畢業(yè)設計（論文）-1.8m3攪拌式反應釜設計（含全套CAD圖紙）

全全日日制制普普通通本本科科生生畢畢業(yè)業(yè)設設計計 1.8m1.8m3 3攪拌式反應釜設計攪拌式反應釜設計 DESIGN 1.8M3AGITATED REACTOR 由于部分原因，說明書已刪除大部分，完整版 說明書，CAD 圖紙等，聯(lián)系 153893706 學生姓名學生姓名 ： 學學 號：號： 年級專業(yè)及班級：年級專業(yè)及班級：2008級級機械機械設計設計制造及其自制造及其自動動 化化 指導老師及職稱：指導老師及職稱： 學學 部：部：理工學部理工學部 提交日期：2012 年 05 月 全日制普通本科生 畢業(yè)設計誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文是本人在指導老師的指導下， 進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。除文中已經(jīng)注 明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的 作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確 的說明并表示了謝意。同時，本論文的著作權由本人與湖南農(nóng)業(yè)大學東 方科技學院、指導教師共同擁有。本人完全意識到本聲明的法律結果由 本人承擔。 畢業(yè)設計作者簽名： 年 月 日 1 目 錄 摘要1 關鍵詞1 1 前言1 1.1 反應器的現(xiàn)狀及發(fā)展前景1 1.2 攪拌式反應釜結構設計及其工作原理示圖2 2 設計條件及設計內容分析3 2.1 反應釜設計的內容主要有3 3 反應釜釜體的設計3 3.1 釜體 DN 的確定3 3.1.1 釜體 DN 的確定3 3.2 釜體筒體壁厚的設計3 3.2.1 設計參數(shù)的確定3 3.2.2 筒體壁厚的設計4 3.3 釜體封頭的設計4 3.3.1 封頭的選型4 3.3.2 設計參數(shù)的確定4 3.3.3 封頭的壁厚得設計4 3.3.4 封頭的直邊尺寸、體積的確定4 3.4 筒體長度 H 的設計5 3.4.1 筒體長度 H 的設計5 3.4.2 釜體長徑比校核5 3.5 外壓筒體壁厚的設計5 3.5.1 設計外壓的確定5 3.5.2 試差法設計外壓筒體的壁厚5 2 3.5.3 圖算法設計筒體的壁厚5 3.6 外壓封頭壁厚得設計6 3.6.1 設計外壓得確定6 3.6.2 封頭壁厚得計算6 4 反應釜夾套得設計6 4.1 夾套釜體 DN，PN 得確定6 4.1.1 夾套釜體 DN 得確定6 4.1.2 夾套釜體 PN 得確定6 4.2 夾套筒體的設計7 4.2.1 設計參數(shù)的確定7 4.2.2 夾套筒體壁厚的設計7 4.2.3 夾套筒體的高度確定7 4.3 夾套封頭的設計7 4.3.1 封頭的選型7 4.3.2 設計參數(shù)的確定8 4.3.3 封頭的壁厚的設計8 4.3.4 封頭的直邊尺寸、體積與重量的確定8 4.3.5 封頭結構的設計8 4.4 傳熱面積的校核8 5 反應釜釜體及夾套的壓力試驗9 5.1 釜體的水壓試驗9 5.1.1 水壓試驗壓力的確定9 5.1.2 液壓試驗的強度校核9 5.1.3 壓力表得量程9 5.1.4 水壓試驗的操作過程9 5.2.1 氣壓試驗壓力的確定9 5.2.2 氣壓試驗的強度校核10 5.2.3 氣壓試驗的操作過程10 5.3 夾套的液壓試驗10 3 5.3.1 水壓試驗壓力的確定10 5.3.2 液壓試驗的強度校核10 5.3.3 壓力表的量程、水溫的要求10 5.3.4 水壓試驗的操作過程10 6 反應釜附件的選型及尺寸設計11 6.1 釜體法蘭聯(lián)接結構的設計11 6.1.1 法蘭的設計11 6.1.2 密封面形式的選型11 6.1.3 螺栓、螺母的尺寸規(guī)格12 6.1.4 法蘭、墊片、螺栓、螺母、墊圈的材料12 6.2 選用手孔，視鏡等和工藝接管的設計12 6.2.1 手孔12 6.2.2 視鏡12 6.2.3 進料管口12 6.2.4 溫度計13 6.2.5 出料口13 6.2.6 安全閥接口13 6.2.7 冷凝器接口 i 和壓力表接管 e13 6.2.8 加熱蒸汽進口13 6.3 管法蘭尺寸的設計13 6.3.1 管法蘭的選型13 6.3.2 管法蘭的尺寸13 6.4 墊片尺寸及材質14 6.4.1 墊片的結構14 6.4.2 密封面形式及墊片尺寸15 6.5 手孔的設計15 6.5.1 手孔的結構15 6.5.2 手孔尺寸15 6.6 視鏡的設計16 4 6.6.1 視鏡的選型17 6.6.2 視鏡的結構17 6.6.3 視鏡的規(guī)定標記、標準圖號、視鏡的尺寸及材料17 6.6.4 視鏡標準件的材料應符合表 9 的規(guī)定17 6.7 支座的選型18 6.7.1 支座的選型及尺寸的初步設計17 6.7.2 支座載荷的校核計算19 7 攪拌裝置的選型與尺寸設計19 7.1 攪拌軸直徑的初步計算19 7.1.1 攪拌軸直徑的設計19 7.1.2 攪拌軸剛度校核19 7.2 攪拌軸臨界轉速校核計算19 7.3 聯(lián)軸器的型式及尺寸的設計19 7.3.1 聯(lián)軸器型式的確定19 7.3.2 聯(lián)軸器的結構及尺寸20 7.3.3 聯(lián)軸節(jié)的零件及材料20 7.4 攪拌槳尺寸的設計21 7.4.1 槳式攪拌槳的結構21 7.4.2 槳式攪拌槳的尺寸21 7.4.3 槳式攪拌槳零件明細表21 7.5 攪拌軸的結構及尺寸的設計22 7.5.1 攪拌軸長度的設計22 7.5.2 攪拌軸的結構22 8 傳動裝置的選型與尺寸設計22 8.1 電動機的選型22 8.2 減速器的選型23 8.3 機架的設計23 8.4 底座的設計24 8.5 反應釜的軸封裝置設計24 5 8.5.1 反應釜的軸封裝置的選型24 8.5.2 軸封裝置的結構及尺寸25 9 焊縫結構的設計25 9.1 釜體上主要焊縫結構的設計25 9.2 夾套上的焊縫結構的設計28 10 固體物料進口的開孔及補強計算29 10.1 封頭開固體物料進口后被削弱的金屬面積 A 的計算29 10.2 有效補強區(qū)內起補強作用的金屬面積的計算30 10.2.1 封頭起補強作用金屬面積 A1的計算30 10.2.2 接管起補強作用金屬面積 A2的計算30 10.2.3 焊縫起補強作用金屬面積 A3的計算30 10.3 判斷是否需要補強的依據(jù)30 11 結論31 參考文獻 31 致謝32 附錄33 1 1.8m1.8m3 3攪拌釜式反應器設計攪拌釜式反應器設計 學 生： 指導老師： 摘 要：攪拌釜式反應器由攪拌器和釜體組成。攪拌器包括傳動裝置，攪拌軸（含軸封） ， 攪拌槳;釜體包括筒體，夾套和內件，盤管，導流筒等。工業(yè)上應用的攪拌釜式反應器有成百上千 種，按反應物料的相態(tài)可分成均相反應器和非均相反應器兩大類。非均相反應器包括固-液反應器， 液-液反應器，氣-液反應器和氣-液-固三相反應器。本次設計的釜式反應器適用性廣操作彈性大， 是工業(yè)生產(chǎn)中最廣泛使用的反應器。 關鍵詞：反應釜； 釜體； 攪拌器 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 反應器的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 2 反應釜的廣義理解即有物理或化學反應的不銹鋼容器，通過對容器的結構設計與 參數(shù)配置，實現(xiàn)工藝要求的加熱、蒸發(fā)、冷卻及低高速的混合功能。隨之，反應過程 中的壓力要求對容器的設計要求也不盡相同。生產(chǎn)必須嚴格按照相應的標準加工、檢 測并試運行。不銹鋼反應釜根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝、操作條件等不盡相同，反應釜的設 計結構及參數(shù)不同，即反應釜的結構樣式不同，屬于廢標的容器設備。 不銹鋼反應釜廣泛應用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)型 用戶和各種科研實驗項目的研究，用來完成水解、中和、結晶、蒸餾、儲存、氫化、 烴化、聚合、縮合、加熱混配、恒溫反應等工業(yè)過程的容器。 反應釜是綜合反應容器，根據(jù)反應條件對反應釜結構功能及配置附件的設計。從 開始的進料-反應-出料均能夠以較高的自動化程度完成預先設定好的反應步驟，對反 應過程中的溫度、壓力、力學控制（攪拌、鼓風等） 、反應物/產(chǎn)物濃度等重要參數(shù)進 行嚴格的調控。 攪拌釜式反應器，這種反應器是工業(yè)生產(chǎn)中最廣泛采用的反應器形式，適用于各 種相態(tài)物料的反應。反應釜中設有各種不同型式的攪拌、傳熱裝置，可適應不同性質 的物料和不同熱效應的反應，以保持反應物料在釜內合理地流動、混合和料號的傳熱。 攪拌釜式反應器既可間隙操作也可連續(xù)操作或半連續(xù)操作，既可單釜操作，又可多釜 串聯(lián)操作。攪拌釜式反應器的使用性廣，操作彈性大，濃度容易控制。它通常由釜體、 換熱裝置。攪拌器和傳動裝置等構件組成。1 1.2 攪拌式反應釜結構設計及其工作原理示意圖 圖 1 反應釜結構及原理圖 Fig.1 the reactor structure and schematic diagram 3 2 設計條件及設計內容分析 由設計條件單可知，設計的反應釜可操作容積為 1.8m3、攪拌裝置配置的電動機 功率為 1.8KW、攪拌軸的轉速為 60r/min、攪拌槳的形式為框式；加熱的方式為用夾 套內的導熱油進行電加熱：裝置上設有 8 個工藝接管、1 個視鏡、4 個耳式支座、1 個 人孔（或固體物料進口） 。 2.1 反應釜設計的內容主要有： 釜體的強度、剛度、穩(wěn)定性計算和結構設計 夾套的強度、剛度計算和結構設計； 設計釜體的法蘭聯(lián)接結構、選擇接管、管法蘭； 人孔的選型及補強計算； 支座選型及驗算； 視鏡的選型； 焊縫的結果與尺寸設計； 電機、減速機的選型； 攪拌軸及框式攪拌槳的尺寸設計； 選擇聯(lián)軸器； 設計機架結構及尺寸； 設計底蓋結構及尺寸； 選擇軸封形式； 繪總裝配圖及攪拌軸零件圖等。 3 反應釜釜體的設計 3.1 釜體 DN 的確定 3.1.1 釜體 DN 的確定 選取反應釜裝料系數(shù) =0.8，由 V=V0/,可得設備體積 V=2.25m3 0 V 8 . 0 8 . 1 （1）對于液液相類型選取 H/Di=1.2.由此，估算筒體的內徑為 Di=1.337m 3 Di 4 H V 3 2 . 1 25 . 2 4 （2） 將計算結果圓整至公稱直徑標準系列，選取筒體直徑 Di=1400mm。 4 3.2 釜體筒體壁厚的設計 3.2.1 設計參數(shù)的確定 此處已刪除此處已刪除 8 傳動裝置的選型與尺寸設計 8.1 電動機的選型 由于反應釜里的物料具有易燃性和一定的腐蝕性，故選用隔爆型三相異步電機 （防爆標志 dAT4） 。根據(jù)電機的功率 P1.8KW、轉速 n1500r/min，由機械設備通 用手冊表 32-16 選用的電機型號為：Y100L1-4。 8.2 減速器的選型 根據(jù)電機的功率 P2.2KW、攪拌軸的轉速 n1500r/min、傳動比 為i 1500/6025，選用直聯(lián)擺線針輪減速機（HG5-745-78） ，標記 ZLD2.04A25。由文 獻6表 9-2-41 確定其安裝尺寸，直聯(lián)擺線針輪減速機的外形見圖、安裝尺寸如表。 5 圖 10 直連擺線針輪減速機 Fig.10 Direct cycloid reducer 表 15 減速機的外形安裝尺寸 Table.15 Reducer contour and installation dimensions 2 D 3 D 4 D D M D dn 1DP 260230200432006-12224 EF C hb B M b1 e 1516148.51443079615 8.3 機架的設計 由于反應釜傳來的軸向力不大，減速機輸出軸使用了帶短節(jié)的夾殼聯(lián)節(jié)，且反應 釜使用不帶內置軸承的機械密封，故選用 WJ 型無支點機架（HG2156695） 。由攪拌 軸的直徑 d50mm 可知，機架的公稱直徑250。結構如圖。DN 圖 11 WJ 型無支點機架 Fig.11 WJ type pivot frame 8.4 底座的設計 對于不銹鋼設備，本設計采用圖底座的結構，其上部與機架的輸出端接口和軸封 裝置采用可拆相聯(lián)，下部伸入釜內，結構與尺寸如圖。 6 圖 12 底座 Fig.12 Base 8.5 反應釜的軸封裝置設計 8.5.1 反應釜的軸封裝置的選型 反應釜中應用的軸封結構主要有兩大類，填料箱密封和機械密封。考慮到釜內的 物料具有易燃性和一定的腐蝕性，因此選用機械密封。根據(jù) PW0.60MPa、t120、 n=85r/min、d=50mm。由文獻7表 6-3-37 選用 2001 型單端面平衡型機械密封，其結 構如圖、主要尺寸如表所示。 8.5.2 軸封裝置的結構及尺寸 圖 13 機械密封 Fig.13 Mechanical seal 7 表 16 釜用機械密封的主要尺寸（mm） Table.16 Kettle mechanical seal of main size (mm ) 軸 徑 d D 1 D 2 D 3 D 1 h 2 h 3 h 4 hhHn螺柱 502452101751804.528142001903158-18M16 9 焊縫結構的設計 9.1 釜體上主要焊縫結構的設計 設計內容： 圖 14 筒體的縱向焊縫 Fig.14 Cylinder longitudinal seam 圖 15 筒體與下封頭的環(huán)向焊縫 Fig.15 Cylinder body and the lower head of the circumferential weld 8 圖 16 固體物料進口與封頭的焊縫 Fig.16 Solid material inlet and the head of the weld 圖 17 進料管與封頭的焊縫 Fig.17 The feeding pipe and the head of the weld 圖 18 冷卻器接管與封頭的焊縫 Fig.18 Cooler take over head weld 9 圖 19 溫度計接管與封頭的焊縫 Fig.19 Thermometer over head weld 圖 20 出料口接管與封頭的焊縫 Fig.20 Outlet pipe head weld 9.2 夾套上的焊縫結構的設計 夾套上的焊縫結構及尺寸如圖。 圖 21 筒體的縱向焊縫 Fig.21 Cylinder longitudinal seam 10 圖 22 筒體與封頭的橫向焊縫 Fig.22 The cylinder body and the head of the transverse weld 圖 23 導熱油進口接管與筒體的焊縫 Fig.23 Heat-conducting oil inlet connecting pipe and tube weld 圖 24 導熱油出口接管與筒體的焊縫 Fig.24 Heat-conducting oil outlet nozzle and tube weld 11 圖 254 釜體與夾套的焊縫 Fig.25 The kettle body and the jacket weld 10 固體物料進口的開孔及補強計算 10.1 封頭開固體物料進口后被削弱的金屬面積 A 的計算 由于人孔的開孔直徑較大，因此需要進行補強計算，本設計采用等面積補強的設 計方法。 釜體上封頭開人孔后被削弱的金屬面積為：A 2(1) ooet AdSS Sfr （27） 式中：=273-16+21.25=254.5（）2 i ddCmm = c t ic o p Dp S 5 . 02 1 . 148 . 0 5 . 01372 12001 . 148 . 0 =2.315（）mm =1 et r t f =254.52.315= 589.2（）2(1) ooet AdSS Sfr 2 mm 10.2 有效補強區(qū)內起補強作用的金屬面積的計算 10.2.1 封頭起補強作用金屬面積 A1的計算 roeetoe fSSSSSdBA12 1 （28） 式中： 取兩者中較大值， 22 257.5541 22257.52 52 8283.5 nm Bdmm BdSS 509Bmm en SSC （29） = 5-0.25=4.75（）mm et SCSm 12 = 8 - 0.25 =7.75（）mm =1 137 137 et r t f （30） 1 (509257.5) (4.752.412)2 7.75 (4.752.412) (1 1)A = 588.0（） 2 mm 10.2.2 接管起補強作用金屬面積 A2的計算 2122 2 ()2() ettretr Ah SSfh SCf （31） 其中：=45.12 m dSh1257.5 8mm mmh200 1 取其中的較小值45.12 1 hmm = =0.273（） c t ic t p dp S 2 0.66 (273 160) 2 137 1 0.66 mm =0 2 h0 . 1 2 C =674.7（） 2 A1075 . 7 021)273 . 0 75 . 7 (12.452 2 mm 10.2.3 焊縫起補強作用金屬面積 A3的計算 A3=K2/2=62/2=18.0mm2 10.3 判斷是否需要補強的依據(jù) = 588.0 + 674.7 + 18 .0=1280.7 321 AAA 2 mm 由 8.1 知 A=589.2 2 mm A A1+A2+A3 不需補強 11 結束語 通過本次畢業(yè)設計，使我對反應釜設計方案，封頭設計，筒體裝配的基本過程的 設計方法、步驟、思路，有了比較清晰的了解，它相當于實際反應釜生產(chǎn)設計工作的 模擬。在設計過程中，基本能按照規(guī)定的程序進行，按照畢業(yè)設計要求和反應釜的基 本流程進行設計，期間與指導老師進行了多兩次討論、修改，按照設計任務書、指導 書、技術條件的要求進行設計。最終順利完成全部設計。具備了一定的實踐能力，為 即將到來的工作奠定堅實的基礎。 參考文獻 13 1 對攪拌反應釜零泄漏密封方式的探討J.石油化工設備技術，ISSN1006-8805，CN11- 2469,1997,6-48 2 朱有庭，曲文海，于浦義.化工設備設計手冊（上、下卷）M.北京：化學工業(yè)出版社 2004.8 3 吳宗澤.機械設計實用手冊M.北京：化學工業(yè)出版社 2001.5 4 張展，機械設計通用手冊M.北京：機械工業(yè)出版社 2008.5 5 巨勇智.過程設備機械基礎M.北京：國防工業(yè)出版社 2005.4 6 曲文海.壓力容器與設備實用手冊M.北京：化學工業(yè)出版社 2000.3 7 朱海.機械加工工藝基礎M.北京：中國林業(yè)出版社，2006.7 8 陶棟才.現(xiàn)代設計方法M.北京：中國石化出版社，2010.1 9 吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊M.北京：高等教育出版社，2006.5 10 陳昀.聚合物合成工藝設計M.北京：化學工業(yè)出版社，2004.6 11 石夢蝶.1.8M3PTAR101 反應釜設計D.湖南：湖南農(nóng)業(yè)大學園藝園林學院，2008：11-13 12 張淑娟.畫法幾何與機械制圖M.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2007.8 13 濮良貴，紀名剛.機械設計（第八版）M.北京：高等教育出版社，2006.5 14 Orlov P. Fundamentals of Machine DesignM. Moscow: Mir Pub.,1987 15 Sors L. Fatigue Design Of Machine ComponentsM. Oxford: Pergamon Press,1971 16 鄭曉梅.化工制圖M.北京：化學工業(yè)出版社，2002 17 石法則.化工管道M.北京：化學工業(yè)出版社，1983 18 茅曉東，李建偉.典型化工設備機械設計指導M.上海：華東理工大學出版社，1995 19 李繼和.機械密封技術M.北京：化學工業(yè)出版社，1988 20 王凱等.工業(yè)聚合反應裝置M.北京中國石化出版社，1997 21 劉魁敏.計算機繪圖 AutoCAD2006 中文版M.北京：機械工工業(yè)出版社，2006 22 湯善甫，朱思明.化工設備基礎（第二版）M.上海：華東理工大學出版社 2004.12 致 謝 本課題是在導師湯興初教授的悉心指導下完成的。四年的學習中湯老師嚴謹?shù)闹?學態(tài)度、實事求是的工作作風，精益求精的工作精神令我受益匪淺。在生活中湯老師 積極樂觀的生活態(tài)度，做任何事情充沛的精力和執(zhí)著的態(tài)度，這都將對我以后的工作 和學習有很大的幫助。至此在論文定稿之日，謹向恩師致以衷心的感謝，感謝導師在 14 各方面的幫助，感謝導師的信任和支持。 在論文進行的過程中，還得到了寢室同學以及各位同窗好友無私的幫助和熱情的 鼓勵，在此一并表示衷心的感謝! 感謝東方科技學院的各位老師在我四年的學習生活期間，對我思想、生活、學習 上的指導和關心，使我不斷的成長。最后，特別感謝的是我的父母，他們是我這四年 最主要的動力，是他們時刻的關理解和支持才使我能夠順利完成學業(yè) 附錄 附錄 1：A4 圖紙三張 附錄 2：A3 圖紙八張 附錄 3：A0 圖紙一張