鍋爐除垢攪拌釜設計畢業(yè)論文

摘要 本課題的任務為鍋爐除垢攪拌釜設計涉及到筒體，換熱元件，內構件，攪拌器，攪拌軸及其密封裝置，傳動裝置等部分的選型和設計?；竟r為：攪拌釜內操作溫度為85，操作壓力為0.6MPa,物料為水和除垢劑，物料粘度為1200厘泊，有效容積為1.5m³，攪拌速度為85rpm，夾套內操作溫度為90，物料為飽和水蒸汽。根據(jù)所給的工況，本人按要求設計了攪拌軸，圓筒，圓筒封頭的直徑、高度，選用了直葉槳式攪拌器，另外計算了攪拌功率和電動機功率，夾套筒體和封頭的厚度，并且各個部分的強度，剛度，應力等方面的校核，全部滿足要求。在設計中，設計者堅持的原則是：安全第一。本設備的基本結構為不銹鋼容器外加碳鋼夾套。在設計中，設計者除了考慮安全性問題外，還考慮到了容易制造，較長的使用壽命，較方便的維護方法，以致可能某種程度地偏離了經(jīng)濟性的原則，這是設計者選擇的設計方向。關鍵詞：攪拌釜 直葉槳式攪拌器 圓筒 封頭 夾套AbstractWhat I should do for this task is that designing a mixing round kettle,coming down to choosing and designing a section of thick bamboocanister,the organ for exchanging heat,inner component,stirrer,mixing round axis and the airproof component . The basic framework of this equipment is stainless steel container and carbon steel nipping cover.The basic working condition is:in the mixing round kettle ,the operating temperature is 85,the operating pressure is 0.6 MPa ,the material is water and the chemical material for get rid of the dirty ,the viscidity degree of the material is 1200 cp,the effective volume is 1.5,the rate of mixing round is 85rpm.In the nipping cover ,the operating temperature is 90 ,the material is saturation vapor.According to the condition giving to me , I have designed the required stirring shaft, cylinder, cylinder head diameter, the height, the choice of the straight blade paddle stirrer, a stirring power and additional computing power of the motor, the thickness of the jacket and the cylinder head, and each part strength, stiffness, stress and other aspects of verification, meet all requirements.In the course of the designment ,the principle that I insisted on is that safety is the first. In the course of the designment ,I considered as the possibility of easy to manufacture,the long using life and the convenient maintenancing ways as safety,so as to departure the economy principle to the extent .however, this is the designing direction that I choosed.Key words: stirred tank; straight blade paddle stirrer; cylinder; head;jacket目 錄摘要IABSTRACTII第1章 緒論11.1攪拌釜的簡介11.2攪拌釜的應用11.3國內、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢21.4課題的相關物性數(shù)據(jù)及進度安排2第2章 攪拌釜結構設計及計算42.1結構總體選型設計42.2封頭計算52.3圓筒計算62.4攪拌器計算及相關92.5計算電動機功率132.6攪拌軸的機械計算及相關142.7擋板212.8夾套計算212.9支座校核222.10壓力試驗25第3章 設備安裝調試、使用及維護保養(yǎng)273.1反應釜的試運行273.2設備的使用273.3設備的定期檢查28第4章 結論29參考文獻30致謝31III第1章 緒論1.1攪拌釜的簡介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），葉輪（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。過程工程師們經(jīng)常要面對許多問題，包括混合設備的選擇、設計、放大和優(yōu)化。可選擇的混合設備很多，但是通?？梢詺w為兩類:1.由運動的機械部件完成混合，比如機械攪拌釜，轉子攪拌。2.由固定機械部件完成的混合，比如靜態(tài)混合器，噴射，填充床，鼓泡床，塔盤。其中機械攪拌釜仍然是化工廠應用最普遍和方便的混合設備1.2攪拌釜的應用 攪拌釜是化學、醫(yī)藥及食品等工業(yè)中常用的典型設備之一。本設計為鍋爐除垢攪拌釜，鍋爐除垢中，應用此設備。攪拌可以使兩種或多種不同的物質在彼此之中互相分散，從而達到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質過程。攪拌操作的例子頗為常見，例如在化學實驗室里制備某種鹽類的水溶液時，為了加速溶解，常常用玻璃棒將燒杯中的液體進行攪拌。在工業(yè)生產中，攪拌操作是從化學工業(yè)開始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過程的一部分而被廣泛應用，攪拌操作分機械攪拌和氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體鼓泡通過液體層，對液體產生攪拌作用，但氣泡的作用對液體所進行的攪拌是比較弱的，對粘度高的液體不適用，在工業(yè)生產中，大多數(shù)的攪拌操作均系機械攪拌。攪拌設備主要由攪拌裝置、軸封和攪拌罐三大部分組成。本設計說明書著重對此作計算和說明。 攪拌設備在工業(yè)生產中的應用很廣，尤其是化學工業(yè)中，很多的化工生產都或多或少地應用著攪拌操作?；瘜W工藝過程的種種化學變化，是以參加反應物的充分混合為前提的，對于加熱、冷卻和液體萃取以及氣體吸收等物理變化過程，也往往要采用攪拌操作才能得到好的效果。攪拌設備在許多場合是作為反應器來應用的。例如在三大合成材料的生產中，攪拌設備作為反應器約占反應器總數(shù)的90，其它如染料、醫(yī)藥、農藥、油漆等行業(yè)，攪拌設備的使用亦很廣泛。攪拌設備的應用范圍之所以這樣廣泛，還因攪拌設備操作條件（如濃度、溫度、停留時間等）的可控范圍較廣，又能適應多樣化生產。 攪拌設備的作用：使物料混合均勻。使氣體在液相中很好地分散。使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻地懸浮。使不相溶的另一液相均勻懸浮或充分乳化。強化相間的傳質（如吸收等）。強化傳熱。對于均勻相反應，主要是、兩點。 攪拌設備在石油化工生產中被用于物料混合、溶解、傳熱、制備懸浮液、聚合反應、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中異種原油的混合調整和精制，汽油中添加四乙基鉛等填加物而進行混合，使原料液或產品均勻化。化工生產中，制造苯乙烯、乙烯、高壓聚乙烯、聚丙烯、合成橡膠、苯胺染料和油漆顏料等工藝過程，都裝備著各種型式的攪拌設備 通過此次設計可以使我們能更好的了解其工作原理和工藝流程并對其進行更進一步的發(fā)展。1.3國內、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.3.1 國內現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢對國內反應釜市場的調查顯示了反應釜的種類原理和發(fā)展趨勢：低壓反應釜，一般是指1.6MPa以下的反應釜。由于工藝條件和介質的不同，反應釜的材料選擇及結構也不盡相同，但基本組成是相同的，它包括傳動裝置、傳熱和攪拌裝置、釜體（上蓋、筒體、釜底）、工藝接管等。設備的外觀尺寸，一般取反應釜有效高度Hgz/反應釜內徑Di=1.01.2，如果Hgz/Di1.5，則需增設槳葉數(shù)。槳葉直徑di通常取1/3/Di，上、下槳葉的間距應略大于槳徑。在設備的結構上設置必要的傳熱和攪拌裝置是為了強化反應過程。1.3.2 國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 反應釜是化工行業(yè)用來完成物質的物理化學反應等工藝過程的典型設備之一。但是大多數(shù)情況下反應釜也是一種帶有常見缺陷的化工設備。由于反應釜工作時存在易燃、易爆、毒害、腐蝕介質，因此，反應釜的缺陷在不同程度上危害人身財產安全也影響著產品質量。其目前所處的一種狀態(tài)也是人們所擔心的，因此應該采取一定的措施進行補救，以及對其進行進一步的發(fā)展。1.4課題的設計要求及進度安排設計一套容積為1.5m³的反應釜。對反應釜的結構進行設計，對反應釜的強度進行計算，對反應釜的附屬設備進行選擇。反應釜的原始數(shù)據(jù)如下：工藝設計參數(shù)項目攪拌釜夾套操作溫度 85110操作壓力 MPa0.6物料名稱除垢劑，水蒸氣物料粘度1200厘泊容積 15攪拌速度 rpm85材料不銹鋼碳鋼進度安排時間進度安排4月25日前完成開題報告與資料檢查5月10日前對反應釜的結構特點有進一步了解5月30日前完成畢業(yè)設計論文與圖紙繪制6月15日前進一步修改畢業(yè)設計以及準備答辯第2章 攪拌釜結構設計及計算2.1結構總體選型設計2.1.1確定攪拌釜內徑及圓筒高度（不含封頭）已知：有效容積=1.5m,=0.70.85H/D=22.5首先，試取=0.75V總=Vg/=1.5/0.75=2.0m假設 Di=1.5m由 (/4)Di2H=V總 即（/4）1.52H=2.0H=1.1mH/D=1.1/1.5=0.73 不在22.5范圍，不合要求重新假設 ：Di=1.0m由 （/4）Di2H=V總 即（/4）1.02H=2.0H=2.5mH/D=2.5/1.0=2.5 ,基本符合要求取H=2.4m進一步校核：V總=(/4)D2H+2V封頭試選封頭：公稱直徑DN=D i=1.0m=1000mm選用標準橢圓型封頭則：曲面高度h1=250mm直邊高度h0=25mm容積 V=0.151m3V總= (/4)Di2H+2V封頭 =（/4）1.02 2.4+20.151=2.2m3=Vg /V總 =1.5/2.2=0.68不在0.70.85 范圍內，不符合要求分析：也即V總 偏大，以致偏小所以 試取H=2.2m;Di =1.0m那么 H/Di =2.2/1.0=2.2m 在22.5范圍內再校核：V總 =（/4）Di2 H+2V封頭 =（/4）1.02 2.2+20.151=2.03= Vg /V總 =1.5/2.03=0.74在0.70.85范圍內，符合要求結論：H=2.2m,Di =1.0m 且：=0.74,H/Di =2.22.2封頭計算2.2.1選材選不銹鋼0Cr18Ni10Ti理由為：0Cr18Ni10Ti具有較高的抗晶間腐蝕能力，可在-196600度溫度范圍內長期使用，比0Cr18Ni9優(yōu)越，因為0Cr18Ni9若長期在水及蒸汽中工作時，有晶間腐蝕傾向。厚度：260mm當t<=20度及在100度，150度時，=137Mpa選標準橢圓形封頭理由為：橢圓形封頭是由半個橢球面和短圓筒組成，直邊段的作用是避免圓筒和封頭的連接焊縫處出現(xiàn)徑向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。由于封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應用較多的封頭之一。2.2.2受內壓(凹面受壓)的橢圓形封頭計算厚度： （2-1）PC =0.6Mpa，Di= 1000mm,t=137MPa取0.85(雙面焊對接焊頭，局部無損檢測 GB150-1998)1所以：=橢圓形封頭最大允許工作應力Pw=(GB150-1998公式7-3)1 (2-2) （其中C1=0.6,GB4237-92 ,當鋼板厚度為>5.5 7.5mm,負偏差C1=0.6)圓整：取名義厚度=4mm=-C=4-0.6=3.4mm所以, Pw=MPaMPa<Pw 符合要求。2.2.3受外壓(凸面受壓)橢圓形封頭夾套封頭=O.14MPa 假設 =4mm,=-C=4-0.6=3.4mmR0=K1D0=0.91008=907.2mm其中 K1=0.9, GB150-1998 表7-21 ，標準橢圓形封頭的K1 值所以 R0 /=907.2/3.4=266.8A=0.125/266.8=0.0005 (2-3) 查圖 GB150-1998 圖6-81，B=63MPa p=63/266.8=0.24MPa (2-4)Pc<p,相差過大,但根據(jù)封頭標準（壓力容器與化工設備實用手冊12Di=1000mm時，=4mm所以 封頭=4mm2.3圓筒計算2.3.1受內壓圓筒的強度設計取設計壓力=0.6MPa計算實際液面高度 (2-5)則 液柱高h=L1+h0+h1=1700+25+250=1975mm液柱壓強：5%Pd =0.05 0.6=0.03MPa所以 所以 忽略所以計算壓力Pc=0.6MPa又已知：設計溫度圓筒內徑 Di=1000mm圓筒高度 H=2200mm 材料：選用不銹鋼 ，理由同選封頭當，及在厚度：取0.85(雙面焊對接焊頭，局部無損檢測)計算厚度： = (2-6)設計厚度：名義厚度：其中 C1=0.6mm,理由同上所以 圓整：檢查：時，所以 合理。2.3.2圓筒外壓校核，飽和水蒸氣絕壓P=143.3KN/m2 Pc=0.1433MPa又由上可知：液位在圓筒中的長度為1.7m所以 夾套往上延伸100mm至1.8m處，以保證傳熱充分?！暗氉⒁獾氖菉A套高度一般應不低于料液的高度，應該比器內液面高出50100mm左右，以保證充分傳熱”攪拌設備設計 上?？茖W技術出版社，1985年11月第一版，陳乙崇主編7所以 L=1800+h0+(1/3)h1=1800+25+(1/3)250=1908mmD0=所以 L/D0=1908/1008=1.9D0/=1008/3.4=296.5>20所以為薄壁圓筒查表 GB150-1998 圖6-21得 A=0.00013 ,落在A-B曲線左方所以 (2-7)下面求E(插值法)已知：材料為0Cr18Ni10Ti 當時，E=當時，E=（GB150-1998 圖6-8）1所以：所以 Pc>P,不符合要求再假設名義厚度 L=1908mm所以 L/D0=1908/1010=1.9D0/=1010/4.4=230查表：GB150-1998 圖6-2 A=0.00021在時，再查GB150-1998 圖6-8 1得B=25MPa所以 P= (2-8)Pc>P,不符合要求再假設 名義厚度 L=1908mm所以 查表 GB150-1998 圖6-2 1得 A=0.00025在下 再查 GB150-1998 圖6-81得 B=32.5所以 Pc=0.14MPa<P且較接近所以符合要求所以取圓筒又前已算得，封頭考慮到相差不大，和制造的方便和經(jīng)濟性，將封頭圓整也即：封頭。2.4攪拌器計算及相關2.4.1攪拌器選型已知：物料粘度試選開啟渦輪式攪拌器（直葉）按標準值計算：取槳葉數(shù) N=85rpm=1.417r/s攪拌軸功率計算：雷諾準數(shù)：查得功率準數(shù)：P0=3.5單層攪拌功率：從上計算結果可見，單層功率明顯偏小，且線速度V=1.3m/s與直葉開啟式渦輪攪拌器V=410m/s也不相符所以，綜上試選直葉槳式攪拌器平直槳葉其槳葉面的運動方向與槳葉面垂直，當槳葉在低速旋轉時，液體主要為水平環(huán)向流動；當槳葉的旋轉速度增高時，液體流向的主要部分變?yōu)閺较蛄鲃?；故在正常運轉時，平直槳葉的槳式攪拌器屬于徑流型攪拌器。，取所以 n=85rpm=1.417r/s2.4.2計算攪拌器的攪拌功率已知：，n=1.417r/s 物料粘度，雷諾準數(shù)：查表：壓力容器與化工設備實用手冊圖3-2-212功率準數(shù) P0=6單層攪拌器功率： (2-9)，k2取1所以 k=k1k2=2所以 取三層攪拌器：各層攪拌器的功率準數(shù)（壓力容器與化工設備實用手冊）12總功率準數(shù)： (2-10)=6+（6+6）1=18所以 三層攪拌器的總功率：2.4.3攪拌器固定螺釘剪切強度校核圖2-1攪拌器當攪拌器與攪拌軸采用螺栓夾緊，軸上螺釘固定結構時，可略去螺栓夾緊力的作用，僅核算軸上螺釘?shù)募羟袕姸?。核算公式為?(2-11)式中 ， 攪拌軸上每個攪拌器的扭矩，螺栓的剪切應力，MPa螺栓材料的許用剪切應力,MPa;:螺釘直徑,mm:攪拌軸直徑,mm:每層攪拌器的設計功率,kW;:攪拌器轉速,r/min先求出已知:,Z=3以上各量分別為:電動機額定功率;:攪拌機傳動裝置各零部件的傳動效率;:機械密封處的摩擦損耗功率kW;Z:軸上相同攪拌器的層數(shù);所以1所以 又已知: =12mm, =80mm所以可求即: 又由GB150-1998,1可知:當時,不銹鋼0Cr18Ni9的可見: <,符合要求.2.4.4 直葉槳式攪拌器強度計算圖2-2直葉槳式攪拌器所受的彎矩 (2-12)所以在y-y軸的抗彎斷面模數(shù)對于無加強筋槳葉, (2-13)式中:b:槳葉寬度,mm;:斷面上的螺栓數(shù):螺栓孔直徑,mm;槳葉有效寬度,mm且:槳葉名義厚度,mm已知:b=50mm, =1(攪拌器直徑<600)=12mm=12-0.6-0=11.4mm所以 彎曲應力校核公式為: (2-14)而 (2-15)查GB150-19981得:當時,不銹鋼0Cr18Ni10Ti的可取不銹鋼安全系數(shù)取為3.5所以,符合要求.2.4.5攪拌器的排出液性能、剪切性能、混合性能排出液性能徑流型和軸流型槳葉攪拌器在運轉時分別向徑向、軸向排出高速液體并攜帶周圍的液體形成水平循環(huán)液流、軸向循環(huán)液流；它們均屬于宏觀液流。這些排出的液體將攪拌器的旋轉動能傳遞給容器內各處的液體，同時又將容器內各處的液體順序循環(huán)回到攪拌器附近，從而達到了攪拌混合作用。剪切性能當被攪拌的液體達到高速流動時，由于液體的粘性，在液層之間會產生剪切力，此剪切力會在周圍的液體表面上產生許多微型渦流，這些微型渦流受瞬時速度的波動會產生湍動，這種液體的微型渦流和湍動均屬于微觀液流。微觀液流能使液體局部混合和液體界面的更新，從而促進了液體的混合、分散、傳質和傳熱過程。攪拌器對液體產生的剪切力正比于液體線速度的平方。對于恒功率的攪拌器具有下列特性攪拌器直徑大，轉速低的攪拌器產生的液體體積排出量大而剪切力小攪拌器直徑小，轉速高的攪拌器產生的剪切力大而液體體積排出流量小混合性能混合是液體攪拌的目的，故攪拌器的混合性能是攪拌器的重要性能。攪拌器的混合性能與其排出液性能和剪切性能有關，攪拌器排出液循環(huán)量大，液體的混合就均勻；攪拌器的剪切力大，液體的局部混合和分散就安全攪拌強度攪拌器的攪拌強度是指攪拌器在恒轉速下達到規(guī)定混合效果所需的時間。所需時間越短，表示攪拌強度越高。另一表示方法，即攪拌器在一定的時間內達到規(guī)定的混合效果所需的攪拌器轉速，轉速越低，表示攪拌強度越高。攪拌效率攪拌器的攪拌效率是評定在獲得規(guī)定的混合效果下，攪拌器功率消耗的大小，消耗功率越小，則攪拌效率越高。攪拌效率的高低攪拌器的形式，結構尺寸、轉數(shù)和相配容器底部形狀及內件等因素2.5計算電動機功率 (2-16)前已算出：選機械密封，理由為“填料密封的功率損失較大，機械密封則較小”攪拌設備設計 (2-17)取 所以 當轉速在16160 rpm范圍中時，可取擺線針齒行星減速機，再由壓力容器與化工設備實用手冊 12可知，當減速機為擺線針齒行星減速機時，攪拌機傳動裝置各零部件的傳動效率>0.9,所以取=0.95 所以 機械密封選非平衡型雙端面機械密封，理由為：介質壓力較低時（設計壓力P0.6MPa）,可選用非平衡型雙端面機械密封。雙端面機械密封有兩個密封面，且可在兩密封面間空腔中注入中性液體，使其壓力略大于介質的操作壓力，起到堵封與潤滑的雙重作用，故密封效果好（壓力容器與化工設備實用手冊12）容器總高：H+2（h0+h1）=2200+2(25+250)=2750mm初步估計懸臂長：3m>>2m所以選雙支點機架（壓力容器與化工設備實用手冊圖3-5-4）122.6攪拌軸的機械計算及相關2.6.1攪拌軸機械計算的基本條件1攪拌器應浸入呈連續(xù)相的液體中2攪拌器進出口的介質流動對作用在攪拌軸上的流體徑向力無顯著的干擾3將用剛性聯(lián)軸器連接的可拆軸看作是整體軸。4密封部件作用在軸上的力和軸承的柔度不予考慮5認為攪拌器及軸上其他零件的重力，慣性力，和流體作用力均作用在這些零件軸套的中部。攪拌軸上零件如有幾個軸套，則將這些力近似地均分成幾個部分，每一部分的力作用在每一個軸套的中部。6當位于軸承以外的軸的外伸部分長度不超過單跨軸跨長的30%，或不超過懸臂軸懸臂長的30%，而且裝在該外伸軸上的零件質量不大于裝在跨度中間或懸臂部分上單個零件的質量時，則對位于軸承以外的軸不予考慮。7計算軸的臨界轉速時，對于深度小于0.1d的鍵槽和直徑大于0.9d的局部環(huán)行溝槽可不予考慮8對于懸臂軸，其懸臂和跨間兩個軸段各自應是等直徑軸段9在等直徑軸段內，允許其上存在最大與最小直徑差不大于5%，以此設計其最終軸徑的區(qū)段。2.6.2. 攪拌軸機械計算按扭轉變形計算攪拌軸軸徑攪拌軸功率：攪拌軸轉速：n=85rpm攪拌軸扭矩：為傳動側軸承之前的傳動裝置傳動效率已取0.95所以 攪拌軸許用扭矩角 （85-20）+=攪拌軸直徑： (2-18)校核攪拌軸的臨界轉速H1=279mma=620mm安裝底蓋：s=50mmb=H1+s=279+50=329mmc=H+2(h0+h1)-C0=2150mm其中，H1：機架下軸承距機架座底面的距離，mm;:機架兩支點軸承之間的距離，mm;:安裝底蓋的高度，mm;H：圓筒長度,mm;:封頭直邊長度,mm;：封頭曲面高度,mm;：底層攪拌器距釜底高度,mm;所以 L1=b+c=329+2150=2479mma=620mm攪拌軸的有效質量 (2-19) =每一個攪拌器質量：每一個攪拌器的附加質量系數(shù)：（壓力容器與化工設備實用手冊）12，b=50 (2-20)攪拌軸有效質量在軸端S處的相當質量W (2-21)第二層攪拌器的有效質量 在軸端S處的相當質量W2 (2-22)第三層攪拌器的有效質量在軸端S處的相當質量W3 (2-23)第一層攪拌器的有效質量在軸端S處的相當質量W1所以 在軸端S處所有相當質量的總和攪拌軸臨界轉速：已知：不銹鋼0Cr18Ni10Ti 的1 (2-24)校核：可見 安全攪拌軸的強度校核：攪拌軸的許用剪應力0Cr18Ni10Ti 的拉伸強度（壓力容器與化工設備實用手冊12）攪拌軸的扭矩： (2-25)每個攪拌器上的流體徑向力系數(shù)K1根據(jù)由表3-4-412查得： （由表3-4-8查得） （由表3-4-5查得） （由表3-4-6查得） （由表3-4-7查得）（壓力容器與化工設備實用手冊 12）每個攪拌器上的流體徑向力 (2-26)攪拌軸在L1長度內的質量 攪拌軸與攪拌器的組合質量攪拌器的許用偏心距e平衡精度G=6.3mm/s(壓力容器與化工設備實用手冊 12)攪拌軸與攪拌器的組合質量因偏心距引起的離心力 (2-27)=4.3N攪拌軸與攪拌器的組合質量（）的重心距軸承的距離 (2-28)=1615.2mm攪拌軸的徑向彎矩攪拌軸在攪拌器中為垂直安裝，故 (2-29)=每個攪拌器上的軸向推力按公式3-3-40（壓力容器與化工設備實用手冊 12）因為 所以 ：當量長度為的軸與攪拌器的重力之和=744.44N (2-30)=-952N所以 (2-31)S0=0.25 (2-32) (2-33)=2.03=14.5攪拌軸總彎矩： (2-34)攪拌軸的當量彎矩 (2-35)按強度計算攪拌軸的直徑： (2-36)實際選用，不安全所以 取2.6.3減小軸端撓度、提高攪拌軸臨界轉速的措施縮短懸臂段攪拌軸的長度受到端部集中力作用的懸臂梁，其端點撓度與懸臂長度的三次方成正比。縮短攪拌軸懸臂長度，可以降低梁端的撓度，這是減小撓度最簡單的方法，但這會改變設備的高徑比，影響攪拌效果。增加軸徑軸徑越大，軸端撓度越小。但軸徑增加，與軸連接的零部件均需加大規(guī)格，如軸承、軸封，聯(lián)軸器等，導致造價增加。設置底軸承或中間軸承設置底軸承或中間軸承改變了軸的支承方式，可減小攪拌軸的撓度。設置穩(wěn)定器安裝在攪拌軸上的穩(wěn)定器工作原理是：穩(wěn)定器受到的介質阻尼作用力的方向與攪拌器對攪拌軸施加的水平作用力的方向相反，從而減少軸的擺動量。穩(wěn)定器擺動時，其阻尼力與承受阻尼作用的面積相關，迎液面積越大，阻尼作用越明顯，穩(wěn)定效果越好。采用穩(wěn)定器可改善攪拌設備的運行性能，延長軸承的壽命。綜上，考慮到本設備的實際情況，決定加底軸承2.6.4攪拌軸軸封的選用原則前已選了非平衡型雙端面機械密封，在這再詳細討論一下機械密封的問題。被密封介質為易燃、易爆、有毒物料，可選用機械密封。介質壓力高時（），選用平衡型雙端面機械密封；介質壓力低時（P0.6MPa）選用非平衡型雙端面機械密封或非平衡型單端面機械密封。被密封介質為一般物料，選用單端面機械密封。介質壓力高時（），選用平衡型機械密封；介質壓力低時（P0.6MPa），選用非平衡型機械密封。密封要求高，攪拌軸和傳動軸承受較大徑向力時，應選用帶內置軸承的機械密封；但機械密封的內置軸承不能作為軸的支點。機械密封的運轉溫度，攪拌軸（傳動軸）的圓周線速度v>1.5m/s時，機械密封應配置循環(huán)保護系統(tǒng)。2.6.5攪拌機傳動裝置的技術要求攪拌機旋轉方向攪拌機傳動裝置的旋轉方向一般為單向旋轉，如需雙向旋轉時，應在圖紙和定貨單上注明。釜內聯(lián)軸器的靜平衡與動平衡試驗攪拌機傳動裝置對旋轉偏擺量要求嚴格或轉速較高時，應對釜內聯(lián)軸器進行動平衡與靜平衡試驗。攪拌機傳動裝置的旋轉精度要求攪拌機傳動裝置組裝完畢后，應測量其旋轉精度，用千分表進行測量。2.6.6傳動軸的結構和使用特點傳動軸軸端應具有裝吊環(huán)的螺孔，在安裝、檢修時可吊起傳動軸。傳動軸上應設有擱肩，以便在裝、拆傳動裝置部件時可將傳動軸垂直放在安裝底蓋的擱臺上，但若設置有底軸承，該結構可省略。2.7擋板當攪拌器沿容器中心線安裝，攪拌物料的粘度不大，攪拌轉速較高時，液體將隨著槳葉旋轉方向一起運動，容器中心部分的液體在離心力作用下涌向內壁面并上升，中心部分液面下降，形成旋渦，通常稱為打漩區(qū)。為消除這種現(xiàn)象，通常可在容器內加入擋板。一般在容器內壁面均勻安裝4塊擋板，其寬度為容器直徑的。本設備轉速并不高，但由于容器筒體較高，液面也較高，最下層的攪拌器以下的液面和最上層的攪拌器以上的液面都較高。若無擋板，且已知轉速較低，物料流型為水平環(huán)向流，攪拌效果不理想。綜上所述，決定均勻安裝4塊擋板。在攪拌容器內設置垂直擋板時，徑流型槳葉攪拌器在容器內擋板的協(xié)助下可獲得較強的軸向流動，這是由于已徑流槳葉端部排出的徑向流液體攜帶周圍的液體（靜止的和流動的）沖向擋板而形成上下循環(huán)流，此時被攪拌的液體既有強烈的對流循環(huán)，又有很強的湍流擴散。這是攪拌過程的最佳流型。2.8夾套計算2.8.1 夾套筒體D2：夾套內徑，mm?。ㄒ螅┧?已知：夾套內蒸汽壓力P=0.14MPa夾套筒體內壓計算：材料為Q235-B由GB150-1998 時，其許用應力1又全焊透，局部無損檢測，取由GB150-1998（5-1）1 (2-37)沒有達到不銹鋼最小厚度，所以取 又要求即符合要求2.8.2夾套封頭受內壓：P=0.14MPa,壓力很小，直接取為與筒體一樣即夾套筒體外表面積：其中，W=62.8kg/m2為當鋼板（壓力容器與化工設備實用手冊表1-1-25）122.9支座校核圖2-3 支座B型耳式支座有較大的安裝尺寸，當容器外面包有保溫層，或者將容器直接放置在樓板上時，宜選用B型。且耳式支座結構簡單輕便。本設備基本符合這種情況，故決定選用B型耳式支座但耳式支座對器壁會產生較大的局部應力。因此，當容器較大或器壁較薄時，應在支座與器壁間加一墊板，墊板的材料最好與筒體材料相同。例如：不銹鋼容器用碳素鋼作支座時，為防止器壁與支座在焊接過程中合金元素的流失，應在支座與器壁間加一不銹鋼墊板6。綜合考慮本設備的具體情況，故應加墊板。采用4個支座均布設置。設定用4個B3型，并按式3-3-1（壓力容器與化工設備實用手冊 12）計算 (2-38)式中：設備總質量（包括殼體及其附件，內部介質及保溫層的質量，kg）:重力加速度，取 ;Ge:偏心載荷，N；k: 不均勻系數(shù)，安裝三個支座時，k=1;安裝三個以上支座時，k=0.83;n: 支座數(shù)量；h:水平力作用點至支座底板之間的距離，mm;:偏心距，mm:螺栓分布圓直徑， (2-39)P：水平力，取水平地震力和水平風載荷二者中的大值，和分別按下兩式計算： N (2-40) (2-41)式中：地震系數(shù)，對7，8，9級地震分別取0.23,0.45,0.9;:風壓高度變化系數(shù)，按表3-3-11選取（壓力容器與化工設備實用手冊）12:10米高度處的基本風壓值，；D0：容器外徑，有保溫層時取保溫層外徑，mm;H0:容器總高度，mm;計算所以筒體表面積=由壓力容器與化工設備實用手冊 12，不銹鋼0Cr18Ni10Ti 的基本重量所以，=所以 =將上面各個部件的質量加起來，可大約估計出總質量m0=3116kg取0.45(8級地震)地震載荷：設備質心高度約為1500mm,取 所以 =P取所以 取P=6871N安裝尺寸其中=1332mm取 =400mm所以 =144KN<Q=30KN計算支座處圓筒所受到的支座約束反力力矩查表 =3.39可見 M<,合格2.10壓力試驗2.10.1 壓力試驗的目的除材料本身的缺陷外，容器在制造（特別是在焊接過程）和使用過程中會產生各種缺陷。為考慮缺陷對壓力容器安全性的影響，壓力容器制造完畢后或定期檢驗時，都要進行壓力試驗。壓力試驗包括耐壓試驗和氣密性試驗。由于本設備的物料為水和除垢劑，都是無毒介質，對人體健康影響幾乎可以忽略。因此，沒有必要做氣密性試驗，僅做耐壓試驗即可。 對于內壓容器，耐壓試驗的目的是：在超設計壓力下，考核缺陷是否會發(fā)生快速擴展造成破壞或開裂造成泄露，檢驗密封結構的密封性能。2.10.2試驗壓力及應力校核由于在相同壓力和容積下，試驗介質的壓縮系數(shù)越大，容器所儲存的能量也越大，爆炸也就越危險，故應選用壓縮系數(shù)小的流體作為試驗介質。常溫時，水的壓縮系數(shù)比氣體要小得多，且來源豐富，因而是常用的試驗介質。 在液壓試驗時要注意的是：為防止材料發(fā)生低應力脆性破壞，液體溫度不得低于殼體材料的韌脆轉變溫度氯離子能破壞奧氏體不銹鋼表面鈍化膜，使其在拉應力作用下發(fā)生應力腐蝕破壞。因此奧氏體不銹鋼制壓力容器進行水壓試驗時，還應將水中氯離子含量控制在25mg/L以內，并在試驗后立即將水漬清除。內壓試驗，公式為： (2-42)式中：試驗壓力，MPa;:設計壓力，MPa;:容器元件材料在試驗溫度下的許用應力，MPa;:容器元件材料在設計溫度下的許用應力，MPa.查 GB150-1998 1當時，不銹鋼0Cr18Ni10Ti=137MPa所以 (2-43)=外壓試驗，由于是以內壓代替外壓進行試驗，已將工作時趨于閉合狀態(tài)的器壁和焊縫中缺陷改以張開狀態(tài)接受檢驗，因而無需考慮溫度修正，其試驗壓力按式確定式中：試驗壓力，MPa;:設計壓力，MPa.=壓力試驗前的應力校核：為使液壓試驗時容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗前必須按式校核試驗時圓筒的薄膜應力壓力試驗前，應按下式校核： (2-44)式中：試驗壓力下圓筒的應力，MPa;:圓筒內直徑，mm;:試驗壓力，MPa;: 圓筒的有效厚度，mm.應滿足下列條件：液壓試驗時， (2-45)式中：圓筒材料在試驗溫度下0.2%屈服強度，MPa;圓筒的焊接接頭系數(shù)。又已知：=0.75MPa,=1000mm;=所以 又取試驗溫度為，此時不銹鋼0Cr18Ni10Ti的205MPa取=205MPa則：可見：，符合條件。第3章 設備安裝調試、使用及維護保養(yǎng)3.1反應釜的試運行設備組裝后必須進行試運轉（空轉和以水代料），不得有不正常的噪音和較大振動等不良現(xiàn)象。試驗前必須向設備內注入約為設備容積70%的水，切勿在設備內無水的情況下進行攪拌器運轉試驗，以免攪拌軸由于受力不均而彎曲。為了發(fā)現(xiàn)問題，孔在運行試驗最少為兩小時，負載運轉試驗最少為4小時，并注意負荷改變后各部件運轉情況的改變。在最低范圍內。為此，在試運轉之前先在填料密封處測量軸的擺動情況（即所謂靜止軸振）。偏擺量是以軸的轉速低于1500為依據(jù)，并因操作壓力不同而異。3.2設備的使用（1）使用設備單位的技術負責人必須對容器的安全技術管理負責。應指定具有壓力容器專業(yè)知識的工程技術人員，負責安全技術管理工作。（2）貫徹執(zhí)行本規(guī)程和有關的壓力容器安全技術規(guī)范；（3）編制壓力容器的安全管理規(guī)章制度；（4）編制壓力容器的年度定期檢驗計劃，并負責組織實施；（5）向主管部門和當?shù)貏趧硬块T報送當年壓力容器數(shù)量和變動情況的統(tǒng)計報表，壓力容器定期檢驗計劃的實施情況，存在的主要問題等；（6）壓力容器的使用單位，必須建立 壓力容器技術檔案；（7）檢驗、焊接和操作人員的安全技術培訓管理；（8）壓力容器使用登記及技術資料的管理。3.3設備的定期檢查3.3.1定期檢查的重要性容器經(jīng)過一段時間使用之后，由于壓力、溫度的頻繁交變作用，將引起材料疲勞，后者由于介質對容器鋼材的腐蝕作用，使壁厚減薄或產生盈利腐蝕開裂等。即使是設計和質量完全符合規(guī)范要求的容器，經(jīng)過一段時間使用后，原有的制造規(guī)范允許存在的缺陷將會發(fā)展，或可能產生新的缺陷。容器是靜止設備，這里“靜止”的含義是相對于機、泵等運動機械設備來說的。她沒有運動機械那種劇烈的磨損、振動、高周次應力疲勞等，但具有另一類苛刻的工作條件。這些苛刻的工作條件為：（1）容器使用溫度和壓力波動的加載和卸壓，使器壁受到較大的交變壓力。由此，在容器整體結構不連續(xù)部位如焊接接頭缺陷部位等應力集中處引起疲勞裂縫。（2）介質對器壁作用，使壁厚減薄因而受壓時薄膜應力加大，或由于晶間腐蝕等是材料塑性、韌性惡化。（3）容器的器壁材料長期受壓力載荷作用，材料將產生蠕變。（4）鋼材的韌性在低溫下將大大降低而存在脆性破裂的可能。（5）由于容器的支座、管道等安裝不當，對容器產生附加應力和振動。（6）壓力容器停用是維護使用保養(yǎng)不當，器壁內外部將受到腐蝕，且腐蝕速度可能比使用時更快。3.3.2附件的檢查 檢查分為兩種：運行檢查：指在運行狀態(tài)下附件的檢查。停機檢查：指在停止運行狀態(tài)下對附件的檢查。運行檢查可與外部檢查同時進行；停機檢查可與內外部檢驗同步進行，也可單獨進行。第4章 結論本設計對所給工況進行了全面考慮，在初步計算完成后，對各個部件的各個參數(shù)進行了多次計算，得到結果就攪拌釜內徑Di=1m,圓筒高度（不含封頭）H=2.2m，封頭厚度=6mm，圓筒厚度=6mm,選用直葉槳式攪拌器，三層攪拌總功率為3200W，Dj=0.5m,使用非平衡型雙端面機械密封，電動機功率Pm=3.5kw,夾套筒體=6mm，夾套封頭=6mm，滿足設計要求。在設計過程中，我本著“安全第一”的設計原則，對每個零部件的安全性進行了細致的計算校核，以確保把設備在正常運行過程中的事故率降到最低。但是主要還是傾向于安全性，所以難免會讓成本略有偏高，當然現(xiàn)實生產中可以根據(jù)生產條件和要求間進行調整 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鄭津洋，董其伍，桑芝富.過程設備設計3版M.北京：化學工業(yè)出版社.2010致謝這次畢業(yè)設計讓我對實際生產有了一個初步的了解，也算是對大學四年所學的一個濃縮，在畢設過程中遇到過很多困難，也發(fā)現(xiàn)自己尚有很多不足，以后還需多多努力。在這整個畢業(yè)設計過程中我一直得到我們的指導老師朱振華教授的幫助，雖然前一段時間是一邊在外實習一邊做設計，但是朱老師通過通信手段一直耐心幫我解決各種難題，多虧了朱老師的幫助我才能順利完成畢業(yè)設計，同時在這過程中也讓我學到了許多書本學不到的知識，在此對朱老師表示誠摯的謝意，同時也感謝幫助我的別的老師們。30