3000升开式搪玻璃反应釜的设计

II断面上的弯曲应力符合要求[7]。3.2搅拌轴3.2.1揽拌轴的材质及加工要求搅拌轴工作时，主要受扭转、弯曲和冲击作用，故对轴的材质应有足够的强度、刚度和韧性。本设计转速较低，搅拌轴可用合金钢Q235-B，又因为设计中介质的腐蚀性较强，外加一层搪玻璃层以提高搅拌轴的耐腐蚀性。3.2.2搅拌轴直径的确定及强度计算符号说明—悬臂轴两支点间（跨间）的距离，；—设计最终确定的实心轴轴径或空心轴外径，；—设计最终确定的密封部位实心轴轴径或空心轴外径，；—按扭转变形计算的传动侧轴承处实心轴轴径或空心轴外径，；—按强度计算的悬臂轴搅拌侧轴承处实心轴轴径或空心轴外径；强度计算的单跨轴跨间段实心轴轴径或空心轴外径，；—悬臂轴跨间段实心轴轴径或空心轴外径，；—悬臂轴段跨间段实心轴轴径或空心轴外径，；—轴材料的弹性模量，；—搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处的许用偏心距；—搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处质量偏心引起的离心力，；—第个搅拌器上的流体径向力，；—轴材料剪切弹性模量，(合金钢)—悬臂轴跨间轴段的惯性矩，；—悬臂轴悬臂轴段（实心或空心）的惯性矩，；—1～个圆盘（搅拌器及附件）的每个圆盘悬臂长度（对于悬臂轴）或1～个圆盘（搅拌器及附件）的每个圆盘至传动侧轴承的距离（对于单跨轴），；—搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心离搅拌侧轴承的距离（对于悬臂轴）或搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心离传动侧轴承的距离（对于单跨轴），；—轴上弯矩总和，；—由轴向推力引起作用于轴的弯矩，；—按传动装置的效率计算的搅拌轴传递扭矩，；—轴传递的最大转矩，—由径向力引起作用于轴的弯矩，；—固定在搅拌轴上的圆盘（搅拌器及附件）数；、……—圆盘（搅拌器及附件）1、2……的质量，；、……—圆盘（搅拌器及附件）1、2……的有效质量，；—悬臂轴段轴的质量—悬臂轴段轴的有效质量，；—悬臂轴及各层圆盘（搅拌器及附件）的组合质量，；—空心轴内径与外径的比值；—轴的转速，；—轴的一阶临界转速，；—电动机额定功率，；5.5—轴封处摩擦损耗功率，；—设备内的设计压力，；—相当质量的折算点；—传动侧轴承游隙，；—悬臂轴搅拌侧轴承或单跨轴末端轴承游隙，；—单跨轴段或悬臂轴段轴有效质量的相当质量，；、……—、……的相当质量，；—在点所有相当质量的总和，；—搅拌轴轴线与安装垂直线的夹角，（°）—第个搅拌器叶片倾斜角（°）—轴的扭转角，；—由轴承径向游隙引起在轴上离轴承距离处的径向位移，；—由流体径向作用力引起在轴上离轴承距离处的径向位移；—由组合质量偏心引起在轴上离轴承处产生的径向位移，；—离轴承距离处轴的径向总位移，；—悬臂轴段惯性矩与跨间轴段惯性矩的比值—搅拌物料的密度，；—轴材料的密度，；—轴上所有搅拌器其对应编号之和。—传动装置效率，0.9按扭转变形计算搅拌轴的轴径搅拌轴受转矩和弯矩的联合作用，扭转变形过大会造成轴的振动，使轴封失效，因图2搅拌轴受力图此应将轴单位长度最大扭转角限制在允许的范围内，轴转矩的刚度条件为轴传递的最大转矩的计算空心轴内径与外径的比值的计算搅拌轴直径的计算—许用扭转角，对于悬臂梁。故搅拌轴的直径为则取符合要求。按临界转速校核搅拌轴的直径搅拌轴有效质量的计算对于带框式搅拌器的刚性轴，其有效质量等于轴自身的质量。悬臂轴两支点间距离的计算第一个搅拌器悬臂长度的计算搅拌轴的有效质量的计算合金钢则：对于悬臂轴圆盘有效质量的计算①柔性轴以及带锚式和框式搅拌器的刚性轴的圆盘有效质量等于圆盘自身的质量，即：②轴及搅拌器的有效质量在点的等效质量之和的计算③惯性矩的计算④一阶临界转速的计算合金弹性模量则则所以临界转速符合要求按强度计算搅拌轴的直径轴上扭矩的计算径向力引起的轴上弯矩的计算流体径向力系数的计算式中—基本流体径向力系数，—物料粘度修正系数—搅拌容器内平直挡板数的修正系数—搅拌器偏心安装的修正系数—搅拌容器内件的修正系数搅拌器功率产生的扭矩的计算搅拌器上的流体径向力的计算—搅拌器的直径，，查标准得，则：搅拌轴与各层搅拌器的组合质量的计算搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处许用偏心距的计算平衡精度等级，取则：搅拌轴与搅拌器质量偏心引起的离心力的计算—对刚性轴初值取0.5则：对于悬臂轴搅拌轴与各层搅拌器组合重心离轴承的距离的计算径向力引起的轴上弯矩的计算轴上扭矩和弯矩同时作用时的当量扭矩的计算的粗略计算当或轴上所有搅拌器时，取则轴上扭矩和弯矩同时作用时的当量扭矩的计算轴材料的许用剪切应力的计算—轴材料的抗拉强度，受强度控制的轴径的计算MA的精确计算按上述粗略求得后，再按下述方法求精确计算段长度的计算回转半径的计算轴承型式系数轴的压缩屈服限回转半径由于则当量长度为的轴与搅拌器重力总和的计算作用在搅拌轴上的轴向合力的计算—流体作用在搅拌器的轴向推力，由轴向推力引起作用于轴上的弯矩按下式计算则返回重新取轴上弯矩总和按下式计算轴上扭矩和弯矩同时作用是的当量扭矩按下式计算受强度控制的轴径按下式计算则取符合要求。按轴封处允许径向位移验算轴径由轴径，轴承型式为滚动轴承则轴承径向游隙为对于悬臂轴，因轴承径向游隙,所引起的轴上任意点离轴承距离位移的计算由流体径向作用所引起的轴上任意点离轴承处位移的计算其中悬臂轴段惯性矩与跨间轴段惯性矩比值则由搅拌轴与搅拌器组合质量偏心引起的离心力在轴上任意点离轴承距离处产生的位移的计算由对于刚性轴总位移按下式计算查得：验算应满足以下条件符合要求。第四章反应釜的轴封装置反应釜中介质的泄漏会造成物料浪费并污染环境，易燃、易爆、剧毒、腐蚀，介质的泄漏会危及人身安全和设备安全，因此选择合理的密封装置是非常重要的，为了防止介质从传动轴与封头之间的间隙泄漏而设置的密封装置为轴封装置。4.1轴封装置的选用原则机械密封:机械密封是一种旋转机械的油封装置。比如离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备。由于传动轴贯穿在设备内外，这样，轴与设备之间存在一个圆周间隙，设备中的介质通过该间隙向外泄露，如果设备内压力低于大气压，则空气向设备内泄露，因此必须有一个阻止泄露的轴封装置。轴封的种类很多，由于机械密封具有泄漏量少和寿命长等优点，所以当今世界上机械密封是在这些设备最主要的轴密封方式。机械密封又叫端面密封，在国家有关标准中是这样定义的:“由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。”①密封介质为易燃、易爆、有毒物料，可选机械密封，介质压力高时(>0.6Mpa)，选用平衡型双端面机械密封;介质压力低时(<0.6Mpa)选用非平衡型双端面机械密封或非平衡性单端面密封。②被密封介质为一般物料，选用单端面机械密封，介质压力高时(>0.6Mpa)，选用平衡型机械密封;介质压力低时(<0.6Mpa)，选用非平衡型机械密封。③密封要求高时，搅拌轴和传动轴承受较大的径向力时，应选用带内置轴承的机械密封，但机械密封的内置轴承不能作为轴的支点。④机械密封的运转温度T>80℃时，搅拌轴的圆周线速度v>1.5m/s时，机械密封应配置循环保护系统。(按HG21572-95)填料密封:填料密封又称为压紧填料(GlandPackings）密封，俗称盘根密封。盘根密封是最古老的一种密封结构，在我国古代的提水机械中，就是用填塞棉纱的方法来堵住泄漏的，世界上最早出现的蒸汽机也是采用这种密封形式的。而19世纪石油和天然气开采技术的生产与发展，使填料密封的材料有了新的发展。到了20世纪，填料密封因其结构比较简单，价格不贵，来源广泛而获得许多工业部门的青睐。填料密封主要用于机械行业中的过程机器和设备运动部分等动密封，比如离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机、反应釜的转轴密封和往复泵、往复式压缩机的柱塞或活塞杆，以及做螺旋运动阀门的阀杆与固定机体之间的密封。①被密封介质为一般物料，介质压力中等，选用填料密封。②介质压力低，密封要求不高时，选用一般石棉或浸渍石棉填料的填料密封箱。③介质压力中等，密封要求较高时，选用高性能填料并组配循环保护系统中的流程图。4.2机械密封原理当轴转动时，搅拌轴带动弹簧座、弹簧垫板、动环等零件一起旋转。由于弹簧力的作用，动环紧紧压在静环上，静环静止不动，这样动环和静环相接触的环形断面就阻止了介质的泄漏。4.3填料密封原理填料装入填料腔以后，经压盖螺丝对它作轴向压缩，当轴与填料有相对运动时，由于填料的塑性，使它产生径向力，并与轴紧密接触。与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成油膜。由于接触状态并不是特别均匀的，接触部位便出现“边界润滑”状态，称为“轴承效应”;而未接触的四部形成小油槽，有较厚的油膜，接触部位与非接触部位组成一道不规则的迷宫，起阻止液流泄漏的作用，此称“迷宫效应”。这就是填料密封的机理。显然，良好的密封在于维持“轴承效应”和“迷宫效应”。也就是说，要保持良好的润滑和适当的压紧。若润滑不良，或压得过紧都会油膜中断，造成填料与轴之间出现干摩擦，最后导致烧轴和出现严重磨损。为此，需要经常对填料的压紧程度进行调整。以便填料中的润滑剂在运行一段时间流失之后，再挤出一些润浴剂，同时补偿填料因体积变化所造成的压紧力松弛。显然，这样经常挤压填料，最终将使浸渍枯竭，所以定期更换填料是必要的。此外，为了维持液膜和带走摩擦热，有意让填料处有少量泄露也是必要的。4.4机械密封与填料密封的对比密封可靠，在较长的试用期中不会泄露，清洁，无死角，可以防止杂菌污染。使用寿命长，正确选择摩擦负荷比压的机械密封可以使用2-5年，最长有用到9年。维修周期长，在正常的使用情况下，不需要维修。轴或轴套不受磨损。摩擦功耗少，一般约为填料密封的10%-15%。机械密封对轴精度和光洁度没有填料密封要求那么严格，对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏移不敏感，对轴的震动敏感性小。适用范围广，能适用低温，高温，高真空，高压，各种转速以及腐蚀性，磨损性，易燃，易爆，有毒介质的密封。鉴于轴封装置的选用原则以及本设计中介质为有毒物质，所以选用轴向双端面非平衡型机械密封2005型(带内置轴承)，以保证轴封的严密性。4.5机械密封及其循环保护系统的选择机械密封主要部件:动环和静环。辅助密封件:密封圈(有O形、X形、U形、楔形、矩形柔性石墨、PTFE包覆橡胶O圈等）。弹力补偿机构:弹簧、推环。传动件:弹簧座及键或各种螺钉。查表根据压力、温度选择其型式，根据传动轴轴径选取d=60mm，其他外形尺寸可查标准HG21571-1995得到双端面飞平衡性机械密封2005结构如下图：选择机械密封的循环保护系统根据《过程设备机械设计》标表34-3推荐选用表根据压力等级1.6MPa，介质温度大于80℃可选择循环保护系统流程3。4.6耳座计算符号说明—支座本体允许载荷，—支座承受的实际载荷，—地震影响系数—偏心载荷，—偏心距，—设置地区基本风压—地震载荷，—风载荷，—支座处圆筒所受支座弯矩，—耳座的数目选型选用个支座，，支座本体允许载荷。假设：地震设防烈度为，则地震影响系数偏心载荷为，偏心距设置地区基本风压为计算支座承受的实际载荷Q地震载荷的计算风载荷的计算（按设备质心高度为取值，地面粗糙度类别选择，离地面距离取）则水平力的计算安装尺寸的计算实际载荷的计算所以满足支座本体允许载荷要求。计算支座处圆筒所受支座弯矩筒体有效厚度根据和查得由于,则支座满足要求。反应釜开孔补强计算5.1人孔M的开孔补强计算补强及补强方法判别补强判别：允许不另行补强的最大接管外径为。本开孔弦长为故需要另行考虑其补强[12]。②补强计算方法判别开孔直径本凸形封头开孔直径，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积补强法进行开孔补强计算[8]。开孔所需补强面积①封头计算厚度由于椭圆形封头中心区域开孔，所以封头计算厚度按下式计算确定封头材料为,则式中（查GB150得）。开孔所需补强面积强度削弱系数，，接管有效厚度为。开孔所需补强面积按下式计算有效补强范围①.有效宽度按下式计算故。②有效高度ⓐ外侧有效高度按下式计算故ⓑ内侧有效高度h2按下式计算故。有效补强面积①封头多余金属面积封头的有效厚度封头多余金属面积按下式计算②接管多余金属面积接管计算厚度接管多余金属面积按下式计算③有效补强面积因所以此开孔不需另行补强[19]。5.2温度计套管口T的开孔补强计算由查得：补强及补强方法判别①补强判别允许不另行补强的最大接管外径为。本开孔外径为,故需要另行考虑其补强。②补强计算方法判别接管内径(画CAD图测量得出)开孔直径本凸形封头开孔直径，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积补强法进行开孔补强计算。开孔所需补强面积①封头计算厚度由于椭圆形封头中心区域开孔，所以封头计算厚度按下式计算确定式中（查GB150得）。②.开孔所需补强面积强度削弱系数，，接管有效厚度为。开孔所需补强面积按下式计算有效补强范围①有效宽度按下式计算故。②有效高度ⓐ外侧有效高度按下式计算故。ⓑ内侧有效高度按下式计算故。有效补强面积①封头多余金属面积封头的有效厚度封头多余金属面积按下式计算②接管多余金属面积接管计算厚度接管多余金属面积按下式计算③有效补强面积因所以此开孔不需另行补强。5.3搅拌孔a的补强计算由查得：补强及补强方法判别①补强判别允许不另行补强的最大接管外径为。本开孔外径为,故需要另行考虑其补强。②补强计算方法判别开孔直径本凸形封头开孔直径，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积补强法进行开孔补强计算。开孔所需补强面积①封头计算厚度由于椭圆形封头中心区域开孔，所以封头计算厚度按下式计算确定式中（查GB150得）。②开孔所需补强面积强度削弱系数，，接管有效厚度为。开孔所需补强面积按下式计算有效补强范围①有效宽度按下式计算故。②有效高度ⓐ外侧有效高度按下式计算故ⓑ内侧有效高度按下式计算故。有效补强面积①封头多余金属面积封头的有效厚度封头多余金属面积按下式计算②接管多余金属面积接管内径接管计算厚度接管多余金属面积A2按下式计算③有效补强面积 因所以此开孔不需另行补强。5.4放料口f的补强计算由查得：补强及补强方法判别①补强判别允许不另行补强的最大接管外径为。本开孔外径为,故需要另行考虑其补强。②补强计算方法判别开孔直径本凸形封头开孔直径，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积补强法进行开孔补强计算。开孔所需补强面积①封头计算厚度由于椭圆形封头中心区域开孔，所以封头计算厚度按下式计算确定式中（查GB150得）。②开孔所需补强面积强度削弱系数，，接管有效厚度为。开孔所需补强面积按下式计算有效补强范围①有效宽度按下式计算故。②有效高度ⓐ外侧有效高度按下式计算故ⓑ内侧有效高度按下式计算故。有效补强面积①封头多余金属面积封头的有效厚度封头多余金属面积按下式计算②接管多余金属面积接管内径接管计算厚度接管多余金属面积A2按下式计算③有效补强面积因所以此开孔不需另行补强。第六章主要技术要求6.1材料方面Q235B板材正火状态交货，按批进行机械性能和按炉进行化学成分复检。Q235B钢板应做0℃时的低温夏比（V型缺口）冲击试验，三个纵向标准值试样的冲击功平均值不小于34J。10钢板材正火状态交货，应做-20℃时的低温夏比（V型缺口）冲击试验，三个纵向标准值试样的冲击功平均值不小于31J。6.2焊接方面按JB/T4709-2000规定，低温型低合金钢相同钢号相焊选用焊接材料应保证焊缝金属的力学性能高于或等于相应母材标准规定下限值，或满足图样规定的技术条件。手工电弧焊选用焊条牌号：J507（E5015），自动焊焊丝：H08MnA，焊剂：HJ401-H08A。6.3焊缝无损探伤容器及夹套内A、B 类每条焊缝长度的20%（不少于250mm）X射线检测技术AB级，接头质量符合JB/T4730.2-2005Ⅲ级合格，上接环与夹套组装的对接接头按JB/T4730.2-2005做100%磁粉检测，Ⅰ级为合格。结语搪玻璃的生产和应用历史已经很悠久，搪玻璃是由非金属无机物质在高温条件下采用搪瓷的方法，施涂在金属基体材料上而形成的一种玻璃状瓷层，并与金属紧密结合的制品，具有金属材料的强度和刚度，非金属无极物质的美观、光滑、耐腐蚀等特点。搪玻璃容器是含硅量高的搪玻璃釉通过900℃左右的多次高温煅烧，使搪玻璃密着于金属基体表面而制成。搪玻璃层的厚度一般为0.8～1.5mm。由于搪玻璃层金属的保护，使搪玻璃容器具有优良的耐腐蚀性能，并能防止某些介质与金属离子发生作用而污染物品。本次设计中从釜体的结构设计到传动装置、搅拌装置等的设计过程，都遇到大大小小的问题，但在不断的检查验算之后，都得到了比较满意的结果，这让我从中又深刻的学习了各种知识，除了设计的过程，还有在绘图中的进步，CAD的应用虽然以前也实践过，但是那些都不能真正的让自己了解这个绘图软件，经过反复的实践后，绘图已经不成问题，所以通过这次比较完整的搪玻璃反应釜的设计，我不再只是局限于对理论知识的了解，而是对整个过程的熟知，在不断的更改中，设计也在不断的完善中，这即达到了本次设计对学生知识的考察，也让学生对理论的实践做了更好的诊释，虽然只局限于对容器的设计，其使用过程和维护过程还不能更好的了解，但是在设计的过程中，也会考虑到以后使用过程的各种范围，能让容器符合设计要求。无论是论文或者是设计，即使在多次的更改后，也会有诸多不足等待改进，更何况是我们的毕业设计，我的设计中肯定会有各种各样的缺陷。但是，我确实得到了不同的进步，对于其他的不足，我想我会不断的改进。这次设计的完成是我大学四年的一次学习体现，虽然不是完美的连释，虽然不能为社会做什么贡献，但是这是一次宝贵的经验，我会认真的吸取教训，使得自己更加优秀，希望各位老师监督指教!参考文献[1]郑津洋等.过程设备设计(第三版)[M]，北京：化学工业出版社，2005.5[2]潘红良等.过程设备机械设计[M]，上海：华东理工大学出版社，2006.7[3]贺匡国.化工容器及设备简明设计手册(第二版)[M]，北京：化学工业出版社2002.4[4]王凯等.化工设备设计全书-搅拌设备，北京:化学工业出版社，2003.8[5]朱思明等北工设备机械基础[M]，上海:华东理工大学出版社，1991.12[6]郑晓梅.化工制图[M]，北京:化学工业出版社，2002[7]李继和等.机械密封技术，北京:化学工业出版社，1988[8]夏清等.化工原理[M]，天津:天津大学出版社，2005_7[9]李景辰等.压力容器墓础知识，北京:劳动人事出版社，1986[10]石智豪等压力容器介质手册，北京:北京科学技术出版社，1992[11]卓震.化工容器及设备，北京:中国石化出版社，1998[12]渠川瑾.反应釜，北京:高等教育出版社，1992[13]陈国理.压力容器及化工设备(第二版)，广州：华南理工大学出版社，1944[14]GB150-1998((钢制压力容器》[15]GB9019-1998《压力容器公称直径》[16]HG/T2123-1991《搅拌器形式及主要参数))[17]HG/T20569-94《机械搅拌设备》[18]HG/T21Sb3-21572-95《搅拌传动装置》[19]JB/T4725-1992《耳式支座》[20]中华人民共和国国家发展和改革委员会．HG/2051.2-2007《搪玻璃搅拌器框式搅拌器》[S]．北京：中国标准出版社，2007．[21]中华人民共和国国家发展和改革委员会．HG/T2053-2005《搪玻璃设备人孔法兰》[S]．北京：中国标准出版社，2006．32-35．[22]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．GB/T25027-2010《搪玻璃开式搅拌容器》[S]．2010．[23]中华人民共和国国家发展和改革委员会．HG/T2052-2007《搪玻璃设备传动装置》[S]．北京：中国标准出版社，2007．[24]中华人民共和国国家发展和改革委员会．HG/T2055.2-2007《搪玻璃带视镜人孔》[S]．北京：中国标准出版社，2007．[25]中华人民共和国国家发展和改革委员会．HG/T2054-2007《搪玻璃设备卡子》．[26]中华人民共和国国家发展和改革委员会．HG/T2055.1-2006《搪玻璃人孔》[S]．2006．[27]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》[S]．北京：中国标准出版社，2008．[28]全国锅炉压力容器标准化技术委员会．JB/T4709-2009《钢制压力容器焊接规程》[S]．2009．[29]TariqMahmud，JenniferN.Haque,KevinJ.Roberts,DominicRhode