搅拌罐的设计

* XUCHANG UNIVERSITY化工设备课程设计8m3夹套搅拌发酵罐的设计院系化学化工学院专业09级化学工程与工艺班级2班学号学生姓名联系方式指导教师 职称2012年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的课程设计是本人在指导老师指导下取得的研究成 果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外， 设计中不包含其他人已经发表或撰 写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在设计中作了 明确的说明并表示了谢意。签名：年_月_日授权声明本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生课程设计的规定，即：有权保 留并向国家有关部门或机构送交设计的复印件和磁盘，允许设计被查阅和借阅。 本人授权许昌学院可以将设计的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编设计。本人设计中有原创性数据需要保密的部分：无。签名：年月日指导教师签名：年月日本设计是关于容积为 8m3的夹套搅拌发酵罐的设计，立式结构，搅拌速度n=120r/min,容器内：发酵醪溶液；筒体材质：0Cr18Ni9，筒体高径比为2.1， 厚度是12mm夹套筒体材质为Q235B内径1900mm厚度为10mm传热面积15.8 点；选用六直叶圆盘涡轮式搅拌器，3层，搅拌功率11.95kW 封头是公称直径DN为1800mm标准椭圆封头，厚度为8mm电动机选用YB2-200L1-2-15kW;减速 器选用摆线针齿行星装置 XL-15/120 I，与电动机直径相连，轴封选用机械密封； 中间轴承选用SL80-2000T1;支座为4个A5耳式支座。关键词：夹套搅拌发酵罐；高径比；筒体；搅拌器；电动机；减速机；支座设计任务书 11. 设备工作原理及结构介绍 12. 搅拌容器结构设计 12.1确定发酵罐的几何形状12.2夹套几何尺寸计算22.3搅拌器的几何尺寸 22.4接管 22.5挡板 22.6人孔 22.7视镜 22.8支座 23搅拌设备强度计算 33.1筒体强度计算 33.2夹套强度计算 33.3封头强度计算 33.4搅拌功率计算 33.5电动机额定功率的确定 43.6搅拌器强度设计 43.7搅拌轴设计 53.8传动装置设计 53.9支座 63.9.1支座承受的实际载荷 Q 63.9.2计算支座处圆筒所受的支座弯矩 M l 73.10开孔补强计算 7设计小结 8参考文献 9设计任务书已知搅拌发酵罐的工艺条件如下。容积8m3,立式结构，搅拌速度n=60r/min, 要求物料分散均匀；容器内：发酵醪溶液， 尸0.092 Pa- s, p=1050kg/m3；夹套： 冷却水；容器内操作条件：工作压力：常压（短时蒸汽消毒 0.1MPa）;工作温度 35C,（短时121C）；夹套内冷却水压力为0.2 MPa （表）;冷却水进口温度25C, 出口温度30E ;夹套高度取筒体高度的75%85%;筒体材质：0Cr18Ni9;装料 系数忻0.85。设计任务：设计出搅拌容器结构，包括罐体几何形状、夹套、搅拌器、接管、 挡板、人孔、视镜、支座的计算和设计；进行强度计算，包括筒体、夹套、封头、 搅拌功率、电动机功率计算及设计及搅拌轴设计、传动装置设计、支座；绘制夹 套搅拌发酵罐的工程图样。1. 设备工作原理及结构介绍机械搅拌设备主要用于物料的混合、传热、传质和反应等过程。一般来讲，搅拌反应釜主要是由反应釜、搅拌装置、传动装置和轴封等组成。反应釜包括釜 体和传热装置，它是提供反应空间和反应条件的部件，如蛇管、夹套和端盖工艺接管等。搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成， 靠搅拌轴传递动力，由搅拌器达到搅 拌目的。传动装置包括电动机、减速机及机座、联轴器和底座等附件，它为搅拌 器提供搅拌动力和相应的条件。轴封为反应釜搅拌轴之间的密封装置，以封住釜 体内的流体不致泄露。由电机驱动，经减速机带动搅拌轴及安装在轴上的搅拌器搅拌反应釜的操作目的主要表现为：（1）使不互溶液体混合均匀，制备均匀混 合液、乳化液，强化传质过程；（2）使气体在液体中充分分散，强化传质或化学 反应；（3）制备均匀悬浮液，促使固体加速溶解、浸取或液 -固化学反应；（4）强 化传热，防止局部过热或过冷。2. 搅拌容器结构设计2.1确定发酵罐的几何形状根据表7-1,选发酵罐的高径比为2.1，两端采用标准椭圆封头，则圆筒体内径Di=3 4V =3 4 8 =1.69 mni Y2.1圆整发酵罐的内径为Di=1.8m查JB/T 4746-2002标准可知公称直径 DN1800mm标准椭圆形封头的容积Vd=0.826m3则筒体的高度 H=Di X i=1.8X 2.1=3.8 m核算高径比i和容积V,都符合要求。2.2夹套几何尺寸计算夹套内径取 D2i= 1900mm，则夹套高度 H2=0.75H=0.75 X.8=2.8 m 因此传热面积为 A=jDi H2= n X8 X8=15.8 m2所以只在筒体部分设有夹套即可。2.3搅拌器的几何尺寸要求物料分散均匀，选用六直叶圆盘涡轮式搅拌器。具体尺寸如下：搅拌器直径di/Di=1/3，则di=600mm,由di : l : b=20 : 5 : 4,则搅拌器宽度 b=0.2di=0.2 X600=120mm, l=0.25di=0.25 X600=150mm搅拌器圆盘直径一般取桨径的 2/3, d3=400mm因为液层较高，选用三层搅拌器。搅拌器距器底高度为C=0.6m,两层搅拌器间距为0.9m液面深度H=3m2.4接管根据工艺条件，确定各接管的尺寸，选用板式平焊法兰，公称压力为PN0.6MPa2.5挡板11选挡板宽度 W=Di=X1800=180mm,挡板数Z=4,即可实现全挡板化1010条件2.6人孔为了方便安装、拆卸、清洗和检修设备，在上封头上开公称直径为450mm的人孔，选用HG/T 21516-2005标准中的回转盖板式平焊法兰人孔。2.7视镜为了便于观察发酵罐内部的情况，安装一对视镜。2.8支座根据工艺要求，选用耳式支座。3. 搅拌设备强度计算3.1筒体强度计算发酵罐内为常压，而夹套内工作压力为0.2 MPa，取其设计压力为 P=0.22MPa,则发酵罐圆筒承受外压，故需进行稳定性计算。筒体材质为0Cr18Ni9,焊接接头系数（1=0.85,护137 MPa 。设圆筒的厚度为12mm,取钢板厚度负偏差为Ci=0.8mm,贝U筒体的有效厚度 e 11.2mm，筒体外直径D=1824mm，筒体长度L=3800mm因 D0/35=162.9, L/ D0=2.08,由 GB150 查得：A=0.000313, E=1.91X 105MPa , B= 41MPa 3所以p=BBD o /、 e D o /、 e1824/11.2 =0.25 MPa圆筒稳定性满足要求，所以取圆筒名义厚度3=12mm3.2夹套强度计算夹套工作压力为 0.2 MPa，取设计压力为p =0.22 MPa，夹套筒体材质为Q235B,焊接接头系数 =0.85,=113 MPa,则发酵罐壁厚 3=PD=0.22 1824=2.09 mm2b p 2汉 113汉0.850.22取腐蚀余量 C2=2mm , C1=0.8mm,则厚度附加量 C=C2+ C1 =2.8 mm 夹套的设计厚度为3=2.09+2.8=4.89 mm圆整取夹套厚度为3=10mm3.3封头强度计算查JB/T4746-2002可知，公称直径DN为1800mm标准椭圆封头最小厚度为 8mm,而容器内为常压，故取椭圆封头名义厚度为 8mm,封头材质为0Cr18Ni9。 3.4搅拌功率计算_13已知 n=120r/min=2s , dj=600mm=0.6m, p=1050kg/m ,尸0.092 Pa - sdj nP 0 622+ m2+ m3+ m4+ m5+ msx 4+ m7+ m8+ m9+ m10=232 X 2+2036.8+10153.3+128+15.7+11. 4+102+249+1244+400=14837 kg 式中 m1封头质量，232kg;m2筒体质量，2036.8kg；m3物料质量，10153.3kg；m4电动机质量，128kg；m5圆盘涡轮搅拌器质量，15.7kg；ms支座质量，11.1kg；m7人孔质量，102kg；ms减速器质量，249 kg；mg夹套质量，1244kg；m10 接管，法兰及其他附件质量，400kg。m0 取 15000kg。3.9.1支座承受的实际载荷Q地震载荷：Pe= :m0g=0.24 15000 9.8 =35280 N风载荷：Pw=1.2fiqDoHo =1.2 1.00 400 1.92 6.5=5990.4 Nfi=1.0 （设备高度7m,按Ho=1Om取值），贝UP 二 Pe 0.25Pw = 35280 0.25 5990.4 =36777.6 N安装尺寸：D（Dg 2価 2、3）2-b22 2山 _）=J（1.9+2x0.01 + 2x0.01）2 0.182 +2汇（0.2 0.09 尸 2.152 mQ = | = + 1=51.24 kNJ kn nD 丿 10.83如 42.152 丿则Q ： Q丄100 kN，满足支座本体允许载荷的要求。3.9.2 计算支座处圆筒所受的支座弯矩 Ml一 Q（J-0）51.24江（200-90 ）匚一 ,K1M L =3= 5.64 kN?mL 103103夹套筒体有效厚度为 飞二10-2.8 = 7.2 mm内压按0.22 MPa计。根据 泊和p查JB/T 4712-2007标准表内差得：Ml = 7. 568 kN?m。 因此 Ml = 5.64 kN?mv Ml = 7. 568 kN?m,故 4 个 A5 耳式支座能 满足要求3.10开孔补强计算人孔：本设计考虑人孔筒节直径较大较重， 故选用水平吊盖人孔。该人孔结构中有 吊钩和销轴，检修时只需松开螺栓将盖板绕销轴旋转一个角度， 由吊钩吊住，不 必将盖板取下。该人孔标记为：HG21522-2005 I 人孔 RF （A?G） 450-0.6人孔补强确定：本设计所选用的人孔筒节内径 d=450mm，壁厚（n=10mmo故补强圈尺寸为： 补强圈内径D1=484mm，外径D2=760mm，补强圈的厚度按下式估算2:, d 轧 450 1.2、= e =18.26 mmD2 - D1760 - 484设计小结在此感谢李老师这段时间的坚持不懈的指导，通过这次的课程设计，我学 到了很多知识：（1）查阅文献的能力，本次设计中参考了大量的国家标准，通过自己的亲自 动手查阅，使得设计内容顺利进行。（2）对Word文档的编排、公式编辑器的使用、目录的自动生成更加熟悉， 为以后写论文、做设计打下很好的基础。（3）对这学期所学的设备选型有更深刻的认识，例如搅拌器、电动机、减速机、支座等。设计中选用的筒体材质：0Cr18Ni9，筒体高径比为2.1，厚度是12mm 夹套筒体材质为Q235B内径1900mm厚度为10mm传热面积15.8 m；选用六 直叶圆盘涡轮式搅拌器，3层，搅拌功率11.95kW;封头是公称直径DN为1800mm 标准椭圆封头，厚度为8mm电动机选用YB2-200L1-2-15kW 减速器选用摆线针 齿行星装置XL-15/120 I，与电动机直径相连，轴封选用机械密封；中间轴承选 用SL80-2000T1;支座为4个A5耳式支座。掌握各种结果的校核，例如筒体高 径比、圆筒稳定性、搅拌器强度、支座的允许载荷和弯矩等。对于一些工业数据 的选取，要符合现实应用。（4） 运用了以前所学的专业课知识：化工制图，CAD，以前画图用的都是 CAD2004版，这次设计画图用的是CAD2010版，这两个版本的内容还是有些不 同的，通过这次设计我对 CAD的了解更加深入，运用也更加熟练。参考文献1 方书起主编化工设备课程设计指导M.北京:化学工业出版社2010.5:174-177.2 谭蔚主编.化工设备设计基础M.天津:天津大学出版社,2010:191-215.3 中国发改委.圆盘涡轮式搅拌器S.中国化工行业标准，2006:2-3.4 中国石化集团上海工程 有限公 司.化工工艺 设计手 册S.化学工 业出版社,2009:414.中国国家标准化管理委员会.搪玻璃闭式搅拌器S.中国国家标准.2011:5.中华人民共和国国家发展和改革委员会.ZJ系列行星齿轮减速器S.中国国家标准.2006.11.277中华人民共和国国家发展和改革委员会.容器支座S.中国国家标准.2007.8.28