18m3搅拌式反应釜设计.docx

目 录

摘要……………………………………………………………………………1
关键词…………………………………………………………………………1
1 前言……………………………………………………………………………1
1.1 反应器的现状及发展前景………………………………………………………1
1.2 搅拌式反应釜结构设计及其工作原理示图……………………………………2
2 设计条件及设计内容分析………………………………………………………………3
2.1反应釜设计的内容主要有…………………………………………………………3
3 反应釜釜体的设计………………………………………………………………………3
3.1 釜体DN的确定……………………………………………………………3
3.1.1 釜体DN的确定…………………………………………………………3
3.2 釜体筒体壁厚的设计…………………………………………………3
3.2.1 设计参数的确定…………………………………………………3
3.2.2 筒体壁厚的设计………………………………………………………4
3.3 釜体封头的设计…………………………………………………………4
3.3.1 封头的选型………………………………………………………4
3.3.2 设计参数的确定………………………………………………………4
3.3.3 封头的壁厚得设计……………………………………………………4
3.3.4 封头的直边尺寸、体积的确定…………………………………4
3.4 筒体长度H的设计……………………………………………………………5
3.4.1 筒体长度H的设计………………………………………………5
3.4.2 釜体长径比校核…………………………………………………5
3.5 外压筒体壁厚的设计……………………………………………………5
3.5.1 设计外压的确定………………………………………………5
3.5.2 试差法设计外压筒体的壁厚……………………………………5
3.5.3 图算法设计筒体的壁厚……………………………………………5
3.6 外压封头壁厚得设计……………………………………………………6
3.6.1 设计外压得确定…………………………………………………6
3.6.2 封头壁厚得计算…………………………………………………6
4 反应釜夹套得设计………………………………………………………………6
4.1 夹套釜体DN，PN得确定…………………………………………………6
4.1.1 夹套釜体DN得确定………………………………………………6
4.1.2 夹套釜体PN得确定………………………………………………6
4.2 夹套筒体的设计…………………………………………………………7
4.2.1 设计参数的确定…………………………………………………7
4.2.2 夹套筒体壁厚的设计……………………………………………7
4.2.3 夹套筒体的高度确定…………………………………………7
4.3 夹套封头的设计………………………………………………………7
4.3.1 封头的选型………………………………………………………7
4.3.2 设计参数的确定…………………………………………………8
4.3.3 封头的壁厚的设计………………………………………………8
4.3.4 封头的直边尺寸、体积与重量的确定…………………………8
4.3.5 封头结构的设计………………………………………………………8
4.4 传热面积的校核……………………………………………………………8
5 反应釜釜体及夹套的压力试验…………………………………………………9
5.1 釜体的水压试验…………………………………………………………9
5.1.1 水压试验压力的确定……………………………………………9
5.1.2 液压试验的强度校核………………………………………………9
5.1.3 压力表得量程……………………………………………………9
5.1.4 水压试验的操作过程……………………………………………9
5.2.1 气压试验压力的确定……………………………………………9
5.2.2 气压试验的强度校核……………………………………………10
5.2.3 气压试验的操作过程……………………………………………10
5.3 夹套的液压试验…………………………………………………………10
5.3.1 水压试验压力的确定……………………………………………10
5.3.2 液压试验的强度校核……………………………………………10
5.3.3 压力表的量程、水温的要求……………………………………10
5.3.4 水压试验的操作过程…………………………………………10
6 反应釜附件的选型及尺寸设计…………………………………………………11
6.1 釜体法兰联接结构的设计……………………………………………11
6.1.1 法兰的设计……………………………………………………11
6.1.2 密封面形式的选型……………………………………………11
6.1.3 螺栓、螺母的尺寸规格…………………………………………12
6.1.4 法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料………………………12
6.2 选用手孔，视镜等和工艺接管的设计…………………………………12
6.2.1 手孔………………………………………………………………12 6.2.2 视镜………………………………………………………………12
进料管口…………………………………………………………12
6.2.4 温度计……………………………………………………………13
6.2.5 出料口……………………………………………………………13
6.2.6 安全阀接口………………………………………………………13
接口i和压力表接管e……………………………………13
6.2.8 加热蒸汽进口………………………………………………………13
……………………………………………………13 6.3.1 管法兰的选型…………………………………………………13
6.3.2 管法兰的尺寸…………………………………………………13
6.4 垫片尺寸及材质………………………………………………………14
6.4.1 垫片的结构……………………………………………………14
6.4.2 密封面形式及垫片尺寸………………………………………15
6.5 手孔的设计……………………………………………………………15
6.5.1 手孔的结构……………………………………………………………15
6.5.2 手孔尺寸……………………………………………………………15
6.6 视镜的设计……………………………………………………………………16
6.6.1 视镜的选型……………………………………………………17
6.6.2 视镜的结构…………………………………………………………17
6.6.3 视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料……………17
6.6.4 视镜标准件的材料应符合表9的规定………………………………17
6.7 支座的选型……………………………………………………………………18
6.7.1 支座的选型及尺寸的初步设计………………………………………17
6.7.2 支座载荷的校核计算…………………………………………………19
7 搅拌装置的选型与尺寸设计…………………………………………………………19
7.1 搅拌轴直径的初步计算………………………………………………………19
7.1.1 搅拌轴直径的设计……………………………………………………19
………………………………………………………19 ……………………………………………………19 …………………………………………………19 ……………………………………………………19
7.3.2 联轴器的结构及尺寸…………………………………………………20
7.3.3 联轴节的零件及材料…………………………………………………20
7.4 搅拌桨尺寸的设计…………………………………………………………21
7.4.1 桨式搅拌桨的结构……………………………………………………21
7.4.2 桨式搅拌桨的尺寸……………………………………………………21
7.4.3 桨式搅拌桨零件明细表………………………………………………21
7.5 搅拌轴的结构及尺寸的设计…………………………………………………22
7.5.1 搅拌轴长度的设计……………………………………………………22
7.5.2 搅拌轴的结构…………………………………………………………22
8 传动装置的选型与尺寸设计…………………………………………………………22
8.1 电动机的选型…………………………………………………………………22
8.2 减速器的选型…………………………………………………………………23
8.3 机架的设计……………………………………………………………………23
8.4 底座的设计……………………………………………………………………24
8.5 反应釜的轴封装置设计………………………………………………………24
8.5.1 反应釜的轴封装置的选型……………………………………………24
8.5.2 轴封装置的结构及尺寸………………………………………………25
9 焊缝结构的设计………………………………………………………………………25
9.1 釜体上主要焊缝结构的设计…………………………………………………25
9.2 夹套上的焊缝结构的设计………………………………………………28
10 固体物料进口的开孔及补强计算……………………………………………………29
10.1 封头开固体物料进口后被削弱的金属面积A的计算………………………29
10.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算……………………………30
10.2.1 封头起补强作用金属面积A1的计算…………………………………30
10.2.2 接管起补强作用金属面积A2的计算…………………………………30
10.2.3 焊缝起补强作用金属面积A3的计算…………………………………30
10.3 判断是否需要补强的依据…………………………………………………30
11 结论……………………………………………………………………………………31
参考文献 …………………………………………………………………………………31
致谢………………………………………………………………………………………32
附录…………………………………………………………………………………………33

学 生：
指导老师：

摘 要：搅拌釜式反应器由搅拌器和釜体组成。搅拌器包括传动装置，搅拌轴（含轴封），搅拌桨;釜体包括筒体，夹套和内件，盘管，导流筒等。工业上应用的搅拌釜式反应器有成百上千种，按反应物料的相态可分成均相反应器和非均相反应器两大类。非均相反应器包括固-液反应器，液-液反应器，气-液反应器和气-液-固三相反应器。本次设计的釜式反应器适用性广操作弹性大，是工业生产中最广泛使用的反应器。
关键词：反应釜； 釜体； 搅拌器

Design 1.8m3 Stirred Tank Reactor
Author:
Tutor:Tang
(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)

Abstract：Stirred tank reactor by the stirrer and the reactor body. The agitator gear stirring shaft ( with shaft seal), impeller, kettle body including a cylinder, jacket and coil, draft tube etc. Industrial application of stirred tank reactor, there are hundreds of homogeneous reaction and heterogeneous reactor can be divided into two major categories according to the phase of the reaction materials. The non - homogeneous reactor, including the solid - liquid reactor, liquid - liquid reactor, the gas - liquid reactor and gas - liquid - solid three-phase reaction device. The design of the tank reactor wide applicability of the operating flexibility,the most widely used in industrial production reactor.
Key words：Reactor; Electric; Agitator;
1 前言
1.1 反应器的现状及发展前景
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、冷却及低高速的混合功能。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，属于废标的容器设备。
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、储存、氢化、烃化、聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工业过程的容器。
反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等）、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。
搅拌釜式反应器，这种反应器是工业生产中最广泛采用的反应器形式，适用于各种相态物料的反应。反应釜中设有各种不同型式的搅拌、传热装置，可适应不同性质的物料和不同热效应的反应，以保持反应物料在釜内合理地流动、混合和料号的传热。搅拌釜式反应器既可间隙操作也可连续操作或半连续操作，既可单釜操作，又可多釜串联操作。搅拌釜式反应器的使用性广，操作弹性大，浓度容易控制。它通常由釜体、换热装置。搅拌器和传动装置等构件组成。[1]
1.2 搅拌式反应釜结构设计及其工作原理示意图

图1 反应釜结构及原理图
Fig.1 the reactor structure and schematic diagram
2 设计条件及设计内容分析
由设计条件单可知，设计的反应釜可操作容积为1.8m3、搅拌装置配置的电动机功率为1.8KW、搅拌轴的转速为60r/min、搅拌桨的形式为框式；加热的方式为用夹套内的导热油进行电加热：装置上设有8个工艺接管、1个视镜、4个耳式支座、1个人孔（或固体物料进口）。
2.1 反应釜设计的内容主要有：
釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计
夹套的强度、刚度计算和结构设计；
设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰；
人孔的选型及补强计算；
支座选型及验算；
视镜的选型；
焊缝的结果与尺寸设计；
电机、减速机的选型；
搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计；
选择联轴器；
设计机架结构及尺寸；
设计底盖结构及尺寸；
选择轴封形式；
绘总装配图及搅拌轴零件图等。
3 反应釜釜体的设计
3.1 釜体DN的确定
3.1.1 釜体DN的确定
选取反应釜装料系数η=0.8，由V=V0/η,可得设备体积
V===2.25m3 （1）对于液—液相类型选取H/Di=1.2.由此，估算筒体的内径为
Di===1.337m （2）
将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径Di=1400mm。
3.2 釜体筒体壁厚的设计
3.2.1 设计参数的确定

此处已删除

8 传动装置的选型与尺寸设计
8.1 电动机的选型
由于反应釜里的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，故选用隔爆型三相异步电机（防爆标志dⅡAT4）。根据电机的功率P＝1.8KW、转速n＝1500r/min，由机械设备通用手册表32-16选用的电机型号为：Y100L1-4。
8.2 减速器的选型
根据电机的功率P＝2.2KW、搅拌轴的转速n＝1500r/min、传动比为1500/60＝25，选用直联摆线针轮减速机，标记ZLD2.0—4A—25。由文献[6]表9-2-41确定其安装尺寸，直联摆线针轮减速机的外形见图、安装尺寸如表。

图10 直连摆线针轮减速机
Fig.10 Direct cycloid reducer

表15 减速机的外形安装尺寸
Table.15 Reducer contour and installation dimensions

260
230
200
43
200
6-12
22
4

b1

15
161
48.5
14
430
79
6
15
8.3 机架的设计
由于反应釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了带短节的夹壳联节，且反应釜使用不带内置轴承的机械密封，故选用WJ型无支点机架（HG21566—95）。由搅拌轴的直径d＝50mm可知，机架的公称直径250。结构如图。

图11 WJ型无支点机架
Fig.11 WJ type pivot frame
8.4 底座的设计
对于不锈钢设备，本设计采用图底座的结构，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，结构与尺寸如图。

图12 底座
Fig.12 Base
8.5 反应釜的轴封装置设计
8.5.1 反应釜的轴封装置的选型
反应釜中应用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。考虑到釜内的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，因此选用机械密封。根据PW＝0.60MPa、t＝120℃、n=85r/min、8.5.2 轴封装置的结构及尺寸

图13 机械密封
Fig.13 Mechanical seal

表16 釜用机械密封的主要尺寸（mm）
Table.16 Kettle mechanical seal of main size (mm )

9 焊缝结构的设计
9.1 釜体上主要焊缝结构的设计
设计内容：

图14 筒体的纵向焊缝
Fig.14 Cylinder longitudinal seam

Fig.15 Cylinder body and the lower head of the circumferential weld

图16 固体物料进口与封头的焊缝
Fig.16 Solid material inlet and the head of the weld

图17 进料管与封头的焊缝
Fig.17 The feeding pipe and the head of the weld

图18 冷却器接管与封头的焊缝
Fig.18 Cooler take over head weld

图19 温度计接管与封头的焊缝
Fig.19 Thermometer over head weld

图 20 出料口接管与封头的焊缝
Fig.20 Outlet pipe head weld
9.2 夹套上的焊缝结构的设计
夹套上的焊缝结构及尺寸如图。

Fig.21 Cylinder longitudinal seam

Fig.22 The cylinder body and the head of the transverse weld

Fig.23 Heat-conducting oil inlet connecting pipe and tube weld

Fig.24 Heat-conducting oil outlet nozzle and tube weld

Fig.25 The kettle body and the jacket weld
10 固体物料进口的开孔及补强计算
10.1 封头开固体物料进口后被削弱的金属面积A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为：
（27）
式中：=273-16+2×1.25=254.5（）
=
=2.315（）
=1
=254.5×2.315= 589.2（）
10.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算
10.2.1 封头起补强作用金属面积A1的计算
（28）
式中： 取两者中较大值，
509
（29）
= 5-0.25=4.75（）

= 8 - 0.25
=7.75（）
=1 （30）

= 588.0（）
10.2.2 接管起补强作用金属面积A2的计算
（31）
其中：=45.12

取其中的较小值45.12
= =0.273（）
=0
=674.7（）
10.2.3 焊缝起补强作用金属面积A3的计算
A3=K2/2=62/2=18.0mm2
10.3 判断是否需要补强的依据
= 588.0 + 674.7 + 18 .0=1280.7
由8.1 知A=589.2
∵A< A1+A2+A3
∴不需补强
11 结束语
通过本次毕业设计，使我对反应釜设计方案，封头设计，筒体装配的基本过程的设计方法、步骤、思路，有了比较清晰的了解，它相当于实际反应釜生产设计工作的模拟。在设计过程中，基本能按照规定的程序进行，按照毕业设计要求和反应釜的基本流程进行设计，期间与指导老师进行了多两次讨论、修改，按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进行设计。最终顺利完成全部设计。具备了一定的实践能力，为即将到来的工作奠定坚实的基础。

参考文献
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[11] 石梦蝶.1.8M3PTAR101反应釜设计[D].湖南：湖南农业大学园艺园林学院，2008：11-13
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[22] 汤善甫，朱思明.化工设备基础（第二版）[M].上海：华东理工大学出版社 2004.12

致 谢
本课题是在导师汤兴初教授的悉心指导下完成的。四年的学习中汤老师严谨的治学态度、实事求是的工作作风，精益求精的工作精神令我受益匪浅。在生活中汤老师积极乐观的生活态度，做任何事情充沛的精力和执着的态度，这都将对我以后的工作和学习有很大的帮助。至此在论文定稿之日，谨向恩师致以衷心的感谢，感谢导师在各方面的帮助，感谢导师的信任和支持。
在论文进行的过程中，还得到了寝室同学以及各位同窗好友无私的帮助和热情的鼓励，在此一并表示衷心的感谢!
感谢东方科技学院的各位老师在我四年的学习生活期间，对我思想、生活、学习上的指导和关心，使我不断的成长。最后，特别感谢的是我的父母，他们是我这四年最主要的动力，是他们时刻的关理解和支持才使我能够顺利完成学业

附录
附录1：A4图纸三张
附录2：A3图纸八张
附录3：A0图纸一张