机械式搅拌反应釜设计说明书(DOC)

1、目录前 言 21 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 135 反应釜其他附件 145.1 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 16参考文献 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

2、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。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

3、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。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、 蒸发、储存、氢化、烃化、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，设计温度，100100介质有机溶剂蒸汽全容积， m31.0操作容积，

4、 m3传热面积，3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， kW3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

5、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（1）确定筒体直径 反映物料为液 -固相类型，从表 3-1 中， H/Di 为 11.3. 设 备容积要求为 1.0m3,考虑到容器的体积不大， 可取 H/Di =1.3 ，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 =0.8 。表 3-1 罐体长径比经验表种类罐体物料类型H/Di一般搅拌罐液固或液液相

6、物料11.3气液相物料12发酵罐类1.7 2.5反应釜的直径估算如下：VN=VVN=1.0=0.8（全容积除系数明显有问题 ）=1.25 m3V=4V3HDi= 3 4 1.25 =993.2mm3.14 1.3圆整至公称直径标准系列，取 Di =1000mm封, 头取相同的 内径？，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=VDVi2h=13.2.51410.11928=1.11m44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 32 选取夹套的内径为：Dj DN 100

7、 1000 100 1100mm ；表 3-2 夹套直径 D j 与罐体直径 DN 的关系（ mm）DN500 600700180020003000DjDN+50DN+100DN+200（ 4）夹套的高度 H j夹套的尺寸为 1200mm，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 V1 0.95m3 /m, 则夹套筒体的高度估算如下HjVV1Vh0.8 1.25 0.198 0.84m0.95取H j为 900mm。（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

8、.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：1.1 0.3 1200dptcD jC22 4.37mmd 2 tpc2 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n 5mm 。7）计算

9、筒体的厚度承受 0.2Mpa 内压时筒体的厚度dptcDiC21.1 0.2 1100 2 2.71mmd 2 tpc2 2 170 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 n 4mm，则en150mm，因此内筒体承受外压部分的高度为 H-150mm，并以此定 L D 及之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。D0 Di 2 n 1100 2 4 1108mmL H 150 h 1h1 1100 150 25 1 275 1066.67mm3 1 3式中 h标准椭圆封头之边高度，根据 Di

10、1100mm由表查得总深度 h h1 300mm，再由表推荐得 h 25mm 。h1 标准椭圆封头曲面高度， h1 275mm。则LD0 =1066.671108 0.96D0 =1108633.1e 1.75因此由文献 6图 5-19 查得 A=0.00002，再据此查图 3-4 ，B不存在 因此当名义厚度为 4mm时，不能满足稳定要求。再假设 n 8mm，则 e n C1 C2 8 0.8 2 5.2mmLD0 =1066.671108 0.96=1108 5. 2 =213.08由文献 6图 5-19，查得 A=0.0005，据此查图 3-4 得 B=64 p B 64 0.31Mpa0

11、.3MpaD0213.08e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-A。 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） t1 100， 设计温度（夹套内） t2 150。按参考文献 1 第九章计算：液柱静压力 p1H=10-6 gh=0.013MPa计算压力 P1c=P1+

12、P1H =0.213MPa；液柱静压力 P2H=10 6 gh =0MPa计算压力 P2c=P2H+P2c=0.3MPa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： t=113 MPa。罐体筒体计算厚度 1 按式：pt1D11.22mm2 tp1夹套筒体计算厚度 2 按式：pt2D21.88mm2 t p2p1D1封头计算厚度 1 按式： 1t2 t 0.5p11.22mm夹套封头计算厚度 2 按式： 2t 2 21.875 m m2 2 t 0.5p2p 2D 2取最小厚度 min3mm作为计算厚度罐体筒体设计厚度1d 按式：1dC2 5mm夹套筒体设计厚

13、度2d 按式：2dC2 5mm罐体封头设计厚度1d 按式：1dC2 5mm夹套封头设计厚度2 c按式：2dC2 5mm钢板厚度负偏差：C1=0.6mm（按钢板厚度 6 ）罐体筒体厚度负偏差 1n1d5mm腐蚀余量： C2=2.0 mm2.2.2 稳定性校核 （ 按外压校核厚度 ）（ 1）假设罐体筒体名义厚度1n=8mm厚度附加量 C 按式： C C1 C2 2. 8mm 罐体筒体有效厚度 1e 按式： e n C 7. 2mm 罐体筒体外径 D0 按式： D0 D1 2 n 1120mm 筒体计算长度 L按式： L H2 1 3h1 1092mm 系数 ：L D0 =1092/1120=0.9

14、75 系数 ：D0 e =1120/7.2=155.5 经查表得：系数 A =0.00076系数 B=102MPaB 98许用外压力 p 按式： P Do 1420 0.683MPa 0.3MPa Do e 14207.2确定罐体筒体名义厚度 : n =8mm（2）假设罐体封头名义厚度n=8 mm按表 4-9 钢板厚度负偏差，选取钢板厚度负偏差C1 =0.8mm据经验规律，腐蚀裕量C2=2.0mm厚度附加量 C 按式： C C1 C2 2.8罐体封头有效厚度 e 按式：: en C 7. 2mm罐体封头外径 DO 按式： DO D1 2 n 1220mm 标准椭圆封头当量球壳外半径按式 :0.

15、125A 0.00089系数 A 按式:R0 /查图 4-2 B f A 曲线，得系数B =115MPaB许用外压力 p 按式 : p 0.37MPa 0.3MPaRO/ e确定罐体封头名义厚度： n =8mm（3）水压测试校核罐体的测试压力 P1T 1.25P1 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=0.521MPa材料的屈服点应力 s 235MPaT 0.9s=0.9 0.85 235 MP a容器圆筒应力1t P1T(D1 e)2e0.347 11

16、00 7.2MPa2 7.2=26.68179.8MPa夹套内压试验应力2t P2T(D2 e)2e=0.52 1200 7.2= MPa2 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

17、 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d28.2mm112轴上开有两个键槽，轴径扩大并圆整后为 40mm。（ 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 50

18、mm。根据带轮的设计，带轮毂孔的长度为 L 60mm ，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 L1 59mm。带轮和联轴器的连接用平键，查表选用平键 12856.（ 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 509020。确定第三段轴径 d3 50mm，轴的长度 L3 19mm ，轴承 采用轴肩定位，第 4 段的轴径为 L4 60mm。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

19、其直 径尺寸公差为 k6。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。（1） 轴的受力分析如下图：AB 80FCFQ1514.3 432.7 NC BC Q 2803.3 搅拌轴强度校核(2) 轴的剪力和弯矩图如下：3）轴的扭矩为： p4T 9550 9550152.8 N .mn 2504）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 ，T 0.6 152.8 91.68N.m（5）所以危险截面 B 处的当量弯矩为：MeB M B2 （ T）2 151.9N.m（6）计算危险截面 B 处的轴径如下：dMeB0.1 1b15

20、1.9 100.1 5530.23mm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 / min 200r / 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：nc130 3EIgW1L12(L1 B)经校核 n （0.75 0.8）nc1，满足要求。4 V 带轮设计计

21、算传动的额定功率 p=4.4kw小皮带轮转速为电机转速 n1 960r min大皮带轮转速为已知搅拌轴转速n2 250r min工况系数查表有 K A=1.2设计功率 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=125v验算带速d1n160 10003.14 125 96060 10006.3ms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

22、+d2) 即 420a01200(d2 d1)24a01910.05mm取中心距 a0 =450mmL 2a0(d1 d2)带的基准长度 d0 =2圆整到基准系列，取 Ld =2000mm a=a0+( Ld- Ld0 )/2 =4951800 d2 d1 57.3 1400 1200小带轮包角 a合适 确定 v 带根数，查表有，单根 v 带传递功率 P0 1.64kw 单根普通 v带i 不等于 1时，传递功率增量 P0 0.294kw包角系数 K 0.89 长度系数 KL 0.98Pd(P0 P0)K KL3.96.6(1.64 0.294) 0.89 0.98所以， v带为 4根。5 反应

23、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-A。并对其进行相关的强度校核。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合， 焊接后能与壳 体同时受力。补强