过程装备课程设计-夹套传热式带搅拌的配料反应釜设计

1、过程装备课程设计课程设计说明书题目:夹套传热式带搅拌的配料反应釜设计全套图纸加扣 3346389411或3012250582院 系：机电工程分院专业班级：过程装备与控制过程班级学号：学生姓名：指导教师：时 间：2021年10月24日过程设备课程设计任务书 一、设计题目：夹套反应釜（13 ） 二、技术特性指标 设计压力 釜体内 0.5MPa 夹套内 0.3MPa 温度 釜体内 80 -120 C 夹套内 143 C 介质 釜体内 一般溶液 夹套内 水或蒸汽 腐蚀情况 无腐蚀 传热面 夹套 4.6m2搅拌器型式 桨式 搅拌轴转速 65r/min 电动机功率 1.8Kw 操作容积 1.8m3设备容积 2.2m3三、管口表 编号 名称 公称直径（ mm ） a 蒸汽入口或冷却水出口 25 b 加料口 25 c 人孔 d 温度计管口 70 e 备用管口 40 f 压缩空气管口 25 g 压料管 50 h 压料管套管 100 i 放料管 40 j 冷却水入口或凝液出口 25 摘要：夹套反应釜分罐体和夹套两部分，主要有封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置有搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工

2、艺而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要有电动机、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，构成完整的夹套反应釜。本课程设计题目是夹套反应釜，该设备是由筒体、夹套、搅拌轴、减速器和电动机等组成。本设计详细的论证了筒体直径、筒体厚度、筒体的高度设计，材料的选择以及强度、稳定性校核。本设计还涉及到夹套的选择，夹套厚度的计算；从多个角度分成十章分别对釜体厚度、釜体封头以及电机的选择，机架的设计，以及对应的凸缘、联轴器的选择方面做了详细的介绍。本设计中还对法兰、管法兰的选取做了详尽的介绍。本设计选用的是皮带传动，设计中对皮带的选择做了详尽的介绍。设计中参数选取恰到好处，不仅满足了设备的设计要求，而且使设备的操作弹性变大，运行质量得到了保证。关键词：夹套反应釜；搅拌轴；夹套；封头；皮带轮；联轴器；法兰压力容器；电动机；设计。目录1绪论11.1概述11.2搅拌器研究状况11.3搅拌设备研究中的主要难点以及解决方法11.4搅拌设备在工程技术上的特点12罐体几何尺寸计算32.1确定筒体内径32.2确定封头尺寸32.3确定筒体高

3、度32.4夹套几何尺寸计算42.5传热面积计算42.6夹套反应釜的强度计算42.6.1强度计算的原则及依据42.6.2内筒及夹套的受力分析52.6.3强度计算(按内压计算厚度)52.6.4稳定性校核（按外压校核罐体厚度）62.6.5水压试验校核73反应釜的搅拌装置83.1选择搅拌器83.2搅拌轴设计83.3搅拌器强度设计94反应釜的传动装置104.1选用电动机104.2选用减速器104.3凸缘法兰的选用114.4选用安装底盖124.5机架的选用134.6联轴器的选用144.7轴封装置145工艺接管及附件选用175.1工艺接管175.2设备接口175.2.1接管与管法兰175.2.2补强圈185.3视镜185.4支座195.5挡板196焊缝结构的设计216.1釜体上的主要焊缝结构216.2夹套上的焊缝结构的设计22参考文献23致谢241绪论1.1概述搅拌反应器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一，适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶等聚合反应，此外，也大量应用于医药、化工、食品、冶金、采矿、造纸废水处

4、理等行业。一台夹套搅拌反应釜主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。1.2搅拌器研究状况由于每一种搅拌器都不是万能的，都只在一特定的应用范围内才是高效的。近年来，许多国际混合设备公司竞相开发高效节能、造价低廉的搅拌器。通常在轴封、传动装置、传质传热搅拌方面有所突破，例如搅拌装置中典型的有A310、A315叶轮等。以美国莱宁（LIGHTNIN）公司开发A310搅拌器为例，其叶片由钢板按一定规律弯曲制成，不必使用铣或精密浇铸等成型工艺，三叶片可用螺栓固定或焊接在轮毂上，这样有利于大型搅拌器的制造和安装。尺寸较小时也可以铸造成型。这些搅拌器非常适合于均相混合、固液悬浮等操作。当用于固-液悬浮时，达到同样悬浮效果，A310叶轮比传统上使用的45斜叶涡轮要节能50%。其他还有A315，适合气液搅拌的发酵体系。1.3搅拌设备研究中的主要难点以及解决方法各种生产过程对搅拌往往有不同要求，有的过程要求通过搅拌起到混合和搅动作用。有的要求在搅拌作用下，使固体或液体中保持悬浮状态，这就要求搅拌器具有一定的技术特性，如一定的泵型式、尺寸、转速和功率等。还需要从经济的

5、角度，考虑搅拌器及减速装置的设备投资费用和日常动力消耗的操作费用。对搅拌釜来说，依据物料的相态，可分为均相和非均相两类，非均相反应过程如悬浮聚合、乳液聚合，以及一些有固体催化剂的聚合体系。均相体系对搅拌的要求主要是使物料搅动，以提高传热和传质速率，并使物料混合均匀。非均相体系，除了上述的这些要求之外，还要求“分散相”在“连续相”中能保持稳定的均匀的分布。这就要求对搅拌装置进行不同的设计。在流体粘度较低，搅拌转速较高的情况下，容易产生漩涡流况。在漩涡存在时，轴向的循环速率常低于径向的循环速率，影响搅拌效果。还有一种情况值得注意，剧烈打旋的流体常引起往复冲动的浪涛，结合漩涡作用，对搅拌轴将造成起伏的冲击力。为了消除漩涡，通常采用在容器内安装挡板的办法。1.4搅拌设备在工程技术上的特点搅拌设备的设计依赖经验和实验、放大困难，并且它是机械与过程装备专业知识的集成，属于非标设备，随着工业的发展，根据工艺过程的要求，搅拌设备的研究朝着以下几个方向发展：材料耐腐蚀化、设备大型化、设计智能化、控制自动化、制造工艺合理化。2罐体几何尺寸计算搅拌设备的罐体一般是立式圆筒形容器，由顶盖、筒体和罐底组成，罐底

6、大多为椭圆形封头，必要时也可选锥形封头。顶盖选用椭圆形封头或平盖。罐底与筒体的连接常采用焊接连接。顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种，要求可拆时，采用法兰连接。2.1确定筒体内径一般有工艺条件给定容积V、筒体内径Di按照式（2-1）估算： （2-1）式中V-工艺条件给定容积，mi-高径比，i=Hi/Di按物料的类型选取，见表2-1-填料系数，取0.85表2-1不同釜内物料类型长径比种类釜内物料类型Hi/Di一般反应釜液-固相或液-液相物料11.3气-液相物料12由表2-1可取i=Hi/Di=1.3，根据式（2-1）得：Di1.29m圆整得：Di=1300mm2.2确定封头尺寸椭圆封头选取标准件见图2-1，它的内径于筒体内径相同，标注椭圆封头尺寸查JB/T4746-2002标准可知：曲边高度H=325mm，直边高度h=25mm，容积Vh=0.2545m，内表面积A封=1.6552m2。图2-1椭圆封头2.3确定筒体高度反应釜容积 V 通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度 Hi按照式（2-2）计算并进行圆整： （2-2）式中Vh-封头容积，m；V1-1米高筒体容积，m/m

7、。查表得：V1=1.131m，再根据公式（2-2）得：Hi=1.72m圆整得：Hi=1700mm2.4夹套几何尺寸计算夹套和筒体的连接长焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套内径D2可根据筒体内径D1按表2-2选取得D2=1000mm：表2-2夹套内径于筒体内径关系D2/mm500-600700-18002000-3000Di/mmDi+50Di+100Di+200夹套下封头型式同罐体封头，其直径D2与夹套筒体相同。夹套高H2由传热面积决定，不能低于液料高。夹套高H2按式（2-3）估算： （2-3）将值代入式（2-3）得：H2=1.43m，圆整取H2=1500mm。2.5传热面积计算夹套所包围的罐体表面积（筒体表面积F筒+封头表面积F封）一定要大于工艺要求的传热面积F,即： （2-4）式中，F筒=H2xF1（F1-1米高的筒体内表面积）查表得：F1=3.77，由式（2-4）求出：F筒+F封=7.31023m2，所以满足换热要求。2.6夹套反应釜的强度计算2.6.1强度计算的原则及依据强度计算中各参数的选取及计算，均应符合GB150钢制压力容器的规定，强度计

8、算应考虑以下几种情况。（1） 圆筒内为常压外带套时当圆筒公称直径DN600mm时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力）圆筒设计，其余部分按常压设计；（2）圆筒内为真空外带夹套时当圆筒公称直径DN600mm时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力+0.1MPa）圆筒设计，其余部分按真空设计；当圆筒公称直径DN600mm时，全部筒体按外压（指夹套压力+0.1MPa）筒体设计；（3）圆筒内为正压外带夹套时当圆筒公称直径DN600mm时，被夹套包围部分的筒体分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值；其余部分按内压圆筒设计。当圆筒公称直径DN600mm时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。2.6.2内筒及夹套的受力分析工艺提供的条件为：釜体内筒中工作压力为0.5MPa，夹套内工作压力为0.3MPa，则夹套筒体和夹套封头承受0.3MPa内压：而内筒的筒体和下封头既承受 0.5MPa 内压，同时又承受0.3MPa外压，其最恶劣的工作条件为：停止操作时，内筒无压而夹套内仍有蒸汽压力，此时内筒承受0.3MPa外压。2.6.3强度计算(按内压计算厚度)罐体和夹套材料选用Q345R,设计温度t1=80-120（容器内），t2=143（夹套内）；设计压力P（容器内）=0.5MPa，P（夹套内）=0.3MPa。焊接接头系数取=0.85。液柱静压力：P1H=10-6gh=0.015计算压力：P1c=P1+P1H=0.52夹套内介质为谁蒸汽，故其液柱静压力可以忽略不计，则夹套的计算压力为：P2c=P2=0.3MPa查表可知设计温度下，Q345R的需用应力为t=113MPa。筒体计算厚度由公式： (2-5)得，1=3.53mm；夹套计算厚度由公式： （2-6）得，2=2.03mm；

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