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文檔簡介
1、<p><b> 摘 要</b></p><p> 攪拌釜式反應(yīng)器適用于各種物性和各種操作條件的反應(yīng)過程,廣泛應(yīng)用于合成塑料、合成纖維、合成橡膠、醫(yī)藥、農(nóng)藥、化肥、冶金、廢水處理等行業(yè)。本次設(shè)計(jì)的聚酯處理釜屬于攪拌器一類的化工設(shè)備,通過槳葉進(jìn)行攪拌,使聚酯與氮?dú)饣旌暇鶆?,使氮?dú)庠诰埘ブ泻芎玫娜诤吓c分散,同時(shí)強(qiáng)化相間的傳熱傳質(zhì)(研究表明:向酯化反應(yīng)器通入氮?dú)?,有利于提高聚酯酯?/p>
2、反應(yīng)速度,平均酯化反應(yīng)速度比常規(guī)工藝提高19.18%。其中,向酯化反應(yīng)器氣相通入氮?dú)猓セ磻?yīng)速度比常規(guī)工藝提高27.7%。)。</p><p> 攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,化工生產(chǎn)及化工工藝過程中的各種化學(xué)變化都以參加反應(yīng)物料的充分混合為前提。本次設(shè)計(jì)在安全可靠的基礎(chǔ)上采用了合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并對(duì)主要受壓元件,如筒體、封頭、夾套厚度均做了詳細(xì)的強(qiáng)度計(jì)算及校核。攪拌裝置設(shè)計(jì)部分主要完成攪拌器、減速器、電動(dòng)機(jī)等
3、的選型以及攪拌軸的直徑設(shè)計(jì)與校核。</p><p> 本次設(shè)計(jì)選用的六直葉圓盤渦輪式攪拌器,是應(yīng)用較廣的一種攪拌器,能有效的完成幾乎所有的攪拌操作,并能處理黏度范圍很廣的流體。為了避免罐內(nèi)形成渦旋,削弱反應(yīng)液的切向流,在罐壁沿周向均布4個(gè)擋板。</p><p> 關(guān)鍵詞:筒體;封頭;攪拌器;夾套;減速機(jī)</p><p><b> Abstract&l
4、t;/b></p><p> Stirred tank reactor is applicable to various physical properties and reactions of various operating conditions,widely used in synthetic plastics, synthetic fibers, synthetic rubber, pharma
5、ceuticals, pesticides, fertilizer, metallurgy, waste water treatment and other industries.The design of the polyester processing vessel is a class of chemical equipment, mixer,paddle for stirring through to participate i
6、n reactions of polyester mixed with nitrogen,so nitrogen in the polyester of good intergrat</p><p> Mixing equipment is widely used in industrial production,chemical production and chemical processes in the
7、 various chemical changes of materials are to participate in the reaction mix as the premise.The design is based on the use of secure reasonable structure design,the main pressure components such as cylinder,head,jacket
8、thickness in detail the strength calculation and checking.Agitator design part mainly completed the tlender, reducer, motor and other selection,and the diameter of shaft desi</p><p> This design selected si
9、x-vertical-leaf disk turbine agitator,a blender which is widely used.It can effectively do almost all of the mixing operation,also can handle a wide range of fluid viscosity.In order to avoid the formation of vortex in t
10、he tank,that can reduce the tangential flow of reaction solution,arrange four baffles in the tank wall along the circumferential.</p><p> Keywords: cylinder;head;blender;jacket;reducer </p><p>
11、<b> 目 錄</b></p><p><b> 引 言1</b></p><p> 第一章 壓力容器類別確定2</p><p> 1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定2</p><p> 1.1.1 設(shè)計(jì)壓力2</p><p> 1.1.2 設(shè)計(jì)溫度2&
12、lt;/p><p> 1.2 容器類別確定3</p><p> 1.2.1 物料性質(zhì)3</p><p> 1.2.2 容器類別確定3</p><p> 第二章 設(shè)備本體的設(shè)計(jì)4</p><p> 2.1 計(jì)算符號(hào)說明4</p><p> 2.2 罐體的設(shè)計(jì)5</
13、p><p> 2.2.1 筒體的設(shè)計(jì)計(jì)算5</p><p> 2.2.2 封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算8</p><p> 2.2.3 確定計(jì)算罐體的體積9</p><p> 2.2.4 夾套的幾何尺寸計(jì)算10</p><p> 2.2.5 水壓試驗(yàn)校核13</p><p> 2.
14、3 附件的選取13</p><p> 2.3.1 接管的選取13</p><p> 2.3.2 觀測(cè)部件的選取15</p><p> 2.3.3 視鏡和手孔的選取16</p><p> 2.4 開孔及開孔補(bǔ)強(qiáng)18</p><p> 第三章 攪拌裝置的設(shè)計(jì)20</p>&l
15、t;p> 3.1 攪拌器的設(shè)計(jì)20</p><p> 3.1.1 攪拌器尺寸確定21</p><p> 3.1.2 攪拌器位置確定21</p><p> 3.2 軸的設(shè)計(jì)校核22</p><p> 3.2.1 攪拌軸上的輸出功率及扭矩22</p><p> 3.2.2 攪拌軸材料
16、的選用22</p><p> 3.2.3 攪拌軸直徑的校核23</p><p> 3.3 聯(lián)軸器的選取24</p><p> 3.4 密封裝置的選取25</p><p> 3.4.1 機(jī)械密封的選取25</p><p> 3.4.2 機(jī)械密封的外形尺寸26</p><
17、p> 3.5 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)26</p><p> 3.5.1 減速機(jī)的選型27</p><p> 3.5.2 電動(dòng)機(jī)的選型28</p><p> 3.5.3 機(jī)架的選型28</p><p> 3.5.4 凸緣法蘭及安裝底蓋的選取29</p><p> 第四章 設(shè)備重量載荷計(jì)算3
18、1</p><p> 4.1 設(shè)備重量計(jì)算31</p><p> 4.2 設(shè)備地震載荷、風(fēng)載荷及偏心載荷的計(jì)算33</p><p> 第五章 支座的選型及設(shè)計(jì)34</p><p> 5.1 支座的選型34</p><p> 5.2 支座載荷的校核計(jì)算35</p><p&g
19、t;<b> 結(jié)論36</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b> 謝辭38</b></p><p><b> 引 言</b></p><p> 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
20、品,用來完成硫化、硝化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過程的壓力容器,例如反應(yīng)器、反應(yīng)鍋、分解鍋、聚合釜等;材質(zhì)一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基(哈氏、蒙乃爾、因康鎳)合金及其它復(fù)合材料。聚酯,由多元醇和多元酸縮聚而得的聚合物總稱。主要指聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET),習(xí)慣上也包括聚對(duì)苯二甲酸丁二酯 (PBT)和聚芳酯等線型熱塑性樹脂。是一類性能優(yōu)異、用途廣泛的工程塑料。也可制成聚酯纖維和聚酯薄膜。本次設(shè)計(jì)的0.8立方米的反應(yīng)釜用于聚酯與氮?dú)?/p>
21、的處理。該反應(yīng)釜是一種攪拌反應(yīng)器,通過槳葉的攪拌使參加反應(yīng)的物料均勻混合,使氣體在液相中很好的分散,強(qiáng)化相間傳熱傳質(zhì)。</p><p> 機(jī)械攪拌式反應(yīng)器可用于均相反應(yīng),也可用于多相反應(yīng),可以間歇操作,也可以連續(xù)操作。反應(yīng)器靈活性大,根據(jù)生產(chǎn)需要,可以生產(chǎn)不同規(guī)格、不同品種的產(chǎn)品,生產(chǎn)的時(shí)間可長可短。可在常壓、加壓、真空下生產(chǎn)操作,可控范圍大。反應(yīng)結(jié)束后出料容易,反應(yīng)器的清洗方便,機(jī)械設(shè)計(jì)十分成熟。但是目前攪拌
22、器的選型和內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計(jì)在很大程度上依賴于實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn),對(duì)放大規(guī)律還缺乏深入的認(rèn)識(shí),對(duì)于能耗和生產(chǎn)成本只能在一定規(guī)模的生產(chǎn)裝置上對(duì)比后才能得出結(jié)論。</p><p> 一個(gè)國家化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度在很大意義上衡量著這個(gè)國家的工業(yè)水平和國防實(shí)力。那么作為化工生產(chǎn)中必不可少的反應(yīng)釜設(shè)備的重要性也日益增強(qiáng)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,需要更多、更好的反應(yīng)釜來進(jìn)行生產(chǎn),這就要求向著低耗損,低成本,高效率和環(huán)保的方向發(fā)展。而適合于中國
23、國情的發(fā)展相對(duì)于歐美的一些發(fā)達(dá)國家還有著不小的差距,所以必須得加快發(fā)展。</p><p> 第一章 壓力容器類別確定</p><p> 1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定</p><p> 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)主要有設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、厚度及其附加量、焊接接頭系數(shù)和許用應(yīng)力等。設(shè)計(jì)參數(shù)是壓力容器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),正確的決定設(shè)計(jì)參數(shù)是保證壓力容器安全合理設(shè)計(jì)的必要條件之一。
24、</p><p> 1.1.1 設(shè)計(jì)壓力</p><p> 設(shè)計(jì)壓力是壓力容器的設(shè)計(jì)載荷條件之一,其值不得低于最高工作壓力。而最高工作壓力系指容器頂部在正常工作過程中可能產(chǎn)生的最高表壓。對(duì)于帶夾套的反應(yīng)釜存在兩個(gè)壓力,即釜內(nèi)設(shè)計(jì)壓力和夾套設(shè)計(jì)壓力。</p><p> 本次設(shè)計(jì)給定釜內(nèi)設(shè)計(jì)壓力為0.05MPa</p><p> 夾套設(shè)
25、計(jì)壓力為0.65MPa</p><p> 1.1.2 設(shè)計(jì)溫度</p><p> 設(shè)計(jì)溫度也為壓力容器的設(shè)計(jì)載荷條件之一,它是指容器在正常工作情況下,設(shè)定的元件的金屬溫度(沿元件金屬截面的溫度平均值)。當(dāng)元件金屬溫度不低于0℃時(shí),設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬可能達(dá)到的最高溫度;當(dāng)元件金屬溫度低于0℃時(shí),其值不得高于元件金屬可能達(dá)到的最低溫度。</p><p>
26、釜內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為t1=120℃</p><p> 夾套內(nèi)設(shè)計(jì)溫度t2=167℃</p><p> 1.2 容器類別確定</p><p> 1.2.1 物料性質(zhì)</p><p> 此反應(yīng)釜內(nèi)的物料聚酯與氮?dú)猓械瑞ざ?、具有一定的腐蝕性。聚酯的密度為0.83g/cm3。</p><p> 1.2.2 容器類別
27、確定</p><p> 1)按壓力等級(jí)分類,由于筒內(nèi)設(shè)計(jì)壓力為0.05MPa小于一個(gè)絕對(duì)大氣壓 </p><p> ?。s0.1MPa)故為真空容器,夾套內(nèi)為0.65MPa在0.1~1.6之間故為低壓容器。</p><p> 2)按容器在生產(chǎn)中的作用分類,反應(yīng)釜主要用于介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng),是反應(yīng)器。</p><p> 3)按我國壓力
28、容器安全監(jiān)察規(guī)程,此反應(yīng)釜為非易燃易爆但具有毒性的低壓容器一類容器。</p><p> 4)按形狀,此容器為圓筒形容器。</p><p> 5)按制造方式,多為焊接結(jié)構(gòu),屬焊接容器。</p><p> 6)按溫度,設(shè)計(jì)溫度為t2=167℃,在-20℃~200℃條件下工作,屬常溫設(shè)計(jì)。</p><p> 第二章 設(shè)備本體的設(shè)計(jì)</
29、p><p> 2.1 計(jì)算符號(hào)說明</p><p> 2.2 罐體的設(shè)計(jì)</p><p> 罐體的設(shè)計(jì)主要包括筒體和封頭的設(shè)計(jì)。</p><p> 由于本設(shè)計(jì)中的罐體總?cè)莘e為0.8m3,內(nèi)徑為0.9m,人不易進(jìn)入維修,而且介質(zhì)具有較大的黏度不易清洗,所以將其設(shè)計(jì)為可拆裝式的反應(yīng)容器。將拆裝位置設(shè)計(jì)在距筒體上端160mm處。</p&
30、gt;<p> 2.2.1 筒體的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p> 工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)備容積為0.8m3,內(nèi)徑Di為900mm。對(duì)于直立式攪拌器容積通常是指筒體和下封頭兩部分容積之和。由文獻(xiàn)[1]查知,反應(yīng)釜容器,筒體的高徑比范圍一般在1.0~2.0之間選取,本設(shè)計(jì)中,由于體積小所以采用高徑比為1.2。此時(shí)筒體的高度為1080mm,圓整為1100mm。</p><p><b
31、> 筒體材料的選取</b></p><p> 本次設(shè)計(jì)給定的釜內(nèi)設(shè)計(jì)壓力為0.05MPa,夾套設(shè)計(jì)壓力為0.65MPa,設(shè)計(jì)的最高溫度為t2=167℃,對(duì)于小型聚酯反應(yīng)釜,由于其具有一定黏度和腐蝕性且工作溫度在167℃,所以在選擇材料時(shí)需要具有一定的耐腐蝕與耐熱性能,而且罐體內(nèi)表面必須光滑以免粘性液體粘附器壁。綜合考慮,材料選用0Cr18Ni9。</p><p>
32、表 2-1 0Cr18Ni9的力學(xué)性質(zhì)</p><p><b> 厚度計(jì)算</b></p><p> 計(jì)算壓力等于設(shè)計(jì)壓力加上液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí),可忽略不計(jì)。</p><p> 聚酯的密度為0.83g/cm3小于水的密度,所以,為保證筒體在水壓試驗(yàn)時(shí)的穩(wěn)定性,按水的密度進(jìn)行計(jì)算。</p>
33、<p><b> ,不可忽略。</b></p><p> 所以筒體的計(jì)算壓力為PC=0.05MPa+0.016MPa=0.066MPa</p><p><b> 設(shè)計(jì)厚度</b></p><p> 焊接接頭為雙面焊對(duì)接接頭100%無損檢測(cè),系數(shù)φ值為1.00</p><p><
34、;b> 筒體厚度計(jì)算</b></p><p> 對(duì)于壓力較低的容器,按強(qiáng)度公式計(jì)算出來的厚度很薄,往往會(huì)給制造和運(yùn)輸、吊裝帶來困難,為此對(duì)殼體元件規(guī)定了不包括腐蝕裕量在內(nèi)的最小厚度δmin,對(duì)高合金鋼制的容器,δmin不小于2mm。這里選用δ為3mm。</p><p> 對(duì)于0Cr18Ni9鋼板,鋼板負(fù)偏差C1=0,腐蝕裕量C2=1mm。(對(duì)于不銹鋼,當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性
35、極微時(shí),可取C2=0;因聚酯具有一定腐蝕性,故取C2=1mm)</p><p> 設(shè)計(jì)厚度δd=δ+C1+C2=3+0+1=4mm</p><p> 參照鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格,因而可取名義厚度δn=6mm。</p><p><b> 檢查</b></p><p> 當(dāng)δn=6mm時(shí),[σ]t沒有變化,故取名義厚度為δn=
36、6mm。</p><p> 所以筒體上半部分的名義厚度為6mm,但下半部分受到夾套內(nèi)壓作用需要進(jìn)行外壓校核。</p><p> b)下半筒體許用外壓校核</p><p> 根據(jù)名義厚度確定外壓的范圍</p><p> 本設(shè)備為帶夾套的筒體,所以當(dāng)根據(jù)內(nèi)壓計(jì)算出筒體厚度時(shí),必須進(jìn)行外壓計(jì)算校核,以確定名義厚度是否適合夾套內(nèi)的壓力。<
37、;/p><p><b> 采用工程設(shè)計(jì)方法</b></p><p> δn=6mm,δe=5mm</p><p><b> mm </b></p><p> 則L/D0=700/912=0.768</p><p> D0/δe=912/5=182.4</p>
38、;<p> 查文獻(xiàn)[1]圖4-6得</p><p><b> A=0.0008</b></p><p><b> 查圖4-9得</b></p><p><b> B=68MPa</b></p><p><b> 則許用外壓</b>&
39、lt;/p><p> 即δn=6mm不符合要求。</p><p> 取δn=8mm,則δe=8-1=7mm</p><p> 則L/D0=700/916=0.764</p><p> D0/δe=916/7=130.9</p><p> 查文獻(xiàn)[1]圖4-6得</p><p><b&
40、gt; A=0.00125</b></p><p><b> 查圖4-9得</b></p><p><b> B=76MPa</b></p><p><b> 則許用外壓</b></p><p> 即δn=8mm不符合要求。</p><
41、p> 取δn=10mm,則δe=10-1=9mm</p><p> 則L/D0=700/920=0.761</p><p> D0/δe=920/9=102.22</p><p> 查文獻(xiàn)[1]圖4-6得</p><p><b> A=0.00175</b></p><p><
42、;b> 查圖4-9得</b></p><p><b> B=78MPa</b></p><p><b> 則許用外壓</b></p><p> 即δn=10mm時(shí),0.65MPa小于且接近許用外壓,所以筒體下半部分名義厚度定為δn=10mm。</p><p> 為便于制造
43、時(shí)準(zhǔn)備材料,同時(shí)保證強(qiáng)度,筒體上半部分名義厚度也取為10mm。</p><p> 2.2.2 封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p> 封頭的材料與筒體一樣,選用0Cr18Ni9。</p><p><b> 1)封頭厚度計(jì)算</b></p><p> 封頭取與筒體相同的厚度為10mm,同樣下封頭要進(jìn)行外壓校核計(jì)算。&l
44、t;/p><p> 2)封頭的許用外壓計(jì)算(由文獻(xiàn)[1]知按外壓球殼步驟計(jì)算)</p><p> 封頭有效厚度δe=δn-C=10-1=9mm</p><p><b> 則</b></p><p> 由文獻(xiàn)[1]圖4-9查得B=73MPa</p><p><b> 則許用外壓<
45、;/b></p><p><b> 則</b></p><p> 所以封頭厚度10mm合理。</p><p> 式中 K1——外壓標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭為0.9</p><p> 選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓形封頭尺寸、內(nèi)表面積、容積如下表</p><p> 表 2-2 受外壓
46、標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭尺寸參數(shù)</p><p><b> 圖 2-1</b></p><p> 2.2.3 確定計(jì)算罐體的體積</p><p> 直立反應(yīng)釜的容積通常由下封頭與筒體的容積兩部分之和確定的。</p><p><b> 筒體的體積為</b></p><p>&l
47、t;b> 下封頭體積為</b></p><p><b> 罐體的容積為</b></p><p> 設(shè)計(jì)要求反應(yīng)釜的容積為0.8m3,計(jì)算的罐體體積為0.811m3,符合要求。</p><p> 2.2.4 夾套的幾何尺寸計(jì)算</p><p><b> 夾套的內(nèi)徑確定</b&g
48、t;</p><p> 按下表,根據(jù)罐體的內(nèi)徑確定夾套內(nèi)徑。</p><p> 表2-3 夾套直徑的確定</p><p> 表中D1與D2分別為筒體與夾套的內(nèi)徑。</p><p> 由表知,夾套內(nèi)徑取D2=D1+100=1000mm。</p><p><b> 夾套高度計(jì)算</b><
49、;/p><p> 夾套高H2按換熱面積計(jì)算</p><p> 工藝條件給定換熱面積為2.6m2,而且下封頭面積為0.945m2。 </p><p><b> 則夾套高度</b></p><p> 將其圓整為600mm,即筒體夾套的高度為H2=600mm。</p><p><b>
50、 夾套厚度計(jì)算</b></p><p> 夾套承受內(nèi)壓作用,設(shè)計(jì)壓力為</p><p> 夾套內(nèi)部盛裝水,則當(dāng)工作時(shí)液柱靜壓力</p><p> 故液柱靜壓力可忽略。</p><p> 夾套筒體厚度的計(jì)算壓力為</p><p><b> 則</b></p>&
51、lt;p> 夾套封頭厚度的計(jì)算壓力為</p><p><b> 則</b></p><p> 由于支座與夾套連接,為保證罐體的穩(wěn)定性與強(qiáng)度,根據(jù)鋼板的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范將夾套筒體與封頭的名義厚度圓整為。</p><p> a.夾套封口錐結(jié)構(gòu)見右圖(r0取80) </p><p>
52、<b> 圖 2-2</b></p><p> b.夾套封頭與容器封頭的連接結(jié)構(gòu)見下圖</p><p><b> 圖 2-3</b></p><p> c.夾套容器底部接管結(jié)構(gòu)如下圖</p><p><b> 圖 2-4</b></p><p>
53、; d.夾套與容器在器底接管處的連接圓直徑,查文獻(xiàn)[3]表10-160:</p><p> 表 2-4 </p><p> DN為80,可取d1為200。</p><p> e.夾套進(jìn)氣管處結(jié)構(gòu)如下圖(注:圖中DN為接管公稱直徑)</p><p><b> 圖 2-5</b></p>
54、<p><b> f.夾套上的排氣口</b></p><p> 在夾套的最高部位應(yīng)裝排氣管口,排除夾套空間頂部的空氣和惰性氣體。排氣管直徑DN>10mm。</p><p> 2.2.5 水壓試驗(yàn)校核</p><p><b> 筒內(nèi):</b></p><p><b>
55、; 則</b></p><p> 則筒體厚度符合要求。</p><p><b> 夾套:</b></p><p><b> 則</b></p><p> 則夾套厚度符合要求。</p><p> 2.3 附件的選取</p><p&g
56、t; 包括接管、法蘭及觀察部件的選取。</p><p> 2.3.1 接管的選取</p><p> 根據(jù)物料的性質(zhì)與工藝特性要求,與筒體相連接管選取不銹鋼管。如下表:</p><p><b> 表 2-5</b></p><p> 管法蘭選用板式平焊法蘭,密封面形式為平面,尺寸見下表/mm:</p>
57、;<p><b> 表 2-6</b></p><p><b> 圖 2-6</b></p><p> 接管外伸長度見下表:</p><p><b> 表 2-7</b></p><p> 2.3.2 觀測(cè)部件的選取</p><p&
58、gt; 由于反應(yīng)釜內(nèi)部設(shè)有攪拌裝置,所以應(yīng)選用帶不銹鋼加強(qiáng)套管的溫度計(jì)接口。如下圖(注:套管及法蘭環(huán)焊材料為0Cr18Ni9)</p><p><b> 圖 2-7</b></p><p><b> 尺寸見下表/mm:</b></p><p><b> 表 2-8</b></p>
59、<p> 2.3.3 視鏡和手孔的選取</p><p> a.視鏡選用不帶頸視鏡,見下圖</p><p><b> 圖 2-8</b></p><p> 視鏡尺寸見下表/mm:</p><p><b> 表 2-9</b></p><p> 視鏡各部
60、件材料見下表:</p><p><b> 表 2-10</b></p><p> b.手孔選用平蓋不銹鋼手孔,見下圖:</p><p><b> 圖 2-9</b></p><p><b> 尺寸見下表:</b></p><p><b>
61、; 表 2-11</b></p><p> 2.4 開孔及開孔補(bǔ)強(qiáng)</p><p> 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)就是指采取適當(dāng)增加殼體或接管厚度的方法將應(yīng)力集中系數(shù)減小到某一許用值。目前通用的、也是最早的開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是基于彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的等面積補(bǔ)強(qiáng)法。</p><p> 由于該反應(yīng)釜體積小,而且為可拆卸式反應(yīng)釜,所以設(shè)計(jì)手孔。手孔尺寸見表2-11。在所
62、有接管中手孔接管直徑最大(DN為150),所以先進(jìn)行手孔接管補(bǔ)強(qiáng)。</p><p> 1)補(bǔ)強(qiáng)與補(bǔ)強(qiáng)方法判別</p><p><b> a.補(bǔ)強(qiáng)判別</b></p><p> 開孔外徑等于159mm,故需另行考慮補(bǔ)強(qiáng)。</p><p> b.補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別</p><p> 開孔直徑d
63、=150mm,封頭開孔直徑 </p><p> ,滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件,故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。</p><p> 2)開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積</p><p> a.封頭計(jì)算厚度(外壓)</p><p><b> ,取5mm 。</b></p><p>
64、; b.開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積</p><p> 先計(jì)算強(qiáng)度削弱系數(shù)=1</p><p><b> 接管有效厚度為</b></p><p> 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算</p><p><b> 3)有效補(bǔ)強(qiáng)范圍</b></p><p><b> a.有效寬度B &
65、lt;/b></p><p> 取大值,故B=304mm</p><p> b.有效高度 外側(cè)有效高度h1</p><p> (實(shí)際外伸高度) 取小值,故h1=27.57mm</p><p><b> 內(nèi)側(cè)有效高度h2</b></p><p> ?。▽?shí)際內(nèi)伸高度)
66、 取小值,故h2=0</p><p><b> 4)有效補(bǔ)強(qiáng)面積</b></p><p><b> 封頭多余金屬面積</b></p><p><b> 封頭有效厚度</b></p><p> 封頭多余金屬面積A1計(jì)算</p><
67、;p><b> 則=380mm2</b></p><p> 由此可知,開孔后不需要另行補(bǔ)強(qiáng),此孔為手孔開孔,是容器上最大開孔,則其他開孔均不需要補(bǔ)強(qiáng)。</p><p> 第三章 攪拌裝置的設(shè)計(jì)</p><p> 3.1 攪拌器的設(shè)計(jì)</p><p> 攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪,是攪拌反應(yīng)器的關(guān)鍵部件
68、。其功能是提供過程所需要的能量和適宜的流動(dòng)狀態(tài)。幾種常用的攪拌器有槳式攪拌器、推進(jìn)式攪拌器、渦輪式攪拌器等。</p><p> 槳式攪拌器主要用在:液-液中用于防止分離,使物料溫度均一,固-液中多用于防止固體沉降,但槳式不能用于以保持氣體和以細(xì)微化為目的的氣-液分散操作。</p><p> 推進(jìn)式攪拌器主要用于液-液系混合、使溫度均勻,在低濃度固-液系中防止淤泥沉降等。</p&g
69、t;<p> 渦輪式攪拌器,是應(yīng)用較廣的一種攪拌器,能有效的完成幾乎所有的攪拌操作,并能處理黏度范圍很廣的流體。</p><p> 按攪拌目的及適用條件,選用有擋板的渦輪式攪拌器。</p><p> 渦輪式攪拌器與軸的連接是通過軸套用平鍵或螺釘固定,軸端加固定螺母。渦輪式攪拌器Dj常取內(nèi)徑Di的0.2~0.5??扇∠禂?shù)為0.4。</p><p>
70、<b> ,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取。</b></p><p> 表3-1 六平直葉圓盤渦輪式攪拌器主要參數(shù)</p><p> 3.1.1 攪拌器尺寸確定</p><p><b> 圖 3-1</b></p><p> 表3-2 六直葉圓盤渦輪式攪拌器尺寸參數(shù),mm</p><p&
71、gt; 另注:因?yàn)閿嚢杵鬓D(zhuǎn)速,所以攪拌器葉輪不需要做靜平衡。</p><p> 3.1.2 攪拌器位置確定</p><p> 反應(yīng)釜的高徑比接近1,且反應(yīng)釜體積較小,液體深度不大,液體在罐中停留時(shí)間較短,所以采用1個(gè)攪拌器。</p><p> 攪拌器位置尺寸關(guān)系見下圖:</p><p><b> 圖 3-2</b&
72、gt;</p><p> 由上圖,取C=400mm,Wb=Di/10=900/10=90mm, Sb=0.5Wb=45mm。</p><p> 3.2 軸的設(shè)計(jì)校核</p><p> 3.2.1 攪拌軸上的輸出功率及扭矩</p><p> 攪拌軸的轉(zhuǎn)速由已知條件知:n2=83r/min,傳動(dòng)裝置機(jī)械效率η=0.92,則傳動(dòng)功率。
73、</p><p><b> 拌軸扭矩:</b></p><p> 3.2.2 攪拌軸材料的選用</p><p> 由文獻(xiàn)[3]中對(duì)攪拌軸工作性質(zhì)及材料的要求,出于介質(zhì)具有腐蝕性,并且工作溫度較高,故選軸材料為0Cr18Ni9。</p><p> 表 3-3 0Cr18Ni9參數(shù)</p><p
74、> 3.2.3 攪拌軸直徑的校核</p><p> 根據(jù)表3-2中攪拌器參數(shù)d為50,初步選定軸徑d=50mm。</p><p> 1)按扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算攪拌軸的軸徑</p><p> 攪拌軸受轉(zhuǎn)矩和彎矩的聯(lián)合作用,扭轉(zhuǎn)變形過大會(huì)造成軸的振動(dòng),使軸封失效,因此應(yīng)將軸單位長度最大扭轉(zhuǎn)角限制在允許范圍內(nèi)。軸轉(zhuǎn)矩的剛度條件為</p><p&
75、gt; 式中 d——攪拌軸直徑,m</p><p> G——軸材料剪切彈性模量,MPa</p><p> TS——軸傳遞的最大轉(zhuǎn)矩,N·m</p><p> ——許用扭轉(zhuǎn)角,對(duì)于懸臂梁</p><p> N0——軸空心系數(shù),N0=0</p><p><b> 故攪拌軸的直徑為</b
76、></p><p> 由于,故軸徑50mm滿足扭轉(zhuǎn)變形要求。</p><p> 2)按臨界轉(zhuǎn)速校核攪拌軸的直徑</p><p> 由于反應(yīng)釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速=83<200,故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。</p><p> 3)按強(qiáng)度計(jì)算攪拌軸的直徑</p><p> 攪拌軸軸徑d2的強(qiáng)度計(jì)算公式為</p&g
77、t;<p><b> (mm)</b></p><p> 式中 ——攪拌軸材料的許用剪應(yīng)力,</p><p> ——攪拌軸材料的抗拉強(qiáng)度,</p><p> Mte——攪拌軸的扭矩和彎矩同時(shí)作用下的當(dāng)量扭矩,N·m</p><p> 式中 Mn——攪拌軸的扭矩,Mn=TS=116.4
78、8 N·m</p><p> M ——攪拌軸的彎矩,M=0</p><p><b> 則</b></p><p> 由于,故軸徑50mm滿足強(qiáng)度要求。</p><p> 綜上,軸徑50mm符合要求。</p><p><b> 4)攪拌軸鍵的選取</b>&l
79、t;/p><p> a.槳葉處與軸連接處,選用C型普通平鍵b=16mm, h=10mm, l=60mm</p><p> b.聯(lián)軸器與軸連接處,選用C型普通平鍵b=14mm, h=10mm, l=50mm</p><p> 3.3 聯(lián)軸器的選取</p><p> 帶短節(jié)聯(lián)軸器用于攪拌機(jī)傳動(dòng)裝置的減速機(jī)出軸與傳動(dòng)軸的連接,并在拆卸聯(lián)軸器的
80、短節(jié)后,能在不拆除減速機(jī)和機(jī)架的條件下,裝、拆機(jī)架的中間支點(diǎn)軸承箱和軸封。</p><p> 該反應(yīng)釜使用整體攪拌軸,則無釜內(nèi)聯(lián)軸器。根據(jù)攪拌機(jī)傳動(dòng)裝置標(biāo)準(zhǔn)零部件的系統(tǒng)組合表,釜外選用A型帶短節(jié)聯(lián)軸器。</p><p> A型帶短節(jié)聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)如下圖:</p><p><b> 圖 3-3</b></p><p>
81、 A型帶短節(jié)聯(lián)軸器主要尺寸見下表(mm):</p><p><b> 表 3-4</b></p><p> 3.4 密封裝置的選取</p><p> 用于機(jī)械攪拌反應(yīng)器的軸封主要有兩種:填料密封和機(jī)械密封。軸封的目的是避免介質(zhì)通過轉(zhuǎn)軸從攪拌容器內(nèi)泄漏或外部雜質(zhì)滲入攪拌容器內(nèi)。</p><p> 機(jī)械密封是把轉(zhuǎn)軸
82、的密封面從軸向改為徑向,通過動(dòng)環(huán)和靜環(huán)兩個(gè)端面的相互貼合,并做相對(duì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到密封的裝置,又稱端面密封。機(jī)械密封的泄漏率低,密封性能可靠,功耗小,使用壽命長,在攪拌反應(yīng)器中得到廣泛地應(yīng)用。故選用機(jī)械密封。</p><p> 3.4.1 機(jī)械密封的選取</p><p> 單面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、維修方便、應(yīng)用廣泛,用于介質(zhì)本身潤滑性好和允許有微量泄漏場(chǎng)合,是較常用的機(jī)械密封形式。&
83、lt;/p><p> 適用條件:設(shè)計(jì)壓力不大于0.6MPa、設(shè)計(jì)溫度-20~150℃。</p><p> 3.4.2 機(jī)械密封的外形尺寸</p><p> 由上分析,選用單端面平衡型機(jī)械密封2001型,如下圖</p><p><b> 圖 3-4</b></p><p> 機(jī)械密封外形尺寸
84、見下表(mm):</p><p><b> 表 3-5</b></p><p> 3.5 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)</p><p> 攪拌設(shè)備傳動(dòng)裝置一般包括減速機(jī)、電動(dòng)機(jī)、機(jī)架、安裝底蓋及凸緣法蘭等。</p><p> 3.5.1 減速機(jī)的選型</p><p> 根據(jù)輸出軸轉(zhuǎn)速n=83r/m
85、in、傳動(dòng)功率P2=1.012kw,選用擺線針輪行星減速機(jī)。其特點(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,重量輕,體積小,承載能力高,工作平穩(wěn)。</p><p> 擺線針輪行星減速機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖:</p><p><b> 圖 3-5</b></p><p> 擺線針輪行星減速機(jī)外形尺寸及安裝尺寸見下表(mm):</p&g
86、t;<p><b> 表 3-6</b></p><p> 減速機(jī)質(zhì)量為43kg。</p><p> 3.5.2 電動(dòng)機(jī)的選型</p><p> 減速器與電動(dòng)機(jī)配套供應(yīng),選用Y2-90S-4型異步電動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)速為1400r/min,質(zhì)量為17kg,PN=1.1kw。</p><p> 3.5.3
87、 機(jī)架的選型</p><p> 按下表選用A型單支點(diǎn)機(jī)架:</p><p><b> 表 3-7</b></p><p> A型單支點(diǎn)機(jī)架結(jié)構(gòu)如下圖:</p><p><b> 圖 3-6</b></p><p> A型單支點(diǎn)機(jī)架尺寸如下表(mm):</p&g
88、t;<p><b> 表 3-8</b></p><p> 3.5.4 凸緣法蘭及安裝底蓋的選取</p><p> 凸緣法蘭及安裝底蓋主要用于容器與傳動(dòng)裝置的連接。</p><p><b> 圖 3-7</b></p><p><b> 1)安裝底蓋</b&
89、gt;</p><p> 用途:標(biāo)準(zhǔn)安裝底蓋用于支撐機(jī)架、軸封(機(jī)械密封)。</p><p> 根據(jù)安裝底蓋、機(jī)架、傳動(dòng)軸、攪拌容器的系列組配,選用RS型安裝底蓋(R:凸面密封,S:傳動(dòng)軸上裝)。RS型安裝底蓋結(jié)構(gòu)如下圖:</p><p><b> 圖 3-8</b></p><p> RS安裝底蓋安裝尺寸見下表
90、(mm):</p><p><b> 表 3-9</b></p><p><b> 2)法蘭選用</b></p><p> 用途:標(biāo)準(zhǔn)凸緣法蘭用于連接攪拌機(jī)傳動(dòng)裝置的安裝底蓋。</p><p> 選用R型凸緣法蘭,結(jié)構(gòu)如下圖:</p><p><b> 圖
91、 3-9</b></p><p> 尺寸見下表(mm):</p><p><b> 表 3-10</b></p><p> 第四章 設(shè)備重量載荷計(jì)算</p><p> 4.1 設(shè)備重量計(jì)算</p><p> 1、筒體質(zhì)量 m1 </p><p>
92、查《壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-1-22得,0Cr18Ni9的基本質(zhì)量為。又知筒體厚度為10mm,表面積為</p><p><b> 則筒體質(zhì)量 </b></p><p> 2、封頭質(zhì)量 m2 </p><p><b> 3、夾套質(zhì)量 m3</b></p><p> 夾套厚度為8mm,換熱面積為
93、2.6m2。夾套材料選用0Cr18Ni9,則基本質(zhì)量為。</p><p><b> 則 </b></p><p><b> 4、電機(jī)質(zhì)量 m4</b></p><p><b> m4=17kg</b></p><p> 5、減速器質(zhì)量 m5</p><
94、;p><b> m5=43kg</b></p><p> 6、機(jī)架、凸緣法蘭、安裝底蓋、可拆卸法蘭及螺栓螺母質(zhì)量 m6</p><p> m6=83+26+25+160.6=294.6kg</p><p> 7、視鏡、手孔、測(cè)溫孔質(zhì)量 m7</p><p> m7=6.8+16.2+6.5=29.5kg&
95、lt;/p><p><b> 8、接管質(zhì)量 m8</b></p><p> m8=1.26+0.32+0.60+0.17+1.26+0.60+0.32+0.32=4.85kg</p><p> 9、管法蘭及法蘭蓋質(zhì)量 m9</p><p> m9=(2.94+0.73+1.51+0.60+2.94+1.51+0.73
96、+0.73)</p><p> +(3.86+0.82+1.86+0.66+3.86+1.86+0.82+0.82)=26.25kg</p><p> 10、釜內(nèi)擋板質(zhì)量 m10</p><p><b> m10=9.2kg</b></p><p> 11、攪拌器質(zhì)量 m11</p><p&g
97、t; m11=6.13kg</p><p> 12、A型帶短節(jié)聯(lián)軸器質(zhì)量 m12</p><p> m12=9.62kg</p><p> 13、軸質(zhì)量 m13</p><p> 14、夾套內(nèi)水的質(zhì)量 m14</p><p> 15、工作時(shí)筒體內(nèi)物料質(zhì)量 m15</p><p>
98、16、反應(yīng)釜內(nèi)水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量 m16</p><p><b> 綜上,</b></p><p> 容器凈重(最小質(zhì)量):</p><p><b> 容器的操作質(zhì)量</b></p><p><b> 容器的最大質(zhì)量</b></p><p>
99、4.2 設(shè)備地震載荷、風(fēng)載荷及偏心載荷的計(jì)算</p><p> 由于設(shè)備是在室內(nèi)安裝,且設(shè)備高度較低故可不考慮設(shè)備的風(fēng)載荷。對(duì)于室外安裝設(shè)備,當(dāng)設(shè)備高徑比大于5或高度大于10m時(shí),要計(jì)算風(fēng)載荷,雖然頂部有傳動(dòng)裝置,但因其直徑較小故可以不用考慮風(fēng)載荷,偏心載荷、地震載荷也可忽略。</p><p> 第五章 支座的選型及設(shè)計(jì)</p><p> 5.1 支座的選
100、型</p><p> 支座是用來支承容器及設(shè)備重量,并使其固定在某一位置的壓力容器附件。立式容器支座有耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座等四種支座。中、小型直立容器常采用前三種支座,高大的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。</p><p> 耳式支座廣泛應(yīng)用于反應(yīng)釜及立式換熱器等直立設(shè)備上。優(yōu)點(diǎn)是簡單、輕便,但對(duì)器壁會(huì)產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力。</p><p> 支承
101、式支座,對(duì)于高度不大、安裝位置距基礎(chǔ)面較近且具有凸形封頭的立式容器,可采用支承式支座。它的主要優(yōu)點(diǎn)是簡單方便。</p><p> 腿式支座具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、安裝方便等優(yōu)點(diǎn),并在容器下面有較大的操作維修空間。但當(dāng)容器上的管線直接與產(chǎn)生脈動(dòng)載荷的機(jī)器設(shè)備剛性連接時(shí),不宜選用腿式支座。</p><p> 裙式支座,對(duì)于比較高大的立式容器,特別是塔器,應(yīng)采用裙式支座。</p>
102、<p> 綜上考慮,選用A型支承式支座。</p><p> 查文獻(xiàn)[4],根據(jù)夾套DN900mm,選用A1型支承式支座,先設(shè)定支座數(shù)量為4,每個(gè)支座的允許載荷[Q]=20kN。根據(jù)封頭δ為8mm,查得安裝高度為525mm。</p><p><b> 支座最大載荷為:</b></p><p> A1型支承式支座尺寸如下表:<
103、;/p><p> 表5-1 A1型支承式支座的尺寸(mm)</p><p> A1型支承式支座結(jié)構(gòu)如下圖:</p><p><b> 圖 5-1</b></p><p> 5.2 支座載荷的校核計(jì)算</p><p> 支座實(shí)際承受的載荷按下式近似計(jì)算:</p><p&
104、gt; Ge=0,m0=1816.96kg,k=0.83,n=4,p=0,Se=0</p><p> 因?yàn)?,所以選用4個(gè)A1型支承式支座能滿足支座自身的承載要求。</p><p><b> 結(jié) 論</b></p><p> 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì),通過這次比較完整的聚酯處理釜設(shè)計(jì),我擺脫了單純的理論
105、知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài),和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí),解決實(shí)際工程問題的能力,同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平,而且通過對(duì)整體的掌控,對(duì)局部的取舍,以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理,都使我的能力得到了鍛煉,經(jīng)驗(yàn)得到了豐富,并且意志品質(zhì)力,抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。</p><p> 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁
106、多,過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種部件的適用條件、各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)、各種鋼材的焊接方式,我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我提前了解了這些知識(shí),這是很珍貴的。</p><p> 在完成各部件設(shè)計(jì)計(jì)算之后,按1:5的比例繪制了A0號(hào)裝配圖以及一張A1號(hào)兩張A2號(hào)零件圖,并制作了技術(shù)特性表和管口表。繪圖過程中,復(fù)習(xí)鞏固了尺寸標(biāo)注及公差配合的知識(shí)。這些都為今后走上工作崗位打下了堅(jiān)
107、實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 鄭津洋,董其伍,桑芝富.過程設(shè)備設(shè)計(jì).北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2005</p><p> [2] 賀匡國等.化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計(jì)手冊(cè).北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2002</p><p> [3] 朱有庭等. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)(上、下卷)
108、.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2004</p><p> [4] 董大勤、袁鳳隱. 壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè).北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2006</p><p> [5] GB150-1998鋼制壓力容器.國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布.1998-10-01實(shí)施</p><p> [6] HG20592-20653-97鋼制管法蘭、墊片、緊固件.中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部發(fā)布.1998-02
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113、 John F.Harvey,P.E. Theory and Design of Pressure Vessels. Second Edition. New York. Van Nostrand Peinhold Company. 1991</p><p><b> 謝 辭</b></p><p> 在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際,我真心地感謝我的指導(dǎo)教師XX老師,在這三個(gè)
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