夹套搅拌反应器设计.docx

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夹套搅拌反应器设计

化工设施基础

夹套搅拌反响器设计

课程设计说明书

设计题目夹套搅拌反响器设计

学生

学号

专业班级

指导老师耿绍辉

化工设备基础

1

化工设施基础

夹套搅拌反响器设计

第一章设计方案简介

1.1反响釜的基本构造

1.2反响釜的机械设计依照

第二章反响釜机械设计的内容和步骤

第三章反响釜釜体的设计

罐体和夹套计算

3.2厚度的选择

3.3设施支座

3.4手孔

3.5选择接收、管法兰、设施法兰

第四章搅拌转动系统设计

4.1转动系统设计方案

4.2转动设计计算：

定出带型、带轮有关计算

4.3选择轴承

4.4选择联轴器

4.5罐体搅拌轴的构造设计、搅拌器与搅拌轴的连结构造设计

4.6电动机选择

第五章绘制装置图

第六章绘制大V带轮零件图

第七章本设计的评论及心得领会

第八章参照文件

第一章设计方案简介

2

化工设施基础

夹套搅拌反响器设计

搅拌设施在石油、化工、食品等工业生产中应用范围很广，特别是化学

工业中，好多的化工生产或多或少地应用着搅拌操作，化学工艺过程的各种

物理过程与化学过程，常常要采纳搅拌操作才能获得好的成效。

搅拌设施在

很多场合时作为反响器来应用的，而带搅拌的反响器则以液相物料为特色，

有液-液、液-固、液-气等相反响。

搅拌的目的是：

1、使互不相溶液体混淆平均，制备平均混淆液、乳化

液、增强传质过程；2、负气体在液体中充足分别，增强传质或化学反响；3、

制备平均悬浮液，促进固体加快溶解、浸取或发生液-固化学反响；4、增强

传热，防备局部过热或过冷。

所以依据搅拌的不一样目的，搅拌成效有不一样的

表示方法。

搅拌操作分为机械搅拌随和流搅拌。

气流搅拌是利用气体鼓泡经过液体层，对液体产生搅拌作用，或负气泡群以密集状态上涨借所谓气升作用促进液体产生对流循环。

与机械搅拌对比，仅气泡的作用对液体所进行的搅拌时比较弱的，所以在工业生产，大部分的搅拌操作均是机械搅拌。

本设计实验要求的就是机械搅拌搅拌器设施的设计按照以下三个过程：

1依据搅拌目的和物理性质进行搅拌设施的选型。

2在选型的基础进行工艺设计与计算。

3进行搅拌设施的机械设计与花费评论。

在工艺与计算中最重要的是搅拌功率的计算和传热计算。

1.1反响釜的基本构造

3

化工设施基础

夹套搅拌反响器设计

反响釜是化工生产中常用的典型设施，一台反响釜大概由：

釜底部分、传热、搅拌、转动及密封等装置构成。

釜底部分有包含物料反响的空间，由筒体及上下封头所构成。

传热装置是为了送入或带走热量。

搅拌装置由搅拌器及搅拌轴所构成。

为使搅拌器转动，就需要有动力装置，如电动机经V带传动、蜗杆减速机减速后，再经过联轴器带动搅拌器转动。

反响釜的上下密封装置有两种种类：

静密封是指管法兰、设施法兰等处的密封；动密封是指转动轴出口处的机械密封或填料密封等。

反响釜上海依据工艺要求配有各样管接口、人孔、手孔、视镜及支座等零件。

1.2反响釜的机械设计依照

反响釜的机械设计是在工艺要求确立以后进行的。

反响釜的工艺要求往常包

括反响釜的容积、最大工作压力、工作压力、工作温度、工作介质及腐化状况、

传热面积、搅拌形式、转速及功率、装置哪些接收口等几项内容。

这些要求一般

以表格及表示图反应在工艺人员提出的设施设计要求单中。

第二章反响釜机械设计的内容和步骤

⑴确立反响釜的构造型式和尺寸

⑵选择资料

⑶计算强度或稳固性

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化工设施基础

夹套搅拌反响器设计

⑷采纳零零件

⑸绘制图样

⑹提出技术要求

第三章设施的计算和选择

3.1反响釜釜体的设计

3.1.1筒体的直径与高度

A确立筒体和封头型式：

从要求单上所列的工作压力及温度以及该设施之工艺性质，能够看出它是属于带搅拌的低压反响釜种类，一类低压容器。

依据老例，选择圆柱筒体

和椭圆形封头。

B确立筒体和封头直径：

筒体的基本尺寸是内径Di和高度H，以下图

筒体的基本尺寸第一决定于工艺要求。

关于带搅拌器的反响釜来说，设施容积为主要决定参数，依据化工设施原理知识，搅拌功率和搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器直径常常需要随容器直径的增大而增大，所以在相同的容积条件下，反响釜的直径太大是不适合的，又如某些有特定要求的反响釜如发酵罐之类，为了使通入罐中的空气能与发酵液充足接触，需要必定

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化工设施基础

夹套搅拌反响器设计

的液位高度，故筒体的高度不宜太矮，分局依据实践经验，几种反响釜的H/Di

值大概以下：

种类

釜内物料种类

H/Di

一般反响釜

液固相或液液相物料

气液相物料

1~2

发酵罐种类

聚合釜

悬浮液

在确立反响釜直径及高度时，还应依据反响釜操作时所同意的装满程度

------装料系数k等赐予综合考虑，往常装料系数k可取0.6到0.85。

如反响

时易起泡沫或呈沸腾状态，装载系数k可取低值，如取0.6到0.7；反响状态平

稳，系数k可取0.8到0.85。

所以设施容积V与操作容积V，应有以下关系：

V0=k·V。

在生产中要合理采纳装料系数，以提升设施利用率。

工艺条件单中所提出的设容积，对直立的反响釜来说，往常是由=指圆柱形

筒体及下封头所包括的容积，即

V=Vb+Vh，式中Vb------设施筒体部分容积，m^3

Vh------封头容积，m^3

依据V及选定的H/Di值，能够初步估量反响釜的内径，取

V

D2

?

H

4

i

或

V

D3

?

H

4

i

Di

则D

4V

3H

?

Di

以选定的H/Di值带入上式，即可初步估量反响釜的内径。

以上计算往常在工艺的要求设计中进行，初步估量出Di数值后，还要考虑

使用反响釜内径切合压力容器公称直径的标准，以及制造厂现用封头磨具的尺寸，

以便封头与之配套，和与之相当的零件如法兰等能够标准化。

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夹套搅拌反响器设计

封头依据筒体直径Di及所确立的型式按标准采纳。

关于直立反响釜，其圆柱部分筒体高度可有一下公式计算

H

VVh

V1

本设计中，V=5.3m^3，从以下表中

图1

H/Di1

3

4

D

1

公称直径标准系列，D取1800mm

C确立筒体高度

当DN=1800mm，从表中查得

图2

标准椭圆形封头的容积Vh=0.827m^3

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化工设施基础

夹套搅拌反响器设计

图3

查得筒体每一米高的容积V1=2.545m^3

则筒体高度估量为：

V-Vh

H

V1

取H为1800mm，于是H/D1800/18001

D确立夹套直径

图4

查得，Dj=Di+100=1800+100=1900mm。

夹套封头也采纳椭圆形，并与夹套筒

体去取相同直径。

E确立夹套高度

夹套筒体的估量高度以下：

V-Vh

Hi

V1

取Hi为1400mmF校核传热面积

当DN=1800mm时从表中查得封头内表面积Fh=3.6535mm^2F1=5.66m^2

·F1=9.8795m^2

计算所得传热面积大于工艺要求的8m^2，说明以上确立夹套高度是能够的。

G内筒及夹套的受力剖析

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化工设施基础

夹套搅拌反响器设计

工艺供给的条件为：

釜体内筒中工作压力，夹套内工作压力

。

则夹套筒体和夹套封头为蒙受；而内筒的筒体和下封头为

既蒙受2.2Mpa内压，同时又蒙受2.3Mpa外压。

H计算夹套筒体、封头厚度

夹套筒体与内筒的环焊接，因检测困难，故取0.6，资料均取Q235

钢

夹套厚度计算以下：

图5

t

取99

d

pDi

C2

1.1

2.3

1900

t

299

0.6

243.3mm

2

p

Di

1.1

2.3

1900

d

p

t

C2

2

2

p

夹套封头厚度计算：

圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准，夹套筒体与封头厚度均取46mm。

I计算内筒筒体厚度：

d

pDi

C2

1800

t

299

2

2

p

当名义厚度为30mm时，不可以知足稳固要求，当名义厚度为

34mm时

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化工设施基础

夹套搅拌反响器设计

图6

图7

B=160

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夹套搅拌反响器设计

p

B

160

2.3Mpa

D0/e

1892/3.2

所以，名义厚度既可能蒙受内压，又可能蒙受外压。

所以筒体厚度应选

取二者中较大值，既确立筒体厚度为34mm。

J确立内压封头厚度

蒙受2.2Mpa内压

d

pDi

C2

1.1

2.2

1800

228mm

t

p

1.

2

B

〉

设取34mm，p

0.9D0/

e

知足稳固要求。

3.1.2夹套的构造

夹套传热构造简单，基本上不需要进行维修。

但有衬里的反响釜或釜壁

采纳导热性不良的资料制造时，因传热成效差，不宜采纳夹套传热。

采纳夹

套传热时，因夹套向外有热量消散，股需要在夹套体外包以保温资料。

容器外夹套往常有以下几种种类：

图8

夹套关闭构造往常是由夹套筒体扳边而成，再焊在釜壁上，以下几种形式：

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图9

在夹套顶用蒸汽作为载体时，一般从上端进入夹套，凝液从夹套底部清除；如用液体作为冷却液时则相反，采纳下端进，上端出，以使夹套中常常从满液体，从分利用传热面，增强传热成效。

在用液体作为载体时，为增强传热成效，也可在釜底壁外焊接螺旋导流板，

图10

夹套高度的确定，还应试虑两个要素：

当反响釜筒体与上封头用设施法兰连结时，夹套顶边起码应在法兰下方150到200mm处；而当反响釜拥有儿座时，需考虑防止因夹套顶部地点而影响耳座的焊接地位。

3.2厚度的选择

中低压的反响釜釜体部分压力套厚度，基本上按容器设计方法来确立。

反响釜状态下操作，如不带夹套，则筒体及上下封头均2按内压容器设计，以操作时釜内最大压力为工作压力；如带夹套时，则反响釜筒体及上下封头应按蒙受内压和外压分别进行计算，并取二者中的壁厚较大者。

按内压计算时，最大压力差为

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夹套搅拌反响器设计

釜内工作压力；按外压计算时，最大压力差为夹套内工作压力或夹套内工作压力加。

上封头如不包括夹套内，则不蒙受外压作用，只按内压计算，但取与下封头相同的厚度。

夹套筒体及夹套封头则以夹套内的最大工作压力按内压容器设计，真空时按受外压进行计算。

往常封头与筒体取相同的厚度，必需时还得考虑内、外筒体膨胀差的影响。

当夹套上有支件时，还应试虑容器和所装物料的质量。

3.3设施支座

化工设施上的支座是支撑设施重量和固定设施地点用的一种不行缺乏

的零件。

在某些场合下支座，支座还可能蒙受设施操作时的振动、地震载荷、风雪载荷等。

支座的构造形式和尺寸常常决定于设施的型式、载荷状况及构造的资料。

最常用的有：

耳式支座、支撑支座和鞍式支座。

3.3.1耳式支座

耳式支座又称悬挂式支座，以下所示：

图11

3.3.2支撑式支座

高度不大的立式设施，也常采纳支撑式支座，标准系列的构造，是由两

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块筋板及一块地板组合而成的，必需时可在支座与筒地间加以垫板：

图12

3.3.3鞍式支座

贮槽、换热器等卧式设施常用鞍式支座予以支撑，以下：

图13

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3.4手孔

手孔即减小的人孔，其安设是为了安装、拆卸、冲洗和检修设施内部装置。

手孔与人孔的构造基真相同，由一个短筒节，盖上一块盲板构成。

手孔直径一般为150~250mm，应使工人戴上手套并握住工具的手能方便地经过，标准

化手孔的公称直径有DN150、DN250两种。

当设施直径超出900mm时，应开设人孔。

3.5.1选择接收

进料管：

当塔径大于800mm，人能够进入塔进行检修，并在物料干净和不易

聚合的状况下，一般采纳以下构造的进料管：

图p388

查表

图p388

d01

出料管：

塔底出料管直径大于或等于800mm时，一般采纳：

图p389

进气管：

在要求不高的塔中，往常采纳：

图p390

3.5.2管法兰

管法兰的种类以下：

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图14

管法兰的密封形面形式以下：

图15

3.5.3设施法兰

设施法兰指设施壳体上设施筒体或设施封头连结的法兰。

（在容器上的叫容

器法兰，在设施上的叫设施法兰，在管子上的叫管法兰，阀门管路附件上的叫附

件法兰。

这属于每个行业的习用术语。

）

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第四章搅拌转动系统设计

4.1转动系统设计方案

在反响釜中，为增添反响速率、增强传质或传热成效以及增强混淆作用，常装设搅拌装置。

搅拌装置由搅拌器与搅拌轴构成，搅拌器形式好多，往常由工艺要求确立。

4.1.1桨式搅拌器

桨式搅拌器构造最简单，叶片用扁钢制成，焊接或用螺栓固定在轮毂上，叶片数是2、3或4片，叶片形式可分为平直叶和折叶氏两种，即依据叶片的形状特色不一样可分为平桨式搅拌器和斜桨式搅拌器。

平桨式搅拌器产生的是径向力，斜桨式搅拌器产生的是轴向力，桨式搅拌器合用于低黏度的液体，悬浮液及溶解液搅拌。

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4.1.2框式搅拌器

框式搅拌器的框架可由管材制作而成。

以下所示：

图16

4.1.3推动式搅拌器

推动式搅拌器常用整体锻造，加工方便。

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图17

本次设计选择桨式搅拌器。

4.1.1桨式搅拌器直径的计算

桨式搅拌器直径D约取反响釜内径的0.25到0.27，既D=450mm到1350mm

之间，依据以下：

图18p405

选用1000mm作为直径。

b=（0.1-0.25）Dj=100-250mm

取b=200mm。

h=（0.2-1）Dj=200-1000mm

取h=500mm。

4.2转动设计计算：

定出带型、带轮有关计算

4.2.1V带选择

电动机功率=11kw，小带轮转速n=1500r/min

传动比是4

设计功率p=1.2·5.6=6.72kw，查表以下：

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图p182

选用A型带，

图p182

小带轮直径125mm

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大带轮直径500mm。

初定中心矩a0=（0.7-2）·（120+480）=420-1200mm

a0选用800mm。

V带基准长度Ld0=2a0+

600

3602

，查表：

1642mm

2

4ao

图p173

基准长度选用1600mm

a=800+21=821mm，选用820mm。

查表：

图p178

P1=2kw，p1

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图p180

k0.904，kL

P

=

11

V带根数z=

kk（p1

P1）

1.01（2

0.19）

L

带数选用6根。

图p173

4.2.2带轮设计

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图p185

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图p185

基准宽度

b

d

基准线上槽深

hamin

基准线下槽深

h

fmin

槽间宽

e

第一槽对称面致端面的

fmin

9

最小距离

最小轮缘宽

min

6

带轮宽

B

93

外径

d

a

4.3选择轴承

4.3.1轴径等的有关计算计算

图19p235

选用45号钢，悬臂搅拌轴，A=110，，n=380r/min

dA

3

P

3

110

27mm

n

380

轴直径系列为：

20，25，30，35，40，50---200mmd取30mm。

轴的悬臂长度L1=（40-50）·d，两轴间的距离B=L1/（4-5）

L1取1200mm，B取300mm。

4.4选择联轴器

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图20p413

选用固定式三分式联轴器，能够使轴间留有较大间距的主、从动轴连结

起来，保存有凸缘联轴器简单对中的优点，兼有夹壳联轴器装卸方便的优点，

更主要的是，改换密封圈时有时只要要将从动轴稍做降落既可。

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图21p240

轴承选用6206深沟球轴承2个。

4.5罐体搅拌轴的构造设计、搅拌器与搅拌轴的连结构造设计

4.5.1搅拌轴的构造设计

图22p410

4.5.2搅拌器与搅拌轴的连结构造设计

当搅拌轴直径小于50mm时，除采纳螺栓对夹外，再用紧定螺钉固定。

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化工设施基础

夹套搅拌反响器设计

图23p408

轴封：

容器内压较大，应采纳机械密封，密封性较好。

因密封摩擦功率

损失，单项选择面密封。

4.6电动机选择

带的传动效率0.95，

P轴

电动机功率=，查表：

（机械设计大全附录）

采纳电动机160M，n=1500r/min，电动机中心高是540mm，标准号是

JB3074-82，功率是11kw

第五章绘制装置图

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第六章绘制大V带轮零件图

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第七章本设计的评论及心得领会

本次课程设计历经数周，收获颇多。

有上网采集资料、图书室参照文件、向身旁的同学咨询。

不停频频的进行改正、改正。

的确认识到实质生活中的问题要比理论商讨的复杂的多，困难的多。

特别是一些细节性问题，要不停进行斟酌，频频进行计算核实。

一旦碰到理论课本中没法解决的问题，经过借鉴实质生活经验，取出靠谱的数据，采纳参照的方法解决这样细节而又重点的问题。

其实，实质设计中，理论知识用到的其实不多，恰好是古人的经验起到了重点性的作用。

此次课程设计本着脚踏实地的原则，科学求真的态度，初步达成了老师交代的课程任务，可能这此中有许多让人不尽善尽美的地方，这也在所不免，希望获得老师指正。

经过此次课程设计，使我查阅文件的能力和对数据的选择判断能力获得了很好的锻炼，同时我也意识到自己应当把所学到的知识应用到设计中来。

在设计中,同学之间的互相帮助，互相沟通，进一步加深了对夹套搅拌反响器的认识的;经过对设计中碰到的问题睁开互相议论，使相互的设计更为完美，对设计的认识更为深刻。

再次感谢我各位亲爱的同学们。

CAD机械设计软件，在塑料模具中有涉猎到。

同过本次设计反响釜的总

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夹套搅拌反响器设计

设计图和大V带轮零件图，更为深了对CAD软件的认识，学会了许多新知识，作图技巧更为熟练。

对设计任务的流程有了初步的认识，在此后的设计中累积了可贵的经验，为此后的工作打下了殷实地基础。

也许本次课程的设计中存在许多错误，自己的经验和知识有限，希望获得老

师指正。

第八章参照文件

《化工设施机械基础》（第二版）汤善甫等主编

《机械设计参照大全》

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