3000升开式搪玻璃反应釜的设计毕业设计.docx
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3000升开式搪玻璃反应釜的设计毕业设计
3000升开式搪玻璃反应釜的设计毕业设计
3000升开式搪玻璃反应釜的设计
Thedesignfor3,000litresopen-cycleglssliningrectionkettle
bstrct:
Glss-linedequipmentwithgoodqulity,corrosionresistnce,etc.,resourceconservtion,economicdevelopmentndthedevelopmentoftheoilindustryplyshugerole.Thedesignopertingglss-linedrectorwithvolumeof3000L,3715Lfullvolume.《Steelpressurevessel》inccordncewiththeGB150-1998HG2432-20XX《glss-linedequipmenttechniclconditions》,HG/T2371-20XX《glss-linedopenmixingvessel》forthedesign,mnufcture,inspectionndcceptnce.ThemterilofthecontinercylinderQ235B,workingpressureto0.4MP,theopertingtempertureof0to200°C;jcketmterilforQ235B,workingpressureof0.6MP,theopertingtempertureof0to200°C.Thedesignisminlyforthestructurldesignndstrengthclcultionofglss-linedrector.Cylinderwllthickness,thewllthicknessofthejcket,themotorshftpowercheck,stirrerstrengthcheck,openingreinforcementclcultion,ersetcheck.ThedeviceJB/T4709-20XXwelding,weldNDT.TheequipmentshouldbebsedontherequirementsoftheTSGR0004-20XX《fixed-pressurevesselsfetytechnologytomonitortheprocedures》nd《regulrpressurevesselinspectionrules》periodicinspection.
Keywords:
Honingglss;rectionkettle;corrosionresistnce.
目录
结语(47)
绪论
搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃,衬在钢制容器的内表面,经高温灼烧而牢固地密着于金属表面上成为复合材料制品。
所以,它具有玻璃的稳定性和金属强度的双重优点,是一种优良的耐腐蚀设备。
搪玻璃反应釜广泛地应用于化工、石油、医药、农药、食品等工业。
搪瓷反应釜技术规范:
1、使用压力:
0.2---0.4Mp
2、耐酸性:
对各种有机酸、无机酸、有机溶剂均有较好的抗蚀性。
如将我厂生产的搪玻璃试样置于20%HCI溶液中煮沸48h,腐蚀速率为0.9lg/m2.d(优等品指标为1.0g/m2.d)。
3、耐碱性:
搪玻璃对碱性溶液抗蚀性较酸溶液差。
但将我厂搪玻璃试样置于1N氢氧化钠溶液腐蚀,试验温度80℃时间48h。
腐蚀速率为6.76g/m2.d(优等品指标为7.0g/m2.d)。
4、操作温度:
搪玻璃设备加热和冷却时,应缓慢进行。
我厂制造的搪玻璃设备使用温度为0-200℃,耐温急变性≥200℃。
5、瓷层厚度:
玻璃设备的瓷层厚度0.8-2.0mm,搪玻璃设备附件的瓷层厚度0.6-1.8mm。
6、耐压电:
搪玻璃具有良好的绝缘性,当搪玻璃在规定厚度内用20KV高频电火花检查瓷层时,高频电火花不能击穿瓷层。
7、耐冲击性:
玻璃层的内应力越小,弹性越好,硬度越大,抗弯抗压强度越高,则耐冲击就越好。
8搪玻璃设备的耐温差急变性是指搪玻璃表面或其反侧的金属基体经受突然温度急变的性能。
搪玻璃设备耐温差急变温度为:
冷急变温度为110℃,热急变温度为120℃。
本设计主要介绍制胶搪玻璃反应釜的结构、特点和各个零件的选型原则。
制胶搪玻璃反应釜的基本结构:
反应釜、搅拌装置、传动装置、轴封等组成。
搅拌装置由搅拌轴和搅拌器组成,靠搅拌轴传动动力,由搅拌器达到搅拌目的。
传动装置包括电动机、减速机、机座、联轴器、底座、和活套法兰等附件,它为搅拌器提供搅拌动力和相应的条件。
轴封装置为反应釜和搅拌轴间的密封装置,以封住反应釜体内的流体不致泄露。
制胶搪玻璃反应釜机械设计的依据:
制胶搪玻璃反应釜机械设计是在工艺设计之后进行的。
工艺设计所确定的对反应釜的工艺要求是机械设计的依据。
反应釜的工艺要求通常包括反应釜的面积、最大工作压力、工作温度、工作介质、腐蚀情况、传热面积、换热方式、搅拌形势、转动及速率、接管方位尺寸的确定等。
反应釜中的搅拌器有锚式、框式、浆式、涡轮式,刮板式,组合式,转动机构可采纳摆线针轮减速机、无级变速减速机或变频调速等,可满足各种物料的特别反应要求。
密封装置可采纳机械密封、填料密封等密封机构。
加热、冷却可采纳夹套、半管、盘管、米勒板等机构,加热方式有蒸汽、电加热、导热油,以满足耐酸、耐高温、设计磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺要求。
可根据用户工艺要求进行设计、制造。
制胶搪玻璃反应釜机械设计大体包括:
1确定反应釜的结构形式和尺寸;2选择材料;3计算强度或稳定性;4选择主要零件;5绘制图样;6提出技术要求。
第一章反应釜釜体与传热装置
搅拌设备常被称作搅拌釜(或搅拌槽),当搅拌设备用作反应器时,又被称为搅拌釜式反应器,有时简称反应釜。
釜体的结构型式通常是立式圆筒形,其高径比值主要依据操作容器的装液高径比以及装料系数大小而定。
传热方式有两种:
夹套式壁外传热结构和釜体内部蛇管联合使用。
根据工艺需要,釜体上还需要安装各种工艺接管。
所以,反应釜釜体和传热装置设计的主要内容包括釜体的结构和部分尺寸、传热形式和结构、各种工艺接管的安设等。
1.1反应釜釜体
1.1.1确定反应釜釜体的直径和高度
在已知搅拌器的操作容积后,首先要选择筒体适宜的长径比(H/Di),以确定筒体直接和高度。
选择筒体长径比主要考虑一下两方面因素:
①长径比对搅拌功率的影响:
在转速不变的情况下,P∝D5(其中D:
搅拌器直径;P:
搅拌功率),P随釜体直径的增大而增大很多,减小长径比只能无谓的损耗一些搅拌功率。
一次一般情况下,长径比应该大一点。
②长径比对传热的影响:
当容积一定时H/Di越高越有利于传热。
长径比的确定通常采纳经验值。
表1-1
种类罐体物料类型H/Di一般搅拌罐液-固或液-液相物料1-1.3气-液相物料1-2
发酵罐类1.7-2.5
在确定反应釜直径和高度时,还应该根据反应釜操作时所同意的装料程度---装料系数η等予以综合考虑,通常装料系数η可取0.6-0.85.如果物料在反应过程中产生泡沫或沸腾状态,η应取较低值,一般为0.6-0.7;若反应状态平稳,可取0.8-0.85(物料粘度大时可取最大值)。
因此,釜体的容积V与操作溶积V0有如下关系:
V=V0/η…………………………………………………………………(1.1)选取反应釜装料系数η=0.8,由V=V0/η可得设备容积:
V=V0/η=2.97/0.8=3.7153m对液-液相类型选取H/Di=1.3,由公式mDHVDi
i59.13.1715
.34433
=?
?
==
ππ……………………………………(1.2)将计算结果圆整至公称直径标准系列,选取筒体直径Di=1600mm,查JB/T4746-20XX,DN=1600mm时的标准封头曲面高度h=400mm,直边高度h2=25mm,封头容积Vh=0.58643m,内表面积Fh=2.90072m,由手册查得每一米高的筒体容积为31539.1mV=,表面积2140.4mF=。
由公式可知筒体高度04.2539
.15864
.0715.31=-=-=
VVVHh…………………(1.3)筒体高度圆整为H=2100mm。
于是31.11600/2100==i
DH,复核结果基本符合原定范围。
1.1.2确定反应釜夹套的直径和高度
Dj可根据罐体内径按下表推举的数据选取。
表1.2夹套直径Dj与罐体直径Di的关系(mm)
Di500~600700~18002000~3000DjDi+50Di+100Di+200
对于筒体内径Di=700~1800mm,夹套内径Dj=Di+100,因此Dj=1600+100=1700mm,符合压力容器公称直径系列。
按式
mmDVVVVVHihhj1.16.14
5864.097.242201=?
-=?
-=-=ππη……………………………(1.4)
取夹套高度Hj=1200mm,则夹套顶部与釜体法兰间应留有足够的距离:
mmmmHHHj200~150500120XX7000>=-=-=这样便于筒体法兰拆装。
验算夹套传热面积:
221757.729.22.140.4mmFHFFhj>=+?
=+=
(查化工设备基础16-516-6得2
2129.2,40.4mFmFh==)
夹套传热面积符合传热要求。
符号说明
C—厚度附加量mm
1C—钢板或铸铁件厚度的负偏差mm2C—夹套的腐蚀余量mm
iD—夹套的内直径mm
oD—夹套的外直径(nioDDδ2+=)mmcP—计算压力MP
[]wP—夹套的最大同意工作压力MP
δ—夹套的计算厚度mm
eδ—夹套的有效厚度mmnδ—夹套的名义厚度mm
[]tσ—设计温度下圆通材料的需用应力MP
φ—焊接接头系数
E—设计温度下材料的弹性模量MP
[]P—许用外压力MP
1S—容器筒体的实际壁厚,mm
2S—夹套筒体、封口锥或通道的实际壁厚,mm
1.1.3夹套类型的选择
U型整体夹套,采纳封口锥方式与筒体连接夹套的最高工作压力
夹套的材料为Q235B,许用应力
[]MPt235=σ夹套的最高工作压力MP
Pc6.0=
夹套的壁厚的计算
[]mmPDPct
ic63.26.085.023*********.02.3
=-?
?
?
?
=-=-φσδ所以夹套圆筒的厚度圆整为mm10。
1.1.4夹套圆筒的应力计算夹套圆筒的有效厚度的计算
mmCCne5.85.101021=--=--=δδ
[]φσt的计算
[]MPt75.19985.0235=?
=φσ
圆筒的应力计算
()()MPDPeeict06.625
.825.817506.02=?
+?
=+=
δδσ所以应力强度符合要求。
夹套圆筒的最大同意工作压力
[][]()()
MPMPKDPeiet
w6.028.205.1105.01750105.110123525.02>=--?
+?
--?
?
?
=+=δφδσ所以夹套圆筒的最大同意工作压力符合要求。
1.1.5夹套试验压力夹套的水压试验
[]
[]t
TPPσσ25.1=
MP
75.02352356.025.1=?
?
=
所以夹套水压试验压力为0.75MP。
夹套压力试验前的应力校核
压力试验前,应按下式校核夹套应力:
()e
eiTTDPδδσ2+=
()MP58.775
.825.8175075.0=?
+?
=
MPs78.17923585.09.09.0=?
?
=φσ液压试验时,Tσ满足
sTφσσ9.0≤
所以夹套试验前得应力校核满足要求。
夹套椭圆形封头的计算
设计温度下标准椭圆封头的计算厚度的计算
[]mmPDPc
t
ic24.26.05.0123521750
6.05.02=?
-?
?
?
=-=
φσδ则夹套椭圆形封头厚度圆整为mm10。
有效厚度的计算
mm6.21750%15.0=?
mmmmCCne6.25.85.101021≥=--=--=δδ
所以夹套封头厚度符合要求。
夹套椭圆形封头最大同意工作压力的计算
[][]MPMPKDPeiet
w6.028.25
.85.0175015.8123525.02>=?
+?
?
?
?
=+=δφδσ
所以夹套椭圆形封头最大同意工作压力符合要求。
封口锥
()[]mm
SDSDeo64)1621600(1017505.0)]2()[(5.01122=?
+-+?
=+-+=()mmCSDeo9.2085.11017508.1)(8.122=-?
?
=-≤
所以封口锥的厚度符合要求。
封口锥厚度应等于或大于某相接的夹套筒体壁厚则取等于。
1.2确定反应釜内筒的材料和壁厚
筒体材料的选用要根据所给相关数据来选取,材料Q235-B的设计压力P≤1.6MP,使用温度为0~350℃,用于壳体时,钢板厚度不大于20mm,不可用于毒性强度为高度和极危害介质的压力容器,还根据本次设计要求,选Q235-B,已知筒体受内压,取设计压力0.4MP,设计温度为200℃。
符号说明
C—厚度附加量mm
1C—钢板或铸铁件厚度的负偏差mm2C—筒体的腐蚀余量mm
21CCC+=iD—筒体的内直径mm
i
h—封头曲面深度
o
D—筒体的外直径(nioDDδ2+=)mm
cP—计算压力MP
[]wP—筒体的最大同意工作压力MP
δ—筒体的计算厚度mmeδ—筒体的有效厚度mm
nδ—筒体的名义厚度mm
[]tσ—设计温度下圆通材料的需用应力MP
φ—焊接接头系数
—系数,查GB150图6—1~表6—9
B—系数,查图6—3~图6—10.E—设计温度下材料的弹性模量MPL—圆筒计算长度mm[]P—许用外压力MP内压圆筒壁厚的计算
[]φσt
4.0的计算
公式适用范围[]φσt
cP4.0≤
[]MPt
9.7923585.04.04.0=?
?
=φσ
MPMP4.09.79>所以该公式适用
内压圆筒的计算厚度
[]mmPDPc
t
ic6.14.085.023521600
4.02=-?
?
?
=-=
φσδ假设mmn16=δ
令mmCCne5.145.101621=--=--=δδ外压圆筒的计算与校核
20
6.11205.11632
1600>=--+=
e
o
Dδ
查GB150得使用下面方法进行外压圆筒的计算
假设mmn16=δ,则mmCCne5.1405.11612=--=--=δδ
L=椭圆直边段之间的长度加上曲面深度的31
则mm
L7.136640031
400120XX40=?
+--=
由mmDmmLo1632,7.1366
==,6.1120
=eDδ、837
.00
=DL
查得:
外压或轴向受压圆筒和管子集合参数计算图053.0=外压圆筒、管子和球壳厚度计算图182=B。
许用外压力[]P的计算
[]MPPMPDB
PTe
o
75.062.16
.112182
=>==
=夹套δ
则假设成立,取圆筒的
mmn16=δ。
1.3封头、卡子及密封装置的选择封头的选择
椭圆形封头是由半个椭球面和短圆筒组成,直边段的作用是幸免封头和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变,以改善焊缝的受力状况。
由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续,故应力分布比较均匀,且椭圆形封头深度较半球形封头小得多,易于冲压成型,适合中、低压容器。
故该搪玻璃反应釜选用椭圆形封头。
卡子的选型
根据HG/T2054-20XX《搪玻璃设备卡子》规定,型卡子适用于设计温度高于-20℃~200℃,设计压力小于等于1.0MP的搪玻璃设备,该设备选用法兰高度为110mm。
则h3=110mm,所以选用卡子的型号为M20[15]。
密封装置的选用
密封主要有两种:
填料密封和机械密封。
本设备选用机械密封。
机械密封是把转轴的密封面从轴向改为径向,通过动环和静环两个端面的相互贴合,并做相对运动达到密封的装置,又称端面密封。
机械密封的泄漏率低,密封性能可靠,功耗小,使用寿命长,在搅拌反应器中得到广泛使用。
故本设备选用机械密封作为密封装置。
第二章反应釜的传递装置
反应釜的传动装置包括电动机、减速机、机架、传动轴、传动轴联轴器、搅拌釜内联轴器、活套法兰、安装底盖、搅拌轴轴封等。
反应釜的长动装置通常设置在反应釜的顶盖(上封头)上,一般采纳立式布置电动机经减速机将转速减至工艺要求的搅拌转速,再通过联轴器带动搅拌轴转速,从而带动搅拌器转动。
电动机与减速机配套使用,减速机下设置一机架,安装在反应釜的封头上。
考虑到传动装置与轴封装置安装时要求保持一定的同心度以及装卸检修的方便,常在机架下安装一个安装底盖,还在上封头的开口处安装一个活套法兰。
2.1减速装置
1)主要形式:
目前我国已颁布的标准釜用立式减速机,有摆线针齿行星减速机、两级齿轮减速机、三角皮带减速机和谐波减速机四种。
.摆线针齿星减速机:
减速比87~9,转速16~160r/min,功率0.6~30kw。
特点是
传动效率高,结构紧凑,拆装方便,寿命长,承载能力高,工作平稳,同意正反转。
b.两级齿轮减速机:
为两级同中心距并流式斜齿轮减速传动装置。
减速比
11.6~5.63,转速125~250r/min,功率0.6~30Kw。
体积小,效率高,制造成
本低,结构简单,装配检修方便,可以正反转。
c.三角皮带减速机:
单级三角皮带传动的减速装置。
减速比4.53~2.9,转速
320~550r/min,功率0.6~5.5Kw。
结构简单,过载打滑,起保护作用,同意反转。
d.谐波减速机:
减速比359~90,转速4~16r/min,功率0.6~13Kw。
结构简单,
重量轻,承载能力高,运转平稳,封闭性好,可用于有防爆要求的场合。
查标准《搅拌传动装置系统组合、选用及技术要求》(HG21563-1995)以及《釜用立式减速机》,按照搅拌功率和转速选择摆线针齿行星减速机,已知搅拌转速为85r/min,功率为5.5kw,查标表可知,选用机型号为3,减速比为17的摆线针齿行星减速机,其传动效率为0.9。
标定符号为:
BLD3-3-17。
表2.1釜用立式减速机的基本特性
特性
减速机类型
摆线针齿行星
减速机
两级齿轮减速
机
三角皮带减速
机
谐波减速机
减速比范围87-911-64.5-3360-90
输出轴转速范
围r/min,(配用
四级电动机)
16-100125-250320-5004-16
功率范围kw0.6-300.6-300.6-5.50.6-13
效率0.9-0.950.930.91大于0.83
主要特点本机为利用少
齿内啮合行星
传动的减速装
置,减速比大,
寿命长,故障
少,装拆方便,
结构紧凑,重量
轻,与同功率的
涡轮减速机相
比,效率高而体
积可小一半左
右:
有取代涡轮
减速机的趋向。
本机为两级同
中心距斜齿轮
传动的减速装
置,传动比准
确,寿命长。
本机为单级三
角皮带传动的
减速装置,结构
简单,过载时会
产生打滑现象,
因此能起安全
保护作用,但由
于皮带滑动不
能保持精确的
传动比。
本NL为利用行
星轮
为柔轮的少齿
差内
啮合行星传动
的减
速装置,减速
比可
很大。
特性参数功率、按输出轴
轴颈面分的机
型号、减速比中心距三角皮带型号、
根数
柔轮分度圆直
径
应用条件
对过载和冲击载荷有较强承受能力,可短期过载75%,同意正反旋转,可用于有防爆要求的车间,与电动机直联供应
同意正反旋转,应采纳夹壳联轴器或弹性块式联轴器与搅抖轴连接,不同意承受外加轴向载荷,适用于连续搅拌的化工设备,可用于有防爆要求的车间.与电动机直联供应
同意正反旋转,
一
般以夹壳联轴器与搅拌轴连接,搅拌器重量可由本机承受,不能用于有防爆要求的车问,适用于连纯搅拌的化工设备
可不需多级传动而用十转速低级的搅拌传动装置,可用于有防爆要求的车间
标定符号
BLD功率-机型号-减速比BLY机型号-减速比-功率LC-中心距-顺序号P三角皮带型弓根数-顺序号XB柔轮分度圆直径-顺序号
标准图号
HG5-744-78HG5-745-78
HG5-746-78HG5-747-78
注:
电动机若采纳J02(防爆型)型时,在标定符号前加“"字样,对BJ02(隔爆型)
加“B”字样,对J02型电动机则不加写。
2.2电动机的基本特性及选用
通常电动机与减速及配套供应,设计时可根据反应器应配电机功率、转速、安装形式及防爆要求,选择电动机及配套的减速机。
电动机的轴功率校核符号说明
m
P—轴封处摩擦损耗功率,kw
zP—搅拌轴功率,kw
d
P—电动机计算功率,kw
η—传动效率
轴封处摩擦损耗功率的计算
由于该填料密封采纳单端面密封
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