机械式搅拌反应釜设计说明书

目 录

前 言 ................................................................... 2 1 反应釜的设计参数及要求 ................................................ 3

1.1 设计任务书 ....................................................... 3 1.2 设计方案的分析和拟定 ............................................. 4 2 夹套反应釜设计 ........................................................ 4

2.1 反应釜的罐体和夹套的设计.......................................... 4 2.2 夹套反应釜的强度计算 ............................................. 7 3 反应釜的搅拌装置 ..................................................... 10

3.1 选择搅拌器 ...................................................... 10 3.2 搅拌轴的设计 .................................................... 10 3.3搅拌轴强度校核 ................................................... 11 3.4 搅拌抽临界转速校核计算 ......................................... 12 4 V带轮设计计算 ........................................................ 12 5 反应釜其他附件 ........................................................ 14

5.1 设备法兰 ........................................................ 14 5.2 支座 ............................................................ 14 5.3 手孔和人孔 ...................................................... 14 5.4 设备接口 ....................................................... 15 5.5 视镜 ........................................................... 15 6 设计小结 .............................................................. 15 参考文献 ................................................................ 17

前 言

反应釜的广义理解即有物理或化学反应的不锈钢容器，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。随之 反应过程中的压力要求对容器的设计要求也不尽相同。生产必须严格按照相应的标准加工、检测并试运行。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。

反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它复合材料。反应釜可采用SUS304、SUS316L等不锈钢材料制造。搅拌器有锚式、框式、桨式、涡轮式，刮板式，组合式，转动机构可采用摆线针轮减速机、无级变速减速机或变频调速等，可满足各种物料的特殊反应要求。密封装置可采用机械密封、填料密封等密封结构。加热、冷却可采用夹套、半管、盘管、米勒板等结构，加热方式有蒸汽、电加热、导热油，以满足耐酸、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺需要。可根据用户工艺要求进行设计、制造。

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。

1 反应釜的设计参数及要求

1.1 设计任务书

简图 设计参数及要求 容器内 0.25 ﹤100 有机溶剂 1.0 ＞3 微弱 Q235-R 推进式 250 3 接管表 符号 A B 公称尺寸DN 25 65 100 25 25 40 25 连接面形式 PL/RF PL/RF PL/RF PL/RF PL/RF PL/RF PL/RF 用 途 蒸汽入口 加料口 视镜 温度计管口 压缩空气入口 放料口 冷凝水出口 夹套内 0.35 ﹤100 蒸汽 工作压力，MPa 设计压力，MPa 工作温度，℃ 设计温度，℃ 介质 全容积，m3 操作容积，m3 传热面积，㎡ 腐蚀情况 推荐材料 搅拌器型式 搅拌轴转速，r/min 轴功率，kW C D E F G

1.2 设计方案的分析和拟定

按照设计任务书提供的工艺条件，选定容器的型式和材料后，进行反应釜的

机械设计，主要是计算釜体和夹套的尺寸；选择搅拌器和设计搅拌轴；选择搅拌的传动装置和轴封装置；选择法兰、支座和各种工艺接管，并核算开孔补强；绘制装配图；编写设计计算说明书。

2 夹套反应釜设计

2.1 反应釜的罐体和夹套的设计

2.1.1 确定筒体的型式

从技术特性表上所得到的工作压力及温度以及该设备的工艺性质，可以看出它是属于带搅拌的低压反应釜类型，一类低压容器，根据惯例选择圆柱形筒体。 2.1.2 确定罐体几何尺寸

（1）确定筒体直径 反映物料为液-固相类型，从表3-1中，H/Di为1～1.3.设备容积要求为1.0m3,考虑到容器的体积不大，可取H/Di=1.3，这样可以使直径不致太小，从工艺上反应状态无泡沫或沸腾情况，黏度也不大，故取装料系数η=0.8。

表3-1 罐体长径比经验表

种类 一般搅拌罐 发酵罐类 反应釜的直径估算如下： VN=Vη V=

VN1.0==1.25 m3 0.8η罐体物料类型 液—固或液—液相物料 气—液相物料 H/Di 1～1.3 1～2 1.7～2.5

Di=

4V3?H?π???Di?=34?1.25=993.2mm

3.14?1.3圆整至公称直径标准系列，取Di=1000mm,封头取相同的内径， （2）确定筒体的高度

当DN=1000mm，查得标准椭圆形封头的容积Vh=0.198m3，则筒体的高度估算为: H=

V?Vh1.25?0.198==1.11m 3.14π22?1.1?Di44 取H为1.1m，于是H/Di=1 （3）确定夹套的直径

夹套的内径与釜体的内径有关，可按表3－2选取。 夹套的内径为：Dj?DN?100?1000?100?1100mm ； 表3-2 夹套直径Dj与罐体直径DN的关系（mm） DN 500～600 DN+50 700～1800 DN+100 2000～3000 DN+200 Dj

（4）夹套的高度Hj

夹套的尺寸为1200mm，夹套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同的直径。从文献?6?查得筒体每一米的容积V1?0.95m3/m,则夹套筒体的高度估算如下:

Hj??V?VhV1?0.8?1.25?0.198?0.84m

0.95取Hj为900mm。 （5）内筒及夹套的受力分析

工艺条件中：反应釜内的工作压力为0.25Mpa，夹套内工作压力为0.35Mpa，则夹套筒体和夹套封头为受0.35Mpa的内压而内筒的筒体和下封头为既承受0.25Mpa的内压同时又承受0.35Mpa的外压，其最恶劣的工作条件为停止操作时内筒无压力而夹套内仍有蒸汽压力，此时内筒承受0.35Mpa的外压。

（4）由结构确定其它各段轴径 带轮和联轴器轴向定位的轴肩d2?45mm，取轴端挡圈公称直径为50mm。根据带轮的设计，带轮毂孔的长度为L?60mm，为了保证轴端挡圈只压在带轮面上而不压在轴的端面上，轴的长度应取略短些，取

L1?59mm。带轮和联轴器的连接用平键，查表选用平键12×8×56.

（5）轴承选取 轴承同时承受径向力及轴向力的作用，转速较高，轻载荷，可选用角接触轴承；考虑其安装与调整，采用正装方式。初选轴承为7210C，查表，其尺寸为50×90×20。确定第三段轴径d3?50mm，轴的长度L3?19mm，轴承采用轴肩定位，第4段的轴径为L4?60mm。考虑轴承的密封和固定，第2段轴上装有轴承盖，可选用旋转轴唇型密封圈。轴与轴承内圈采用过渡配合，取其直径尺寸公差为k6。轴承的轴向距离按搅拌釜支承条件确定。

搅拌轴与上轴采用刚性联轴器连接，把两轴当作一个整体进行设计和校核。

3.3搅拌轴强度校核

(1)轴的受力分析如下图：

压紧力FQ?1514.3N，FB?FC?AB?BC80?280FQ??1514.3?1947N BC280AB80FQ??1514.3?432.7N BC280(2)轴的剪力和弯矩图如下：

（3）轴的扭矩为：

T?9550?p4?9550??152.8N.m n250（4）因轴单向转动，可认为扭矩为脉动循环变化，故折合系数??0.6，

?T?0.6?152.8?91.68N.m

（5）所以危险截面B处的当量弯矩为：

2MeB?MB?(?T)2?151.9N.m

（6）计算危险截面B处的轴径如下：

MeB151.9?1033d?3??30.23mm

0.1[??1b]0.1?55又知该处轴径为45mm，轴的强度满足要求。

3.4 搅拌抽临界转速校核计算

搅拌轴上装有搅拌器，往往由于结构不对称、加工安装有误差等原因，使回转中心离开其回转轴线而产生回转离心力，使轴受到周期性载荷干扰。当周期载荷和频率与搅拌轴的自然频率接近时，轴便发生剧烈运动，该现象为轴的共振，产生共振时搅拌轴达到其临界转速。

搅拌轴的转速为n?250r/min?200r/min，应作临界转速校核。该搅拌轴上装有一层搅拌器，其一阶转速为：

nc1?30?3EIg2W1L1(L1?B) 经校核n?(0.750.8)nc1，满足要求。

4 V带轮设计计算

传动的额定功率p=4.4kw

小皮带轮转速为电机转速

n1?960rmin

大皮带轮转速为已知搅拌轴转速工况系数查表有KA=1.2

n2?250rmin

P设计功率d?KA?P?1.2?5.5?6.6kw

P根据d和n1，选取B型带

n1速比i=

n2=3.84

初选小皮带轮直径d1=125

v?验算带速

?d1n160?1000?3.14?125?960?6.3ms 60?1000带速在5m/s~25m/s范围内，带速合适 选取滑动率?=0.02，则

大皮带轮直径d2=id1（1-?）=470.7，由表取直径系列d2=475mm

a初定中心距0.7（d1+d2）<0<2(d1+d2) a即420<0<1200 a取中心距0=450mm

(d2?d1)22a0?(d1?d2)??1910.05mmLd24a0带的基准长度0=

?L圆整到基准系列，取d=2000mm

a=a0+(Ld-Ld0)/2 =495

0d2?d1??180??57.3?1400?1200a小带轮包角

合适

P确定v带根数，查表有，单根v带传递功率0?1.64kw

单根普通v带i不等于1时，传递功率增量包角系数

?P0?0.294kw

K??0.89 长度系数KL?0.98

Pd6.6z???3.9(P0??P0)K?KL(1.64?0.294)?0.89?0.98

所以，v带为4根。

5 反应釜其他附件

5.1 设备法兰

当筒体与上封头用法兰连接时，常采用甲型平焊法兰连接，这是压力容器法兰中的一种，甲型平焊法兰密封面结构常用平封封面和凹凸封面两种，这里选用凹凸封面。法兰的尺寸见总装配图。

5.2 支座

夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。当设备需要保温或直接支承在楼板上时选用B型或C型，否则选用A型，这里选用B型支座。耳式支座的尺寸按规定选取，材料采用Q235-A。并对其进行相关的强度校核。

5.3 手孔和人孔

手孔和人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备的内部装置。这里由于反应釜尺寸所限，不设人孔，仅设手孔，手孔的直径见总装配图。

5.4 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。 5.4.1 接管与管法兰

接管与管法兰是用来与管道或其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是公称通径（DN）和公称压力（PN）。具体尺寸须按设计要求分别选取。 5.4.2 补强圈

容器开孔后由于壳体材料的削弱，出现开孔应力集中现象。因此要考虑补强。 补强圈就是用来弥补设备壳体因开孔过大而造成的强度损失的一种常用形式。补强圈形状应与被补强部分相符，使之与设备壳体密切贴合，焊接后能与壳体同时受力。补强圈上有一小孔，焊后同如压缩空气，以检查焊缝的气密性。补强圈的厚度和材料一般均与设备壳体相同。 5.4.3 液体出料管和过夹套的物料进出口

出料管结构设计主要从物料易放尽、阻力小和不易堵塞等因素考虑。另外还要考虑温差应力的影响。 5.4.4 固体物料进口的设计

由于釜体的内径D1?1300mm，因此不需要在釜体的封头上设置人孔，本设计选用板式平焊法兰物料孔。物料孔的尺寸按设计要求选取。

5.5 视镜

视镜主要用来观察内物料及其反应情况，也可作为料面指示镜，一般成对使用。其结构形式查阅相关文献。当视镜需要斜装或设备直径较小时，采用带颈视镜。本设计采用带灯有颈视镜，其尺寸型号见总装配图。

6 设计小结

设计一个反应釜是我们学习《化工设备机械基础》这门课程的一次实践性

测试。在本次设计的过程中，我们可以将所学的内容更进一步的了解，同时也加深了我们对于知识的认识，是一个很好的锻炼机会。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mm2d.html