3M反应釜的设计及其制造工艺规范

61/61前言1、课题的背景及意义反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器，材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔、因康镍）合金及其它复合材料。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、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。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。搅拌机的操作性能直接关系到产品的质量、能耗和生产成本，工程界和学术界对搅拌混合都非常重视，进行了大量的研究工作，取得了不少的研究成果。搅拌器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一。目前，搅拌器的选型和内构件的设计在很大程度上依赖试验和经验，对放大规模还缺乏深入的认识，对于能耗和生产成本只能在一定规模的生产装置上对比后才能得出结论，由于对产品的回收率和质量要求越来越高，对搅拌器的研究日趋深入，已从早期对搅拌功率和混合时间的研究，20世纪80年代对反应釜内的流体速度场分布的研究，进入20世纪90年代以来的搅拌釜内三维流场的数值模拟研究。流场数值模拟必须在深入进行流体力学研究的基础上，综合考虑流体流动的三维性、随机性、非线性和边界条件不确定性。通过数值模拟不但可以解决反应器的放大机理，而且可以优化设计开发新型高效搅拌器，使机械搅拌器的设计理论更加完善。对于不同的介质，不同的化学反应过程，要求搅拌装置的结构和搅拌速度不同，根据不同的场合一般分为以下几种情况：1、液-液互溶系统的场合，一般采用低速搅拌就能足够完成，这种场合常用浆叶式搅拌装置。2、液-液互不相溶的场合，这种场合则需要强烈的上下翻滚，常用浆叶搅拌器，在釜体内加有一定形状的挡板，或采用推进式搅拌器。3、反应介质里有少量的固体且不易沉降时可采用比较缓和的搅拌，反之当反应介质或反应过程的生成物中固体较多，且容易沉降时必须采用强烈的上下的翻动的搅拌，这些搅拌均属于固-液相的搅拌系统。2、课题的来源、研究目的课题来源于本人顶岗实习单位——张家港化工机械股份有限公司的实际课题。研究目的：设计一台常温常压下使用的搅拌类的无夹套反应釜；通过这个简单的反应釜的设计，熟悉反应釜的基本设计思路和方法，能了解并掌握该设备的传动结构的设计及其相关工艺。通过本次设计使自己对反应釜的相关设计工艺有全面的了解，并掌学会了这压容器设计的总体流程及相关准则的参考。在本人设计的课题中搅拌器中所搅拌的介质是二甲苯，在该设备要求中反应搅拌机的目的是由电机作为驱动装置，经减速器联轴器带到桨叶旋转使物料搅拌均匀3、课题的研究内容、方法研究内容：1、反应釜的设计方案的分析和拟定2、反应釜釜体的分析和设计3、搅拌装置的选用4、传动装置的设计第一章反应釜的设计方案的分析和拟定第1.1节反应釜的相关设计要求设计技术特性表密度（Kg/M³）900-1050粘度()100介质名称二甲苯设计压力（MPa）0.125MPa工作压力(MPa)常压（0.1MPa）工作温度(℃)常温（25℃搅拌目的搅拌均匀设计容积(m3)3．0搅拌器型式螺旋推进式电机功率(KW)电机防护等级IP54电机防爆等级dⅡBT4搅拌转速(r/min)281叶端线速度(m/s)6.6物料流动方向向下第1.2节设计方案的分析和拟定根据任务书中的要求，一个无夹套反应釜主要有搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管等一些附件构成。而搅拌容器即为罐体。搅拌装置分为搅拌器和搅拌轴，根据任务说明书的要求本次设计搅拌器为推进式搅拌器；考虑到机械轴封的实用性和应用的广泛性，所以轴封采用机械轴封。在阅读了设计任务书后,按以下内容进行无夹套反应釜的机械设计。（1）总体结构设计。根据工艺的要求，并考虑到制造安装和维护检修的方便来确定各部分结构形式。（2）传动系统设计，包括选择电机、确定传动类型、选择联轴器等。（3）搅拌器的设计。①根据工艺参数确定各部几何尺寸；②考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体材料；③对罐体进行强度和稳定性计算、校核；（4）决定并选择轴封类型及有关零部件。（5）绘图，包括总图、部件图。第二章反应釜釜体的设计反应釜是由罐体和搅拌装置两大部分构成，罐体是反应的核心，为物料完成搅拌过程提供一个空间。釜体的设计包括罐体材料的选取，罐体的几何尺寸（包括内直径Di、高度H、容积V及壁厚δ）的计算，强度校核等。第2.1节罐体的结构设计罐体采用立式的圆筒形容器，由筒体和封头构成。通过支座安装在基础平台上。封头一般采用椭圆形封头。而为了拆卸清洗方便，上部采用平盖法兰与筒体连接，下部采用椭圆封头与筒体连接。反应釜釜体主材预选用GB24511-2009的牌号06Gr19Ni10美标ASME（2007）SA240型号304对于直立的反应釜来说，釜体的设备容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积。罐体为一个提供化学反应空间的容器，由于化学反应一般都要吸收或放出热量，因此会在容器的内部或外部设置加热或冷却结构的装置。但是因为本次设计的反应釜的主要作用是将二甲苯搅拌均匀，属于物理反应，因此本次设计没有设置冷却或加热装置。1-封头2-筒体3-支座4-平盖封头5-搅拌机构1-封头2-筒体3-支座4-平盖封头5-搅拌机构图2-1反应釜结构图第2.2节罐体几何尺寸计算一、筒体尺寸的确定1、筒体内径（Di）的计算由于罐体全容积V与操作时物料熔剂V0的关系为：V0=η*V————————(2-1)图2-1立式搅拌器则V=V0η=3图2-1立式搅拌器根据实际经验,几种搅拌反应器罐体的长径比如表2-1[1]所示表2-1几种搅拌反应器罐体的H/Di值种类设备内物料类型H/Di一般搅拌器液-固或液-液相容物料1―1.3气-液相容物料1―2发酵罐类1.7―2.5筒体内径Di的估算：Di≈34V筒式3-1中i为长径比即：i=HiDi，根据表2-2-1可查的，i=1.3，先忽略罐底封头容积,则可认为V筒=V即：V=3.8M3=3.8×106mm3则：Di≈2、筒体厚度（δn）的计算已知：工作温度Tc=25℃设计压力pc=0.125Mpa在25℃下06Gr19Ni10的许用应力[σ]t=137MPa[2]筒体焊接采取单面焊、全焊透，局部无损伤，则焊接系数=0.80[2]δe=pcDi2[σ查得：负偏差C2=0.8mm腐蚀裕量C2=0mm[2]名义厚度δn=δe＋C1＋C2＋Δ=10mm二、封头尺寸的确定1、封头内径的计算椭圆封头选取标准件，则它的内径与筒体内径相同，即封头内径DN=Di=150mm[1]。对于标准椭圆封头，长轴与短轴的比值为2:1[1]，即短轴为750mm2、封头厚度计算由公式δe=KpcDi2[σK——椭圆封头形状系数，K=16[2+(Di2hi)2表2-2封头形状系数D2.62.52.42.32.22.12.01.91.8K1.461.371.291.211.141.071.000.930.87[σ]t——在设计温度下材料许用应力，其值查参考文献2可得[σ]t=137MPa[2]其中计算压力pc=0.125MP封头焊接采取单面焊、全焊透，局部无损伤，则焊接系数=0.8[2]则δe=1*由于Di2hi计算名义厚度δn=δe+C1+C2+Δ查得：负偏差C1=0.8mm腐蚀裕量C2=0mm[2]故封头厚度取δn=10mm故可查参考文献[1]表9-6得：封头直边段高度取40mm[1]即封头的内径DN=1500mm直边高度h2=40mm容积V≈0.45m三、确定筒体的高度Hi反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度Hi按下式计算并进行圆整：Hi=(V－V封)/Vim[1]式中V封封头容积：V封=0.45mVim1m高筒体容积：Vim≈1.767m3得：Hi=(3.8-0.45)/1.767≈1.895m圆整后的Hi=1.9m=1900mm按筒高圆整后修正实际容积：V=Vim×Hi+V封=1.767×1.9+0.45=3.8573m3>3.8m3——————————(2-第2.3节反应釜的强度计算反应釜几何尺寸确定后，要根据已知的公称直径，设计压力和设计温度进行强度计算确定罐体及筒体和封头的厚度。强度计算中各参数的选取及计算，均应符合GB150-1998《钢制压力容器》的规定。一、筒体强度校核计算已知：Tc=25℃pc=0.125Mpa[σ]t=137MPa=0.80δ=pcDi2[σ负偏差C2=0.8mm腐蚀裕量C2=0mm名义厚度δn=S＋C1＋C2＋Δ=10mm筒壁的应力校核δt=pc（Di+δe）即筒体选用06Gr19Ni10同一数字代号S30403，厚度δ=10mm，强度能够达到所需，符合设计要求。二、封头厚度校核计算由于δe=pcDi2[σ]tφ同理名义厚度：δn=δe＋C1＋C2＋Δ=10mm由椭圆壳体的应力分析可知，椭球壳体上的应力分布是变化的，应力分布随点的位置不同而不同。当abσφ=σθ代入数值得：σφ=即封头选用06Gr19Ni10同一数字代号S30403，厚度δ=10mm，设计强度达到使用要求。

第三章反应釜的搅拌装置搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。搅拌器的形式很多，根据任务说明书的要求，本次设计采用的是推进式搅拌器。推进式搅拌器的特点是能使液体产生激烈流动及湍流运动的性能很高。推进式搅拌器的主要运用范围是搅拌及混合绝对粘度小于36000厘泊的各种流动性的液体，以及制成乳浊液或悬浮液。[3]推进式搅拌器机械设计的主要内容是：确定搅拌轴的直径、搅拌器直径、搅拌器与搅拌轴的连接结构。进行搅拌轴的强度设计和临界转速校核、选择轴的支撑结构及材料的选用。由于介质具有一定的腐蚀性，搅拌装置的材料选用与反应罐主体材料相同的材料06Gr19Ni10同一数字代号S30403。图3-1搅拌装置由前三章的相关设计得知反应釜净直径Di=1500mm，净高H=1900mm；工作温度：25℃；工作压力：0.125MPa；搅拌目的：搅拌均匀。图3-1搅拌装置第3.1节搅拌器形式的确定根据实际生产要求，初步设定搅拌器为两层搅拌，采用三叶开启涡轮式搅拌器(又称为螺旋推进式搅拌器）。图3-2推进式搅拌器搅拌器直径Dj取标准值，即搅拌容器直径的三分之一：[4]Dj=Di/3=1500m/3=500mm————————————（3-1）底间距（C）即搅拌器距容器底部高度，通常底间距与搅拌容器内径比值一般在0.05~0.3范围内选取[4]。则C=（0.05~0.3）Dj=15~150mm——————————（3-2）因为底间距比值越小，固相完全离底悬浮临界转数越小，所以在满足底层桨轴向排量的前提下，该比值尽量取得最小。但是考虑到实际生产中容器底部会出现一定量的沉积物，C值不能太小[4]；C值太大搅拌效果不足，结合实际取C=130mm搅拌器浸入搅拌容器液面下的深度（S），搅拌器浸入液体内的最佳深度为：[2]S=2对于双层搅拌器，搅拌器层间距（Sp）与桨径之比一般为0.5~2范围内，由搅拌桨的轴向作用范围和反应釜的高度决定搅拌桨层数。对于两层以上的多层桨，要调整桨径和层数取得合理的层间距，达到搅拌效果好，轴功率低的效果。[2]故：Sp=（0.9~1.5）Di=250~1000mm———————————（3-4）取Sp=700mm搅拌器和容器的几何参数条件如表3-1[5]：表3-1搅拌器容器几何参数条件挡板数量无搅拌器距容器底部距离C=挡板宽度无搅拌器潜液深度S=1200挡板与容器内壁间距无搅拌器直径Dj=500搅拌器桨叶数量Zj=3搅拌器桨叶的螺距Pt=Dj=500表3-2推进式桨叶尺寸表[2]djdd1螺钉δ1δ1h键槽aP/n不大于d2bt1503060M1210540833.151°31′0.0082003060M1210545833.143°22′0.0082504080M12105551243.636°11′0.013004080M12126651243.639°59′0.014005090M16148951655.135°19′0.03150065110M1618101051870.634°39′0.06260065110M2022121251870.629°59′0.1170080140M2022121502487.232°14′0.16注：表中P/n为搅拌器桨叶强度所允许的数值，其计算温度≤200℃；P————计算功率，Kw；n————搅拌器每分钟转数。表表3-3推进式桨叶展开截面尺寸第3.2节搅拌轴的设计搅拌轴将电动机的动力传递给搅拌器。它承受的是以扭转为主的扭—弯联合作用。已知混合物的密度为（900—1050）Kg/m3，则取ρ=1050Kg/m3；搅拌器直径Dj=500mm；搅拌器搅拌转速n=281r/min=4.68r/s；粘度μ=100cP=100mPa·s=0.1Pa·s搅拌液的雷诺准数：Re=ρnDj2μ代入3-2-1式可得Re=一、搅拌轴消耗的功率单层搅拌器搅拌轴上所消耗的功率：Pc=P式中P0对于双层搅拌器的总功率准数：P0c=P0式中P0n/图3-3多层搅拌器总功率准数P0c且SDj=700500=1.4由图4-2功率准数P0与雷诺准数Re关系的关系图可得：P0=0.36[5]图3-4功率准数P0与雷诺准数Re关系故P0讲个数值带入式3-6和3-7可得：PP二、搅拌轴轴径的设计计算搅拌轴的材料：选用06Gr19Ni10（304旧钢号0Gr18Ni9）；搅拌轴的结构：用实心直轴。N0=0由上节的相关计算得知：搅拌轴功率：P0c=1.8KWPc=1.2KW搅拌轴转速：n=281r/minL2L1FA底轴承Fe传动侧轴承L2L1FA底轴承Fe传动侧轴承LeL图3-5搅拌轴的受力图Fb1Fb21、受扭转变形控制的轴径d1：d1=155.4×式中[]————轴的许用扭转角，°/m由实践经验得：对于单跨轴：[]=0.7°/m；G—————轴材料的剪切弹性模量，G=E2×（1+MnmaxMnmax=9553P式中η1—————传动侧轴承之前的传动装置传动效率，按表3-3-1选取[5]表3-4传动装置各零部件的传动效率η1类别传动形式传动效率η1摆线针轮传动摆线针轮行星减速机＞0.9谐波齿轮传动谐波减速机＞0.83圆柱齿轮传动开式传动，铸齿（考虑轴承损失）0.9—0.93开式传动，铁齿（考虑轴承损失）0.95单级圆柱齿轮减速器0.97—0.98双级圆柱齿轮减速器0.95—0.96行星齿轮减速器0.9—0.93圆锥齿轮传动开式传动，铸齿（考虑轴承损失）0.9—0.93开式传动，铁齿（考虑轴承损失）0.9—0.93单级圆锥齿轮减速器0.9—0.93双级圆锥—圆柱齿轮减速器0.9—0.93蜗杆传动自锁的0.40—0.45单头蜗杆0.70—0.75双头蜗杆0.80—0.92三头和四头蜗杆0.40—0.45蜗杆传动圆弧面蜗杆传动0.85—0.95皮带传动0.95—0.96链传动开式传动链浸入油池中传动0.92—0.940.95—0.97变速器无级变速器0.8轴承传动轴承滑动轴承0.99—0.9950.93—0.995因为电动机功率PNM则由式3-2-4可得：d圆整可得：d1=65mm(搅拌轴标准值)[5]2、按强度计算搅拌轴直径d21）搅拌轴上的流体径向力：Fb=k1Mn×式中k1—————搅拌器的流体径向系数取0.16[]则F2）搅拌器的质量mj≈7.5Kg3）搅拌轴的质量：m4）搅拌轴的组合质量：m5）搅拌轴的临界转速：如果搅拌轴的工作转速等于或接近于轴的固有频率时，轴将发生强烈震动，即发生共振现象。发生共振时的转速称为临界转速。工程上轴的转速应避开临界转速。搅拌轴与搅拌器作为一个整体，有多个临界转速[1]。对于刚性轴，要求n≤0.7nc故按保守值取：6）搅拌轴的许用偏心距[e]（取搅拌轴的平衡精度G=6.3mm/s）[5]e7）搅拌轴的偏心力FeFe=π8）搅拌器和搅拌轴的组合质量m组重心至轴承的距离LeLe=9）搅拌轴的径向弯矩MR因为搅拌轴在搅拌容器内为垂直安装，故其倾角α=0°[5]则有：MR=F10）搅拌轴的轴向弯矩MA因为搅拌轴的排液方向为向下，故搅拌轴受拉，所以MA=011）搅拌轴的当量弯矩MteMte=M则考虑弯扭组合计算搅拌轴的轴径d2：d2=17.2×3式中[]—————搅拌轴材料许用剪应力，τ=σσb—————搅拌轴材料的抗拉强度，520MPa[5]Mte各数值代入3-2-11式中得：d2=34.9mm＜d1=65mm表3-5搅拌轴常用金属材料及力学性能材料轴的加工状态σzMPaσbMPaEMPaGMPaQ235-A热轧，段后空冷2254002.1×1068.1×10435正火2655102.1×1068.1×10445正火2955902.1×1068.1×1040Gr17Ni12Mo2(316不锈钢)2055201.93×1060Gr18Ni9(304不锈钢)2055201.93×1063Gr13调质63583540Gr调质540735钛（TA5）退火5856851.03×106三、搅拌轴强度校核1、对轴的强度进行校核计算τmax=M式中Wp—————对于实心轴wMnmax———搅拌轴传递的最大扭矩各数据代入式3-2-12得τ2、对轴的刚度进行校核计算搅拌轴的扭转角：γ=5835×Mnmax即：QUOTEγ=0.28°/m<γ=0.7°/m注：轴的表面粗糙度可按所配零件的标准要求选取。第3.3节搅拌器与搅拌轴的连接1、连接方式的选取搅拌器的轴套与搅拌轴采用键连接并用止动螺钉将其固定搅拌器轴套的外径d1和长度l推荐值：d1=(1.6~2)d——————————————（3-则d1=（1.6~2）×75=120~150，取d1=120mml＞搅拌器桨叶宽度在轴线上的投影长度，但l不得小于d。查表3-3-1得：l=195mm采用键连接的方式，查表3-3-2及参考资料[]：键的工作长度l=110mm键的高度h=11mm键的宽度B=18mm[6]2、键连接强度校核计算键链接的挤压强度条件σk=4×式中Mnq————搅拌轴上每个搅拌器的扭矩MPk————每一层搅拌器的设计功率Pk=Phk————键的高度11mml————键的工作长度110mmn————搅拌器转速281r/mind————搅拌轴直径65mm各数值代入可得：σ键连接的剪切强度条件τk=2×式3-3-4中τk————键的剪应力MPaB————键的宽度18mm各数值代入式3-3-4中得：τ第3.4节搅拌轴的支撑一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。当搅拌轴较长时，轴的刚度条件变坏。为保证搅拌轴悬臂稳定性，轴的悬臂长L，轴径d和两轴承间距a应满足以下关系：L/a≤4~5，L/d≤40~50，否则就要增加中间轴承或底轴承。由于本次的设计中轴的悬臂长L，轴径d和两轴承间距a不能满足这两个要求，故增加轴承。搅拌轴的支承常采用滚动轴承。安装轴承处的公差带常采用K6.外壳孔的公差带常采用H7。安装轴承处轴的配合表面粗糙度Ra取0.8~1.6外壳孔与轴承配合表面粗糙度Ra取1.6[5]为保证搅拌轴的稳定，防止在转动过程中产生晃动，在罐底部加上了轴承，称之为底轴承，搅拌轴的底轴承选用参考资料推荐结构，其机构特点是再不拆除搅拌轴的情况下可装、拆底轴承。其形式有两种：Ⅰ型为碳钢轴承；Ⅱ型为不锈钢轴承。本次设计选用Ⅱ型，其结构和尺寸查图3-4-1和表3-4-1表3-6搅拌轴底轴承尺寸表轴径序号dd1d2d3LL1L2L3BB1B2HH1Sll1130223845225128155751304070170140855142504060702651521809516558902101701078173806595105360200235135240901303102501010817

第四章3M³反应釜的传动装置反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置设置在釜顶封头的上部，传动装置一般由电动机、减速机、机架、传动轴、搅拌轴、联轴器、搅拌轴轴封、安装底盖、凸缘法兰、搅拌轴中间支承轴承、搅拌轴底轴承等零部件组成。其设计内容一般包括：电机、减速机的选型，选择联轴器，选用和设计机架和底座等。第4.1节常用电机及其连接设备选用电机主要是考虑到它的系列，功率，转速，以及安装形式和防爆要求等几项内容。最常用的为Y系列全封闭自扇冷式鼠笼转子三相异步电动机。能防止灰尘、铁屑或其他杂物进入电机内部。Y系列使用于拖动对起动性能、调速性能、转差率均要求的一般机械，更适合用于灰尘较多、水土飞溅的地方。适用于环境温度不超过40℃海拔不超过1000m，额定电压380V，3Kw以下为Y接法，其他均为△接法。电机功率必须满足搅拌器运轴功率与传动系统，轴封系统功率损失的要求，还要考虑到又时在搅拌过程操造作中会出现不利条件造成功率过大。电机功率可按下式确定：Pd式中：p————搅拌轴所消耗的功率p=2KWPm————搅拌轴轴封处的摩擦损耗功率。本次设计采用机械轴封，功率消耗小Pm=0.6KWη————搅拌机传动装置各零部件的传动效率]选取η=0.90~0.96[7]带入各数值得：Pd=2.89KW则需选用功率为3Kw的电机。由于设备技术协议中对电机的防爆防护等有要求。而电机防爆等级由3部分构成：1)在爆炸性气体区域（0区、1区、2区）不同电气设备使用安全级别的划分。如旋转电机选型分为隔爆型（代号d）、正压型（p）、增安型（e）、无火花型（n）2)气体或蒸气爆炸性混合物等级的划分，分为ⅡA、ⅡB、ⅡC三种，这些等级的划分主要是依照最大试验安全间隙（MESG）或最小点燃电流（MICR）来区分的。3)引燃某种介质的温度分组的划分。主要分为T1：450℃＜T、T2：300＜T≤450℃、T3：200＜T≤300℃、T4：135＜T≤200℃、T5：100＜T≤135、T6：85＜T≤100℃.对于防护等级：0级无防护电机无专门防护不作试验，但应符合2.1条1级防护大于50MM固体的电机能防止大面积的人体偶然意外地触及或接近壳内带电或转动部件。能防止直径大于50MM的固体异物进入壳内2级防护大于12MM固体的电机能防止直径大于12MM的固体异物进入壳内3级防护大于2.5MM固体的电机能防止直径大于2.5MM的工具或导线触及或接近壳内带电或转动部件4级防护大于1MM固体的电机能防止直径或厚度大于1MM的导线或片条触及或接近壳内带电或转动部件5级防尘电机承受任何方向的溅水应无有害影响然而在现在防护等级多以IP后跟随两个数字来表述：IP（INGRESSPROTECTION）防护等级系统是由IEC（INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSION）所起草。将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到电器内之带电部分，以免触电。IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第2个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，及用来明确防护的等级，数字越大表示其防护等级越高。第一个数字表明设备抗微尘的范围，或者是人们在密封环境中免受危害的程度。I代表防止固体异物进入的等级，最高级别是6；第二个数字表明设备防水的程度。P代表防止进水的等级，最高级别是8。详细说明含义见表4-1表4-1IP防护等级说明名称I防护范围P防护范围0无防护无防护1防护50mm直径和更大的固体外来体探测器，球体直径为50mm,不应完全进入水滴防护垂直落下的水滴不应引起损害2防护12.5mm直径和更大的固体外来体探测器，球体直径为12.5mm,不应完全进入柜体倾斜15度时，防护水滴柜体向任何一侧倾斜15度角时，垂直落下的水滴不应引起损害3防护2.5mm直径和更大的固体外来体探测器，球体直径为2.5mm,不应完全进入防护溅出的水以60度角从垂直线两侧溅出的水不应引起损害4防护1.0mm直径和更大的固体外来体探测器，球体直径为1.0mm,不应完全进入防护喷水从每个方向对准柜体的喷水都不应引起损害5防护灰尘不可能完全阻止灰尘进入，但灰尘进入的数量不会对设备造成伤害防护射水从每个方向对准柜体的射水都不应引起损害6灰尘封闭柜体内在20毫巴的低压时不应进入灰尘防护强射水从每个方向对准柜体的强射水都不应引起损害7防护短时浸水柜体在标准压力下短时浸入水中时，不应有能引起损害的水量浸入8防护长期浸水可以在特定的条件下浸入水中，不应有能引起损害结合业主工作环境、技术要求及防护设计等的要求：电机防护等级为：IP54电机防爆等级为：dⅡBT4电机型号为：JQO2-51-8[7]第4.2节釜用减速机类型，标准及其选用常用的减速装置有摆线针齿行星减速机、两级齿轮减速机、三角皮带减速机和谐波减速机四种。这几种减速机的有关数据，主要特点及应用条件等基本如表4-2所示。表4-2搅拌反应器用立式减速机的基本特征特性减速机类型摆线针齿行星减速器BLD（电机类型）两级齿轮减速机LC（电机类型）三角皮带减速机P（电机类型）谐波减速器XB（电机类型）减速比范围71-1511-64.5-3360-390速出转速范围R/min20-100125-300320-5004-16功率范围/Kw0.6-300.6-300.6-5.50.6-13效率0.9-0.950.930.91＞0.83主要特点利用少齿差内啮合行星传动的减速装置，故减速比大，寿命长，故障少。装拆方便，结构紧凑，与同功率的涡轮减速器相比，效率高而体积可少一半左右两级同中心距斜齿轮传动的减速装置，传动比准确，寿命长单级三角皮带传动的加速装置，结构简单，过载时会产生打滑现象，因此能起安全保护作用。但由于皮带滑动故不能保证精确地传动比利用行星轮为柔轮的少齿差内啮合行星传动的减速装置，减速比可很大特性参数功率、按输出轴轴径而分的机型号、减速比中心距三角皮带型号、根数柔轮分度圆直径应用条件对过载和冲击载荷有较强的承受能力，可短期过载75%；允许正反旋转；可用于有防爆要求的车间；与电动机直联供应允许正反旋转；采用夹壳联轴器或弹性块联轴器与搅拌轴连接；不允许承受不外加轴向载荷；适用于可连续搅拌的化工设备；可用于有防爆要求的车间；与电动机直联供应允许正反旋转；一般以夹壳联轴器与搅拌轴连接，搅拌器重量可由本机承受，不能用于防爆要求的车间；适用于连续搅拌设备的化工设备可不需多级传动而用于转速极低的搅拌传动装置；可用于有防爆要求的车间图4-1TRF型减速机实体模型TRF型减速机实体模型故选用两级齿轮减速机，在两级齿轮减速机的个型号中选用TR系列斜齿轮硬齿面减速机。TR系列斜齿轮硬齿面减速机是通用性强、组合性好、承载能力高的一种减速机，它不仅很方便地获得各种不同的传动比，而且效率高、振动小、允许有高的轴伸径向载荷。能与多种减、变速机组合，实现使用上所需的要求，同时有利于国产化配套传动装置。图4-1TRF型减速机实体模型TRF型减速机实体模型表4-3TRF输入功率及许用转率减速机型号结构形式输入功率传动比许用转矩28TRTRF0.18-33.83-135.09130380.18-33.83-134.8285480.18-5.53.83-176.88200580.18-7.54.39-186.89300680.18-7.54.39-199.81450780.18-115.21-195.24600880.55-18.55.36-246.54820980.55-304.49-289.7415501082.2-455.06-289.164300反应釜的立式减速机的选用根据：轴转速n=281r/min电机功率为2.74Kw查表4-3可选：TRF88型减速机，其尺寸从表4-4中选取。（HG5-745-78标准中选取）图4-2TR、TRF型减速机的安装尺寸图查询参考资料[7]表15-8选得：电动机功率为4Kw转速为750r/min查选取电动机型号为：JQO2-51-8第4.3节安装底盖标准安装底盖用于支撑机架、轴封的装置。适用于设计压力为0.11.6MPa，设计温度为-20+30℃的工况下。采用螺栓等紧固件，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。表4-4安装底盖、机架、传动轴、搅拌容器系列组配mm安装底盘公称直径DN机架公称直径DN常用搅拌容器公称直径DN传动轴轴径d304050607080901001101201301401502002002005006002502502502507008001000300200*200*--30030030012001400400200*200*250*25030030040040015001800500200*200*250*300*300*30040050050050050020002200700200*200*250*300*300*300400400500500700700700700240026002800200*200*250*300*300*300*400*4005005007007007007003000900200*200*250*300*300*300*400*400500500700700700700320034003600注：1、表中的“—”表示这种组配在结构的几何学上不可能2、带*之数值表示这种组配结构不常用3、表中容器公称直径可根据经验和需要更改安装底盘常用的结构形式有8种：表4-5安装底盖形式传动轴安装形式密封面形式凸面（R）凹面（M）整体衬里（L）整体衬里（L）上装式（S）RSLRSMSLMS下装式（X）RXLRXMXLMX图4-3MX和LMX型安装底盖图4-4RX和LRX型安装底盖图4-5RS和LRS型安装底盖图4-5RS和LRS型安装底盖设计选取了RS型安装底盖。其主要尺寸查表4-3-3表4-6安装底盖外形尺寸mm安装底盖公称直径机架公称直径d2K螺柱孔d6(h7)K1螺纹孔S数量d5数量d7400250565515162629035012M205030032040012M20400415500300670620202632040012M206540041551516M24500520700300830780282632040012M208240041551516M2450052062020M247006709004001045990363041551516M2410050052062020M2470067078028M244-7安装底盖外形尺寸mm传动轴轴径dd9(H7)K螺纹孔数量d10301101454M16401101454M16501762108M16601762108M16701762108M16802042408M20902342708M201002342708M201102602958M201202602958M201302602958M2014031335012M2016031335012M20由于我们采用的是平盖封头，没有采用凸缘法兰，故在装配安装地板时可将K,d5等值省去。结合附表4-4-3和4-4-4，内容如下(单位：mm)：DN=400,d2=400k1=350d7=M20d6=290s=50d9=176k2=210d10=M16第4.4节机架机架是安装减速机用的，它的尺寸应与减速机底座尺寸相匹配。其选用类型有三种，分别为：无支点机架、单支点机架、双支点机架。适用范围如下所诉：（1）无支点机架：搅拌轴以减速机本身的两支承为受力支点，用于传递不受或者只受较小的轴向载荷及搅拌不强烈的搅拌装置。（2）单支点机架：在搅拌容器内设有底轴承，作为一个受力支点时或轴密封本体设有轴承（包括刚性衬套），作为一个受力支点时，可选用单支点机架。在选用单支点机架时，则搅拌轴和减速器之间的连接必须采用弹性联轴器。当不具备上述两个条件而选用单支点机架时，则搅拌器和减速器之间的连接必须采用刚性联轴器。图4-8双支点机架图4-7单支点机架图4-6无支点机架图4-8双支点机架图4-7单支点机架图4-6无支点机架（3）双支点机架：在不宜选用无支点、单支机架时，则可选用双支点机架。但搅拌轴与机架之间必须采用弹性联轴器连接。[5]本次所设计的3M3反应釜在容器底部设置了底轴承，故本次选用单支点机架。单点支架适用于搅拌机传动轴轴径为30~常用的单支点机架见图4-4-b，尺寸选取选用型单支点机架，H=750mmH1=268mmD1=290mmD2=400mmD3=445mmD4=495mmD5机架采用铸造件，根据铸件结构设计一般规定零件重量为61-100Kg，外壁、内壁和肋的厚度分别为12、10、8mm。[9]第4.5节联轴器常用的电机和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。常用的类型很多，选取刚性凸缘联轴器，选用GT型刚性凸缘联轴器。GT型刚性凸缘联轴器的优点：1、适用于Ⅱ型减速机轴伸与反应罐搅拌轴伸出的部分联接。2、可按减速机Ⅱ型轴伸直径选择相对的GT型联轴器。3、允许联接不同轴径，不同配合长度的两条轴，型号标示法直径部分应写成分子式如本次设计所采用的型号：GT40/45即表示上半联轴器内孔dg=40,H1=70，下半联轴器内孔dg=45，H1=0。其主要尺寸以及型式见附图4-6-1，尺寸见附表4-6-1.选用GT40/45质量：32图4-9联轴器主要尺寸示意图D=150D1=120D2=100H=144H1=70H2=20n-dM=4-M12表4-8刚性联轴器主要尺寸标定符号孔径

dg(H7)Mmax

(Nm)主要尺寸重量(kg)DD1D2HH1H2n-dMTTGT-3030500115906511254184-M1033.387GT-3535900115906511254184-M1038.31010GT-4040160015012010014470204-M1243.31216GT-4545160015012010014470204-M1248.81416GT-5050200017014011516580214-M1253.81420GT-5555200017014011516580214-M1259.31620GT-6565400020016012518587244-M1669.41835GT-7070400020016012518587244-M1674.92035GT-80807500200160130190/25592/125264-M1685.42250GT-90909000240200150255125286-M1695.42575GT-95959000240200150255125286-M16100.42575GT-10010012000240200165264134326-M16106.428110GT-11011018000255220180312155326-M18116.428130GT-12012018000255220180312155326-M18127.432155GT-13013028000340280220399197346-M18137.432240GT-14014028000340280220399197346-M18148.436272GT-15015029000380320250450206458-M20158.436302GT-16016029000390330260450206458-M20169.440325

第五章反应釜的轴封装置轴封式搅拌设备的一个重要组成部分。其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压和真空状态以及防止物料溢出和杂质的掺入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于反应工况复杂，轴的偏摆震动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于搅拌设备上。反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种形式。他们都有标准，设计时可根据要求直接选用。但搅拌机的轴封在选用时应遵循一下几个原则[10]：1、被密封介质为易燃、易爆、有毒物料，可选用机械密封。介质压力高时（设计压力＞0.6MPa），选用平衡型双端面机械密封；介质压力低时（设计压力≤0.6MPa），选用非平衡型双端面机械密封或非平衡型单端面机械密封。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（设计压力＞0.6MPa），选用平衡型单端面机械密封；介质压力低时（设计压力≤0.6MPa），选用平衡型单端面机械密封。3、密封要求高，搅拌轴和传动轴承受较大径向力时，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℃，搅拌轴（传动轴）的圆周线速度ν＞1.5m/s时，机械密封应配置循环保护系统（安HG21572--95）5、被密封介质为一般物料（非易爆、易燃、有毒），介质压力中等（设计压力＜1.6MPa）时，可选用填料密封6、介质压力低（设计压力≤0.6MPa），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。[5]而本次的介质为二甲苯，有毒，故选用机械轴封，但由于介质压力低设计压力为0.125MPa，所以选择平衡型单端面机械密封。图5-1机械密封实物图机械密封又名断面密封，是旋转轴用动密封，是一种功耗小，泄露率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封。主要用于腐蚀、易燃、易爆、剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备。由于机械轴封的结构形式很多，且大都有标准。由表5-1和表5-2机械密封推荐选型表可得，本次选用的机械密封型号为203图5-1机械密封实物图表5-1机架与传动轴密封件的组配机架行式可组配的传动轴密封件的组配单支点机架A型不带内置轴承的机械密封（201、203、204、206、208型）（HG21571--95）B型填料箱（HG21537--92）带内置轴承的机械密封（202、205、207）双支点机架A型不带内置轴承的机械密封（201、203、204、206、208型）（HG21571--95）B型填料箱（HG21537--92）带内置轴承的机械密封（202、205、207）（HG21571--95）表5-2机械密封推荐选型表压力等级介质介质温度推荐使用机械密封型号推荐使用循环保护系统流程号0.6MPa一般性介质≤80201/202流程5＞80流程1、4易燃易爆有毒≤80203204/205流程7、8＞80流程3、81.6MPa一般介质≤80203/204/205流程6、7206/207/208流程5、6＞80203/204/205流程2、3206/207/208流程1、2易燃易爆有毒≤80203/204/205流程7、8＞80流程3、8参考资料[10]表23.4-2给出了203型标准机械密封结构及尺寸。

第六章反应釜的其他附件第6.1节支座反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。标准耳式支座（JB/T4725-92）分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支撑在楼板上时选用B型，否则选择A型。本次的产品无保温要求，安装场地也无要求直接支撑在楼板上，故在设计中选取A型，支座数为4个。允许载荷为100KN支座质量为：28.7Kg地脚螺栓：M24.第6.2节人孔人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。设备的直径大于900mm，应开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形两种。圆形人孔制造方便。应用较为广泛。人孔的大小及位置应以人进出设备方便为原则，对于反应釜，还要考虑搅拌器的尺寸，一便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。密封面型式：突面（RF型）公称压力：0.125Mpa公称直径：DN=450mm总质量：125Kg螺柱：20个螺栓：40个。螺柱：M24-125第6.3节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。接管和法兰是用来与管道和其他设备连接的。法兰的尺寸系类表中的两个基本参数是法兰的公称直径DN，公称压力PN；这两个基本参数确定了法兰的尺寸。法兰的公称直径等其内径，法兰的公称压力是指在规定的设计条件下，在确定法兰结构尺寸时所采用的设计压力。而压力容器法兰的公称压力分成7个等级，及0.25、0.60、1.00、1.60、2.50、4.00和6.40MPa。管子的公称直径和与钢管的外径的关系见参考资料[2]表4-5接管的伸长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm。液体出料管的设计主要从易放尽、阻力小和不易堵塞等原因考虑。另外还要考虑温差应力的影响。第6.4节水压试验校核计算由于[σ]≈[σ]t故pt=1.25p=1.25pc=0.15625Mpaσ材料屈服点应力[σ]=137Mpa而0.9[σ]φ=98.64Mpa[2]则有σ

第七章总装工艺第7.2节总装工艺将复验合格的个零部件备于装焊现场，划出各装焊线迹，划出各开孔线迹。操作者完成后先进行自检，自检无误后有过程控制检验员进行检验。与此同时，可将法兰与对应的接管组焊。焊接按焊接工艺进行操作。将法兰与筒体进行组对焊接，组对时应注意尺寸，须经检验员检验后才能进行焊接。焊接时按焊接工艺进行焊接。焊好后，需对环缝进行100%（PT），PT合格后需精加工法兰密封面。封头上的组件与封头进行焊接，按焊接工艺进行焊接。待筒体组件与封头组件焊好后，将封头与筒体组焊。注意错边量不得大于2.5mm。焊缝进行10%（RT），且长度不得小于250mm，按JB/T4730-05Ⅲ进行检测。将接管组件与平盖封头组焊将安装底板与平盖封头组焊（保证安装底板与筒体轴心垂直）组焊、组装其余各件，整体成型设备内部进行抛光处理，抛光系数300目（表面光洁度为6级）设备不锈钢部分进行酸洗钝化处理设备盛满水进行水压试验（水中的氯离子含量不得大于25mg/l）设备以水带料进行试运转，时间不得少于4小时，设备应平稳，不得又不正常的噪声和振动等不良现象。再对设备进行总检，总检合格后，对设备进行油漆、运输、包装（按JB/T4711-2003的相关要求）附制造工序过程卡7.2釜体上主要焊缝结构的选取（图7-