V16m3反應(yīng)釜設(shè)計(jì)

1、四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) V16m3反應(yīng)釜設(shè)計(jì)學(xué) 生：學(xué) 號(hào)：專(zhuān) 業(yè)：過(guò)程裝備與控制工程班 級(jí)：指導(dǎo)教師：曾 濤 四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院二O一O年六月四 川 理 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)（論文）題目： V16m3反應(yīng)釜設(shè)計(jì) 學(xué)院：機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)：過(guò)程裝備與控制工程班級(jí)班學(xué)號(hào)：學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 曾 濤 接受任務(wù)時(shí)間 2010年3月至2010年6月 系主任 （簽名）院長(zhǎng) （簽名）1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求給定：釜內(nèi)介質(zhì)：有機(jī)溶劑，粘度；內(nèi)盤(pán)管換熱，換熱面積10m2； 工藝要求容積：16 m3；設(shè)計(jì)溫度：釜內(nèi)：110； 設(shè)計(jì)壓力：釜內(nèi)：0.5MPa；腐蝕情況：微弱； 材質(zhì)：16

2、MnR 采用滿(mǎn)釜連續(xù)操作 完成：0#總裝配圖一張，零部件圖0#圖總量1張，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。2指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說(shuō)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社 GB150-1998鋼制壓力容器以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械制圖，清華大學(xué)出版社材料與零部件，上海人民出版社化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)，化學(xué)工業(yè)出版社3進(jìn)度安排設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱(chēng)起 止 日 期1資料收集，閱讀文獻(xiàn)，完成開(kāi)題報(bào)告3月 5日至3月28日2完成所有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)計(jì)算工作3月29日至4月25日3完成所有圖紙繪制4月26日至5月25日4完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5月26日至6月 1日5完成圖紙和說(shuō)明書(shū)的修改，答辯的準(zhǔn)備和畢業(yè)答辯6月 2日至6月20日摘要反應(yīng)釜是化工生產(chǎn)

3、中使用的典型設(shè)備之一。反應(yīng)釜是在工業(yè)生產(chǎn)中用來(lái)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的容器，是任何化學(xué)品生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，決定了化工產(chǎn)品的品質(zhì)、品種和生產(chǎn)能力。反應(yīng)器用于實(shí)現(xiàn)液相單相反應(yīng)過(guò)程和液液、氣液、液固、氣液固等多相反應(yīng)過(guò)程。本次設(shè)計(jì)主要遵循GB150-1998鋼制壓力容器進(jìn)行反應(yīng)釜的工藝計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，主要進(jìn)行了筒體、傳動(dòng)裝置、攪拌裝置、傳熱裝置、軸封裝置和各種接管的設(shè)計(jì)計(jì)算或者選型，得到一個(gè)完整的攪拌反應(yīng)裝置。關(guān)鍵詞：反應(yīng)釜；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；強(qiáng)度計(jì)算；選型ABSTRACTProduction of chemical reaction kettle is one of the typical equip

4、ment use.The reaction kettle, used in industrial production, chemical reaction containers，the production process is any chemicals, determines the key equipment of chemical products quality, variety and production capacity. To realize the liquid phase reaction reactor process of liquid and gas, liqui

5、d and solid, liquid liquid-solid multiphase reaction process etc.This design mainly follows the GB150-1998 Steel Pressure Vessels in reactor structural design and strength calculation, mainly for the cylinder, transmission, agitator, heat transfer equipment, seal all over the design of devices and c

6、omputing or selection, get a complete the Agitation reactor. Keywords: stirred tank； structural design； strength calculation；selection目 錄摘要ABSTRACT第一章 緒論11.1 前言11.2 攪拌設(shè)備的操作目的11.3 攪拌反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)11.4 攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)與選用的基本方法4 1.4.1 攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)步驟41.4.2 攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)與選用的基本原則5第二章 工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)72.1 釜體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型7 2.1.1 反應(yīng)釜直徑和高度的計(jì)算72.1.2

7、 釜體的厚度9 反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)造型102.2 封頭的結(jié)構(gòu)計(jì)算11第三章 攪拌裝置與傳動(dòng)裝置123.1 攪拌器的選擇12 攪拌器的結(jié)構(gòu)類(lèi)型12 攪拌器的標(biāo)準(zhǔn)及選用153.2 攪拌功率的計(jì)算163.3 攪拌軸設(shè)計(jì)18 強(qiáng)度及剛度計(jì)算18 臨界轉(zhuǎn)速203.4 傳動(dòng)裝置的選擇21 3 電動(dòng)機(jī)的選用213 減速器的選用22 機(jī)架的選擇23 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)23 凸緣法蘭的選擇23 安裝底座的選擇243.5 聯(lián)軸器裝置26 3.5.1 聯(lián)軸器的機(jī)構(gòu)類(lèi)型26 3.5.2 聯(lián)軸器的選用28第四章 傳熱部件及附屬結(jié)構(gòu)294.1 傳熱部件的結(jié)構(gòu)及熱量計(jì)算29 傳熱部件的選擇29 蛇管固定件及進(jìn)出口結(jié)構(gòu)29 蛇管的選擇及熱

8、量計(jì)算304.2 工藝接管及觀測(cè)部件30 加料管31 卸料管32 溫度計(jì)及套管32 視鏡32 壓力表33 液位計(jì)334.3 人孔的選擇334.4 反應(yīng)釜密封選擇37 反應(yīng)釜常用的動(dòng)密封類(lèi)型37 密封的選擇374.5 安全裝置的選擇394.6 支座的選擇394.7 設(shè)備吊耳的選擇424.8 管法蘭的選擇42第五章 結(jié)論44參考文獻(xiàn)45致 謝47第一章 緒論 前言反應(yīng)釜是化工生產(chǎn)中使用的典型設(shè)備之一。由于化學(xué)工藝過(guò)程的種種化學(xué)變化，是以參加反應(yīng)的介質(zhì)的充分混合為前提的，對(duì)于加熱、冷卻和液體萃取以及氣體吸收等物理變化過(guò)程，也往往采用攪拌操作，才能獲得更好的效果。釜內(nèi)常設(shè)有攪拌（機(jī)械攪拌、氣流攪拌等）

9、裝置。反應(yīng)釜一般可根據(jù)用途、操作方式、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分類(lèi)。最常見(jiàn)的是按反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)來(lái)分類(lèi)，可分為釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器等。按操作方式可分為：間歇釜式反應(yīng)器,或稱(chēng)間歇釜；連續(xù)釜式反應(yīng)器,或稱(chēng)連續(xù)釜；半連續(xù)釜式反應(yīng)器。反應(yīng)釜廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品，用來(lái)完成硫化、硝化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過(guò)程的壓力容器。反應(yīng)釜由釜體、釜蓋、夾套、攪拌器、傳動(dòng)裝置、軸封裝置、支承等組成。攪拌形式一般有錨式、槳式、渦輪式、推進(jìn)式或框式等。其操作方式不僅可以間歇操作，而且還可以連續(xù)操作。在高徑比較大時(shí)，可用多層攪拌槳葉。在反應(yīng)過(guò)程中物料需加熱或冷卻時(shí)

10、，可在反應(yīng)釜壁處設(shè)置夾套，或在器內(nèi)設(shè)置換熱面，也可通過(guò)外循環(huán)進(jìn)行換熱。 攪拌設(shè)備的操作目的以液體為主體的攪拌操作，常常將被攪物料分為液-液、氣-液、固-液、氣-液-固等四種情況。攪拌既可以是一種獨(dú)立的流體力學(xué)范疇的單元操作，以促進(jìn)混合為主要目的，如進(jìn)行液-液混合、固-液懸浮、氣-液分散、液-液分散和液-液乳化等；又往往是完成其他單元操作的必要手段。以促進(jìn)傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)為主要目的，如在攪拌設(shè)備內(nèi)進(jìn)行流體的加熱與冷卻、萃取、吸收、溶解、結(jié)晶、聚合等操作。概括起來(lái)，攪拌設(shè)備的操作目的主要表現(xiàn)為以下四個(gè)方面： 使不互溶液體混合均勻，制備均勻混合液、乳化液，強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程；使氣體在液體中充分分散，強(qiáng)

11、化傳質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)；制備均勻懸浮液，促使固體加速溶解，浸取或發(fā)生液-固化學(xué)反應(yīng)；強(qiáng)化傳熱，防止局部過(guò)熱或過(guò)冷。 攪拌反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)機(jī)械攪拌設(shè)備由攪拌容器和攪拌機(jī)兩部分組成。攪拌容器包括釜體、外夾套、內(nèi)構(gòu)件以及各種用途開(kāi)孔接管等；攪拌機(jī)則包括攪拌器、攪拌軸、軸封、機(jī)架及傳動(dòng)裝置等部件。其結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖1-1所示。攪拌設(shè)備攪拌機(jī)攪拌容器釜體外夾套內(nèi)構(gòu)件(擋板、盤(pán)管、導(dǎo)流筒、氣體分布器等)接管、人孔、手孔、視鏡傳動(dòng)裝置攪拌軸攪拌器軸封(或磁力連軸器)電動(dòng)機(jī)變速器機(jī)架連軸器機(jī)械攪拌設(shè)備的結(jié)構(gòu)構(gòu)成1. 攪拌容器圖1-1反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu)攪拌容器常被稱(chēng)作攪拌釜（或攪拌槽），當(dāng)攪拌設(shè)備用作反應(yīng)器，又被稱(chēng)為攪拌釜式反

12、應(yīng)器，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)反應(yīng)釜。釜體的結(jié)構(gòu)型式通常為立式圓筒形，其高徑比值主要依據(jù)操作時(shí)容器裝液高徑比以及裝料系數(shù)大小而定。而容器裝液高徑比又視容器內(nèi)物料性質(zhì)、攪拌特征和攪拌器層數(shù)而異，一般取11.3，最大時(shí)可達(dá)6，釜底形狀有平底、橢圓底、錐形底等，有時(shí)亦可用方形釜。同時(shí)，根據(jù)工藝的傳熱要求，釜體外可加夾套，并通以蒸汽、冷卻水等載熱介質(zhì)；當(dāng)傳熱面積不足時(shí)，還可在釜體內(nèi)部設(shè)置盤(pán)管等。2. 攪拌器與攪拌軸攪拌器又被稱(chēng)作葉輪或槳葉，它是攪拌設(shè)備的核心部件。根據(jù)攪拌器在攪拌釜內(nèi)產(chǎn)生的流型，攪拌器基本上可以為軸向流和徑向流兩種。例如，推進(jìn)式葉輪、新型翼型葉輪等屬于軸向流攪拌器，而各種直葉、彎葉渦輪葉輪則屬于徑向流

13、攪拌器。攪拌軸通常自攪拌釜頂部中心垂直插入釜內(nèi)，有時(shí)也采用側(cè)面插入、底部伸入或側(cè)面伸入方式，應(yīng)依據(jù)不同的攪拌要求選擇不同的安裝方式。攪拌設(shè)備中電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力是通過(guò)攪拌軸傳遞給攪拌器的，因此攪拌軸必須有足夠的強(qiáng)度。同時(shí)，攪拌軸既要與攪拌器連接，又要穿過(guò)軸封裝置以及軸承、聯(lián)軸器等零件，所以攪拌軸還應(yīng)有合理的結(jié)構(gòu)、較高的加工精度和配合公差。3. 擋板為了消除攪拌容器內(nèi)液體的打旋現(xiàn)象，使被攪物料能夠上下軸向流動(dòng)，形成全釜的均勻混合，通常需要在攪拌容器內(nèi)加入若干塊擋板。擋板數(shù)一般在26塊之間，視具體情況而定。加入擋板后，攪拌功耗將明顯增加，且隨著擋板數(shù)的增加而增加；但在滿(mǎn)足全擋板條件后，再增加擋板數(shù)，

14、攪拌功耗將不再增加。通常，擋板寬度約為容器內(nèi)直徑的1/121/10。在固定懸浮操作時(shí)，還可在釜底上安裝底擋板，以促進(jìn)固體的懸浮。攪拌容器中的傳熱盤(pán)管也可部分以至全部代替擋板；當(dāng)裝有垂直換熱管后，一般也可不再設(shè)置擋板。4. 導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒為上下開(kāi)口的圓筒，置于加倍容器中心，在攪拌混合中起導(dǎo)流作用。通常導(dǎo)流筒的上端都低于靜液面，且在筒身上開(kāi)有槽或孔。當(dāng)生產(chǎn)中液面降落時(shí)物料乃可從槽或孔進(jìn)入。通常，推進(jìn)式攪拌器可位于導(dǎo)流筒內(nèi)或略低于導(dǎo)流筒的下端；渦輪式或槳式攪拌器常置于導(dǎo)流筒的下端。當(dāng)攪拌器置于導(dǎo)流筒之下，且筒體直徑又較大時(shí)，筒的下端直徑應(yīng)縮小，使下部開(kāi)口小于攪拌器直徑。5. 軸封軸封是攪拌設(shè)備的一個(gè)重

15、要組成部分。軸封屬于動(dòng)密封，其作用是保證攪拌設(shè)備內(nèi)處于一定的正壓或真空狀態(tài)，防止被攪物料逸出和雜質(zhì)的滲入，因而不是所有的轉(zhuǎn)軸密封型式都能用于攪拌設(shè)備。在攪拌設(shè)備中，最常用的軸封有液封、填料密封和機(jī)械密封等。當(dāng)攪拌介質(zhì)為劇毒、易然、易爆，或較為昂貴的高純度物料，或者需要在高真空狀態(tài)下操作，對(duì)密封要求很高，且填料密封和機(jī)械密封均無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，可選用全封閉的磁力傳動(dòng)裝置。磁力傳動(dòng)裝置又稱(chēng)為磁力聯(lián)軸器，是全密閉密封中的一種。它是利用永久磁體異極相吸、同極相斥的原理，通過(guò)氣隙和隔離膜（套）將機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞密閉的空間內(nèi)。與傳統(tǒng)的填料密封和機(jī)械密封相比，磁力傳動(dòng)裝置最主要的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)零泄漏，但制造成本較高，目

16、前在中、小型攪拌設(shè)備中應(yīng)用較多。6. 傳動(dòng)裝置攪拌設(shè)備的傳動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、變速器、聯(lián)軸器、軸承及機(jī)架等。其中攪拌驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通常采用電動(dòng)機(jī)與變速器的組合或選用帶變頻器的電動(dòng)機(jī)，使攪拌器達(dá)到需要的轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)裝置的作用是使攪拌軸以所需的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，并保證攪拌軸獲得所需的扭矩。在絕大多數(shù)攪拌設(shè)備中，攪拌軸只有一根，且攪拌器以恒定的速度向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。然而也有一些特殊的攪拌設(shè)備，為獲得更佳的混合效果，可以在一個(gè)攪拌設(shè)備內(nèi)使用兩根攪拌軸，并讓攪拌器進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，如復(fù)動(dòng)式、往復(fù)式、行星式等。1.4 攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)與選用的基本方法 攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)步驟攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)包括工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。工藝設(shè)計(jì)提出機(jī)械

17、設(shè)計(jì)的原始條件，即給出處理量、操作方式、最大工作壓力（或真空度）、最高工作溫度（或最低工作溫度）、被攪物料的物性和腐蝕情況等，同時(shí)還需提出傳熱面的型式和傳熱面積、攪拌器型式、攪拌轉(zhuǎn)速與功率等。而機(jī)械設(shè)計(jì)則應(yīng)對(duì)攪拌容器、傳動(dòng)裝置、軸封以及內(nèi)構(gòu)件等進(jìn)行合理的選型、強(qiáng)調(diào)（或剛度）計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。明確設(shè)計(jì)任務(wù)和目的設(shè)計(jì)的全部依據(jù)來(lái)源于攪拌的任務(wù)和目的，其基本內(nèi)容應(yīng)包括：明確被攪物料體系；攪拌操作所達(dá)到的目的；被攪物料的處理量（間歇操作按一個(gè)周期的批量，連續(xù)操作按時(shí)班或年處理量）；明確有無(wú)化學(xué)反應(yīng)、有無(wú)熱量傳遞等，考慮反應(yīng)體系對(duì)攪拌效果的要求。了解物料性質(zhì)物料體系的性質(zhì)是攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)。物系性質(zhì)

18、包括物料處理量，物料的停留時(shí)間、物料的黏度、體系在攪拌或反應(yīng)過(guò)程中達(dá)到的最大黏度、物料的表面張力、粒狀物料在懸浮介質(zhì)中的沉降速度、固體粒子的含量和通氣量等。攪拌器選型攪拌器的結(jié)構(gòu)型式和混合特性很大程度上決定了體系的混合效果。因此，攪拌器的選型好壞直接影響著整個(gè)攪拌設(shè)備的攪拌效果和操作費(fèi)用。目前，對(duì)于給定的攪拌過(guò)程，攪拌器的選型還沒(méi)有、完善的方法。往往在同一攪拌目的下，幾種攪拌器均可適用。此時(shí)多數(shù)依靠過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)，或相似工業(yè)實(shí)例分析以及對(duì)放大技術(shù)的掌握程度。有時(shí)對(duì)一些特殊的攪拌過(guò)程，還需進(jìn)行中試甚至需要模型演示過(guò)程才能確定合適的攪拌器結(jié)構(gòu)型式。在攪拌器結(jié)構(gòu)型式選定之后，還應(yīng)考慮攪拌器直徑的大小與轉(zhuǎn)

19、速的高低。確定操作參數(shù)操作參數(shù)包括攪拌設(shè)備的操作壓力與溫度、物料處置量與時(shí)間、連續(xù)或間歇操作方式、攪拌器直徑與轉(zhuǎn)速、物料的有關(guān)物性與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。而最基本的目的是要通過(guò)這些參數(shù)，計(jì)算出攪拌雷諾數(shù)，確定流速類(lèi)型，進(jìn)而計(jì)算攪拌功率。攪拌設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在確定攪拌器結(jié)構(gòu)型式和操作參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容是確定攪拌器構(gòu)型的幾何尺寸、攪拌容器的幾何形狀和尺寸。攪拌特性計(jì)算攪拌特性包括攪拌功率、循環(huán)能力、切速率及分布等，根據(jù)攪拌任務(wù)及目的確定關(guān)鍵攪拌特性。攪拌功率計(jì)算又分兩個(gè)步驟：第一步確定攪拌功率；第二步考慮軸封和傳動(dòng)裝置中的功率損耗，確定適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)額定功率，進(jìn)而選用相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)。傳熱設(shè)計(jì)當(dāng)加倍操

20、作過(guò)程中存在熱量傳遞時(shí)，應(yīng)進(jìn)行傳熱計(jì)算。其主要目的是核算攪拌設(shè)備提供的換熱面積是否滿(mǎn)足傳熱的要求。機(jī)械設(shè)計(jì)根據(jù)操作環(huán)境和工藝要求，確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類(lèi)型；同時(shí)根據(jù)攪拌器轉(zhuǎn)速和所選用的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，選擇合適的變速器型號(hào)；并進(jìn)行必要的強(qiáng)度計(jì)算，提供所有機(jī)械零部件的加工尺寸，繪制相應(yīng)的零部件圖和總體裝配圖。1 攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)與選用的基本原則1攪拌器一般情況下，攪拌器結(jié)構(gòu)型式的選用應(yīng)滿(mǎn)足下列基本要求：保證物料的有效混合，消耗最少的功率，所需費(fèi)用最低，操作方便，易于制造和維修。同時(shí)，攪拌器的漿葉應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度。槳葉根部所受彎矩最大，該截面應(yīng)有足夠的抗彎截面模量。當(dāng)槳葉部分工作面處可設(shè)置加強(qiáng)板，使截面成空心形

21、狀。這不僅能有效地增加截面抗彎摸量，還不過(guò)分的增加槳葉的質(zhì)量。對(duì)于軸流攪拌器的加強(qiáng)板，其形狀不應(yīng)破壞流形，不宜在葉根部處加焊立筋。徑向流攪拌器可以焊水平的筋板。槳葉的防腐包襯層不宜過(guò)大，以防止葉型偏離最佳形狀，使流量及輸入的功率減小，影響操作的效果。2攪拌容器應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模（即物料處理量）、攪拌操作目的和物料性確定攪拌容器的形狀和尺寸。在確定攪拌容器的容積時(shí)應(yīng)合理選擇裝料系數(shù)，盡量提高設(shè)備的利用率。如果沒(méi)有特殊需要，釜體一般宜選用最常用的立式圓筒形容器，并選擇適宜的筒體高徑比（或容器裝液高徑比）。若有傳熱要求，則釜體外須設(shè)置夾套結(jié)構(gòu)。夾套種類(lèi)有整體夾套、螺旋擋板夾套、半管夾套、蜂窩夾套，傳熱效

22、果依次提高但制造成本也相應(yīng)增加。3攪拌軸攪拌軸應(yīng)有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。通常，攪拌軸均應(yīng)設(shè)計(jì)成剛性軸，要求具有足夠的剛性。為防止軸發(fā)生共振，操作轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在第一階臨界轉(zhuǎn)速的75%以下。當(dāng)操作轉(zhuǎn)速較高（8001200r/min）時(shí)，攪拌軸也可設(shè)計(jì)成柔性的，但盡可能不用。攪拌軸的結(jié)構(gòu)保證其質(zhì)量較小，如軸徑較大時(shí)盡量采用空心軸結(jié)構(gòu)。4軸封在允許液體泄漏量較多、釜內(nèi)壓力較低的場(chǎng)合，可選用填料密封；在允許液體泄漏量小、釜內(nèi)正壓力或真空度較高，并且要求軸與軸套間摩擦動(dòng)力消耗少的場(chǎng)合，則建議采用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)；而當(dāng)攪拌介質(zhì)為劇毒、易爆、易燃，或較為昂貴的高純度物料，或者需要在高真空狀態(tài)下操作，對(duì)密封要求很

23、高，且填料密封和機(jī)械密封均無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，可選用全密閉的磁力傳動(dòng)裝置，但磁力傳動(dòng)裝置可傳遞的功率一般較小。5變速器應(yīng)根據(jù)工藝要求和操作環(huán)境，選配合適的變速器。所選用的變速器除應(yīng)滿(mǎn)足功率和輸出轉(zhuǎn)速的要求外，還應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，維修方便，并具有較高的機(jī)械效率和較低的噪聲。6機(jī)架攪拌設(shè)備的機(jī)架應(yīng)該使攪拌軸有足夠的支架間距，以保證操作時(shí)攪拌軸下端的偏擺量不大。機(jī)架應(yīng)保證變速器輸出軸與攪拌軸對(duì)中，同時(shí)還應(yīng)與軸封裝置對(duì)中。機(jī)架軸承除承受徑向載荷外，還應(yīng)承受攪拌器所產(chǎn)生的軸向力。7攪拌設(shè)備內(nèi)構(gòu)件應(yīng)根據(jù)攪拌器結(jié)構(gòu)型式和物料操作特性確定容器內(nèi)是否設(shè)置擋板和內(nèi)冷管。安裝有擋板的攪拌設(shè)備，大多在全擋板條件下操作。對(duì)于低黏度液

24、體的攪拌，常在釜內(nèi)安裝四塊擋板，寬度為D/12D/10即可滿(mǎn)足全擋板條件。隨著液體黏度的增加，擋板寬度可變窄。當(dāng)液體黏度為20Pas時(shí)擋板寬度可取常用值的75%；當(dāng)液體黏度超過(guò)50Pas后，就沒(méi)有必要設(shè)置擋板。第二章 工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反應(yīng)釜包括釜體和裝焊在其上的各種附件。為了滿(mǎn)足不同的工藝要求，或者因?yàn)榉磻?yīng)釜本身結(jié)構(gòu)上的需要，釜體上裝有各種不同用途的附件。例如，由于物料在反應(yīng)過(guò)程中常常伴有熱效應(yīng)，為了提供或取出反應(yīng)熱，需要在釜體的外側(cè)安裝夾套或在釜體的內(nèi)部安裝蛇管；為了與減速器和軸封相連接，頂蓋上要焊裝底座或凸緣法蘭；為了便于檢修內(nèi)構(gòu)件及加料和排料，需要裝焊人孔、手孔和各種接管；為了在操作過(guò)

25、程中有效的監(jiān)視和控制物料的溫度、壓力和液面高度，則要安裝溫度計(jì)、壓力表、液面計(jì)、視鏡和安全泄放裝置。但是隨著附件的增加，往往會(huì)給設(shè)備的制造和維修帶來(lái)很多麻煩，增加設(shè)備的制造和維修費(fèi)用。所以在確定反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)的時(shí)候應(yīng)全面考慮，使設(shè)備既滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求又要做到經(jīng)濟(jì)合理，實(shí)現(xiàn)最佳化設(shè)計(jì)。 反應(yīng)器直徑和高度的計(jì)算在已知攪拌器的操作容積后，首先要選擇罐體適宜的長(zhǎng)徑比(H/Di)，以確定罐體直徑和高度。選擇罐體長(zhǎng)徑比主要考慮以下兩方面因素： 1長(zhǎng)徑比對(duì)攪拌功率的影響：在轉(zhuǎn)速不變的情況下，PD5（其中D-攪拌器直徑，P攪拌功率），P隨釜體直徑的增大，而增加很多，減小長(zhǎng)徑比只能無(wú)謂地?fù)p耗一些攪拌功率。因此一般

26、情況下，長(zhǎng)徑比應(yīng)選擇大一些。2長(zhǎng)徑比對(duì)傳熱的影響：當(dāng)容積一定時(shí)，H/Di越高，越有利于傳熱。3物料特性對(duì)釜體長(zhǎng)徑比的要求 某些物料的攪拌反應(yīng)過(guò)程對(duì)釜體長(zhǎng)徑比有著特殊要求，例如發(fā)酵罐之類(lèi)，為了使通入罐內(nèi)的空氣與發(fā)酵液有充分的接觸時(shí)間，需要有足夠的液位高度，就希望長(zhǎng)徑比取得大一些。表2-1 罐體長(zhǎng)徑比經(jīng)驗(yàn)表種類(lèi)罐體物料類(lèi)型H/Di一般攪拌罐液固或液液相物料氣液相物料1-2發(fā)酵罐類(lèi)反應(yīng)釜裝料量：選擇了釜體長(zhǎng)徑比之后，還要根據(jù)反應(yīng)釜操作時(shí)所允許的裝滿(mǎn)程度考慮選擇裝料系數(shù)，然后經(jīng)過(guò)初步計(jì)算、數(shù)值圓整及核算，最終確定筒體的直徑和高度。在確定反應(yīng)釜直徑和高度時(shí)，還應(yīng)根據(jù)反應(yīng)釜操作時(shí)所允許的裝滿(mǎn)程度裝料系數(shù)等

27、予以綜合考慮，通常裝料系數(shù)應(yīng)取低值，如0.60.7；反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn)，可取0.80.85（物料粘度較大時(shí)，可取最大值），因此設(shè)備容積V與操作容積應(yīng)有如下關(guān)系：=。在生產(chǎn)中要合理選用裝料系數(shù)，以盡量提高設(shè)備利用率。本次設(shè)計(jì)選擇=0.8，長(zhǎng)徑比選擇H/Di=1.3。4初步計(jì)算筒體直徑：知道了筒體的長(zhǎng)徑比和裝料系數(shù)之后，還不能直接算出筒體直徑和高度，因?yàn)楫?dāng)筒體直徑不知道時(shí)封頭的容積就不知道，釜體全容積也就不能最后確定。為了便于計(jì)算，先忽略封頭的容積，認(rèn)為 (2-1)把釜體長(zhǎng)徑比帶入上式為： . (2-2)由于設(shè)備內(nèi)物料類(lèi)型是液-液相物料,則可取長(zhǎng)徑比為1.3;將式(2-1)代入式(2-2)，并整理： (

28、2-3)=2.502 m5確定筒體直徑和高度 將式(2-3)計(jì)算出的結(jié)果圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑系列，故取 mm，由標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭容積7，代入式(2-4)，算出筒體高度： (2-4) =m再將上式算出的筒體高度進(jìn)行圓整，取mm4。6核算 將圓整后的值代入得符合要求。 釜體的厚度1.根據(jù)設(shè)計(jì)壓力和液柱靜壓力確定計(jì)算壓力：液柱靜壓力為： 大于設(shè)計(jì)壓力的5%即：P0.025MPa，故須記入計(jì)算壓力中，則：。2.釜體的設(shè)計(jì)厚度的計(jì)算 設(shè)計(jì)壁厚按承受0.54MPa的內(nèi)壓時(shí)圓筒的厚度計(jì)算，根據(jù)公式(2-5)可求得筒體厚度 (2-5)式中：計(jì)算厚度，mm；計(jì)算壓力，MPa；焊縫系數(shù)。采用16MnR作為設(shè)計(jì)材料，根據(jù)反

29、應(yīng)溫度110，其許用應(yīng)力=170MPa（厚度為616 mm時(shí)）5。焊接接頭采用雙面焊對(duì)接接頭，無(wú)損檢測(cè)比例采用用局部檢測(cè)，即。腐蝕余量C2取2 mm。筒體的計(jì)算厚度按公式(2-5)可求得：=設(shè)計(jì)厚度 對(duì)于16MnR，鋼板負(fù)偏差，因而可取名義厚度=8 mm。檢查=8 mm時(shí)，沒(méi)有變化，故取名義厚度=8 mm合適。3.釜體的水壓實(shí)驗(yàn)壓力： (2-6) 式中 P釜體的設(shè)計(jì)壓力，P=0.5MPa； 容器元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力，=170MPa； 容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，=170MPa；釜體壓力實(shí)驗(yàn)前的應(yīng)力校核： (2-7) =135.34 MPa式中 PT實(shí)驗(yàn)壓力，PT Di圓筒內(nèi)徑

30、，Di=2400mm； 圓筒的有效厚度，=6mm；根據(jù)試驗(yàn)壓力下的圓筒應(yīng)力5，其中為圓筒材料在實(shí)驗(yàn)溫度下的屈服點(diǎn)（或0.2%的屈服強(qiáng)度），=0.90.85325=248.63MPa。小于故水壓實(shí)驗(yàn)安全。 反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)造型根據(jù)攪拌器的系列可知，反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種，如下表2-2。表2-2 常用反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)形式6反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)形式的選擇，根據(jù)操作需要進(jìn)行，考慮到便于反應(yīng)釜內(nèi)部的清洗和部件的更換，同時(shí)反應(yīng)釜封頭在受壓狀態(tài)下操作常選用橢圓形封頭。所以采用焊接的橢圓形底和橢圓形蓋。2.2 封頭的結(jié)構(gòu)計(jì)算反應(yīng)釜封頭在設(shè)計(jì)時(shí)一般先算出頂蓋承受操作壓力所需要的最小壁厚，然后跟據(jù)頂蓋上密集的開(kāi)孔情況按整體補(bǔ)強(qiáng)

31、的方法計(jì)算其壁厚，再加上壁厚附加量，經(jīng)圓整即是采用的封頭壁厚，一般攪拌器重量及工作載荷對(duì)封頭穩(wěn)定性影響不大時(shí)，不必將封頭另行加強(qiáng)，如果攪拌器的工作狀況對(duì)封頭影響較大，則要把封頭壁厚適當(dāng)增加一些。例如，封頭直徑較大而壁厚較薄剛性較差，不足以承受攪拌器操作載荷，因傳動(dòng)裝置偏載而產(chǎn)生較大彎矩（如某些三角皮帶傳動(dòng))；攪拌操作時(shí)軸向推力較大或機(jī)械振動(dòng)較大；由于攪拌軸安裝位置偏離罐體幾何中心線或者由于攪拌器幾何形狀的不對(duì)稱(chēng)而產(chǎn)生的彎矩等等。必要時(shí)也可在反應(yīng)釜釜體之外另做一個(gè)框架，將攪拌裝置的軸承安裝在框架上，由框架承擔(dān)攪拌器的操作載荷。16MnR鋼應(yīng)滿(mǎn)足下列強(qiáng)度條件： (2-8) mm式中：d計(jì)算厚度，m

32、m；P計(jì)算壓力，；焊縫系數(shù)；C2腐蝕余量。圓整至封頭標(biāo)準(zhǔn)后，可以與筒體取同樣厚度=8 mm7。第三章 攪拌裝置與傳動(dòng)裝置3.1 攪拌器的選擇攪拌可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。攪拌操作分為機(jī)械攪拌和氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體鼓泡通過(guò)液體層，對(duì)液體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣泡群以密集狀態(tài)上升借氣升作用促進(jìn)液體產(chǎn)生對(duì)流循環(huán)。由于氣流攪拌無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，所以氣流攪拌在處理腐蝕性液體，高溫高壓條件下的反應(yīng)液體是很便利的；但與機(jī)械攪拌相比，氣流攪拌對(duì)液體的攪拌是比較弱的。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的攪拌均系機(jī)械攪拌。攪拌裝置是反應(yīng)釜的關(guān)鍵部件。反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)物

33、借助攪拌器的攪拌，達(dá)到物料充分混合、增強(qiáng)物料分子碰撞、加快反應(yīng)速率、強(qiáng)化傳質(zhì)與傳熱效果、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的目的。所以設(shè)計(jì)和選擇合理的攪拌裝置是提高反應(yīng)釜生產(chǎn)能力的重要手段。攪拌裝置通常包括攪拌器、攪拌軸、支承結(jié)構(gòu)以及擋板、導(dǎo)流筒等部件。我國(guó)對(duì)攪拌裝置的主要零部件均已實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，供使用時(shí)選用9。 攪拌器的結(jié)構(gòu)類(lèi)型1槳式攪拌器圖3-1槳式攪拌器槳式攪拌器是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的一種攪拌器，一般以扁鋼加工制成。材料可以采用碳鋼、合金鋼、有色金屬或碳鋼外包橡膠、環(huán)氧樹(shù)酯、酚醛玻璃布等。其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，有平直葉式和折葉式兩種型式。平直葉的葉片與旋轉(zhuǎn)方向垂直，主要使物料產(chǎn)生切線方向的流動(dòng)，若加設(shè)有擋板也可產(chǎn)

34、生一定程度的軸向攪拌作用。折葉式除了能使液體作圓周運(yùn)動(dòng)外，還能使液體上下運(yùn)動(dòng)。起到充分?jǐn)嚢枳饔?。槳式攪拌器的直徑D約取筒體內(nèi)徑的0.350.8倍，其中DB410。攪拌槳的轉(zhuǎn)速比較慢，一般取20100r/min。最高黏度為20 Pas槳式攪拌器的邊緣線速度范圍為15m/s。在料液層比較高時(shí)，為了將物料攪拌均勻，常裝有幾層槳葉，相鄰兩層槳葉常交錯(cuò)成90安裝。渦輪結(jié)構(gòu)如同離心泵的翼輪，輪葉上的葉片有平直形、彎曲形等形狀。渦輪攪拌器形式較多，可分為開(kāi)啟式和帶圓盤(pán)兩大類(lèi)，如圖3-2所示。渦輪式攪拌器的槳葉直徑一般為筒體內(nèi)徑的0.250.5倍，且一般在700mm以下。渦輪的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為210m/s,D/B=

35、58。渦輪式攪拌器適用于各種粘度物料的攪拌操作。圖3-2 渦輪式攪拌器3. 推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器形狀與船舶用螺旋槳相似。推進(jìn)式攪拌器一般采用整體鑄造方法制成，常用材料為鑄鐵或不銹鋼，也可采用焊接成型。槳葉上表面為螺旋面，葉片數(shù)一般為三個(gè)。槳葉直徑較小，一般為筒體內(nèi)徑的1/3左右，寬度較大，且從根部向外逐漸變寬，其結(jié)構(gòu)形式如圖3-3所示。推進(jìn)式攪拌器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造加工方便，工作時(shí)使液體產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)，液體剪切作用小，上下翻騰效果好。主要適用于粘度低、流量大的場(chǎng)合。錨式攪拌器是由垂直槳葉和形狀相同的水平槳葉所組成圖3-4。整個(gè)旋轉(zhuǎn)體可鑄造而成，也可用扁鋼或鋼板煨制。攪拌器可先用鍵固定在軸上，然后

36、從軸的下端擰上軸端蓋帽即可。若在錨式攪拌器的槳葉上加固橫梁即成為框式攪拌器，見(jiàn)圖3-4（b）和（c）。其中（b）為單級(jí)式，（c）為多級(jí)式。錨式和框式攪拌器的共同特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)部分的直徑較大，可達(dá)筒體內(nèi)徑的0.9倍以上，一般取D/B=1014。由于直徑較大，能使釜內(nèi)整個(gè)液層形成湍動(dòng)，減小沉淀或結(jié)塊，故在反應(yīng)釜中應(yīng)用較多。 圖3-3推進(jìn)式攪拌器圖3-4 錨式攪拌器由螺旋帶、軸套和支撐桿所組成的螺帶式攪拌器如圖3-5所示。其槳葉是一定寬度和一定螺矩的螺旋帶，通過(guò)橫向拉桿與攪拌軸連接。螺旋帶外直徑接近筒體內(nèi)直徑，攪動(dòng)時(shí)液體呈現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，混合和傳質(zhì)效果較好。 攪拌器的標(biāo)準(zhǔn)及選用圖3-5螺式攪拌器由于攪拌過(guò)程

37、種類(lèi)繁多，操作條件各不相同，介質(zhì)情況千差萬(wàn)別，所以使用的攪拌器形式多種多樣。為了確保攪拌器的生產(chǎn)質(zhì)量，降低制造成本，增加零部件的互換性，原化工部對(duì)幾種常用攪拌器的結(jié)構(gòu)形式制訂了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)攪拌器制訂了技術(shù)條件。現(xiàn)行的攪拌器標(biāo)準(zhǔn)有：槳式攪拌器（HG 5-220-65）、渦輪式攪拌器（HG 5-221-65）、推進(jìn)式攪拌器（HG 5-222-65）、鋼制框架式攪拌器（HG 5-757-78）、中華人民共和國(guó)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2123-91。2、攪拌器類(lèi)型選擇攪拌器的選用根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式、基本參數(shù)和技術(shù)要求等三個(gè)方面來(lái)考慮，在滿(mǎn)足需要時(shí)根據(jù)生產(chǎn)要求可選用標(biāo)準(zhǔn)攪拌器。這樣能夠降低制造成本，

38、以及設(shè)備維護(hù)過(guò)程中更換的費(fèi)用。由于影響攪拌過(guò)程與效果的因素極其復(fù)雜，涉及流體的流動(dòng)、傳質(zhì)、傳熱等諸多方面。各種選型資料都是建立在各自實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)的基礎(chǔ)上，所得結(jié)論不盡相同，大多帶有經(jīng)驗(yàn)性。根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行攪拌器的選擇。由于反應(yīng)釜的筒體直徑較大，因而所選擇的攪拌器尺寸也較大，造成線速度較大，故選擇時(shí)既要滿(mǎn)足角速度要求，又要滿(mǎn)足線速度要求。漿式攪拌器是攪拌器中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種攪拌器，主要應(yīng)用在：液-液系中用于防止分離、使罐的溫度均一，固-液系中多用于防止固體沉降。漿式攪拌器主要用于流體的循環(huán)，在同樣的排量下，折葉式比平直葉式的功耗少，操作費(fèi)用低。故軸流槳葉使用較多。故選擇折葉漿式

39、攪拌器取DJ=1120mm，材料為45鋼。槳葉寬度： =0.21120 =224 mm 攪拌器距釜底的高度： mm 攪拌器折葉角度：=45槳葉名義厚度：mm 攪拌器轉(zhuǎn)速：n=90 r/min攪拌器在攪拌容器中的位置尺寸關(guān)系如圖3-6圖3-6攪拌器在攪拌容器中的位置3.2 攪拌功率的計(jì)算攪拌功率是指攪拌器以一定轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌時(shí)，對(duì)液體做功并使之發(fā)生流動(dòng)所需的功率。計(jì)算攪拌功率的目的，一是用于設(shè)計(jì)或校核攪拌器和攪拌軸的強(qiáng)度和剛度，二是用于選擇電機(jī)和減速機(jī)等傳動(dòng)裝置。影響攪拌功率的因素很多，主要有以下四個(gè)方面。攪拌器的幾何尺寸與轉(zhuǎn)速：攪拌器直徑、槳葉寬度、槳葉傾斜角、轉(zhuǎn)速、單個(gè)攪拌器葉片數(shù)、攪拌器距離

40、容器底部的距離等。攪拌容器的結(jié)構(gòu)：容器內(nèi)徑、液面高度、擋板救、擋板高度、導(dǎo)流筒的尺寸等。攪拌介質(zhì)的特性：液體的密度、粘廢。重力加速度。上述影響因素可用下式關(guān)聯(lián)（3-1）式中：B槳葉寬度，m；d攪拌器直徑，m；D攪拌容器內(nèi)直徑，m；Fr弗勞德數(shù),；h液面高度,m；K系數(shù)；n轉(zhuǎn)速，s-1；功率準(zhǔn)數(shù)P攪拌功率，W；r，q指數(shù)；Re雷諾數(shù)，；密度，kg/m3；粘度，Pas。一般情況下弗勞德數(shù)Fr的影響較小。容器內(nèi)直徑D、擋板寬度b等幾何參數(shù)可歸結(jié)到系數(shù)K；由式(3-1)得攪拌功率P為： (3-2)上式中、n、d為已知數(shù)，故計(jì)算攪拌功率的關(guān)鍵是求得功率準(zhǔn)數(shù)。在特定的攪拌裝置上，可以測(cè)得功率準(zhǔn)數(shù)Np與雷諾

41、數(shù)Re的關(guān)系。將此關(guān)系繪于雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上即得功率曲線。圖3-7為漿式攪拌器的功率曲線，由圖3-7可知，功率準(zhǔn)數(shù)Np隨雷諾數(shù)Re變化。在低雷諾數(shù)(Re10)的層流區(qū)內(nèi)，流體不會(huì)打漩，電力影響可忽略，功率曲線為斜率-1的直線；當(dāng)10Re10000時(shí)為過(guò)渡流區(qū)，功率曲線為一下凹曲線；當(dāng)Re10000時(shí)，流動(dòng)進(jìn)入充分湍流區(qū)。功率曲線呈一水平直線，即Np與Re無(wú)關(guān)，保持不變。根據(jù)已知題設(shè)，有機(jī)溶劑，粘度計(jì)算雷諾數(shù)Re (3-3) 圖3-7漿式攪拌器攪拌功率準(zhǔn)數(shù)查圖3-7：折葉漿式功率準(zhǔn)數(shù)為： 按式(3-2)計(jì)算攪拌功率： KW攪拌器功率計(jì)算的修正槳葉直徑的影響 (3-4) = (3-5) =3.3 攪拌

42、軸設(shè)計(jì)攪拌軸的計(jì)算主要是確定軸的最小截面尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算或校核、驗(yàn)算軸的臨界轉(zhuǎn)速和撓度，以便保證攪拌軸能安全平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)。強(qiáng)度及剛度計(jì)算按扭矩計(jì)算軸的強(qiáng)度及剛度 1、軸的強(qiáng)度計(jì)算：對(duì)攪拌軸而言，承受扭轉(zhuǎn)和彎曲聯(lián)合作用，其中以扭轉(zhuǎn)作用為主，所以在工程應(yīng)用中常用近似的方法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。假定軸只承受扭矩的作用。然后用增加安全系數(shù)以降低材料的許用應(yīng)力來(lái)彌補(bǔ)由于忽略受彎曲作用所引起的誤差。軸受扭轉(zhuǎn)時(shí)，其截面上產(chǎn)生剪應(yīng)力。軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件是： (3-6)式中：截面上最大剪應(yīng)力； 軸所傳遞的扭矩； 抗扭截面系數(shù)； 增加安全系數(shù)后的扭轉(zhuǎn)許用剪應(yīng)力。軸扭轉(zhuǎn)時(shí)材料的許用剪應(yīng)力值是根據(jù)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)所得的屈服極限或

43、強(qiáng)度極限，再除以安全系數(shù)來(lái)決定的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在靜載荷作用下，鋼材的扭轉(zhuǎn)許用剪應(yīng)力與拉伸許用應(yīng)力有如下的關(guān)系：。在工程上常根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范選取。由于攪拌軸除受扭轉(zhuǎn)作用外，也常受彎曲作用，而且所受的不是靜載荷，所以許用應(yīng)力，值常常規(guī)定得更低一些，例如對(duì)Q235-A鋼取=120200。由上面可以看出，只要知道了攪拌軸上所傳遞的扭矩和軸材料的許用剪應(yīng)力值后，就可通過(guò)式(3-7)求出軸的抗扭斷面系數(shù)Wp。即 (3-7)（實(shí)心軸）式中：d攪拌軸的直徑（cm）；N攪拌傳遞功率（KW）；n攪拌軸轉(zhuǎn)速（r/m）。將、的值帶入式(3-7)中整理得：取45號(hào)鋼為攪拌軸材料，取=31MPa =128.95mm2

44、、軸的剛度計(jì)算：為了防止轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)變形以免在運(yùn)轉(zhuǎn)中引起震動(dòng)造成軸封失效，應(yīng)該將軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，這就是設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)剛度條件，為此，攪拌軸要進(jìn)行剛度計(jì)算。工程上以單位長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)角，不得超過(guò)許用扭轉(zhuǎn)角作為扭轉(zhuǎn)角的剛度條件。即 (3-8)式中：軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角（/m）；剪切彈性模數(shù)，對(duì)于碳鋼及合金鋼，；截面的極慣性矩（cm4）。從式(3-8)中可以看出，扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角的大小是與扭矩成正比，與成反比。值越大，扭轉(zhuǎn)變形越小。工程上將稱(chēng)為扭轉(zhuǎn)剛度。關(guān)于扭轉(zhuǎn)角的選擇應(yīng)按實(shí)際情況而定，一般有如下規(guī)定：在精密穩(wěn)定的傳動(dòng)中，可選取 ；在般傳動(dòng)和攪拌軸的計(jì)算中可選取 ；對(duì)精度要求低的傳

45、動(dòng)中可選取。本次設(shè)計(jì)取 為條件。將 和 (實(shí)心圓軸)代入式(3-8)，整理后得=在選取軸徑時(shí)應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足剛度和強(qiáng)度計(jì)算兩個(gè)條件，一般按剛度條件計(jì)算的軸徑較之強(qiáng)度條件計(jì)算者為大，所以通常對(duì)攪拌軸來(lái)說(shuō)。主要以剛度條件確定軸徑。根據(jù)軸標(biāo)準(zhǔn)選取軸徑130mm。 臨界轉(zhuǎn)速為了延長(zhǎng)攪拌設(shè)備的壽命，避免軸和設(shè)備的損壞，我們需要從彈性操作方面驗(yàn)算轉(zhuǎn)軸，尤其是高速轉(zhuǎn)軸。所謂從彈性振動(dòng)方面來(lái)驗(yàn)算轉(zhuǎn)軸，系指求出轉(zhuǎn)軸的臨界速度，從而選定軸系的尺寸，使由轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的振動(dòng)得以減少或消除。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到軸的自振頻率時(shí)，軸會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，并出現(xiàn)很大的彎曲現(xiàn)象，引起這種現(xiàn)象的轉(zhuǎn)軸速度，叫做轉(zhuǎn)軸的臨界速度。對(duì)應(yīng)于這個(gè)速度的軸的轉(zhuǎn)

46、數(shù)，就叫做臨界轉(zhuǎn)數(shù)，假如軸的轉(zhuǎn)速保持在臨界轉(zhuǎn)數(shù)或相近于它的那個(gè)危險(xiǎn)范圍以?xún)?nèi)。則軸的撓度將迅速增大，以致達(dá)到使軸發(fā)生破壞的程度。因此，工程上要求攪拌軸的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)為剛性軸，一般不會(huì)發(fā)生共振，可以不進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的校核。根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體情況，本次設(shè)計(jì)取攪拌軸的轉(zhuǎn)速為90r/min小于200r/min，所以可以不進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的校核。圖3-8 傳動(dòng)裝置攪拌設(shè)備具有單獨(dú)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一股包括電動(dòng)機(jī)，減速裝置，聯(lián)軸器及攪拌軸等。在比電動(dòng)機(jī)速度低得多的攪拌器上常用的減速裝置是裝在設(shè)備上的齒輪減速機(jī)、蝸輪減速機(jī)、三角皮帶以擺線針齒行星減速機(jī)等。傳動(dòng)裝

47、置通常設(shè)置在反應(yīng)釜頂蓋上，一般采用立式布置。反應(yīng)釜傳動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、減速器、支架、聯(lián)軸器、攪拌軸等，如圖3-8所示。傳動(dòng)裝置的作用是將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)減速器，調(diào)整至工藝要求所需的攪拌轉(zhuǎn)速，再通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)攪拌軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)攪拌器工作。 電動(dòng)機(jī)的選用反應(yīng)釜的電動(dòng)機(jī)大多與減速器配套使用，因此電動(dòng)機(jī)的選用一般可與減速器的選用配套進(jìn)行。在許多場(chǎng)合下，電動(dòng)機(jī)與減速器一并配套供應(yīng)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)選定的減速器選用配套的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)型號(hào)應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率和工作環(huán)境等因素選擇。工作環(huán)境包括防爆、防護(hù)等級(jí)、腐蝕情況等。電動(dòng)機(jī)選用主要是確定系列、功率、轉(zhuǎn)速、安裝方式等內(nèi)容。電動(dòng)機(jī)的功率是選用的主要參數(shù)，可由攪拌

48、功率計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功。最常用的為Y系列全封閉自扇冷式三相異步電動(dòng)機(jī)當(dāng)有防爆要求時(shí)，可選用YB系列。電機(jī)功率必須滿(mǎn)足攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)功率與傳動(dòng)系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮到有時(shí)在攪拌操作中會(huì)出現(xiàn)不利條件造成功率過(guò)大，電機(jī)機(jī)功率按式(3-9)確定。 (3-9) = =KW式中： p攪拌器功率，p=KW； 軸封系統(tǒng)損失功率，=0.08KW； 傳動(dòng)系統(tǒng)的總機(jī)械效率，=0.9；圓整至標(biāo)準(zhǔn)，可選用Y160L-4作為攪拌電機(jī)。減速器的選用減速器的作用是傳遞運(yùn)動(dòng)和改變轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以滿(mǎn)足工藝條件的要求。減速機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很廣的典型裝置。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約成本，適應(yīng)大批量專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)，已制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)系列，

49、并由有關(guān)廠家定點(diǎn)生產(chǎn)。需要時(shí)，可根據(jù)傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)速、載荷大小及性質(zhì)，再結(jié)合效率、外廓尺寸、重量、價(jià)格和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用等各項(xiàng)參數(shù)與指標(biāo)，進(jìn)行綜合分析比較，以選定合適的減速器類(lèi)型與型號(hào)，外購(gòu)即可。反應(yīng)釜用減速器常用的有擺線針輪行星減速器、齒輪減速器、V帶減速器以及圓柱蝸桿減速器，其特點(diǎn)見(jiàn)表3-1。表3-1四種常見(jiàn)減速器的基本特征特性參數(shù)減速器類(lèi)型擺線針輪行星減速器齒輪減速器V形皮帶減速器圓柱蝸桿減速器傳動(dòng)比i9871268015輸出軸轉(zhuǎn)速（r/m）171606525020050012100輸入功率KW0.04550.553150.552000.5555傳動(dòng)效率傳動(dòng)原理利用少齒差內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)兩級(jí)同中心距并

50、流式斜齒輪傳動(dòng)單級(jí)V形皮帶傳動(dòng)圓弧齒圓柱蝸桿傳動(dòng)主要特點(diǎn)傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，壽命長(zhǎng)，重量輕，體積小，承載能力高，工作平穩(wěn)。對(duì)過(guò)載和沖擊載荷有較強(qiáng)的承受能力，允許正反轉(zhuǎn)。在相同傳動(dòng)比范圍內(nèi)具有體積小，傳動(dòng)效率高，制造成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配檢修方便，可以正反轉(zhuǎn)，不允許承受外加軸向載荷。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，過(guò)載時(shí)能打滑，可起安全保護(hù)作用，但傳動(dòng)比不能保持精確。凹凸面圓弧齒廓嚙合，磨損小，發(fā)熱低，效率高，承載能力高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，廣泛用于搪玻璃反應(yīng)釜。根據(jù)各類(lèi)減速機(jī)的特點(diǎn)，選用擺線針輪行星減速器，該減速器的傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比大，工作平穩(wěn)，適合與本設(shè)計(jì)使用。減速器型號(hào)：XLY15

51、-10，傳動(dòng)比i=17。機(jī)架的選擇圖3-9 機(jī)架的結(jié)構(gòu)攪拌反應(yīng)釜的傳動(dòng)裝置是通過(guò)機(jī)架安裝在釜體頂蓋上的。機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式要考慮安裝聯(lián)軸器、軸封裝置以及與之配套的減速器輸出軸徑和定位結(jié)構(gòu)尺寸的需要。釜用機(jī)架的常用結(jié)構(gòu)有單支點(diǎn)機(jī)架和雙支點(diǎn)機(jī)架兩種。如右圖3-9。單支點(diǎn)支架用以支承減速器和攪拌軸，適合電動(dòng)機(jī)或減速器可作為一個(gè)支點(diǎn)，或容器內(nèi)可設(shè)置中間軸承和可設(shè)置底軸承的情況。攪拌軸的軸徑應(yīng)在30160mm范圍。當(dāng)減速器中的軸承不能承受液體攪拌所產(chǎn)生的軸向力時(shí)，應(yīng)選用雙支點(diǎn)機(jī)架，由機(jī)架上的兩個(gè)支點(diǎn)承受全部的軸向載荷。對(duì)于大型設(shè)備，或?qū)嚢杳芊庖筝^高的場(chǎng)合，一般都采用雙支點(diǎn)機(jī)架。單支點(diǎn)機(jī)架和雙支點(diǎn)機(jī)架都已

52、有標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)架的用途和適應(yīng)范圍、結(jié)構(gòu)形式、基本參數(shù)和尺寸、主要技術(shù)要求等做出了相應(yīng)規(guī)定。單支點(diǎn)機(jī)架標(biāo)準(zhǔn)為HG21566-95，雙支點(diǎn)機(jī)架標(biāo)準(zhǔn)為HG21567-95。根據(jù)攪拌軸的轉(zhuǎn)速條件，軸徑選擇公稱(chēng)直徑為700 mm的單支點(diǎn)機(jī)架，材料Q235-B。 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸是連接減速機(jī)和攪拌軸的中間軸，傳動(dòng)軸的型式應(yīng)根據(jù)機(jī)架型式、軸的安裝形式及釜內(nèi)軸頭型式確定，根據(jù)HG 21568-95攪拌傳動(dòng)裝置-傳動(dòng)軸選取ASE方式，傳動(dòng)軸軸徑130 mm，伸入攪拌釜的長(zhǎng)度L為800mm15。即ASE 700-130/800-45。傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)如圖3-10所示：圖3-10 傳動(dòng)軸及釜內(nèi)軸頭形式凸緣法

53、蘭的選擇凸緣法蘭用于連接攪拌器傳動(dòng)裝置的安裝底蓋。凸緣法蘭下部與釜體頂蓋焊接連接，上部與安裝底蓋法蘭相連。標(biāo)準(zhǔn)凸緣法蘭（HG21564-95）有四種結(jié)構(gòu)形式，如表3-2和圖3-11所示。標(biāo)準(zhǔn)凸緣法蘭適應(yīng)設(shè)計(jì)壓力為0.11.6MPa，設(shè)計(jì)溫度為-20300的反應(yīng)釜。圖3-11 凸緣法蘭結(jié)構(gòu)視反應(yīng)釜內(nèi)物料的腐蝕情況，凸緣法蘭有襯里和不襯里的兩種。不襯里的底座材料可用Q235-B。要求襯里的，則在可能與物料接觸的凸緣法蘭表面襯一層耐腐蝕材料，通常用不銹鋼。為便于凸緣法蘭焊接，車(chē)削應(yīng)在襯里焊好后進(jìn)行。凸緣法蘭的選擇根據(jù)機(jī)架的尺寸進(jìn)行選擇配套。根據(jù)機(jī)架公稱(chēng)直徑為700 mm選擇配套的凸緣法蘭公稱(chēng)直徑為7

54、00 mm，結(jié)構(gòu)形式R16，材料Q235-B。表3-2 凸緣法蘭形式15形式結(jié)構(gòu)特征公稱(chēng)直徑DN/mmR突面凸緣法蘭200900M凹面凸緣法蘭200900LR突面襯里凸緣法蘭200900LM凹面襯里凸緣法蘭200900安裝底蓋的選擇安裝底蓋用于支承支架和軸封，分為上裝式（傳動(dòng)裝置設(shè)立在釜體上部）和下裝式（傳動(dòng)裝置設(shè)立在釜體下部）兩種形式，安裝底蓋、機(jī)架、凸緣法蘭、軸封的裝配關(guān)系，見(jiàn)圖3-12。圖3-12 上裝式圖3-11 上裝式安裝在釜體上的安裝底蓋的結(jié)構(gòu)，上裝式和下裝式各有四種形式，見(jiàn)表3-3和圖3-13。標(biāo)準(zhǔn)底蓋的適應(yīng)范圍與凸緣法蘭相同。表3-3 安裝底蓋形式16傳動(dòng)軸安裝形式密封面形式凸

55、面（R）凹凸面（M）整體襯里（L）整體襯里（L）上裝式（S）RSLRSMSLMS下裝式（X）RXLRXMXLMX圖3-13 安裝底蓋結(jié)構(gòu)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)底蓋與適應(yīng)范圍與凸緣法蘭相同的特點(diǎn)，選擇公稱(chēng)直徑為700 mm,材料Q235-B。圖3-14 立式夾殼聯(lián)軸器聯(lián)軸器的作用是將兩個(gè)獨(dú)立設(shè)備的軸牢固地聯(lián)在一起，以進(jìn)行傳遞運(yùn)動(dòng)和功率。聯(lián)軸器除了將兩軸聯(lián)在一起回轉(zhuǎn)外，為確保傳動(dòng)質(zhì)量，要求被聯(lián)接的軸要安裝在同一軸心上即同心，另一方面要求傳動(dòng)中的一方工作如有振動(dòng)、沖擊，盡量不要傳給另一方。聯(lián)軸器的機(jī)構(gòu)類(lèi)型聯(lián)軸器隨聯(lián)接的不同要求而有各種不同的結(jié)構(gòu)，基本上分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器兩類(lèi)。下面將攪拌設(shè)備常用的幾種聯(lián)軸器

56、簡(jiǎn)介如下：1、立式夾殼聯(lián)軸器(HG 21570-95)圖3-14所示是由兩個(gè)半圓筒形的夾殼組成。夾殼材料為HT200，并用一組螺栓鎖緊，鎖緊后，軸與夾殼接觸，靠摩擦力傳遞扭矩。為了聯(lián)接可靠，常加平鍵。夾殼中間由材料Q235-A制成的懸吊環(huán)，它由兩個(gè)半環(huán)組成，用來(lái)固定軸的軸向位置。此聯(lián)軸器適用于最高使用溫度250，最高圓周速度為5m/s。優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、拆裝方便拆裝時(shí)軸不需作軸向移動(dòng)。缺點(diǎn)是只使用于低轉(zhuǎn)速，并且不適用于有沖擊的悄況。此系列適用于單件或小量生產(chǎn)，制造簡(jiǎn)單，焊后進(jìn)行加工。2、縱向可拆聯(lián)軸器圖3-15縱向可拆聯(lián)軸器和剛性聯(lián)軸器適用于減速機(jī)出軸與攪拌釉的剛性聯(lián)接，裝拆方便(圖3-15左圖

57、)。3、剛性聯(lián)軸器（HG 21570-95）(圖3-15右圖)剛性聯(lián)軸器又稱(chēng)為凸緣聯(lián)軸器其結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)帶凸凹圓盤(pán)組成，四盤(pán)稱(chēng)為半聯(lián)軸節(jié)。半聯(lián)軸器與軸是通過(guò)鍵進(jìn)行周向固定，通過(guò)鎖緊螺母達(dá)到軸向固定。通過(guò)一個(gè)半聯(lián)軸器的端面上開(kāi)有凹槽，另一個(gè)半聯(lián)軸器則為凸肩，兩者嵌合對(duì)中，兩個(gè)半聯(lián)輔節(jié)靠螺栓連接在一起。此聯(lián)軸器用于連接嚴(yán)格的同軸線的兩端，允許在任何方向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)筒單，制造方便，但無(wú)減振，不能消除因兩軸不同心所引起的不良后果。一般使用于振動(dòng)小和剛度大的軸。如圖3-8右圖所示，這種形式的聯(lián)軸器使用于反應(yīng)釜的內(nèi)部。聯(lián)軸節(jié)為榫槽法蘭式，其法蘭盤(pán)與攪拌軸直接焊接，上下兩段攪拌軸依靠榫槽面的配合來(lái)保證同心度。4

58、、聯(lián)軸器中間加設(shè)附件圖3-17 彈性聯(lián)軸節(jié)圖3-16夾殼聯(lián)軸器型式和帶短節(jié)的聯(lián)軸器為了裝卸檢修機(jī)械密封方便起見(jiàn)，對(duì)于減速機(jī)軸與攪拌軸的聯(lián)接，宜采用夾殼聯(lián)軸器型式(圖3-16左圖)或加短軸節(jié)(圖3-16右圖)，以便只拆卸聯(lián)軸器或短軸節(jié)，就可取出機(jī)械密封，而無(wú)需拆移減速機(jī)等上部裝置。單端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，為便于密封安裝調(diào)整，彈簧座上部光軸部分長(zhǎng)度需大于150mm。5、彈性塊式聯(lián)軸器(HG5-743-78)適用于工作溫度-2060的變載荷及頻繁起動(dòng)。運(yùn)轉(zhuǎn)之同心軸的聯(lián)接，橡膠塊能耐油，耐弱酸及弱堿浸蝕的工作條件，此聯(lián)軸器是靠彈性塊變形而儲(chǔ)蓄能量，從而使聯(lián)軸器具有 震與緩和沖擊的能力，并允有不大的徑向位移

59、和軸向位移，以及補(bǔ)償少量的軸線偏差，但不能承受軸向載荷。圖3-17為彈性聯(lián)軸器零件圖，聯(lián)軸器凸半的突出柱插入聯(lián)軸器凹半，在突出柱之間放有硬橡皮，從而使兩半之間產(chǎn)生彈性接觸。聯(lián)軸器的選用根據(jù)各種聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，和使用特性，進(jìn)行聯(lián)軸裝置的選擇。對(duì)于減速機(jī)軸與傳動(dòng)軸的聯(lián)接，采用夾殼聯(lián)軸器進(jìn)行傳動(dòng)。查標(biāo)準(zhǔn)知聯(lián)軸器代號(hào)JQ110，材料HT250。對(duì)于反應(yīng)釜的內(nèi)部傳動(dòng)軸與攪拌軸的聯(lián)接，采用夾殼聯(lián)軸器進(jìn)行傳動(dòng)。聯(lián)軸器代號(hào)JQ130，材料HT250。第四章 傳熱部件及附屬結(jié)構(gòu)組成一臺(tái)化工容器除了筒體和封頭基本零件外，還有法蘭、支座、人孔（或手孔）、視鏡、液面計(jì)和各種用途的接管等，這些統(tǒng)稱(chēng)為容器的附件。本節(jié)討

60、論化工容器附件的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)及其選用，為正確選用這些附件提供理論依據(jù)。為了便于化工設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝和維修，有利于專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)，提高制造質(zhì)量，便于零部件互換，降低成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，我國(guó)有關(guān)部門(mén)對(duì)化工容器的零、部件已制訂了一系列標(biāo)準(zhǔn)，例如封頭、法蘭、支座、人孔、液面計(jì)等均已有各自的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件。傳熱部件的選擇在反應(yīng)釜設(shè)備中，圖4-1 蛇管的結(jié)構(gòu)如果所需傳熱面積較大，而夾套傳熱不能滿(mǎn)足要求或不宜采用夾套傳熱時(shí)，可采用蛇管傳熱（如圖4-1）。蛇管置于釜內(nèi)，沉浸在介質(zhì)中，熱量能充分利用，傳熱效果比夾套結(jié)構(gòu)好。但蛇管檢修困難，還可能因冷凝液積聚而降低傳熱效果?，F(xiàn)在已將蛇管的尺寸系