【夹套反应釜的设计9400字（论文）】

夹套反应釜的设计目录夹套反应釜的设计 夹套反应釜的设计摘要：反应釜是一种反应装置，对于容器内的液体，夹套反应釜能够实现冷却或加热，因而去完成工业生产技术发展的需求，但是普通的反应釜却做不到。反应釜的应用非常广泛，它是一种特殊的设备，由于在反应釜内需要进行一些化学反应，因此它可以提供反应要求和空间。夹套反应釜主要是罐体和夹套，以封头、筒体等构成。通常情况下，工艺决定了反应釜的类型，夹套反应釜的搅拌装置由搅拌器和搅拌轴构成。夹套反应釜中还有一些传动部件，例如电动机、减速器、联轴器和传动轴。夹套反应釜的轴封装置在大多数情况下均选用机械密封或者是填料密封。本文主要是设计筒体和封头的主要尺寸，并进行强度和稳定性校核。除此之外，还进行了夹套几何尺寸计算，并且提到了如何选取釜体封头、电机、机架，相应的凸缘、联轴器等。本设计参数可满足其实际工作需要。关键词：反应釜；夹套；封头；搅拌轴；联轴器绪论随着时代的不断进步，化学、医药、食品等行业在生活中的应用越来越多，这使得夹套反应釜的使用也越来越普遍。夹套反应釜与普通的反应釜有着一些区别，反应釜容器内的介质通过夹套反应釜中的夹套可以加热或制冷，从而达到更好的工业的目的。夹套反应釜耐高温高压，不论是冷却物料还是加热物料都非常迅速。从广泛的概念上来说，反应釜其实就是一个能耐腐蚀的合金钢容器，而它能够完成物理或化学反应。利用设计容器的构造等途径，对容器的参数等加以配置，就可以实现在过程中所需要混配功能，比如加热、蒸发或冷却。对于容器型式的设计，其实诉求是有差异的，因此导致了反应进程中的压力也有差异。为了安全，必须根据实际情况严格遵循对应的准则对生产出来的物品进行制作、检验并试着运转。反应釜按照产品的生产制造工艺技术、操纵条件等的不同而有区别。夹套反应釜的两大核心部件主要是罐体和夹套，具有承载中压、低压压力功能，起到密闭设备的作用。夹套反应釜的搅拌装置具体上分为搅拌器和搅拌轴两个部分，搅拌器和搅拌轴形式往往由生产制造工艺技术来确定；夹套反应釜同时也配有传动部件，大致可以分为电动机、减速器、联轴器和传动轴等；轴封装置大多数采取机械密封或者填料密封的方式来使其达到密封的作用。反应釜按照生产构造，可以将它划分成几种类型，它们的结构都很典型，每一种都有着各自的使用要求和各自的使用领域，当然也有不同的特点和一定的缺陷。按照反应釜的制造材料和使用范围，也可以区分成其他种类型。反应釜大多数是由金属或者合成金属制造而成，除此之外也有的是由两种或两种以上固体物质制造而成。反应釜的制作可以选择用SUS304、SUS316L或者是其他不锈钢材质。转动机构可以选择用摆线针轮减速机、无级变速减速机或变频调速等等，这样就能够满足各种物料的特殊反应基本需求。对于夹套反应釜的密封装置，往往选择用机械密封、填料密封等构造。工作环境和情况有差别，加热的方法也有所不同，可以用蒸汽，也可以用电加热和导热油方式来满足多样化需求。第1章夹套反应釜的介绍1.1反应釜的基本特点用来制作反应釜的材料有很多种选择，而决定了使用何种材料来制作反应釜，要看工艺的具体要求。因此类型不同的反应釜之间在有差异的同时也有很多相似之处。夹套反应釜有非常多的应用范围，在各个产业中使用频率非常高。同时，由于反应釜的工作压力通常较高，因此风险较高，并且夹套反应器发生泄漏和爆炸的情况很多。作为典型的压力容器，它由两个空腔组成：一个筒体和一个夹套。设计时要考虑内外两个部分的压力，设计起来其实要比普通单腔压力容器复杂得多。因此，对于压力容器设计者而言，夹套反应釜应被设计为既安全又经济。各式各样反应釜的构造大致上都差不多。它们之间有很多共同点，不仅具有反应釜釜体，都还具备传动部件、搅拌部件，同时具有使物体温度升高或降低的功能。它们能够不需要强化传质过程，并且与此同时改进传热条件而且能够把握住反应温度使之趋于更加均匀。反应釜在形成内部压力的时候，整体情况不是很复杂，主要是由于反应釜内部物质之间发生相互作用，导致内部温度上升，压力就随之增大了。因为压力容易变化，偶尔在控制不平稳的情况下，压力在一瞬间之内增加，这时候非常可能高于正常状况下压力数倍不止。一般情况，为了保证安全，物质之间的相互作用都必须达到特定的温度要求，因此反应釜不单单要受到压力，与此同时也要能经受得住温度的考验。反应釜都配备有搅拌部件，它可以使物质之间反应得更好而且快速，而且可以提高效率，但是这会带来传动轴的动态密封问题，还要注意不要让设备发生物料外漏。反应釜的顶端装配有可以快速打开的人孔和手孔，可以轻松进行采样，查看反应进行状态，也可以对设备进行内部维护。1.2反应釜的发展趋势搅拌器有不同的类型，但是它们并不是无所不能的，因此在一些特殊的应用领域内使用，才能发挥它们最大的用处。最近几年，越来越多的全球性混合设备企业都想要开发效率高，绿色节能和生产成本低的反应釜。目前看来，反应釜的发展趋向是：提升反应釜的容积大小。这可以有效提高增产幅度、缩小小规模生产中间的品质偏差并提高利润。反应釜的搅拌设备，有些已经变化成双搅拌器，也可利用在外部添加泵的方式使其达到循环的作用。除了装有搅拌器外，还可以不需要人工的直接参与就实现生产自动化技术，代替了曾经复杂的人工操作。比如，程序控制可以保障生产过程的稳定，优化产品品质，减少开支，避免不必要的付出体力并减少污染物的排放达到环保要求。恰当地借助于热能，选定最合适的工艺过程参数，进一步完善保温的设施，增加传热效果，减少过程中造成的热损耗，尽可能地借助高温废气中的热量或在反应中引起的热量。第2章夹套反应釜设计2.1罐体和夹套的结构设计罐体的形状选用直立圆筒形，顶部配有上盖，中间为筒体，底部配有底盖，借助支座装配在基础平台上。顶部和底部选择椭圆形封头，底部与中间部分的链接是通过焊接来完成的。为了便于维修和洗涤，上封头选择使用法兰来和筒体进行相连。夹套的型式和罐体差不多。2.2罐体几何尺寸设计2.2.1确定筒体内径筒体内径D1D式中：V——工艺条件给定容积，m³；i——长径比，i=H1D表SEQ表\*ARABIC1常用搅拌容器的长径比种类设备内物料类型长径比i一般反应釜液-固相或液-液相物料1~1.3气-液相物料1~2由表1可取，i=已知V=2.5D将D1D12.2.2确定封头尺寸反应釜筒体和夹套的封头在大多数情况都是设计为标准椭圆形封头，本设计中配以椭圆形封头，型号是EHA，它的内径与筒体内径一致，其厚度计算并向上进行数据修正。于是，选择封头的内径为1400mm。查文献3附表4-2可知，DN=1400mm时，曲边高度ℎ1=350mm，直边高度ℎ2=252.2.3确定筒体高度反应釜的容积V是由下封头与筒体来计算的。筒体高度H1H式中：V封——封头容积，m³V1m——1米高筒体容积，m³/m查参考文献3附表4-1得：V1m所以，H筒体高度圆整后为，H1所以实际容积：V=2.2.4夹套几何尺寸计算夹套和筒体的衔接往往以封闭的形式焊接，夹套的构造和大小按照装配和工业的条件来决定。夹套的内径D2按照筒体内径D1采用，具体参考表2的公式。于是表SEQ表\*ARABIC2夹套内径与筒体内径关系D500~600700~18002000~3000DD1+D1+D1+夹套底部的封头样式和罐体底部的封头一致，它的直径D2大小和夹套筒体一致。夹套的高度H选择η=0.8，夹套高度HH圆整取，H2则操作容积，V1H所以符合筒体法兰螺栓的装拆条件。按参考文献3附表4-3，选取罐体封头表面积，F通过查阅文献3附表4-1，得到一米高筒体内表面积，FF=所以，实际总传热面积F可用。2.3夹套反应釜的强度计算2.3.1强度计算（按内压计算厚度）考虑到生产流程和腐蚀现象，反应釜的材料由Q235-A制成。由工艺条件：设计压力（罐体内）：p设计压力（夹套内）：p设计温度（罐体内）：t设计温度（夹套内）：t根据参考文献4计算：液柱静压力，p计算压力，p液柱静压力，p计算压力，p选取焊接接头系数ϕ=0.85。设计温度下材料许用应力：[σ]罐体筒体计算厚度，δ夹套筒体计算厚度，δ罐体封头计算厚度，δ夹套封头计算厚度，δ查参考文献4表9-10~9-11选取，钢板厚度负偏差，C腐蚀裕量，C厚度附加量，C=则罐体筒体设计厚度，δ夹套筒体设计厚度，δ罐体封头设计厚度，δ夹套封头设计厚度，δ圆整选取，罐体筒体名义厚度，δ夹套筒体名义厚度，δ罐体封头名义厚度，δ夹套封头名义厚度，δ2.3.2强度校核（按外压校核厚度）根据参考文献4里的公式，得到：筒体计算长度，L=假设，罐体筒体名义厚度δ1n按参考文献4表9-10~9-11选取，厚度附加量，C=则罐体筒体有效厚度，δ罐体筒体外径，D系数，L系数，D查参考文献4图11-5和图11-8得，系数A=0.00036系数B=48按参考文献4计算失稳，重设名义厚度δn许用外压力，p所以假设不合适，重新校核。假设，罐体筒体名义厚度δ1n按参考文献4表9-10~9-11选取，厚度附加量，C=则罐体筒体有效厚度，δ罐体筒体外径，D筒体计算长度，L=系数，L系数，D查参考文献4图11-5和图11-8得，系数A=0.0006系数B=83许用外压力，p所以假设合适，罐体筒体名义厚度δ1n假设，罐体封头名义厚度δ1n按参考文献4表9-10~9-11选取，厚度附加量，C=罐体封头有效厚度，δ罐体封头外径，D标准椭圆封头的等效球壳外半径，R按参考文献4图11-5和图11-8得，系数，A=系数B=98许用外压力，p所以假设合适，罐体封头名义厚度，δ2.3.3水压试验校核在设计时，必须对罐体和夹套进行水压试验，并验算圆筒应力σT按参考文献4第九章计算，罐体试验压力，p夹套水压试验压力，p材料屈服点应力，σσ罐体圆筒应力，σ所以液压强度足够。夹套内压试验压力，σ所以液压强度足够。第3章反应釜的搅拌装置3.1选择搅拌器搅拌部件的核心部分是搅拌器、搅拌轴和支承部分。搅拌器按结构类型可以划分成很多种，本夹套反应釜配以推进式搅拌器。推进式搅拌器是扇叶型的样式。搅拌器和搅拌轴借助轴套相连，然后利用平键或定位螺钉使它们相互之间的位置关系变得更加牢靠，在轴端增添固定螺母。由于螺纹容易腐蚀，所以可以增添轴头保护帽。推进式搅拌器的直径DJ往往取决于罐体内径D1，通常取本设计中，DJ圆整取搅拌器直径，DJ查参考文献3表4-6，搅拌轴直径d=40mm，d1=80mm，d0=M12，键槽b=12mm，t=43.6mm，H=65mm，质量3.62kg，N3.2挡板设计挡板在搅拌部件中使用频率很高。搅拌器要沿着容器中心线来装配，当需要混合的物料黏度偏小，搅拌的速度偏高，于是叶片的运转方向，就是液体流动的方向，这时容器中心部分的液位降低，就产生了漩涡，使混合的效果变差。于是在容器中装配挡板，就是为了缓解这种情况，增大流体的剪切强度，提高混合效率。挡板的宽度往往采用内径的1/10~1/12，数量基本上配有4~6个，位置沿着罐壁排列均匀直立装配。本设计的挡板选择用角钢制成，采用标准为GB/T9787-1998热轧等边角钢，具体规格为40×40。挡板宽度，B=D圆整取B=120配以四个挡板，它们与罐体壁面的缝隙通过计算得B/5=24mm，圆整得3.3设计搅拌轴搅拌轴其实在受到转矩作用的同时，还要受到弯矩的作用。通常情况下，都是先按照转矩来粗略估计一下最小轴径，然后考虑搅拌轴上零件的安装和定位，对于怎样设计轴的结构，需要根据搅拌轴制造工艺等要求来决定，最后根据最大剪应力理论对其加以弯扭强度校核。在设计搅拌轴的结构时，搅拌轴的直径必须属于标准直径系列，所以要对搅拌轴的直径加以圆整。如果转速n>200r/min，这时就要对搅拌轴加以临界转速校核。搅拌轴的具体方案见表表SEQ表\*ARABIC3搅拌轴的具体方案搅拌轴的材料45钢。搅拌轴的功率和转速轴功率P=4.7Kw，轴转速搅拌轴的形位公差由于搅拌轴应在没有波动的状态下转动，所以为了避免轴的弯曲给轴封的地方带来不利的影响，轴在装配和制造的时候，应注意保持轴的直度。搅拌轴的支承安装轴承处轴的公差带选择k6，外壳孔的公差带选择H7。3.4搅拌轴的校核轴所传递的转矩，T=955045钢许用扭转剪应力，τ确定最小轴径：因为在轴上更多的是受到转矩，所以根据转矩来估计最小轴径，系数取，A根据参考文献4第17章式17-2计算：轴端直径，d≥轴上开一个键槽，因此轴径扩大5%并进行数据修正后得d=40mm，于是满足强度要求。第4章反应釜的传动装置为了使搅拌器运动起来，就必须安装反应釜的传动部件，传动部件一般安装在反应釜顶部封头的上端。4.1选用电动机根据工艺要求，选用电机Y160M2-8，转速n1=720r/min，功率P=5.5kW，搅拌轴转速n24.2选用减速器由于搅拌轴转速n2=200r/min，电动机功率P=5.5kW。于是按照表表SEQ表\*ARABIC4减速器和性能参数减速器类型转速范围/(r/min)电动机功率范围/Kw类型代号特性参数谐波减速器4~160.6~13XB柔轮分度圆直径摆线针轮行星减速器16~1600.6~30BLD电动机功率、机型、减速比二级齿轮减速器125~2500.6~30LC中心距V带传动减速器320~5000.6~5.5PV带型号和根数4.3选用凸缘法兰凸缘法兰往往焊接在反应釜的封头上，它具有和搅拌传动部件相连的功能，还可以装配、检修和查看用孔。凸缘法兰有两种类型：整体与衬里。密封面分为突面（R）与凹面（M）。本设计中的凸缘法兰选择整体结构类型，而密封面选择突面（R）。根据参考文献3附表4-6查得凸缘法兰基本规格，采用公称直径DN=400mm，螺纹为M24，螺栓个数为16个的R型凸缘法兰。4.4选用安装底盖通过使用螺柱从而使安装底盖上端部分和机架相连，下端部分和凸缘法兰相连。安装底盖主要具有让搅拌传动部件同反应釜相连的功能。安装底盖的类型具体是RS和LRS的区别。本设计采用RS安装底盖，按HG21565-95选取，密封面的形式采用突面，传动轴装配形式为上装。安装底盖的公称直径同凸缘法兰，均为DN=400mm，安装底盖型式要与凸缘法兰密封面相符。4.5选用机架本设计选用单支点机架。机架具有放置减速机的作用，需要和减速机底座大小相符。它的内部必须有充足的容积，这样才能不仅容下联轴器和轴封装置，还可以将传动部件装配到搅拌设备封头上。使用螺柱来让机架下面的部分和安装底盖相连，机架的公称直径通常和安装底盖的公称直径一样，或者比安装底盖的公称直径小。4.6选用联轴器联轴器具有和电机相连或和减速机输出轴还有传动轴相连的作用，亦或是和传动轴还有搅拌轴相连。联轴器具有很多种类型，使用频率较高的是弹性块式联轴器、刚性凸缘联轴器、夹壳联轴器等。通过参考书籍3附图5-5和附表5-10，本设计中采用刚性凸缘联轴器来连接传动轴和搅拌轴。4.7轴封装置轴封装置在反应釜中有着非常重要的地位。它的用途是使搅拌设备内部的压力保持正压和真空状态，并且可以有效避免反应物的泄露和其他物质的侵入。考虑到搅拌设备大部分都不会在物料很满的时候工作，轴封针对的大多都是气体，加上搅拌设备的运行工作状态不是特别简单，轴的偏摆振动大，运作起来的时候没有特别稳固，所以并非任何形式的轴封都可以用在搅拌设备上。填料密封或者机械密封在反应釜的轴封装置中使用频率较高。填料密封的结构比较简单、制造起来比机械密封容易，在搅拌设备上的使用频率比较高，多数情况下用在常压、低压、或者转速不高的搅拌设备上，并且可以定期维护；机械密封在使用过程中消耗的功率比较小、不容易发生泄露、密封性能比较好、使用寿命长，如果工作的介质容易燃烧或者爆炸，亦或是介质中具有一些颗粒物质，那么这时，设备就能考虑选择用机械密封。经过综合考虑，本文设计的反应釜选择采用机械密封。第5章附件选用5.1人孔和手孔人孔、手孔不仅具有可以组装和拆除设备的功能，还可以洗除设备内的残留物或者维修设备。手孔直径通常为150~200mm，这样即使工人戴着手套，拿着工具，也可以轻松通过。而给设备设置人孔的条件是设备的直径超过900本反应釜中没有手孔，有一个人孔。DN=400mm。5.2设备接口用于化工的容器和设备，通常应该在筒体和封头上设计一些孔，它们的使用范围各有不同。而到底采用开什么孔，这时由于工业操作等原因来决定的。5.2.1接管与管法兰接管和管法兰的主要用途是连接管子或者其他设备的。接管伸出去的长度通常为150mm，这个长度是按照从法兰密封面到壳体外径的距离算的。如果设备有保温的需求，伸出长度则选用200管子的公称直径与钢管外径关系参考表5。表SEQ表\*ARABIC5管子的公称直径和钢管外径的关系公称直径1015202540506580100125钢管外径1418256245577689108133公称直径150200250300350400450500600钢管外径1652192733253774264805306305.2.2补强圈由于壳体上多了孔后，壳体材料削弱，所以会产生容器应力集中问题。所以对于这种情况来说，就要权衡是否要补强。由于设备的壳体开的孔比较大，带来了强度损失，所以添加补强圈就是一种改进方法。补强圈的样式和需要补强的地方是吻合的，这样才能让补强圈和设备壳体紧密贴切吻合。如果在焊接后用泵把空气压入容器，想要查看焊缝的密封效果是否良好，那么就需要补强圈上有一个小螺纹孔。大多数情况下，补强圈的薄厚大小与制造用料和设备壳体统一。5.3视镜视镜具体来说它的用途是用来随时查看设备内物料及其反应进行程度的，也能够查看物料的高度，绝大多数情况下都不是单一使用的，当视镜需要以倾斜的角度装配或者设备的直径不太大时，就需要选取用带颈视镜。5.4支座由于夹套反应釜大多都是直立的，因此耳式支座使用频率较高。规范的耳式支座除了有A型还有B型。当设备有较高的保温需求，或者设备承载在楼板上则采用B型，如果没有就采用A型。反应釜使用频率较高的是4个支座，但是当做承重计算的时候，由于装配的时候恐怕会产生误差，导致受力不平衡，以至于安全事故的发生，所以应该按两个支座计算。由于罐体的公称直径D1=1400mm，于是本设计中的支座型式在查参考文献3附表4-9之后采用耳式支座B结论毕业设计是我在宿州学院的大学四年以来，最后一次可以使我将理论付诸于实践的活动了。通过本次设计，我将四年中学习到的本专业书本上的知识用到了实践当中，提升了我分析和处理并化解实际问题的技能。除此之外，关于如何查阅文章和资料、怎样设计、如何设计、怎样画图的问题也使我的能力得到了锻炼。这次毕业设计丰富了我实践的经验，提升了我的意志力以及耐力。这正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计很难，刚开始的时候觉得无从下手，但是通过查阅了解各种设备的选用标准，并且参考了夹套反应釜设计相关书籍之后，我开始逐渐有了方向。随着设计的不断深入，我的收获更加丰富。夹套反应釜主要是罐体和夹套，以封头、筒体构成。搅拌装置主要是搅拌器、搅拌轴，夹套反应釜中还有一些传动部件。对于轴封装置，在本设计中选用填料密封。与普通反应釜比较起来，夹套反应釜中的夹套能够令釜内的物料加温，也能够令釜内的物料降温，根据工艺要求来实现工艺目标。本设计在参考了许多文献之后，针对筒体内径、封头尺寸、筒体的高度等因素进行了设计，而且验算了强度和稳定性。除此之外，还进行了夹套几何尺寸计算，并且提到了如何选取釜体封头、电机、机架，相应的