反应釜毕业设计

安徽工程大学毕业设计（论文）

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

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陈刚：2.4m3搅拌反应釜设计

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 \equipment\GB150-98 \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

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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DN 、PN的确定 .............................................................................................. - 6 - 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H的设计 ...................................................................................................... - 7 - 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DN、PN的确定 .......................................................................................... - 10 - 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 -

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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 ................................................................... 错误！未定义书签。

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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

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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

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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： ①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。

②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

③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。

④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。

⑤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

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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。

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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3—5%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。

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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，1935～1945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：①泄漏量极少。机械密封的泄漏量是填料密封的1%。②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l0～15%。③使用寿命长。一般质量好的机械密封可用2～5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8～40m3扩大到60～100m3，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

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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30m3；而其它行业可达120 m3。

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。

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第2章 反应釜釜体的设计

2.1 釜体DN 、PN的确定 2.1.1 釜体DN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 反应釜、混合槽 反应釜、分散槽 聚合釜 搅拌发酵罐 筒体内物料类型 液-液或液-固体系 气液体系 悬浮液、乳化液 气-液体系 高径比 1-1.3 1-2 2.08-3.85 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 2将釜体视为筒体，由V=(π/4)DiL，L=1.3Di则，

Di?34V （2-1） H?DiDi=1330mm圆整Di=1400mm

2.1.2釜体PN的确定

因设计压力p＝0.7MPa，故：PN＝1.0MPa 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p：p＝0.7MPa； 计算压力pc： pc=p = 0.7MPa；

设计温度t： t≤110℃；

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[?]t：根据材料Q345R、设计温度55℃，由文献[1]表D-1知[?]t＝189MPa； 钢板负偏差C1：由文献[2] 表14-6得C1＝0.25 （GB6654-96） 腐蚀裕量C2：C2＝1.0mm（双面腐蚀）。 2.2.2 筒体壁厚的设计

由公式设计壁厚Sd?pcDi?C2 得： t2[?]??pc - 6 -

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Sd ?

0 . 7 ? 1 . 4

? 1 ? 4 . 06 mm

2 ? 189 ? 0 . 85 ? 0 . 7

考虑C1，则Sn?=Sd+C1=4.31mm，

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[2]316页表16-3选釜体的封头选标准椭球型，代号EHA、标准JB/T4746—2002。

1.3.2 设计参数的确定

Pc=0.7MPa

； ?＝1.0（整板冲压）

；C2＝1.0mm。 C1＝0.25mm（GB6654-96）2.3.3 封头的壁厚的设计

pcDi?c1?c2t2?????0.5pc得

?n?由公式

?n?3.24?0.25?1.0?4.49mm 圆整得

?n?6mm

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[2]318页表16- 5知：

直边高度h1： 25mm 体积VF： 0.398m3

曲边深度h2： 350mm 内表面积A： 2.2346m2 质 量m: 102.9kg 2.4筒体长度H的设计 2.4.1筒体长度H的设计

V?VT?VF，VT?V?VF，

?4Di2H?V?VF

H?V?VF?=1299mm

4D2i圆整得: H =1300mm

2.4.2釜体长径比L/Di的复核

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LDi?H?h1?h21300?25?350??1.196Di1400

在1.0~1.3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p=0.9MPa。 2.5.2图算法设计筒体的壁厚

设筒体的壁厚Sn＝12mm，则：Se=Sn?C=12-2= 10mm，Do?Di?2Sn

D0=1420mm，

Se?1424?142.410

筒体的计算长度： L= H+2h1

=1300+2×25 =1350(mm)

LD0?13501424?0.948

在文献[2]中图15- 4的L/Do坐标上找到0.948的值，由该点做水平线与对应的

LD0?0.948线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为：A≈0.0001。

由文献[2]中选取图15-6，在水平坐标中找到A=1.0×10-4点，由该点做竖直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B的值为：B≈130MPa。

根据[p]=

B得： [p] =130/142.4=0.913（MPa）． Do/Se因为p＝0.9MPa < [p]＝0.913MPa，所以假设Sn＝12mm合理，取筒体的壁厚Sn＝12mm。

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p=0.9MPa。 2.6.2 封头壁厚的计算

设封头的壁厚Sn=12mm，则: Se=Sn–C= 12-2= 10（mm），对于标准椭球形封

iS/头K=0.9，Ri?KDi＝0.9×1400=1260（mm），Re =1260/10= 126

计算系数：A?0.1250.125??9.92?10?4。 Ri126S? - 8 -

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由文献[2]中图15- 6中选取，在水平坐标中找到A=9.92×10-4点，由该点做竖直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B的值为值为：B≈130MPa。

根据[p]=

B

得： [p] ==1.03（MPa）． Ri/Se

因为p＝0.9MPa < [p]＝1.03MPa，所以假设Sn＝12mm合理，，取封头的壁厚为12mm。

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

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第3章 反应釜夹套的设计

3.1 夹套的DN、PN的确定 3.1.1夹套DN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：

Dj?Di?100＝1400+100=1500（mm）

故取DN=1500mm 3.1.2 夹套PN的确定

由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力为0.9，取PN＝1.0MPa 3.2 夹套筒体的设计

3.2.1 夹套筒体壁厚的设计

由公式

?n?pcDj2[?]??pct ?C （3-1）

得：

?n?0.9?1500?1.25?4.49?1.25?5.74mm2?189?0.85?0.9

经圆整及考虑标准规格，筒体壁厚取Sn＝8mm。 3.2.2 夹套筒体长度Hj的初步设计

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 V??0?0.83V V0?VF?1.04m故筒体长度的估算值Hj≥

V1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（Dj＝1500mm）。代号EHA，标准 JB/T4746—2002。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 ?n?pcDj2[?]??0.5pct ?C （3-2）

?n?0.9?1500?1.25?5.71mm2?189?1.0?0.5?0.9

经圆整，并考虑焊接方便取 ?n?8mm。 3.3.3椭球形封头结构尺寸的确定

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安徽工程大学毕业设计（论文）

由文献[2]表16－5可得封头尺寸，见表3-1：

表3-1 封头尺寸

直边高度h1 25mm 总深度h2 400mm 容积Vjf 0.486m3 质 量m 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Sn＝8mm。结构及尺寸如图2-2。

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=2.2346m2 DN=1400mm筒体（1m高）的内表面积F1= 4.396m2

夹套包围筒体的表面积FS=F1×Hj =4.396×1.1=4.8356（m2）

Fh+FS=2.2346 + 4.8356=7.0702 (m2)

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。

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陈刚：2.4m3搅拌反应釜设计

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：

pT?1.25p??? （4-1） ???t pT?(p?0.1)MPa （4-2）

取两者较大值作为最终水压试验压力。 由公式（4-1）得pT?1.25?0.7?1?0.875MPa 由公式（4-2）得pT?0.8MPa 所以应取PT=0.875MPa 4.1.2液压试验的强度校核

由?max?pT(Di?Sn?C) 得：

2(Sn?C)?max?0.875?(1400?12?2)?61.7752?(12?2)

0.9 ?s? =0.9×189×0.85=144.58（MPa） 由?max＝61.775MPa < 0.9 ?s?=144.58MPa 故液压强度足够

4.1.3压力表的量程的要求

压力表的最大量程：P =2pT=2×0.875=1.75MPa 表或1.5PT?P ?4PT 即1.3125MPa? P3.5MPa 表表?4.1.4水压试验的操作过程

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0.875MPa，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.7MPa，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。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。 4.2釜体的气压试验

4.2.1气压试验压力的确定

气压试验的压力：pT?1.15p[?] [?]t - 12 -

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pT=1.15×0.7×1.0=0.805（MPa） 取pT=0.805MPa 4.2.2气压试验的强度校核

由?max?pT(Di?Sn?C)得：

2(Sn?C)?max＝ = 56.75（MPa）

∵ ?max＝101.12MPa＜0.8?S? =0.8×189×0.85=128.52（MPa） ∴ 气压强度足够 4.2.3气压试验的操作过程

做气压试验时，将压缩空气的压力缓慢将升至0.0805MPa，保持5min并进行初检。合格后继续升压至0.4025MPa，其后按每级的0.0805MPa级差，逐级升至试验压力0.805MPa，保持10min，然后再降至0.7MPa，保压足够长时间同时进行检查，如有泄露，修补后再按上述规定重新进行试验。釜体试压合格后，再焊上夹套进行压力试验。

4.3夹套的液压试验

4.3.1液压试验压力的确定 液压试验的压力：pT?1.25p[?][?]MPap且不小于(+0.1) ，查=1.0 tt[?][?]0.9×1.0=1.125MPa，(p+0.1)= 1.0MPa pT=1.25×

pT>(p+0.1)， 取pT=1.125MPa 4.3.2液压试验的强度校核

由?max?pT(Di?Sn?C) 得：

2(Sn?C)?max＝ = 79.3（MPa）

∵?max＝79.3 MPa ＜0.9 ?s?=0.9189×0.85=263.925（MPa） ∴液压强度足够

4.3.3压力表的量程的要求

压力表的量程：P表 = 2pT=2×1.125=2.25MPa 或1.5PT? P表?4PT 即 1.875MPa? P表?4.5MPa

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

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水的压力缓慢升至1.125MPa，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.9MPa，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。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。

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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DN＝1400mm、PN＝1.0MPa，由文献[2]327页表16-9确定法兰的类型为乙型平焊法兰。

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5—1和主要尺寸如表5—1。

图5-1乙型平焊法兰结构

表 5-1 法兰结构尺寸 公称直径DN/mm 1400 H 270 法兰/mm D 1560 法兰/mm D1 1515 a 21 D2 1476 a1 18 D3 1456 d 27 D4 1453 螺栓 规格 M24 数量 40 ? 72 ?t 12 5.1.2密封面形式的选型 根据PN＝01.0MPa＜1.6MPa、介质温度小于110℃和介质的性质，由文献[2]表16－14 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5—2 ，尺寸见表5-2 。

图5-2 垫片的结构

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表5-2 垫片的尺寸 D0/mm 1405 Di/mm 1455 ?/mm 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）、Ⅰ型六角螺母（C级、GB/T41-2000）、平垫圈（100HV、GB/T95-2002）

螺栓长度L的计算：

螺栓的长度由法兰的厚度（?）、垫片的厚度（S）、螺母的厚度（H）、垫圈厚度（h）、螺栓伸出长度?0.3?0.5?d确定

其中?=72mm、S=3mm、H=18.7mm、h=4.0mm、螺栓伸出长度取

0.4d=0.5×24.8=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L为：L?2??S?H?2h?0.4d

?2?74?3?18.7?2?4?0.4?24.8

=185.62（mm）

取L＝190mm

螺栓标记： GB/T5780-2000 M24×190 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t≤110℃的条件，由文献[4]附录8法兰、垫片、螺栓、螺母材料匹配表进行选材，结果如表5—3所示。

表5-3 法兰、垫片、螺栓、螺母材料

法兰 16MnR 垫片 耐油橡胶石棉 螺栓 40MnB 螺母 35 垫圈 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DN?50mm，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

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图5-3蒸汽入口结构

（1）蒸汽入口接管

采用?45×2.5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?38×3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?25×2.5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?108×4.0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?133?4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?45?2.5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 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。

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图5-4突面板式平焊法兰

表5-4 板式平焊法兰的尺寸（mm）

接管名称 公称直径DN 40 50 32 20 100 40 125 接管外径A D 蒸汽 入口 加料口 安全阀接口 温度计口 放料口 冷凝水出口 视镜 45 57 38 25 108 45 133 150 165 140 105 220 150 250 K 110 125 100 75 180 110 210 连接尺寸 L 18 18 18 14 18 18 18 n 4 4 4 4 8 4 8 Th M16 M16 M16 M12 M16 M16 M16 法兰厚度 C 18 19 18 16 22 18 22 密封面 法兰内径 B 46 59 39 26 110 46 135 坡口宽度 b 5 5 5 4 6 5 6 d 88 102 78 58 158 88 188 f1 2 2 2 2 2 2 2 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

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表5-5 各法兰垫片尺寸明细表 接管名称 蒸汽入口 加料口 安全阀接口 温度计口 放料口 冷凝水出口 视镜 公称通径DN 40 50 32 20 100 40 25 垫片内径D1 49 61 43 27 115 49 125 垫片外径D2 92 107 82 61 162 92 141 垫片厚度T 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 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Di>1000mm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

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表5-6 回转盖带颈平焊法兰人孔的尺寸 公称压力 （公称直径MPa） 密封面形式 dw?S/mm×mm 426×8 螺栓 DN /mm 400 D/mm 565 D1/A/B/mm 515 mm 320 mm 规格 125 数量 16 质量/kg 88.9 M24×120 d/mm 24 1.0 突面 L/mm 200 H1/H2/mm 220 mm 108 b/mm 26 b1/b2/mm 24 mm 28 表5-7 P N1.0DN400人孔的明细表 件号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名称 人孔接管 螺母 螺栓 法兰 垫片 法兰盖 手柄 销轴 开口销 垫圈 数量 1 16 16 1 1 1 1 1 2 2 材料 0Cr18Ni10Ti 25 35 1Cr18Ni9Ti 中压石棉橡胶板 1Cr18Ni9Ti Q235-A 45 35 100HV 5.5视镜的选型 由于釜内介质压力较低（pW＝0.3MPa）且考虑DN?1200mm，由反应釜设计条件单可知，本设计选用两个DN=125mm的不带颈视镜。该类视镜具有结构简单，不易结料，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ⅡPN0.6MPa，DN125mm 标准图号：HGJ501-86-14 质量：14.7kg

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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

件号 1 2 3 4 5 6 名称 视镜玻璃 接缘 衬垫 压紧环 螺柱 螺母 数量 1 1 2 1 6 6 材料 不锈钢 钢化硼硅玻璃（HGJ 501-86-0） 1Cr18Ni9Ti 石棉橡胶板（GB3985-83） Q235-A 35 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[2]342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：mF?m1?m2?m3?m4+m5

式中：m1—釜体的质量（Kg）；m2—夹套的质量（Kg）；m3—搅拌装置的质量（Kg）；m5—保温层的的质量（Kg） m4—附件的质量（Kg）

物料总质量的估算：mW?mj?md

式中：mj—釜体介质的质量（Kg）；md—水的质量（Kg）

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反应釜的总质量估算为1800Kg，物料的质量为1200Kg（以水装满釜体计算），夹套的质量 和水1500Kg。

装置的总质量：m=1800+1200+1500 =4500（Kg）

每个支座承受的重量Q约为：4500×9.81/2＝22（KN） 根据DN1500 Q?26KN由文献[2]表16-23初选B型耳式支座，支座号为4

标记： JB/T4725-92 耳座B4 材料：Q235-A·F

系列参数尺寸如表5-9：

表5-9 B型耳式支座的尺寸 支座 底板 筋板 垫板 地脚螺栓 重量 H l1 250 b1 ?1 14 S1 70 l2 b2 ?2 10 l3 b3 ?3 8 e 40 d 30 规格 kg 15.7 200 140 290 160 315 250 M24 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：

mg?Ge4(ph?GeSe)Q?[o?]?10?3

knnD式中D=9.81m/s2，

Ge?1500?9.81?14715(N)，mo=5300Kg，k?0.83，n=4，p=0， Se?500(mm)

(1500?2?6?2?8)2?(125?2?8)2?2(205?50)=1833.8mm，g＝

?5300?9.81?147154?14715?500???10?3 将已知值代入得Q???0.83?44?1833.8?? ?22.89KN

因为Q?22.89KN＜[Q]=60KN以选用的耳式支座满足要求。

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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P＝1.5KW ，搅拌轴的转速n＝50r/min，文献[]2表11-1取用材料为45， [?]＝40MPa，剪切弹性模量G＝8×104MPa，许用单位扭转角[?]＝1.0°/m。

T?9.553?106由公式（6-1）得：T?286500?Nmm? 利用截面法得：

MTmax?T?286500?Nmm?Pn （6-1）

?max?由公式（6-2）得：

Wp?7162.5MT???? （6-2） Wp

Wp?0.2d3 （6-3)

因为搅拌轴为实心轴

由公式（6-3）得d?32.21mm 取d?50mm。 6.1.2搅拌轴刚度的校核

?max?MTmax180??103GJp? （6-4）

由公式（6-4）得

?max?2865001803??10?0.0328(?/m)448?10?0.1?50?

因为最大单位扭转角

?max?0.0328??/m??????1?/m

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n=50r/min＜200r/min，故无需作临界转速校核计算 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：

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陈刚：2.4m3搅拌反应釜设计

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：

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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：

700≤Dj≤1100

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 数量 销 d0 900 50 M16 d1 数量 d2 数量 δ B C m f e 质量/kg 4 M16 1 - - 16 90 140 110 45 5 12.11 - 25 -

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6.5搅拌轴尺寸的设计

搅拌轴的长度L近似由釜外长度L1、釜内未浸入液体的长度L2、浸入液体的长

L3 三部分构成。即：L=L1+L3+L2

其中L1=H?M（H—机架高；M—减速机输出轴长度）

L1=500-67=433（mm）

L2=HT+HF?Hi（HT—釜体筒体的长度；HF—封头深度；Hi?液体装填高度） 液体装填高度Hi的确定： 釜体筒体的装填高度H1?Vc?VF?

4D2i式中Vc—操作容积（m3）；VF—釜体封头容积（m3）；Di—筒体的内径（m）

H1?2.0?0.398?4?1.04mm

?1.42液体的总装填高度Hi=H1?h1?h2=104+25+375 =1440（mm）

L2=1300+2×(25+375）-1440=660（mm） 浸入液体搅拌轴的长度L3的确定：

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

22体内的最佳深度为：S?Di?Hi。

33当Di?Hi时为最佳装填高度；当Di＜Hi时，需要设置两层搅拌桨。 由于Hi=1440mm＞Di=1400mm，本设计设置两层搅拌桨。 搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：S=2Hi/3=2×1440/3=960（mm）

故浸入液体的长度：L3=960（mm）

搅拌轴搅拌轴的长度L为：L=433+660+960=2053（mm），取L=2200（mm）

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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P＝1.4KW、转速n＝50r/min，由文献[8]表19-1选用电机型号为Y90L-4（JB/T10391-2002） 7.2减速器的选型

根据电机的功率P＝2.2KW、搅拌轴的转速n＝100r/min、传动比i为1400/ 50＝28。根据文献[6]1045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[6]1049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：

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图7-2 机架结构（mm）

本文选择的机架为Ⅱ型，其尺寸具体如表7-1：

表7-1 机架尺寸（mm）

机架型号 H1 H2 HH3 4 D1 LWJ45A 24 15 5 6 200 输入端接口 D2 D3 n1-M 输出端接口 D4 D5 D6 395 α/(°) 30 n2-?22 12-?14 LWJ45A H 650 230 260 6-M12 290 350 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。

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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[7]326页选择碳钢填料箱（PN1.6）（HG21537.7-92）。

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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

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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

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（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

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（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。

釜体上封头开人孔后被削弱的金属面积A为：

A?dSo?2SoSe(t1? 式中：d?di?2C=426+2×2=430（mm） So?pcDi0.7?1400??1.18(mm) t2?????0.5pc2?189?0.85?0.5?0.7f )r (8-1)

[?]et=1 fr?t[?]A?dSo?2SoSet(1?fr)=430×1.18=506.35（mm2）

8.4有效补强区内起补强作用的金属面积的计算 8.4.1封头起补强作用金属面积A1的计算

A1??B?d??Se?So??2Set?Se?So??1?fr? (8-2) 式中：

B?2d?2?430?860?mm?B?d?2Sn?2Sm?430?2?12?2?8?470(mm) 取两者中较大值，则B?860mm。

Se?Sn?C=12-2=10（mm）

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Set?Sm?C = 8﹣1.25=6.75（mm）

[?]et137=1 fr??t[?]137A1?(860?430)?(10?1.18)?2?6.75??10?1.18??1?1?

= 3784（mm2）

8.4.2接管起补强作用金属面积A2的计算

A2?2h1(Set?St)fr?22h(Se?t其中：h1?dSm?430?8=58.6?mm? h1?200(mm)

取其中的较小值h1?58.6（mm）

Spcdit?2???t??p =

0.7?410c2?189?0.85?0.7 =0.896（mm）

h2=0 C2?1.0

A1?2?58.6??6.75?2.896??1?0

=451.68（mm2）

8.4.2焊缝起补强作用金属面积A3的计算

A1K2?1?62＝18（mm23?22） 8.5判断是否需要补强的依据

A1?A22?A3=3784+451.68+18=4253.68（mm）

A=506.85（mm2）

因为A1?A2?A3?A，所以不需要补强。

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2C) (8-3)

rf

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结论与展望

毕业设计是大学期间最后一次的实践性环节，是对我们大学四年来所学知识的总结，它所涉及到的知识面比较广，从多个方面考察了我们的综合能力。本次设计既对这几年所修课程有了系统的复习，也是对自己多学知识的一次考察和一次系统的梳理。 通过本次设计，我对本专业的专业知识有了进一部的了解和加深，培养了自己独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。使我对化工机械设备设计的基本方法、步骤、思路、有一定的了解与认识。它相当于实际化工设备设计工作的模拟。在毕业设计过程中，基本能按照规定的程序进行，先针对本设备的特点收集、调查有关资料，然后进入草案阶段，其间进行几次方案的修改，最后定案，进行正式规划阶段。设计方案确定后，又进行了详细设计，并画出能够清楚表达设计意图的级搅拌器装配图草图。整个过程周密有序，有利于按时高质完成全部毕业设计。

在这次的设计中，巩固了我对课本知识的理解，深化认识，同时使我了解和掌握设计的步骤、方法及基本技能，熟悉文献资料及物性参数的查阅和收集方法，让我学会查阅国家技术标准，正确地选用公式和数据；懂得如何论证优化设计方案，合理科学地应用公式及数据。在设计中提高了我的分析能力和解决问题的能力。此次设计的完成，使我对CAD、word等软件的使用有了十分大的提高。

当然，由于编者知识的不足使得所设计反应釜的在实用性上可能存在着缺陷，需要在实践中发现问题并予以改正。

并且，通过此次设计过程中查找文献后对反应釜的了解，对于其的发展也有了些许看法。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也具有重要意义。这方面已做了许多工作，但尚需扩大和深入。同时，对于反应釜的发展来说，大容积化、搅拌器与密封装置的改进与发展、热能的高效利用率和其自动化控制上应该是其主要的发展方向。

最后，本课题的继续开展是极具价值的。因为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。

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致谢

经过一学期的学习及努力，此次毕业设计最终完成了。此次设计能够的完成，得益于老师的悉心指导和同学的帮助。

从课程设计刚开始时到结束，老师给了我们很多的指导。对于第一次接触反应釜设计的我来说，在设计当中难免会出现一些难以解决的问题，然而通过翻阅文献、老师的指导以及与同学之间的讨论，最终对于问题都有了一个清晰。当我设计思路发生偏差时，通过同学的帮助及时改正了设计思路，为此深感庆幸。当我在查阅资料上遇到困难时也通过借阅同学们的参考文献而顺利解决。我深深地感到了同学间团结与互助的力量。

老师最后还对于我们的设计在格式及内容上存在的缺陷予以指出，并给予适当的修改，对此，我向您表示诚挚的敬意！

平时我们自己虽然做过一些设计，但并不够深入，所以对于查阅文献、选用公式、收集数据不太娴熟，对于文字与图表表达化工制图，文档编辑等方面也不是很擅长。通过这次毕业设计，不断的摸索和请教同学，使我在这些方面都得到了很大的提高，基本熟练的应用文档编辑基础的制图方法、技巧，且培养了我综合应用的能力。

第一次接触电子版的设计，其中很多应用不是很了解，期间遇见很多困难，班里同学给予我很大的帮助，在此向各位帮助过我的同学表示真诚的感谢！在查阅文献时还得到了同学和老师的帮助，向你们表示衷心的感谢。由于我所学知识有限、经验不足，在设计中不可避免出现缺点和错误，所以希望老师对于不正确的地方批评指正，我会认真改正！

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参考文献

[1] 郑津祥,董其伍.过程设备设计[M].北京:化学工业出版社,2010

[2] 汤善甫,朱思明编,化工设备机械基础（第二版）[M].上海: 华东理工大学出版社,2004

[3] 赵慧清,蔡继宁主编.化工制图第二版[M].北京:化学工业出版社,2008

[4] 朱有庭,曲文海,于浦义编.化工设备设计手册（上下卷）[M].北京:化学工业出版社,2004.8

[5] 董大勤,高炳军,董俊华编.化工设备机械基础第四版[M]. 北京: 化学工业出版社,2011.3

[6] 贺匡国主编.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 [7] 陈志平,章序文,林兴华等编著.搅拌与混合设备设计选用手册[M].北京: 化学工业出版社,2004.4

[8] 金清肃主编.机械设计课程设计第二版[M].武汉:华中科技大学出版社,2011.4 [9] GB150-2011钢制压力容器[S]，2011

[10] JB/T 4746-2002钢制压力容器用封头[S]，2002 [11] JB/T 4702-2002乙型平焊法兰[S]，2002 [12] HG/T 20592-2009钢制管法兰[S]，2009

[13] HG/21564-95搅拌传动装置—凸缘法兰[S],1995 [14] HG/21565-95搅拌传动装置-安装底盖[S]，1995

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附录

附录A：主要参考文献摘要及题录

[1] 郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计（第三版）[M].北京：化学工业出版社，2010

题录：本书分绪论、压力容器篇。在绪论中综合介绍过程设备的特点、基本要求和设计内涵；压力容器篇包括压力容器结构、应力分析、材料及时间和环境对其性能的影响、设计准则、常规设计、分析设计和疲劳设计等；过程设备篇包括储运设备、换热设备、塔设备和反应设备。

[2]汤善甫,朱思明编,化工设备机械基础（第二版）[M].上海: 华东理工大学出版社,2004

题录：本文简要介绍和分析了化工设备及其零部件的受力，受力构件的变形规律及其强度、刚度和稳定条件，常用材料，传动装置，容器、塔设备及反应釜的机械设计方法等内容。本书内容丰富，涉及学科面广，且结合工程实际，书中引用的规范和标准采用最新颁布的国家级和部级标准。

[3] 赵慧清,蔡继宁主编.化工制图第二版[M].北京:化学工业出版社,2008

题录：本书根据化工制图的特点，简繁适宜地编选了与化工制图密切相关的学科内容，对各知识点言简意赅地进行了清晰阐述，使读者可以迅速掌握化工制图的基本要点，以便在实际绘图时能够迅速、准确地完成制图工作。

[4] 朱有庭,曲文海,于浦义编.化工设备设计手册（上下卷）[M].北京:化学工业出版社,2004.8

题录：全书共16章，包括了主要化工单元设备、设备附件和压力管道的设计、选用及选型，汇集了大量最新资料，内容齐全、新颖、精练，具有较强的实用性和可靠性。 本手册可作出化工单元设备和压力管道的设计及选型，其设计及计算方法均以我国和世界科技先进国家通用的现行最新标准、规范和最新工程技术成就为依据，书中的设计和计算部分给出了例题，便于读者正确理解和运用。

[5] 董大勤,高炳军,董俊华编.化工设备机械基础第四版[M]. 北京: 化学工业出版社,2011.3

题录：本书为第四版，根据最新的国家标准，对本书的第三版进行了修订。内容分为力学基础、压力容器、典型化工设备三篇。主要介绍板壳力学基础理论，金属材料的基本知识，中、低压力容器和典型化工设备强度计算方法、结构设计、有关的标准和规范等。

[6] 贺匡国主编.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 题录：本书是一本教学、设计参考书，为化工机械(过程装备)和相近专业大专学生提供实用的设计资料。亦适用于工厂、设计部门等有关工程技术人员。内容涉及化工压力容器、换热器、塔器、反应釜强度、结构与机械设计，包括基本知识、构造材料、计算公式、结构图例、设计数据、方法示例、系列标准、规范与规定等。全书共三十二章，均以表格为体例编写，着重实用，标题紧扣内容，便于查阅。

[7] 陈志平,章序文,林兴华等编著.搅拌与混合设备设计选用手册[M].北京: 化学工业出版社,2004.4

题录：搅拌与混合设备正向着大型化、标准化、高效节能化、机电一体化、智能化和特殊化方向发展。正确设计与选用不同工艺条件下操作的搅拌与混合设备，才能使其

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满足安全、可靠、高效和节能的要求。本书包括工艺设计和机械结构选型两方面内容，收集并归纳整理了大量国内外最新资料，全面介绍了搅拌与混合设备的工作原理与过程特征、结构特点与技术参数、设计与选用原则、放大方法，以及运行维护注意事项等。内容翔实完整，资料准确可靠，注重设计选型，突出实用性。

[8] 金清肃主编.机械设计课程设计第二版[M].武汉:华中科技大学出版社,2011.4

题录：本书共分三篇，21章。第一篇，机械设计课程设计；第二篇，机械设计常用标准和规范；第三篇，参考图例。 [9]黄振仁，魏新利主编.过程装备成套技术（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2008

题录：本书内容包括工艺开发、项目可行性研究、环境评价、过程工业生产装置的系统设计、机器设备选型、单参数自控设计、压力管道设计、绝热、防腐蚀、安装、试车等生产装置建设有关的基础知识。

[10]付家新，王为国等主编.化工原理课程设计[M].北京：化学工业出版社，2010

题录：全书共分七章，内容包括：化工原理课程设计基础、搅拌装置、换热装置、蒸发装置、塔设备、萃取装置、干燥装置的工艺设计。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9nj5.html