机械式搅拌反应釜设计说明书

1、131416目录1反应釜的设计参数及要求 .31.1设计任务书.31.2设计方案的分析和拟定 .42夹套反应釜设计 .42.1反应釜的罐体和夹套的设计 .42.2夹套反应釜的强度计算 .73反应釜的搅拌装置 .103.1选择搅拌器 .103.2搅拌轴的设计 .103.3搅拌轴强度校核 .113.4搅拌抽临界转速校核计算.124 V带轮设计计算 5反应釜其他附件5.1设备法兰 .145.2支座.145.3手孔和人孔 .155.4设备接口 . 155.5视镜.156设计小结参考文献 .17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

2、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。反应釜材质一般有碳猛钢、不锈钢、错、鎳基（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

3、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。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 f留、蒸发 储存 氢化、桂化 聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工艺 过程的容器。1反应釜的设计参数及 要求1.1设计任务书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，MPa工作温度，C设计温度，C 1003腐蚀情况微弱推荐材料Q235-R搅拌器型式推进式搅拌轴转速，r/min250轴功率，k

4、W3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C100PL/RF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VN =1.0P.8(全容积除系数明显有问1.2设计方案的分析和拟定按照设计任务书提供的工艺条件，选定容器的型式和材料后，进行反应 釜的机械设计，主要是计算釜体和夹套的尺寸；选择搅拌器和设计搅拌 轴；选择搅拌的传动装置和轴封装置；选择法兰 支座和各种工艺接管， 并核算开孔补强；绘制装配图；编写设计计算说明书。2夹套反应釜设计2.1反应釜的罐体和夹套的设计2.1.1确定筒体的型式从技术特

5、性表上所得到的工作压力及温度以及该设备 的工艺性质，可以看出它是属于带搅拌的低压反应釜类型，一类低压容 器，根据惯例选择圆柱形筒体。2.1.2确定罐体几何尺寸(D确定筒体直径反映物料为液-固相类型，从表3-1中，H/D为1-1.3. 设备容积要求为1.0m3,考虑到容器的体积不大，可取H/DT.3,这样可以 使直径不致太小，从工艺上反应状态无泡沫或沸腾情况，黏度也不大，故取 装料系数T =0.8 o表3-1罐体长径比经验表种类罐体物料类型H/Di般搅拌罐液一固或液一液相物料1 1.3气一液相物料12发酵罐类1.7 2.5反应釜的直径估算如下:V N=Vr|37l4V HDi=341-25 =9

6、93.2mm3.14 1.3圆整至公称直径标准系列取Di=1000mm头取相同的径？2）确定筒体的高度当DN=1000m, m查得标准椭圆形封头的容积Vh=0.198m3 ,则筒体的高 度估算 为：H=v7iDVi2h=13-2.514i-i1928=1.1 1 m44取H为1.1m,于是H/Di=13）确定夹套的直径夹套的内径与釜体的内径有关，可按表3-2选取夹套的内径 Dj DN 100 1000 100 1100mm ；表夹套直径Dj与罐体直径DN的关系（mm）DN500600700180020003000DjDN+50DN+100DN+200（4）夹套的高度Hj夹套的尺寸为1200mm

7、,夹套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同的直径 从文献6查得筒体每一米的容积Vi 0.95m3/m,则夹套筒体的高度估算如下0.8 1.25 0.198 o.84mHj vvivh0.95取 H j 为 900mm o（5）内筒及夹套的受力分析工艺条件中：反应釜内的工作压力为0.25Mpa,夹套内工作压力为 0.35Mpa,则夹套筒体和夹套封头为受0.35Mpa的内压而内筒的筒体和下封头 为既承受0.25Mpa的内压同时又承受0.35Mpa的外压，其最恶劣的工作条件 为停止操作时dptcDd 2 t2 4.37mm内筒无压力而夹套内仍有蒸汽压力，此时内筒承受0.35Mpa的外压（6）计算夹套的

8、厚度夹套筒体与内筒的环焊缝，因检测困难，故取0.85,从安全计夹套上所有的焊缝均取0.85,封头采用由钢板压制的标准椭圆形封头，材料均为Q345.夹套的厚度计算如下:C21.1 0.3 1200pc 2 2 170 0.85 1.1 0.3夹套的厚度为4mm圆，整至钢板规格厚度并考虑封头的标准，夹套的厚度 为n5mm o7）计算筒体的厚度承受0.2Mpa内压时筒体的厚度dPtcDi02 1J 02 1100 22.71mmd2!pc 22 170 1.1 0.2承受0.3Mpa外压时筒体的厚度 承受0.3Mpa外压时筒体的厚度为简化起见，首先假设n4mm，则en150mm,因此内筒体承受外压部

9、分的高度为H-150mm,并以此定L D 之 C 4 2.25 1.75mm ,由于夹套顶部距离容器法兰面积实际定为值。Do Di2n110024 1108mmLH150h1hi 1100 150 25 1 275 1066.67mm3 1 3式中h标准椭圆封头之边高度，根据DJIOOmm由表查得总深度h hi 300mm,再由表推荐得h 25mm ohi 标准椭圆圭寸头曲面咼度，hi 275mm。LDO =1066-671108 0.96 因此由文献6图519查得A=0.00002,再据此查图3-4 , DO=11O8e1.75633.1B不 存在因此当名义厚度为4mm时，不能满足稳定要求。

10、再彳段设 n8mm,贝lj enCiC28 0.8 2 5.2mmLDO=1O66 671108 0.96=1108 5.2 =213.08由文献6图5-19,查得A=0.0005,据此查图34得B=64p 664 0.31 Mpa0.3Mpa Do 213.08因此名义厚度为8mm时，筒体能满足0.3Mpa的外压要求。由于筒体既可承受内压，又可能承受外压，因此筒体壁厚应选取两者中最大值，即确定筒体厚度为8mm.2.2夹套反应釜的强度计算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Q235-Ao由工艺条件给 定：设计压力（罐体内）pi =0.25MPa,设计压力（

11、夹 套内）p2=0.35MPa,设计温度（罐体内）ti 100C,设计温度（夹套内）t2150Co按参考文献1第九章计算：液柱静压力 PIH=10-6 pgh=0.013MPa计算压力 Pic=Pn-PlH=0.213MPa；液柱静压力P2H=10A6gh =0MPa罐体筒体设计厚按 夹套筒体设计厚了按 籬体封头设计厚：按 奚套封头设计厚鳥c按 扁板厚度负偏=0.6mm（按钢板厚度6 mm）计算压力p2c=p2卄P运03MPa焊接接头系数，选取罐体及夹套焊接接头系数=0.85设计温度下材料许用应力:!=113 MPa。p 1D1罐体筒体计算厚度1按式：P11.22mmp2D2夹套筒体计算厚度2

12、按式：2tp;1.88mm封头计算厚度按式：;tP1D12 t 0.5pi1.22mm夹套封头计算厚度2按式：.”笃22 r0.5p21.875取最小厚度min3mm作为计算厚度腐蚀余重：C2=2.0idC2 5mm2dC2 5mmidC2 5mm2dC25mm罐体筒体厚度负偏差m 1d 5mm2.2.2稳定性校核（按外压校核厚度）（1）假设罐体筒体名义厚度m=8mm厚度附加量C按式：CC1C22- 罐体筒体有效厚度1e 按式：enC 7. 2mm罐体筒体外径Do按式：DoDi2n 1120mm筒体计算长度L按式：L H2I 3hi 1092mm系数:L Do =1092/1120=0.975

13、 系数:Doe=1120/7.2=155.5 经查表得：系数 A =0.00076系数 B=102MPa、宀、B98许用外压力P按式：P Do 1420 OTPa 0.3MPa Do e叫确定罐体筒体名义厚度:n=8mm（2）假设罐体封头名义厚度=8 mm按表49钢板厚度负偏差，选取钢板厚度负偏差Ci=0.8mm据经验规律，腐蚀裕量C2=2.0mm厚度附加量C按式：CCIC22.8罐体圭寸头有效厚度；按式：en C 7. 2mm罐体封头外径Do按式：Do D, 2 n 1220mm标准椭圆封头当量球壳外半径按 式：0.125A 0.00089系数A按式： Ro/查图42BfA曲线，得系数 B=

14、115MPaB许用外压力p按式：pO.37MPaO.3MPaRO e确定罐体圭寸头名义厚度:n =8mm（3）水压测试校核罐体的测试压力P1T1.25P1 t其中Q235-B通常温度下的许用应力157MPa由此，P1T 1.25 0.2 157 113=0.347MPa夹套的水压测试压力P2T 1.25 0.3 157 113=0.521 MPa材料的屈服点应力s 235MPaT 0.9s=0.9 0.85 235 MP a容器圆筒应itP1TQ1e）十！2e710.347 1100 7.2MPa2 7.2=26.68179.8MPa_2t P2T（D2 ）2e=0.52 1200 7.2=M

15、Pa2 7.2=43.59179.8MPa3反应釜的搅拌装置3.1选择搅拌器搅拌器的型式主要有：桨式、推进式、框式 涡轮式、螺杆式和螺带式 等。本反应釜搅拌装置的搅拌器采用推进式。3.2搅拌轴的设计搅拌轴通常既承受转矩又承受弯矩，一般先按转矩初估最小轴径，然后 根据轴上零件的安装和定位及轴的制造工艺等要求进行轴的结构设计，最后 按第三强度理论进行弯扭强度校核。结构设计时要注意，确定的搅拌轴的 直径需要圆整到标准直径系列。对于转速200r/min的，还要进行临界转速 的校核。（1）材料上轴选用常用材料45号钢。（2）结构V带传动的上轴一端（第1段）安装有大带轮，另一端安装刚性联 轴器，带轮和联轴

16、器均采用平键传动，考虑带轮和联轴器的轴向定位，均 加有轴肩，并在轴端采用挡圈轴向固定。上轴采用一对角接触轴承做支点（第3段），轴承两端（第2段和第4段）装有轴承压盖，并采用毡圈密封防尘。（3）确定最小轴径由于轴上主要受转矩，故按转矩初估最小轴径，有d11228.2mm轴上开有两个键槽，轴径扩大并圆整后为40mmo(4)由结构确定其它各段轴径带轮和联轴器轴向定位的轴肩d2 45mm ,取轴 端挡圈公称直径为50mmo根据带轮的设计，带轮毂孔的长度为L60mm,为了保证轴端挡圈只压在带轮面上而不压在轴的端面上，轴的长度应取略短些，取Li59mmo带轮和联轴器的连接用平键，查表选用平键12X8X56

17、.(5)轴承选取轴承同时承受径向力及轴向力的作用，转速较高，轻载荷, 可选用角接触轴承；考虑其安装与调整，采用正装方式。初选轴承为7210C,查表，其尺寸为50X90X20。确定第三段轴径da50mm,轴的长度La 19mm ,轴承 采用轴肩定位，第4段的轴径为L460mmo考虑轴承的密封和固定，第2段 轴上装有轴承盖，可选用旋转轴唇型密封圈。轴与轴承内圈采用过渡配 合，取其直径尺寸公差为k6o轴承的轴向距离按搅拌釜支承条件确定。搅拌轴与上轴采用刚性联轴器连接，把两轴当作一个整体进行设计和校 核。3.3搅拌轴强度校核(1)轴的受力分析如下AB 80Fc FQ1514.3 432.7 Nc BC

18、Q 280轴的剪力和弯矩图如下：爲工费MeB3；151.9 10 y 0.1 5530.23mm4）因轴单向转动，可认为扭矩为脉动循环变化，故折合系数0.6,T0.6 152.8 91.68N.m（5）所以危险截面B处的当量弯矩为:MeBM B2 （ T） 2 151.9N.m（6）计算危险截面B处的轴径如下:又知该处轴径为45mm,轴的强度满足要求3.4搅拌抽临界转速校核计算搅拌轴上装有搅拌器，往往由于结构不对称、加工安装有误差等原 因，使回转中心离开其回转轴线而产生回转离心力，使轴受到周期性载荷 干扰。当周期载 荷和频率与搅拌轴的自然频率接近时，轴便发生剧烈运 152.8 N .m3）轴的

19、扭矩为：P4 T 9550 9550n250爲工费动，该现象为轴的共振，产生共振时搅拌轴达到其临界转速。搅拌轴的转速为n 250r/min200r/min，应作临界转速校核。该搅拌轴上装有一层搅拌器，其一阶转速为:30 3ElgC1 WiLi2（Li B）n（0.750.8）n4V带轮设计计算传动的额定功率p=4.4kw电机 J 960r minn2 250r min大皮带轮转速为已知搅拌轴转速工况系数查表有KA=1.2_ Pd KA P 1.2 5.5 6.6kw 根据 pd 和 n1,选取B型带n1n速比 i= n2 =3.84初选小皮带轮直径d1=125dnl3.14 125 960 a

20、 oVO.5ms验算带速60 100060 1000带速在5m/s25m/s范围内，带速合适选取滑动率=0.02 ,则大皮带轮直 径 d2=i d1 (1- ) =470.7 ,由表取直径系列 d2=475mm初定中心距 0.7(d1+d2) a02(d1+d2)即 420a01200取中心距a0 =450mm(ddL2a0(d1 d2)4ao 1910.05mm带的基准长度-2圆整到基准系列，取 Ld =2000mm a=a0+(Ld- )/2 =495合适确定V带根数，查表有，单根v带传递功率。啃单根普通V带i不等18Ood2d57.3 140。120。小带轮包角玄 于1时，传递功率增量P

21、0 02筑kw包角系数心长度系数KL0.98pd6.6(P0 P0)K KL所以，v带为4根。-3 9(1.64 0.294) 0.89 0.985反应釜其他附件5.1设备法兰当筒体与上封头用法兰连接时，常采用甲型平焊法兰连接，这是压力 容器法兰中的一种，甲型平焊法兰密封面结构常用平封封面和凹凸封面两 种，这里选用凹凸封面。法兰的尺寸见总装配图。5.2支座夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。当设备需要保 温或直接支承在楼板上时选用B型或C型，否则选用A型，这里选用B 型支座。耳式支座的尺寸按规定选取，材料采用Q235-AO并对其进行相关 的强度校核。气，以检查焊缝的气密性。补 强圈

22、的厚度和材料般均与设备壳体相同。5.3手孔和人孔手孔和人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备的内部装置。 这里由于反应釜尺寸所限，不设人孔，仅设手孔，手孔的直径见总装配图。5.4 设备接口化工容器及设备，往往由于工艺操作等原因，在筒体和封头上需要开 一些各种用途的孔。5.4.1接管与管法兰接管与管法兰是用来与管道或其他设备连接的。标准 管法兰的主要参数是公称通径（DN）和公称压力（PN）。具体尺寸须按 设计要求分别选取。5.4.2补强圈容器开孔后由于壳体材料的削弱，出现开孔应力集中现象。 因此要考虑补强。补强圈就是用来弥补设备壳体因开孔过大而造成的强度损失的一种常用形式。补强圈形状应与被补强部分相符，使之与设备壳体密 切贴