反应釜毕业设计

2.4 m3 搅拌反应釜设计 摘 要 本文设计的搅拌设备是搅拌反应釜，反应釜的结构采用夹套式。内筒介质是染料 及有机溶剂，设计压力为 0.7MPa；夹套内介质为冷却水或蒸汽，设计压力为 0.9MPa； 主体材质为 Q345R，搅拌速度为 50r/min，反应釜体积为 2.4m3，操作体积为 2.0m3，轴 功率为 1.4KW。 搅拌反应釜主要由筒体和夹套组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器 和搅拌轴组成；传动装置是为搅拌装置设置的，主要由电动机、减速器、联轴器和传 动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、 工艺接管等附件一起，构成完整的搅拌反应釜。 设计方法采用压力容器常规设计方法，遵循化工设备要求，按照 GB150- 98钢制压力容器等技术法规执行，设计内容主要包括釜体（内筒与夹套）强度、 结构设计、校核和水压试验；搅拌装置设计与校核；传动装置设计以及反应釜其他零 部件设计等。 反应釜作为搅拌设备的一种，其应用前景广泛，尤其在石油与化工行业中更是得 到了广泛的应用。 关键词 反应釜；釜体；搅拌装置；传动装置；附件 Abstract This design of mixing equipment is stirred tank reactor with jacket. Inner tube is a dye and an organic solvent medium and the design pressure is 0.7Mpa.jacket cooling medium is water or steam and the design pressure ois 0.9MPa; The main material is Q345R, stirring speed is 50r/min, reactor volume is 2.4m3, operating volume is 2.0m3 and shaft power is 1.4KW。 stirred tank reactor is mainly composedof the cylinder and the jacket ，mostly in medium and low-pressure vessels.The mixing device composed by a stirrer and agitator shaft.The gearing is set for the stirring device, mainly consists of motor, reducer, couplings and shafts and other components; seal device is dynamic seal, generally use mechanical seal or packing.All of them with support, manholes, and other accessories with the takeover process constitute a complete stirred tank reactor. Pressure vessel design using conventional design methods, follow the chemical equipment requirement, according to GB150-98 steel pressure vessel and other technical enforcement.The designed mainly includes kettle body (inner tube and jacket) strength, structural design, school nuclear and hydraulic test, stirring device design and checking, gear design and other reactor components design. Reactor as a stirring device has broad application prospects, especially in the oil and chemical industry it has been even more widely used. Keywords reactor；kettle；stirring device；gearing；attachment 目录 引言 .- 1 - 第 1 章 绪论 .- 3 - 1.1 反应釜研究的背景及意义 .- 3 - 1.2 反应釜的研究现状 .- 3 - 1.3 反应釜的发展趋势 .- 4 - 第 2 章 反应釜釜体的设计 .- 6 - 2.1 釜体 、 的确定 .- 6 -DNP 2.2 釜体筒体壁厚的设计 .- 6 - 2.3 釜体封头的设计 .- 7 - 2.4 筒体长度 的设计 .- 7 -H 2.5 外压筒体壁厚的设计 .- 8 - 2.6 外压封头壁厚的设计 .- 8 - 第 3 章 反应釜夹套的设计 .- 10 - 3.1 夹套的 、 的确定 .- 10 -DNP 3.2 夹套筒体的设计 .- 10 - 3.3 夹套封头的设计 .- 10 - 3.4 传热面积的校核 .- 11 - 第 4 章 反应釜釜体及夹套的压力试验 .- 12 - 4.1 釜体的水压试验 .- 12 - 4.2 釜体的气压试验 .- 12 - 4.3 夹套的液压试验 .- 13 - 第 5 章 反应釜附件的选型及尺寸设计 .- 15 - 5.1 釜体法兰联接结构的设计 .- 15 - 5.2 工艺接管的设计 .- 16 - 5.3 接管垫片尺寸及材质 .- 18 - 5.4 人孔的设计 .- 19 - 5.5 视镜的选型 .- 20 - 5.6 支座的选型及设计 .- 21 - 第 6 章 搅拌装置的设计 .- 23 - 6.1 搅拌轴直径的初步计算 .- 23 - 6.2 搅拌抽临界转速校核计算 .- 23 - 6.3 联轴器的选择 .- 23 - 6.4 搅拌器的设计 .- 24 - 6.5 搅拌轴尺寸的设计 .- 26 - 第 7 章 传动装置的选型和尺寸计算 .- 27 - 7.1 电动机的选型 .- 27 - 7.2 减速器的选型 .- 27 - 7.3 机架的设计 .- 27 - 7.4 底座的设计 .- 28 - 7.5 凸缘法兰的选型 .- 29 - 7.6 密封形式的选择 .- 29 - 7.7 安装底盖与密封箱体、机架的配置 .- 30 - 第 8 章 焊缝结构设计及开孔补强计算 .- 31 - 8.1 釜体上的主要焊缝结构 .- 31 - 8.2 夹套上的焊缝结构的设计 .- 32 - 8.3 封头开人孔后被削弱的金属面积的计算 .- 33 - 8.4 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算 .- 33 - 8.5 判断是否需要补强的依据 .- 34 - 结论与展望 .- 35 - 致谢 .- 36 - 参考文献 .- 37 - 附录 .- 38 - 附录 A：主要参考文献摘要及题录 .- 38 - 附录 B：英文原文及翻译 .- 40 - 插图清单 图 2-1 椭圆型封头结构9 图 3-1 夹套下封头的结构 11 图 3-2 夹套上封头的结构 11 图 5-1 乙型平焊法兰结 构15 图 5-2 垫片结 构15 图 5-3 蒸汽入口结 构17 图 5-4 突面板式平焊法兰结 构17 图 5-5 垫片结构形 式18 图 5-6 人 孔19 图 5-7 视 镜21 图 6-1 联轴器结构形式及尺 寸24 图 6-2 C 型凸缘联轴器轴头24 图 6-3 搅拌器型 式25 图 6-4 桨式搅拌器的结 构25 图 7-1 电动机结构及安装尺 寸27 图 7-2 机架结构 28 图 7-3 底座的型式及尺寸 29 图 7-4 凸缘法兰结构型式及尺寸 29 图 7-5 填料密封结构型式 30 图 7-6 安装底盖与密封箱体、机架的配置结 构30 表格清单 表 2-1 几种搅拌设备筒体的高径比6 表 3-1 封头尺寸 11 表 5-1 法兰结构尺寸 15 表 5-2 垫片的尺寸 16 表 5-3 法兰、垫片、螺栓、螺母材料 16 表 5-4 板式平焊法兰的尺寸 18 表 5-5 各法兰垫片尺寸明细表 19 表 5-6 回转盖带颈平焊法兰人孔的尺寸 20 表 5-7 PN1.0DN400 人孔的明细表20 表 5-8 视镜材料 21 表 5-9 B 型耳式支座的尺寸22 表 6-1 浆式搅拌器的尺寸 25 表 7-1 机架尺寸 28 引言 反应釜的广义理解即有物理或化学反应的容器，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、冷却及低高速的混配功能。由于反应过程中的压力 不同对容器的设计要求也不尽相同。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。反应釜是综合反应容器，根据条件对反应釜结构功能及配置附件的设 计。从开始的进料到出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的步骤要求，对 反应过程中的温度、压力等重要参数进行严格的调整。 1.反应釜常见的类型 反应釜根据材质可大致分为一下几种类型： 不锈钢反应釜 不锈钢反应釜由釜体、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置和其他附件等组成。 材质一般有碳钢、不锈钢以及其他合金或复合材料；根据反应釜的制造机构可分为开 式平盖式反应釜、开式对焊法兰是反应釜和闭式反应釜三大类。搅拌形式一般有锚式、 浆式、涡轮式、推进式或框式等，搅拌装置在高径比较大时，可采用多层搅拌桨叶， 也可根据用户要求任意匹配。密封形式可分为：填料密封、机械密封和磁力密封。加 热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、外（内）盘管加热等；冷却方式为夹 套冷却和釜内盘管冷却。广泛应用于石油、化工、食品、医药、农药、科研等行业， 是用业完成聚合、缩合、硫化、烃化、氢化等化学工艺过程，出及有机染料和中间体 许多工艺过程的反应设备。 搪玻璃反应釜 搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃，衬于钢制容器的内表面，经高温的灼烧 而牢固的密着于金属表面上成为复合材料制品。因此搪玻璃反应器具有玻璃的稳定性 和金属强度的双层优点，是一种优良的耐腐蚀设备。技术规范：使用压力：0.2- 0.8Mpa；耐酸性：对各种有机酸、无机酸、有机溶剂均有较好的抗蚀性；耐碱性：对 碱性溶液抗蚀性较酸溶液差。操作温度：设备加热或冷却时，应缓慢进行。瓷层厚度： 玻璃设备的瓷层厚度 磁力搅拌反应釜 磁力搅拌反应釜的关键部件磁力耦合传动器是一种利用永磁材料进行耦合传动的 传动装置，改变了传统机械密封和填料密封的那种能过轴套或填料密封搅拌轴的动密 封结构为静密封结构，釜内介质完全处于由釜体与密封罩体构成的密封腔内，彻底解 决了填料密封和机械密封因动密封而造成的无法克服的泄露问题，使反应介质绝无任 何泄露和污染。是国内目前进行高温、 高压下的化学反应最为理想的装置，特别是进 行易燃、易爆、有毒介质的化学反应，更加显示出它的优越性。 不饱和聚酯树脂全套设备 不饱和聚酯树脂全套设备由立式冷凝器、卧式冷凝器、反应釜、储水器、分馏柱 五部分组成，适用范围：用于生产不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、ABS 树脂、 油漆的关键设备。 电加热反应釜 电加热反应釜具有加热迅速、耐高温、耐腐蚀、卫生、无环境污染、无需锅炉自 动加温、使用方便等特点。用电热棒加热夹套里面的导热油，使导热油温度升到所需 要的温度，然后有测温控制仪控制电热棒使其断电恒温。是在吸收国内外先进技术的 基础上研制成功的新型产品，广泛地应用于医药、化工、食品、天然调味品、食品添 加剂、轻工等行业。 2.搅拌反应釜 搅拌反应釜是化学、医药及食品等工业中常用的典型反应设备之一。他是一种在 一定压力和温度下，借助搅拌器将一定容积的两种（或多种）液体与液体及液体与固 体或气体物料混均，促使其化学反应的设备，通常伴有热效应，有换热装置将所需的 热量输入或将生成的热量移出。搅拌反应釜按搅拌装置的安装形式可分为立式、卧式、 倾斜式和底搅拌等；按搅拌形式可分为浆式、框式、锚式和推进式、涡轮式等。本文 所设计的搅拌反应釜为浆式搅拌反应釜。 浆式搅拌反应器在结构上比较简单，它的搅拌叶一般以扁钢制造，当釜内物料对 碳钢有显著腐蚀性时，可用合金钢或有色金属制成，也可以用钢制外包橡胶或环氧树 脂，酚醛玻璃布等方法。桨叶安装形式分为平直叶和折叶两种。平直叶是页面与旋转 方向互相垂直；折叶则是与旋转方向成一斜角度。平直叶主要使物料产生切向方向的 流动，加搅拌挡板后可产生一定的轴向搅拌效果。折叶与直叶相比轴向分流略多。浆 式搅拌器的运转速度较慢，一般为 10-100r/min,圆周速度在 1.5-3m/s 范围内比较合适。 广泛应用于促进传热可溶固体的混合与溶解以及需在慢速搅拌情况下，如搅拌被混合 的液体及带有固体颗粒的液体都是很有效果的。 第 1 章 绪论 1.1 反应釜研究的背景及意义 随着中国的发展越来越快，反应釜化工产品的出口量逐渐增加。全球对高效，高 质化工产品的需求也日益增长，随着企业产生对科学研究技术的需求，强力渴望生产 技术，生产设备的提高、进步和需求，进行国际间交流，将是中国成为全球化工制造 业中心，为化工设备带来巨大的市场潜力。 同时，随着科学技术的发展，人们对生活环境的要求逐渐提高， ，化工产业所制造 出的产品在我们的日常生活当中也随处可见，为了能够制造出更好的化工产品，不仅 对加工工艺提出了新的要求，也对其生产设备有了更新的要求，而反应釜作为精细化 工当中必不可缺的设备，更是成为重中之重。 鉴于搅拌反应釜是化工行业当中普遍使用的釜类设备，因此，如何能够将现有的 搅拌反应釜类设备进行新的改进和加工，对于化工产业来说具有非常重要的意义，而 且它可以应用到国民经济、科技活动、国防建设和人民生活的各个领域。同时还可以 扩化工设备的出口，促进对外贸易和交流，因而对于振兴我国的化工机械工业具有重 大的作用，对于推动我国科学技术的进步和国民经济的发展也具有极为深远的战略意 义。 1.2 反应釜的研究现状 反应釜自 1912 年发明以来取得迅猛发展，至今全球仍以每年 35%的速度递增。 我国也正处于快速发展当中，所以对其生产以及各类型的消费应用也保持在非常高的 水平。但是由于科学技术的限制，我国研制的反应釜以及在应用上跟国外相比，还是 有一定差距的。 首先，国外所制造的反应釜，除了燃料行业 20000-40000L，其他的均可达到 120m3；而我国多在 6000L 以下。因为反应釜的容积小大与产量，批量生产中的质量误 差以及降低产品成本都有着密切相关的关系，所以这也限制了我国化工产品的质量， 成本以及销量。其次，国外的自动化水平高，在大工厂当中已经实现了电脑自动化生 产，而我国的设备操纵还是普遍存在手工操作，这影响了产品的产量以及质量，同时 对人身体的健康也有一定的影响。再者，在反应釜的构成上，已经由单一搅拌器发展 到双搅拌器或外加泵的强制循环，而国外更是除了装有搅拌器外，还使釜体沿水平线 旋转，从而提高反应速度。 虽然我国跟国外在反应釜的研制与应用上还有一定差距，但我国在这一领域上也 一直处于高速增长期，反应釜生产和消费应用的已广泛应用于石油、化工、轻工、食 品、酿酒、制药、家电、水电、机械、建筑、市政和各种民用器具中。 1990 年我国反应釜消费量为 26 万吨，1999 年为 153 万吨，2000 年为 173 万吨， 2001 年为 225 万吨，2004 年反应釜消费量达到 447 万吨左右，居全世界第一位，2006 年反应釜消费量达到 600 万吨以上，其中铬镍奥氏体反应釜的消费量占反应釜总消费 量的 75%80%。反应釜结构调整和含镍生铁的使用也使人们看淡镍的需求前景。近 年来，为降低镍消耗量，反应釜生产商从生产常规的奥氏反应釜（含 8%的镍）转向生 产低镍（含 1-2%的镍及 8-10%的锰）或无镍反应釜，今年我国铁素体反应釜的产量有 望达 200 万吨。此外，不锈钢反应釜含镍生铁的应用替代了金属镍的部分需求，今年 我国从东南亚等地进口了大量镍矿，反应釜厂含镍生铁的使用量将达到 200 万吨左右， 占反应釜行业镍用量的 35。从而可见中国在这一领域发展的快速。 随着近年来全球气候变暖，在化工行业的发展的同时，对其产生的污染控制也越 来越严格，所以，从大的趋势上来看，未来反应釜的发展，将从节能，环保以及更高 的工艺操作，材料等方面着手，以满足市场与发展潮流的变化。 1.3 反应釜的发展趋势 对于搅拌反应釜的研究，除功率问题外，有关搅拌的流体力学研究具有重要意义。 这方面已做了许多工作，但尚需扩大和深入。在液体中进行搅拌时，搅拌器的功能不 仅引起液体的整个运功，而且要在液体中产生湍动，湍动程度与搅拌器使液体旋转而 产生的旋涡现象有密切关系。这些旋涡因经常地互相撞击和破裂，使液体受到剧烈的 搅拌。由此可见在搅拌操作中，对于流体力学理论的研究是极其重要的。 近代化学工业中，流动的物料不再只是一些低粘度的牛顿型流体，许多高粘度流 体也常常遇到，尤其是各种各样的高分子溶液以及混有催化剂粒子的浆状流体等非牛 顿型流体的应用日益广泛。它们与通常的牛顿型流体具有不同的流动特性，所以对于 非牛顿型液体的研究是当今的一个重要课题。对高粘度液休，特别是非牛顿型流体的 搅拌传热的研究，也是近年来的一个方向。聚合釜的传热特性与其中所用的搅拌器的 型式关系甚大。对于各种常用搅拌器型式的反应釜之传热，前人给出了许多方程式， 近年来在一些文章中也补充丁有关反应釜的传热系数的推算公式。 关于搅拌器，除非遇有特殊的任务，需要特殊设计之外，现有的各种搅拌器，尤 其常用的框式、平浆式、推进式和涡轮式等已足够应用。而且这些搅拌器已有相应的 标准，所以对已有搅拌器性能的深刻了解。应予以更多的注意，以便使它们在使用中 能够充分发挥作用。涡轮式搅拌器现正被广泛使用，因为这种搅拌器在工业上适应性 是很大的，它几乎能有效地完成所有的搅拌任务，并能处理那些特别是化学工业中经 常遇到的各种粘度的物料。 反应釜的轴封多是用填料密封和机械密封。一百多年前，初期的密封都是采用一 些天然材料如皮革和浸油绳等作为轴封。以后油浸绳密封逐渐发展成为今天的软填料 密封。由于石油化学工业的发展，易燃易爆物质比较多，对密封性能要求较严， 19351945 年间在英美等国均开始研究和应用机械密封，并得到到较快发展。机械密 封较填料密封有很多优点：泄漏量极少。机械密封的泄漏量是填料密封的 1%。 摩擦功率损失相当小。由于接触面的摩擦系数很小，因此，机械密封的功率损失约为 填料密封的 l015%。 使用寿命长。一般质量好的机械密封可用 25 年，在正常工 作条件下不需要维护调整。对轴的精度和光洁度的要求没有填料密封那样严格，耐振 性能好。当轴摆动较大时，机械密封也能良好工作。同时，轴对密封腔孔的偏斜也不 十分敏感，减少了轴或轴套的磨损。在轴有防腐蚀涂层时(喷，涂、衬、搪、包等)，能 克服填料密封将防腐层磨损或破坏的缺点。机械密封的缺点是结构复杂，装拆不便， 对动环和静环的表面光洁度及平直度要求高，不易加工，成本较高。但和优点相比只 占次要地位。因而机械密封已日益得到广泛应用。 随着科学技术的发展，设备有大型化发展的趋势，也要求搅拌设备大型化。如国 外聚合釜的容积已由最初的 840m 3 扩大到 60100m 3，最大的已达到 140m3。采用大 型聚合釜可大大减少操作和检修人员，有利于自动化，减少投资，提高生产率，稳定 产品质量。随着容积的大型化，釜型逐渐由细长型向矮胖型发展，而且采用底部搅拌 的方式越来越多。 总的来说，随着设备行业的发展，反应釜要求越来越高。化工生产对反应釜的具 体要求和发展趋势如下： 1、大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有 效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为 6000L 以下，其它行业有的达 30m； 而其它行业可达 120 m。 2、反应釜的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。国外， 除了装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。 3、以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既可保证 稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染。 4、合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率 使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。热管技术的应用 将是今后的发展方向。 第 2 章 反应釜釜体的设计 2.1 釜体 、 的确定DNP 2.1.1 釜体 的确定 由文献过程设备设计表 8-5 可知几种搅拌设备筒体的高径比如表 2-1： 表 2-1 几种搅拌设备筒体的高径比 种类 筒体内物料类型 高径比 反应釜、混合槽 液-液或液-固体系 1-1.3 反应釜、分散槽 气液体系 1-2 聚合釜 悬浮液、乳化液 2.08-3.85 搅拌发酵罐 气-液体系 1.7-2.5 由给定参数：反应釜内介质为染料和有机溶剂，由表选取高径比 i=1.3 将釜体视为筒体，由 V=(/4) ，L =1.3 则，2iDi （2-1）34iiHV Di=1330mm 圆整 Di=1400mm 2.1.2 釜体 PN 的确定 因设计压力 p0.7 ，故： 1.0MPaNMPa 2.2 釜体筒体壁厚的设计 2.2.1 设计参数的确定 设计压力 ： 0.7MPa； 计算压力 ： = = 0.7 ；cpca 设计温度 ： t110； 焊缝系数 ： 0.85（面焊全焊透对接接头，局部无损检测） ； 材料选择：Q345R（热处理下高强度，韧性好，焊接性能与成型性能良好， 耐腐蚀性能优良） ； 许用应力 ：根据材料 Q345R、设计温度 55，由文献 1表 D-1 知 189t t ；MPa 钢板负偏差 ：由文献2 表 14-6 得 0.25 （GB6654-96 ）1C1C 腐蚀裕量 ： 1.0 （双面腐蚀） 。2m 2.2.2 筒体壁厚的设计 由公式设计壁厚 得：2cidtpDS mmSd 06.417.085.01892 4.17.0 考虑 ，则 = + =4.31 ，1Cnd1m 经圆整并考虑钢板常用规格，取故筒体的壁厚取 Sn=6mm 2.3 釜体封头的设计 2.3.1 封头的选型 由文献2316 页表 16-3 选釜体的封头选标准椭球型，代号 EHA、标准 JB/T47462002。 1.3.2 设计参数的确定 Pc=0.7MPa 1.0（整板冲压） ； 0.25 （GB6654-96） ； 1.0 。1Cm2Cm 2.3.3 封头的壁厚的设计 由公式 215.02cpDcticn 得mn 49.43 圆整得 n6 根据规定，封头壁厚与筒体壁厚一致，所以封头壁厚为 6mm。 2.3.4 封头的直边尺寸、体积及重量的确定 根据 DN=1400mm，由文献2318 页表 16- 5 知： 直边高度 ： 25 体积 ： 0.3981hmFV3m 曲边深度 ： 350 内表面积 A： 2.23462 2 质 量 m: 102.9kg 2.4 筒体长度 的设计H 2.4.1 筒体长度 H 的设计 ， ，TFVTFV24iFDHV =1299mm2iH 圆整得: H =1300m 2.4.2 釜体长径比 的复核/iLD 196.14035221 iiDhHL 在 1.01.3 之间，满足要求。 2.5 外压筒体壁厚的设计 2.5.1 设计外压的确定 由设计条件可知，夹套内介质的压力为 0.9MPa，取设计外压 =0.9 。pMPa 2.5.2 图算法设计筒体的壁厚 设筒体的壁厚 12 ，则： = =12-2= 10 ，nSmeSnCm2oinDS =1420 ， 4.1200eDm 筒体的计算长度： = H+2h1L =1300+225 =1350( )m948.012350D 在文献2中图 15- 4 的 坐标上找到 0.948 的值，由该点做水平线与对应的/oL 线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为：98.0DL 0.0001。A 由文献2中选取图 15-6，在水平坐标中找到 =1.010-4 点，由该点做竖直线与对A 应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数 的值为：B 130 。BMPa 根据 = 得： =130/142.4=0.913（ ） p/oeBDSpMPa 因为 0.9 0.913 ，所以假设 12 合理，取筒体的壁厚aanSm 12 。nSm 2.6 外压封头壁厚的设计 2.6.1 设计外压的确定 封头的设计外压与筒体相同，即设计外压 =0.9 。pMPa 2.6.2 封头壁厚的计算 设封头的壁厚 =12 ，则: = = 12-2= 10（ ） ，对于标准椭球形封nSmeSnCm 头 =0.9， 0.91400=1260 （ ） ， =1260/10= 126KiiRD/eRiS 计算系数： 。41092.165.02. SRAi 由文献2中图 15- 6 中选取，在水平坐标中找到 =9.9210-4 点，由该点做竖直A 线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数 的B 值为值为： 130 。BMPa 根据 = 得： =1.03（ ） p/ieRSpMPa 因为 0.9 1.03 ，所以假设 12 合理， ，取封头的壁厚anSm 为 12 。m 由在文献2表 16-5 釜体封头的结构如图 1-1，封头质量：208.0（ ）kg 图 2-1 椭圆型封头 mVF04.10 第 3 章 反应釜夹套的设计 3.1 夹套的 、 的确定DNP 3.1.1 夹套 的确定 由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知： 1400+100=1500 （ ）10jim 故取 =1500mm 3.1.2 夹套 的确定PN 由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力为 0.9，取 1.0PNMa 3.2 夹套筒体的设计 3.2.1 夹套筒体壁厚的设计 由公式 （3-CpDctjn2 1） 得： mn 74.5.495.908.12 经圆整及考虑标准规格，筒体壁厚取 8 。nS 3.2.2 夹套筒体长度 的初步设计jH 根据筒体 DN=1400mm，由文献2 表 16-3 可知单位高容积 V1=1.54m3 由条件可知，操作容积 V0=2.0m3，总容积 V=2.4m3 故装料系数83.0V 故筒体长度的估算值 Hj 圆整后取 1.1m 3.3 夹套封头的设计 3.3.1 封头的选型 夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同（D j1500 ） 。代号 EHA，标准m JB/T47462002。夹套的上部与筒体的连接选带折边锥形封头，且半锥角 。45 3.3.2 椭球形封头壁厚的设计 由公式 （3-CpDctjcn5.02 2）mn 71.5.90.18925. 经圆整，并考虑焊接方便取 。mn8 3.3.3 椭球形封头结构尺寸的确定 由文献2表 165 可得封头尺寸，见表 3-1： 表 3-1 封头尺寸 直边高度 h1 总深度 h2 容积 Vjf 质 量 m 25mm 400mm 0.486m3 157.4kg 封头的下部结构如图 3-1： 图 3-1 夹套下封头的结构 3.3.4 带折边锥形封头壁厚的设计 考虑到封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚 与夹套筒体的壁厚一致，即 8 。结构及尺寸如图 2-2。nSm 图 3-2 夹套上封头的结构 3.4 传热面积的校核 由文献2表 16-3 可得： DN=1400mm 釜体下封头的内表面积 Fh=2.2346 2m DN=1400mm 筒体（1 高）的内表面积 F1= 4.396 2m 夹套包围筒体的表面积 = =4.3961.1=4.8356（ 2）S1jH + =2.2346 + 4.8356=7.0702 hFS )(2m 本设计要求的传热面积为 A=7m2，所以经核算夹套的高度符合要求。 第 4 章 反应釜釜体及夹套的压力试验 4.1 釜体的水压试验 4.1.1 水压试验压力的确定 水压试验压力： （4-1）tTp25.1 （4-2）MPa).0( 取两者较大值作为最终水压试验压力。 由公式（4-1 ）得 875.1.025TpMPa 由公式（4-2 ）得 MPa8 所以应取 PT=0.875MPa 4.1.2 液压试验的强度校核 由 得：max()2inpDSC75.61)1(240875.ax 0.9 =0.91890.85=144.58（ ）sMPa 由 61.775 ( +0.1)， 取 =1.125Tp 4.3.2 液压试验的强度校核 由 得：max()2TinDSC = 79.3（ ）axMPa 79.3 0.9 =0.91890.85=263.925（ ）msMPa 液压强度足够 4.3.3 压力表的量程的要求 压力表的量程： = 2 =21.125=2.25P表 Tpa 或 1.5PT 4PT 即 1.875MPa 4.5MPa表 P表 4.3.4 液压试验的操作过程 操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再 将水的压力缓慢升至 1.125 ，保压不低于 30 ，然后将压力缓慢降至MPamin 0.9 ，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。MPa 若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格， 修补后重新试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。 第 5 章 反应釜附件的选型及尺寸设计 5.1 釜体法兰联接结构的设计 设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。 5.1.1 法兰的设计 (1)根据 1400mm、 1.0 ，由文献2327 页表 16-9 确定法兰的类型DNPNMa 为乙型平焊法兰。 标记：法兰 FF1400-1.0 JB/T4702-2000 材料由：16MnR (2)由 JB/T4702-2000 可得法兰的结构如图 51 和主要尺寸如表 51。 图 5-1 乙型平焊法兰结构 表 5-1 法兰结构尺寸 法兰/mm公称直径 DN/mm D D1 D2 D3 D4 1400 1560 1515 1476 1456 1453 72 法兰/mm 螺栓 H ta a1 d 规格 数量 270 12 21 18 27 M24 40 5.1.2 密封面形式的选型 根据 01.0 1.6 、介质温度小于 110和介质的性质，由文献2表PNMaP 1614 知密封面形式为光滑面 由文献【2】表 16-14 得垫片选用耐油橡胶石棉垫片，材料为耐油橡胶石棉板 （GB/T539） ，结构见图 52 ，尺寸见表 5-2 。 图 5-2 垫片的结构 表 5-2 垫片的尺寸 D0/mm Di/mm /mm 1405 1455 3 5.1.3 螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格 本设计选用六角头螺栓（C 级、GB/T5780-2000） 、 型六角螺母（C 级、GB/T41- 2000） 、平垫圈（100HV、GB/T95-2002） 螺栓长度 的计算：L 螺栓的长度由法兰的厚度（ ） 、垫片的厚度（ ） 、螺母的厚度（ ） 、垫圈SH 厚度（ ） 、螺栓伸出长度 确定h5.03.d 其中 =72 、 =3 、 =18.7 、 =4.0 、螺栓伸出长度取mSHmh 0.4d=0.524.8=9.92mm（其中 H， h， d 分别由文献3附表 1-13，附表 1-14，附表 1-5 查得） 螺栓的长度 为：L20.4 8.271834 =185.62（ ） 取 190 m 螺栓标记： GB/T5780-2000 M24190 螺母标记： GB/T41-2000 M24 垫圈标记： GB/T95-2002 24-100HV 5.1.4 法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料 根据乙型平焊法兰、工作温度 110的条件，由文献4附录 8 法兰、垫片、螺t 栓、螺母材料匹配表进行选材，结果如表 53 所示。 表 5-3 法兰、垫片、螺栓、螺母材料 法兰 垫片 螺栓 螺母 垫圈 16MnR 耐油橡胶石棉 40MnB 35 100HV 5.2 工艺接管的设计 5.2.1 工艺接管尺寸的确定 搅拌设备由于工艺操作的原因，需要进行开孔或设有接管。管法兰标准应参见 HG/T20592，主要参数是公称直径（DN）和公称压力（PN） 。接管的外伸长度一般取 150mm，如果设备需要保温，则外伸长度为 200mm。如果接管公称直径 ，mDN50 则外伸长度可取 100mm。 本设计外伸接管长度取 150mm。 因为夹套内为蒸汽，所以蒸汽从夹套上部进入，由底部出口排出冷凝水。当夹套 设进气管时，为防止气体直接冲罐壁，可采取如图 5-3 所示的结构 图 5-3 蒸汽入口结构 （1）蒸汽入口接管 采用 452.5 无缝钢管，罐内的接管与夹套内表面磨平。配用突面板式平焊管 法兰：HG20592 法兰 PL40-1.0 RF 20。 （2）安全阀接管 采用 383 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰： HG20592 法兰 PL32-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。 （3）温度计接口 采用 252.5 无缝钢管，伸入釜体内一定长度。配用突面板式平焊管法兰： HG20592 法兰 PL20-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。 （4）加料口与放料口接管 采用 1084.0 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰： HG20592 法兰 PL100-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。 （5）视镜接管 采用 413无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰： HG20592 法兰 PL125-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。 （6）蒸汽出口接管 采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：5.24 HG20592 法兰 PL65-1.0 RF 20。 工艺接管配用的标准突面板式平焊钢制管法兰的结构如图 4-6 所示，由文献5 310 页得其结构如下图 5-4，由表 10-26 和表 10-33 查得各工艺接管的尺寸如表 5-4 所示。 图 5-4 突面板式平焊法兰 表 5-4 板式平焊法兰的尺寸（mm） 连接尺寸 法兰 厚度 密封面 法兰 内径 坡口 宽度 接管名 称 公称 直径 DN 接管 外径 A D K L n Th C d f1 B b 蒸汽 入口 40 45 150 110 18 4 M16 18 88 2 46 5 加料口 50 57 165 125 18 4 M16 19 102 2 59 5 安全阀 接口 32 38 140 100 18 4 M16 18 78 2 39 5 温度计 口 20 25 105 75 14 4 M12 16 58 2 26 4 放料口 100 108 220 180 18 8 M16 22 158 2 110 6 冷凝水 出口 40 45 150 110 18 4 M16 18 88 2 46 5 视镜 125 133 250 210 18 8 M16 22 188 2 135 6 5.3 接管垫片尺寸及材质 因为法兰选用突面法兰 RF 型，所以垫片应与之配合也选用突面 RF 型，根据 HG/T20606-2009 得垫片结构如图 4-5，尺寸如表 4-5 所示： 图 5-5 垫片结构形式 表 5-5 各法兰垫片尺寸明细表 接管名称 公称通径 DN 垫片内径 D1 垫片外径 D2 垫片厚度 T 蒸汽入口 40 49 92 1.5 加料口 50 61 107 1.5 安全阀接口 32 43 82 1.5 温度计口 20 27 61 1.5 放料口 100 115 162 1.5 冷凝水出口 40 49 92 1.5 视镜 25 125 141 1.5 5.4 人孔的设计 为了安装、检修操作的方便，需在容器顶部封头上开一个人孔或手孔，根据文献5表 11-1 知 当 Di1000mm 时，需设一人孔，根据表 11-3 选择了 PN1.1DN400 的回转盖带颈平焊法兰人孔，密 封面为突面。由文献6知其结构及尺寸，如图 5-6，材料见表 5-6。 1-人孔接管； 2-螺母；3-螺栓；4- 法兰；5-垫片； 6-手柄； 7-法兰盖；8-销轴；9-开口销；10-垫圈 图 5-6 人孔 表 5-6 回转盖带颈平焊法兰人孔的尺寸 螺栓 公称 压力 （MPa ） 密封面 形式 公称直 径 /DNm Sdw / /m/1DA/ B/m 规格 数量 400 4268 565 515 320 125 24120M16 L/ /1H/2/b/1/2b/d质量 /kg1.0 突面 200 220 108 26 24 28 24 88.9 表 5-7 P N1.0DN400 人孔的明细表 件号 名称 数量 材料 1 人孔接管 1 0Cr18Ni10Ti 2 螺母 16 25 3 螺栓 16 35 4 法兰 1 1Cr18Ni9Ti 5 垫片 1 中压石棉橡胶板 6 法兰盖 1 1Cr18Ni9Ti 7 手柄 1 Q235-A 8 销轴 1 45 9 开口销 2 35 10 垫圈 2 100HV 5.5 视镜的选型 由于釜内介质压力较低（ 0.3 ）且考虑 ，由反应釜设计条WpMPa10DNm 件单可知，本设计选用两个 =125mm 的不带颈视镜。该类视镜具有结构简单，不易DN 结料，窥视范围大等优点，其结构根据文献6表 23-4-2 可确定见图 5-7。 标记：视镜 0.6 ， 125Pam 标准图号：HGJ501-86-14 质量：14.7kg 1-视镜玻璃；2-接缘；3-衬垫；4- 压紧环；5-螺母；6- 双头螺柱 图 5-7 视镜 表 5-8 视镜材料 材料件号 名称 数量 不锈钢 1 视镜玻璃 1 钢化硼硅玻璃（ HGJ 501-86-0） 2 接缘 1 1Cr18Ni9Ti 3 衬垫 2 石棉橡胶板（GB3985- 83） 4 压紧环 1 Q235-A 5 螺柱 6 35 6 螺母 6 25 5.6 支座的选型及设计 5.6.1 支座的选型及尺寸的初步设计： 夹套反应釜多为立式安装，最常用耳式支座。标准耳式支座（JB/T4735-92 ）分为 A 型和 B 型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上是选 B 型，否则选 A 型。其主 要尺寸见表 5-7。文献2342 页表 16-23 所以选耳式 B 型支座，支座数量为 4 个。 反应釜总质量的估算： +1234Fmm5 式中： 釜体的质量（ ） ； 夹套的质量（ ） ； 搅拌装置的质量1mKgKg3 （ ） 附件的质量（ ） ； 保温层的的质量（ ）Kg4 5 物料总质量的估算： Wjdm 式中： 釜体介质的质量（ ） ； 水的质量（ ）jmKgKg 反应釜的总质量估算为 1800 ，物料的质量为 1200 （以水装满釜体计算） ，KgKg 夹套的质量 和水 1500Kg。 装置的总质量：m=1800+1200+1500 =4500（ ） 每个支座承受的重量 约为：45009.81/2 22（ ） QN 根据 DN1500 由文献2表 16-23 初选 B 型耳式支座，支座号为 4KN26 标记： JB/T4725-92 耳座 B4 材料：Q235-AF 系列参数尺寸如表 5-9： 表 5-9 B 型耳式支座的尺寸 底板 筋板 垫板 地脚螺栓 支座 重量H1lb1S2lb23lb3ed 规格 kg 250 200 140 14 70 290 160 10 315 250 8 40 30 24M15.7 5.6.2 支座载荷的校核计算 耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算： 34()10oeemgGphSQknD 式中 D= =1833.8 ， 9.81528125)862150( mg ，2/sm ， =5300 ， ， =4， =0，9.47()eGNomKg0.83knp50()Sm 将已知值代入得 Q3108.451783.051 KN92 因为 Q=60KN 以选用的耳式支座满足要求。KN89.2 第 6 章 搅拌装置的设计 6.1 搅拌轴直径的初步计算 6.1.1 搅拌轴直径的设计 电机的功率 1.5 ，搅拌轴的转速 50 ，文献2 表 11-1 取用材料PKWn/mir 为 45， 40 ，剪切弹性模量 8 104 ，许用单位扭转角 1.0MaGMPa /m。 nT61053.9 （6-1） 由公式（6-1 ）得： NmT28650 利用截面法得： Mmax （6-pTWMmax 2） 由公式（6-2 ）得： 5.7162pW 因为搅拌轴为实心轴 （6-3)32.0dp 由公式（6-3 ）得 md21.3 取 d50。 6.1.2 搅拌轴刚度的校核 （6-4） 3axmax108pTGJM 由公式（6-4 ）得 )/(28.51.0826344ax m 因为最大单位扭转角 /1/3max 所以圆轴的刚度足够。 6.2 搅拌抽临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速 =50r/min200r/min，故无需作临界转速校核计算n 6.3 联轴器的选择 参照参考文献6，由于轴的直径为 50mm,选择联轴器的形式为 C 型凸缘联轴器。 标记：DN40HG21570-95 结构如图 6-1 和 6-2 所示： 图 6-1 联轴器结构形式及尺寸 图 6-2 C 型凸缘联轴器轴头 6.4 搅拌器的设计 由参数可知搅拌器的形式为浆式搅拌器，本文选用平直叶可拆浆式，由文献2表 18-5 可知浆式搅拌器的型式如图 6-3： 图 6-3 搅拌器形式 h=（0.2-1）DN=900mm，Dj=（0.25-0.75）DN=900mm 由文献2图 18-11 可知搅拌器具体结构如图 6-4： 700Dj1100 图 6-4 桨式搅拌桨的结构 由文献7表 5-15 可确定桨式搅拌桨的尺寸，如表 6-1 所示。 查文献4表 3-1-5 可 确定零件明细表，如表 6-1 所示。 表 6-1 浆式搅拌器的尺寸(mm)（HG/T2123 91） D d螺栓 穿轴螺栓 销0 数 量 1d数 量 2数 量 B C mfe 质量 /kg 900 50 M16 4 M16 1 - - 16 90 140 110 45 5 12.11 6.5 搅拌轴尺寸的设计 搅拌轴的长度 近似由釜外长度 、釜内未浸入液体的长度 、浸入液体的长L1L2L 三部分构成。即： = + +3L132 其中 = （ 机架高； 减速机输出轴长度）1HM =500-67=433（ ）m = + （ 釜体筒体的长度； 封头深度； 液体装填高度）2LTFiT FHi 液体装填高度 的确定：iH 釜体筒体的装填高度 124cFiVD 式中 操作容积（ ） ； 釜体封头容积（ ） ； 筒体的内径（ ）cV3mF3miDmH04.1.49821 液体的总装填高度 = =104+25+375 =1440（ ）i12h =1300+2(25+375）-1440=660（ ）2Lm 浸入液体搅拌轴的长度 的确定：3L 搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱高度有关。搅拌桨浸入 体内的最佳深度为： 。2iiSDH 当 时为最佳装填高度；当 时，需要设置两层搅拌桨。iiDHii 由于 =1440 =1400 ，本设计设置两层搅拌桨。imi 搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：S=2Hi/3=21440/3=960（ ）m 故浸入液体的长度： =960（ ）3Lm 搅拌轴搅拌轴的长度 为： =433+660+960=2053（ ） ，取 =2200（ ）L 第 7 章 传动装置的选型和尺寸计算 7.1 电动机的选型 由于反应釜里的物料无易燃性和一定的腐蚀性，选用 Y 系列三相异步电机。根据 搅拌轴的功率 1.4 、转速 50 ，由文献8表19-1选用电机型号为PKWnmi/r Y90L-4（JB/T10391-2002） 7.2 减速器的选型 根据电机的功率 2.2 、搅拌轴的转速 100 、传动比 为1400/ nin/ri 5028。根据文献61045页摆线针齿行星减速器适用范围和代号可知，本设计选用摆 线针齿行星减速器（HG5-745-78） ，标记 BLD1.4-2-8。由文献61049页确定其安装尺 寸，摆线针齿行星减速器的外形和尺寸见图7-1： 图7-1电动机结构及安装尺寸 7.3 机架的设计 机架是用来支承减速器和传动轴的，轴承箱也归属于机架。 由于搅拌轴的直径为 50mm，且此反应釜体积小，压强小，搅拌轴的载荷不会太大， 所以由文献7表 9-77 选择 LWJ45A 型无支点机架。其结构如图 7-2 所示： 图7-2 机架结构（mm） 本文选择的机架为型，其尺寸具体如表7-1： 表7-1 机架尺寸（mm） 输入端接口 输出端接口 LWJ4 5A 机架 型号 H 1 H2 H 3 H 4 D1 D2 D3 n1-M D4 D5 D6 /( ) n2-22 H LWJ45 A 24 15 5 6 200 230 260 6-M12 290 350 395 30 12-14 650 7.4 底座的设计 对于不锈钢设备，本设计如下底座的结构，其上部与机架的输出端接口和轴封装 置采用可拆相联，下部伸入釜内。根据 HG21565-95 选择 RS 型安装底盖，传动轴直径 d=50mm 结构与尺寸如图 7-3 所示。 图7-3 底座型式及尺寸 7.5 凸缘法兰的选型 凸缘法兰焊在釜体上，通过安装底盖将整个传动装置安装在它的上面，检修时移 去传动装置，它就变成了釜体的检查孔。根据 HG21564-95 选择凸缘法兰的形式为上装 式突面安装底盖（R 型） ，公称直径 DN=250mm。 结构及尺寸如图 7-4 所示： 图7-4 凸缘法兰结构型式及尺寸 7.6 密封形式的选择 由于本搅拌釜的压力较低，介质为染料及有机溶剂、腐蚀性微弱、搅拌轴转速为 200r/min、密封要求不高，综合考虑经济性能，本文选用填料密封的形式。 填料密封箱由填料箱体、填料、压盖、螺栓等基本零件组成，置于箱体与转轴之 间的填料在螺栓力及压盖的轴向挤压下，产生径向延伸，使填料紧贴在转轴的四周， 轴旋转时在填料与转轴的接触面间存在一层极薄的油膜，这层油膜既可起到润滑作用， 又可阻止釜内介质的外逸或釜外气体的渗入。 因为轴径直径=50mm ，且容器内压力=0.7MPa ，所以根据文献7326 页选择碳钢填 料箱（PN1.6 ） （HG21537.7-92） 。 填料箱的结构如图 7-5 所示： 图 7-5 填料密封结构型式 填料箱的箱体底部及其他尺寸都由与之相配合的安装底盖确定。 7.7 安装底盖与密封箱体、机架的配置 配置结构如图 7-6 所示 图 7-6 安装底盖与密封箱体、机架的配置结构 第 8 章 焊缝结构设计及开孔补强计算 8.1 釜体上的主要焊缝结构 釜体上的主要焊缝结构及尺寸如图 （a ）筒体的纵向焊缝 （b）筒体与下封头的环向焊缝 （c）进料管与封头的焊缝 （d）筒体与下封头的环向焊缝 （e）温度计接管与封头的焊缝 （f）出料口接管与封头的焊缝 8.2 夹套上的焊缝结构的设计 夹套上的焊缝结构尺寸如图： （a） 筒体的纵向焊缝 (b)筒体与封头的横向焊缝 (c）蒸汽接管与夹套焊缝 （d）水出口接管与夹套的焊缝 （f）夹套与釜体焊缝 8.3 封头开人孔后被削弱的金属面积的计算 由于人孔的开孔直径较大，因此需要进行补强计算，本设计采用等面积补强的设 计方法。 釜体