the operating flexibility,the most widely used in industrial production reactor. Key words：Reactor; Electric; Agitator; 1 前言 1.1 反应器的现状及发展前景 2 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、冷却及低高速的混合功能。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，属于废标的容器设备。 不锈钢反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等生产型 用户和各种科研实验项目的研究，用来完成水解、中和、结晶、蒸馏、储存、氢化、 烃化、聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工业过程的容器。 反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从 开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反 应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等） 、反应物/产物浓度等重要参数进 行严格的调控。 搅拌釜式反应器，这种反应器是工业生产中最广泛采用的反应器形式，适用于各 种相态物料的反应。反应釜中设有各种不同型式的搅拌、传热装置，可适应不同性质 的物料和不同热效应的反应，以保持反应物料在釜内合理地流动、混合和料号的传热。 搅拌釜式反应器既可间隙操作也可连续操作或半连续操作，既可单釜操作，又可多釜 串联操作。搅拌釜式反应器的使用性广，操作弹性大，浓度容易控制。它通常由釜体、 换热装置。搅拌器和传动装置等构件组成。1 1.2 搅拌式反应釜结构设计及其工作原理示意图 图 1 反应釜结构及原理图 Fig.1 the reactor structure and schematic diagram 3 2 设计条件及设计内容分析 由设计条件单可知，设计的反应釜可操作容积为 1.8m3、搅拌装置配置的电动机 功率为 1.8KW、搅拌轴的转速为 60r/min、搅拌桨的形式为框式；加热的方式为用夹 套内的导热油进行电加热：装置上设有 8 个工艺接管、1 个视镜、4 个耳式支座、1 个 人孔（或固体物料进口） 。 2.1 反应釜设计的内容主要有： 釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计 夹套的强度、刚度计算和结构设计； 设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰； 人孔的选型及补强计算； 支座选型及验算； 视镜的选型； 焊缝的结果与尺寸设计； 电机、减速机的选型； 搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计； 选择联轴器； 设计机架结构及尺寸； 设计底盖结构及尺寸； 选择轴封形式； 绘总装配图及搅拌轴零件图等。 3 反应釜釜体的设计 3.1 釜体 DN 的确定 3.1.1 釜体 DN 的确定 选取反应釜装料系数 =0.8，由 V=V0/,可得设备体积 V=2.25m3 0 V 8 . 0 8 . 1 （1）对于液液相类型选取 H/Di=1.2.由此，估算筒体的内径为 Di=1.337m 3 Di 4 H V 3 2 . 1 25 . 2 4 （2） 将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径 Di=1400mm。 4 3.2 釜体筒体壁厚的设计 3.2.1 设计参数的确定 此处已删除此处已删除 8 传动装置的选型与尺寸设计 8.1 电动机的选型 由于反应釜里的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，故选用隔爆型三相异步电机 （防爆标志 dAT4） 。根据电机的功率 P1.8KW、转速 n1500r/min，由机械设备通 用手册表 32-16 选用的电机型号为：Y100L1-4。 8.2 减速器的选型 根据电机的功率 P2.2KW、搅拌轴的转速 n1500r/min、传动比 为i 1500/6025，选用直联摆线针轮减速机（HG5-745-78） ，标记 ZLD2.04A25。由文 献6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。 5 图 10 直连摆线针轮减速机 Fig.10 Direct cycloid reducer 表 15 减速机的外形安装尺寸 Table.15 Reducer contour and installation dimensions 2 D 3 D 4 D D M D dn 1DP 260230200432006-12224 EF C hb B M b1 e 1516148.51443079615 8.3 机架的设计 由于反应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，且反应 釜使用不带内置轴承的机械密封，故选用 WJ 型无支点机架（HG2156695） 。由搅拌 轴的直径 d50mm 可知，机架的公称直径250。结构如图。DN 图 11 WJ 型无支点机架 Fig.11 WJ type pivot frame 8.4 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。 6 图 12 底座 Fig.12 Base 8.5 反应釜的轴封装置设计 8.5.1 反应釜的轴封装置的选型 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。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 PW0.60MPa、t120、 n=85r/min、d=50mm。由文献7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 Fig.13 Mechanical seal 7 表 16 釜用机械密封的主要尺寸（mm） Table.16 Kettle mechanical seal of main size (mm ) 轴 径 d D 1 D 2 D 3 D 1 h 2 h 3 h 4 hhHn螺柱 502452101751804.528142001903158-18M16 9 焊缝结构的设计 9.1 釜体上主要焊缝结构的设计 设计内容： 图 14 筒体的纵向焊缝 Fig.14 Cylinder longitudinal seam 图 15 筒体与下封头的环向焊缝 Fig.15 Cylinder body and the lower head of the circumferential weld 8 图 16 固体物料进口与封头的焊缝 Fig.16 Solid material inlet and the head of the weld 图 17 进料管与封头的焊缝 Fig.17 The feeding pipe and the head of the weld 图 18 冷却器接管与封头的焊缝 Fig.18 Cooler take over head weld 9 图 19 温度计接管与封头的焊缝 Fig.19 Thermometer over head weld 图 20 出料口接管与封头的焊缝 Fig.20 Outlet pipe head weld 9.2 夹套上的焊缝结构的设计 夹套上的焊缝结构及尺寸如图。 图 21 筒体的纵向焊缝 Fig.21 Cylinder longitudinal seam 10 图 22 筒体与封头的横向焊缝 Fig.22 The cylinder body and the head of the transverse weld 图 23 导热油进口接管与筒体的焊缝 Fig.23 Heat-conducting oil inlet connecting pipe and tube weld 图 24 导热油出口接管与筒体的焊缝 Fig.24 Heat-conducting oil outlet nozzle and tube weld 11 图 254 釜体与夹套的焊缝 Fig.25 The kettle body and the jacket weld 10 固体物料进口的开孔及补强计算 10.1 封头开固体物料进口后被削弱的金属面积 A 的计算 由于人孔的开孔直径较大，因此需要进行补强计算，本设计采用等面积补强的设 计方法。 釜体上封头开人孔后被削弱的金属面积为：A 2(1) ooet AdSS Sfr （27） 式中：=273-16+21.25=254.5（）2 i ddCmm = c t ic o p Dp S 5 . 02 1 . 148 . 0 5 . 01372 12001 . 148 . 0 =2.315（）mm =1 et r t f =254.52.315= 589.2（）2(1) ooet AdSS Sfr 2 mm 10.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算 10.2.1 封头起补强作用金属面积 A1的计算 roeetoe fSSSSSdBA12 1 （28） 式中： 取两者中较大值， 22 257.5541 22257.52 52 8283.5 nm Bdmm BdSS 509Bmm en SSC （29） = 5-0.25=4.75（）mm et SCSm 12 = 8 - 0.25 =7.75（）mm =1 137 137 et r t f （30） 1 (509257.5) (4.752.412)2 7.75 (4.752.412) (1 1)A = 588.0（） 2 mm 10.2.2 接管起补强作用金属面积 A2的计算 2122 2 ()2() ettretr Ah SSfh SCf （31） 其中：=45.12 m dSh1257.5 8mm mmh200 1 取其中的较小值45.12 1 hmm = =0.273（） c t ic t p dp S 2 0.66 (273 160) 2 137 1 0.66 mm =0 2 h0 . 1 2 C =674.7（） 2 A1075 . 7 021)273 . 0 75 . 7 (12.452 2 mm 10.2.3 焊缝起补强作用金属面积 A3的计算 A3=K2/2=62/2=18.0mm2 10.3 判断是否需要补强的依据 = 588.0 + 674.7 + 18 .0=1280.7 321 AAA 2 mm 由 8.1 知 A=589.2 2 mm A A1+A2+A3 不需补强 11 结束语 通过本次毕业设计，使我对反应釜设计方案，封头设计，筒体装配的基本过程的 设计方法、步骤、思路，有了比较清晰的了解，它相当于实际反应釜生产设计工作的 模拟。在设计过程中，基本能按照规定的程序进行，按照毕业设计要求和反应釜的基 本流程进行设计，期间与指导老师进行了多两次讨论、修改，按照设计任务书、指导 书、技术条件的要求进行设计。最终顺利完成全部设计。具备了一定的实践能力，为 即将到来的工作奠定坚实的基础。 参考文献 13 1 对搅拌反应釜零泄漏密封方式的探讨J.石油化工设备技术，ISSN1006-8805，CN11- 2469,1997,6-48 2 朱有庭，曲文海，于浦义.化工设备设计手册（上、下卷）M.北京：化学工业出版社 2004.8 3 吴宗泽.机械设计实用手册M.北京：化学工业出版社 2001.5 4 张展，机械设计通用手册M.北京：机械工业出版社 2008.5 5 巨勇智.过程设备机械基础M.北京：国防工业出版社 2005.4 6 曲文海.压力容器与设备实用手册M.北京：化学工业出版社 2000.3 7 朱海.机械加工工艺基础M.北京：中国林业出版社，2006.7 8 陶栋才.现代设计方法M.北京：中国石化出版社，2010.1 9 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社