年4月19日級(jí)反應(yīng)釜設(shè)計(jì)方案文檔僅供參考化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)大型作業(yè)題目：反應(yīng)釜教學(xué)院：化學(xué)與材料工程學(xué)院專業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué)號(hào)：15264852學(xué)生姓名：楊博周紅輝玉仁佐丁懷交指導(dǎo)教師：夏賢友年月日大型作業(yè)任務(wù)書2～第1學(xué)期學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：夏賢友工作部門：化工教研室一、大型作業(yè)題目：反應(yīng)釜二、大型作業(yè)內(nèi)容<含技術(shù)指標(biāo)）1．反應(yīng)介質(zhì)：5m3的水乳膠涂料；2.容器內(nèi)壓：常壓；3.反應(yīng)溫度：85±10℃；4.電機(jī)功率：5kW；5.攪拌轉(zhuǎn)速：50rpm；6、作業(yè)成果：計(jì)算書1份，設(shè)備圖1張<CAD繪制，A1打印）。三、進(jìn)度安排1．12月16日：分配任務(wù)；2．12月16日-6月20日：查詢資料、初步設(shè)計(jì)；3．12月21日-12月27日：設(shè)計(jì)計(jì)算，完成報(bào)告。四、基本要求1．設(shè)計(jì)方案：根據(jù)給定的條件合理選擇設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及合適的材料，立式容器或臥式容器的筒體和封頭、鋼板卷制焊接結(jié)構(gòu)接頭、鋼板材料的型號(hào)及熱處理?xiàng)l件等；2．設(shè)計(jì)計(jì)算：依據(jù)材料的性能，對(duì)選用設(shè)備的壁厚進(jìn)行計(jì)算、穩(wěn)定性進(jìn)行校核；3．輔助設(shè)備的選型：包括典型輔助設(shè)備的主要尺寸計(jì)算及型號(hào)規(guī)格：人孔或手孔設(shè)計(jì)、法蘭的型號(hào)規(guī)格、接管開孔結(jié)構(gòu)、視鏡或液面鏡以及容器的支座選型等。教研室主任簽名：月日目錄TOC\o"1-3"\h\u設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介50.1設(shè)計(jì)條件 50.2設(shè)備外部條件 50.3水乳膠 50.4設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)方案 50.4.1夾套反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu)60.4.2釜體設(shè)計(jì)內(nèi)容60.4.3傳熱裝置設(shè)計(jì)內(nèi)容61反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì)71.1釜體公稱直徑DN的確定 71.2釜體筒體壁厚的設(shè)計(jì) 71.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定71.2.2釜體壁厚的確定71.3釜體封頭的設(shè)計(jì) 81.3.1釜體封頭厚度的計(jì)算81.3.2釜體封頭相關(guān)參數(shù)91.4筒體高度H的確定 91.5外壓筒體壁厚及封頭壁厚的設(shè)計(jì) 91.5.1外壓筒體壁厚的計(jì)算91.5.2外壓封頭壁厚的計(jì)算101.6筒體液壓實(shí)驗(yàn)及應(yīng)力校核 111.6.1筒體液壓實(shí)驗(yàn)111.6.2筒體應(yīng)力校核112反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì)122.1夾套的公稱直徑和設(shè)計(jì)壓力的確定122.1.1夾套公稱直徑的確定122.1.2夾套PN的確定122.2夾套筒體的設(shè)計(jì)122.2.1夾套筒體壁厚的設(shè)計(jì)122.2.2夾套筒體長(zhǎng)度H筒的初步設(shè)計(jì)122.3夾套封頭的設(shè)備132.3.1封頭的選型132.3.2橢球形封頭壁厚的設(shè)計(jì)<強(qiáng)度和剛度）132.3.3橢球形封頭結(jié)構(gòu)尺寸的確定132.3.4帶折邊錐形封頭厚壁的設(shè)計(jì)142.3.5封頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)<總體設(shè)計(jì)）142.3.6帶折邊錐形封頭厚壁的設(shè)計(jì)142.4傳熱面積的校核153夾套的壓力實(shí)驗(yàn)及應(yīng)力校核163.1水壓實(shí)驗(yàn)壓力的確定163.2液壓實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力校核163.3水壓實(shí)驗(yàn)的操作過程164反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計(jì)174.1釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 174.1.1密封面形式的選型174.1.2螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格及材料的選擇174.2工藝接管的設(shè)計(jì) 174.3管法蘭尺寸的設(shè)計(jì)184.4墊片及材質(zhì)194.5視鏡的選型 194.6支座的選型及設(shè)計(jì) 204.6.1支座的選型及尺寸的初步設(shè)計(jì)204.6.2支座載荷的校核計(jì)算215攪拌軸及槳的設(shè)計(jì)235.1攪拌器的結(jié)構(gòu)型式235.2攪拌軸直徑的初步計(jì)算235.2.1攪拌軸直徑的設(shè)計(jì)235.2.2攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算245.3聯(lián)軸器的型式及尺寸的設(shè)計(jì)245.4直葉槳式攪拌器尺寸的設(shè)計(jì) 246傳動(dòng)裝置的選型和尺寸計(jì)算256.1電動(dòng)機(jī)的選用256.2減速機(jī)的選用266.3機(jī)座的設(shè)計(jì)266.4軸封裝置26總結(jié)26參考文獻(xiàn)28設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介0.1設(shè)計(jì)條件<1）反應(yīng)介質(zhì)：5m3的水乳膠涂料；<2）容器內(nèi)壓：常壓；<3）反應(yīng)溫度：80±10℃；<4）電機(jī)功率：5kW；<5）攪拌轉(zhuǎn)速：50rpm。0.2設(shè)備外部條件黃石年平均氣溫17℃。最熱月<7月）平均29.2℃，最冷月<1月）平均3.9℃。無霜期年平均264天，年平均降水量1382.6毫M，年平均降雨日132天左右，全年日照1666.4-2280.9小時(shí)，占全年月日可照射時(shí)數(shù)的31℅-63℅。境內(nèi)多東南風(fēng)，年平均風(fēng)速為每秒2.17M。0.3水乳膠的介紹由于水性涂料不用有機(jī)溶劑，對(duì)人體無毒害，對(duì)環(huán)境無污染，因而近年來發(fā)展十分迅速。凡是用水作溶劑或者分散在水中的涂料部可稱之為水性涂料。水性涂料包括水溶性涂料和水膠乳涂料兩種，采用乳液聚合工藝制備成合成樹脂水膠乳，膠粒徑0.1-10μm。當(dāng)前，世界上使用較廣的水膠乳涂料有聚醋酸乙烯水膠乳涂料、聚丙烯酸酯水膠乳涂料、醇酸樹脂水膠乳涂料和偏氯乙烯共聚樹脂水膠乳涂料。水乳膠可用：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸異丁酯、醋酸乙烯酯、苯乙烯、氯乙烯和丙烯腈等單體合成。例如：苯丙乳液<苯乙烯-丙烯酸酯乳液）是由苯乙烯和丙烯酸酯單體經(jīng)乳液共聚而得。乳白色液體，帶藍(lán)光。固體含量40～45％，粘度80～1500mPa·s，單體殘留量0.5%，PH值8～9。苯丙乳液附著力好，膠膜透明，耐水、耐油、耐熱、耐老化性能良好。苯丙乳液用作紙品膠粘劑，也可與淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉等膠粘劑配合使用。貯存于5～30℃的庫(kù)房?jī)?nèi)，貯存期1年。苯丙乳液作為一類重要的中間化工產(chǎn)品,有著非常廣泛的用途，現(xiàn)主要用作建筑涂料、金屬表面乳膠涂料、地面涂料、紙張粘合劑、膠粘劑等。在進(jìn)行操作時(shí)可將水乳膠的密度近似于水的密度進(jìn)行計(jì)算。0.4設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)方案0.4.1夾套反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu)帶攪拌的反應(yīng)釜是化學(xué)、醫(yī)藥及食品等工業(yè)中常見的典型反應(yīng)設(shè)備之一。它是一種在一定壓力和溫度下，借助攪拌器將一定容積的兩種<或多種）液體以及液體與固體或氣體物料混勻，促進(jìn)其反應(yīng)的設(shè)備。一臺(tái)帶攪拌的反應(yīng)釜主要有攪拌容器、攪拌裝置、傳動(dòng)裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管和一些附件組成。

反應(yīng)釜分罐體和夾套兩部分，主要有封頭和筒體組成，多為中、低壓壓力容器；攪拌裝置有攪拌器和攪拌軸組成，其形式一般由工藝而定；傳動(dòng)裝置是為帶動(dòng)攪拌裝置設(shè)置的，主要有電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器和傳動(dòng)軸等組成；軸封裝置為動(dòng)密封，一般采用機(jī)械密封或填料密封；它們與支座、人孔、工藝接管等附件一起，構(gòu)成完整的反應(yīng)釜。0.4.2釜體設(shè)計(jì)內(nèi)容釜體一般是立式圓筒形容器，有頂蓋、筒體和釜底，經(jīng)過支座安裝在基礎(chǔ)或平臺(tái)上。根據(jù)反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)參數(shù)及要求可知，釜體采用立式圓筒形結(jié)構(gòu)，上、下封頭均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。下封頭與筒體焊接，上封頭與筒體采用法蘭連接。夾套采用焊接式整體結(jié)構(gòu)形式。0.4.3傳熱裝置設(shè)計(jì)內(nèi)容為及時(shí)送入化學(xué)放應(yīng)所需熱量或傳出化學(xué)放應(yīng)放出的熱量，在釜體外部或內(nèi)部可設(shè)置傳熱裝置，使溫度控制在需要的范圍之內(nèi)。常見的傳熱裝置是在釜體外部設(shè)置夾套或在釜體內(nèi)部設(shè)置蛇管。反應(yīng)釜的攪拌裝置由攪拌軸和攪拌器組成，可使物料混合均勻、良好接觸，加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。攪拌過程中，物料的湍動(dòng)程度增大，反應(yīng)物分子之間、反應(yīng)物分子與容器器壁之間的接觸不斷更新，既強(qiáng)化了傳質(zhì)和傳熱，又有利于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。攪拌器采用推進(jìn)式攪拌器。反應(yīng)釜的傳動(dòng)裝置主要由電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器和傳動(dòng)軸等組成。反應(yīng)釜的軸封裝置：為維持設(shè)備內(nèi)的壓力或阻止釜內(nèi)介質(zhì)泄漏，在攪拌軸伸出封料抖出必須進(jìn)行密封<動(dòng)密封）。軸封裝置一般有填料密封和機(jī)械密封。反應(yīng)釜的其它附件，包括支座、人孔、工藝接管等。1反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì)1.1釜體公稱直徑DN的確定在確定反應(yīng)釜釜體直徑和高度時(shí)，考慮到操作時(shí)所允許的裝料程度，即裝料系數(shù)η的影響，一般裝料系數(shù)η可取0.6～0.85。如果物料在反應(yīng)過程中產(chǎn)生泡沫或呈沸騰狀態(tài)，η應(yīng)取較低值，一般為0.6～0.7；如果反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn)，可取0.8～0.85<物料粘度大時(shí)，可取最大值）。因此，取η=0.85。反應(yīng)釜內(nèi)物料類型為液-液相物料L/Di可取1.0～1.3。因此，取L/Di=1.3。設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜體積V=V0/η=5/0.85=5.88m3，圓整得V=6m3。由<1-1）式中V——釜體的體積，m3。Di——釜體的內(nèi)徑，m。L——釜體的長(zhǎng)度，m。因此，=1.8m，故得釜體DN=1800mm。1.2釜體筒體壁厚的設(shè)計(jì)1.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，容器內(nèi)壓為常壓，取設(shè)計(jì)壓力p=0.1MPa。設(shè)計(jì)壓力p：p＝0.1MPa；液柱靜壓力p液：MPa。計(jì)算壓力pc：pc=p+p液=0.1+0.1929=0.2929MPa；設(shè)計(jì)溫度t：t=80±10℃；焊接接頭系數(shù)：＝0.85；設(shè)計(jì)壓力p=0.1MPa，設(shè)計(jì)溫度t=80±10℃，可選擇Q235-B號(hào)鋼，查文獻(xiàn)[1]得在該溫度下的許用壓力[σ]t=113MPa。1.2.2釜體壁厚的確定釜體的計(jì)算厚度為δ：<1-2）式中δ——釜體的計(jì)算厚度，mm。Pc——釜體的計(jì)算壓力，MPa。Di——釜體的內(nèi)徑，mm；——焊接接頭系數(shù)；[σ]t——許用應(yīng)力，MPa。因此，釜體的計(jì)算厚度：mm預(yù)計(jì)釜體的名義厚度在6.0～7.0之間，則取負(fù)偏差C1=0.60mm，雙面腐蝕取C2=3mm。釜體的設(shè)計(jì)厚度δd=δ+C2=2.75+3=5.75mm。釜體的名義厚度δn=δ+C1+C2+Δ=8mm。釜體的有效厚度δe=δ+Δ=4.4mm。故，釜體的壁厚為8mm。查文獻(xiàn)[2]得：釜體一M高的容積V1m=2.545m3。釜體一M高的內(nèi)表面積Fi=5.66m2；釜體一M高筒節(jié)的質(zhì)量G=356kg。1.3釜體封頭的設(shè)計(jì)1.3.1釜體封頭厚度的計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭作為釜體的下封頭，如圖1-1所示。圖1-1橢圓形封頭示意圖由于封頭為橢圓形封頭，因此，Di/2hi=2，查文獻(xiàn)[2]得橢圓形封頭形狀系數(shù)K=1.00，則封頭厚度S:<1-3）故,Smm封頭設(shè)計(jì)厚度Sd=S+C2=2.67+3=5.67mm；封頭名義厚度Sn=S+C1+C2+Δ=8mm。1.3.2釜體封頭相關(guān)參數(shù)封頭的公稱直徑為1800mm，名義厚度為8mm，材質(zhì)為Q235-B，根據(jù)橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)<JB/T4737—95）[2]，得：曲邊高度h1=450mm；直邊高度h2=25mm；內(nèi)表面積Fi=3.64m2；容積V封=0.826m3；質(zhì)量G封=232kg。1.4筒體高度H的確定反應(yīng)釜容積V一般按下封頭和筒體兩部分容積之和計(jì)算。則筒體高度L按1-4式計(jì)算。H=(V-V封>/V1m(1-4>式中V封——封頭容積，m3；V1m——1M高筒體容積，m3/m。因此，筒體長(zhǎng)度H=(6-0.826>/2.545=2.033m=2033mm，圓整得H=2050mm。按圓整后的筒體高度修正實(shí)際容積，則V=V1m×H+V封(1-5>筒體實(shí)際容積V實(shí)=2.545×2.050+0.826=6.043m3。1.5外壓筒體壁厚及封頭壁厚的設(shè)計(jì)1.5.1外壓筒體壁厚的計(jì)算夾套內(nèi)介質(zhì)的壓力為常壓，取設(shè)計(jì)外壓p=0.1MPa。設(shè)筒體的壁厚δn=10mm，取C1=0.8mm，則：筒體的計(jì)算長(zhǎng)度H1=H+h1/3+h2=2050+150+25=2225mmδe=δn-C=10-3-0.8=6.2mm；Do=Di+2δn=1800+20=1820mm；Do/δe=1820/6.2=294，<Do/δe>20）；H1/Do=2225/1820=1.22。在文獻(xiàn)[1]中的H1/Do坐標(biāo)上找到1.22的值，由該點(diǎn)做水平線與對(duì)應(yīng)的Do/δe=294線相交，沿此點(diǎn)再做豎直線與橫坐標(biāo)相交，交點(diǎn)的對(duì)應(yīng)值為：A≈0.00025。再由文獻(xiàn)[1]中選取，在水平坐標(biāo)中找到A≈0.00025點(diǎn)，由該點(diǎn)做豎直線與對(duì)應(yīng)的材料溫度線相交，沿此點(diǎn)再做水平線與右方的縱坐標(biāo)相交，得到系數(shù)的值為：B≈34.8MPa、E=2.00×105MPa。根據(jù)=<1-6）式中[P]——許用外壓力，MPa；B——查表的系數(shù)，MPa；D0——筒體的外徑，mm；δe——筒體的有效厚度，mm。由<1-6）得，故[p]=0.118MPa大于p=0.1MPa且較為接近，因此假設(shè)δn=10mm滿足筒體穩(wěn)定性要求。1.5.2外壓封頭壁厚的計(jì)算假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的δn=10mm，p=0.1MPa。則，δe=10-3.8=6.2mm，K1=0.90，Do=Di+2δn=1800+20=1820mm，Do/δe=1820/6.2=294。系數(shù)查文獻(xiàn)[1]得系數(shù)B=57.5MPa，E=2.00×105MPa。因此，封頭的許用外壓力:MPa故，[p]=0.196MPa大于p=0.1MPa且較為接近，因此假設(shè)δn=10mm滿足封頭穩(wěn)定性要求。1.6筒體液壓實(shí)驗(yàn)及應(yīng)力校核1.6.1筒體液壓實(shí)驗(yàn)水壓實(shí)驗(yàn)的壓力：(1-7>式中PT——水中壓力，MPa；P——設(shè)計(jì)壓力，MPa；[σ]——水中應(yīng)力，MPa；[σ]t——許用應(yīng)力，MPa。查.0，則PT=1.25×0.1×1.0=0.125MPa。1.6.2筒體應(yīng)力校核筒體的取設(shè)計(jì)厚度δn=10mm，則有效厚度δe=6.2mm，設(shè)計(jì)溫度下的材料的許用應(yīng)力[σ]t=113MPa。在壓力實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)壓力下的筒體應(yīng)力進(jìn)行校核，即容器壁內(nèi)所產(chǎn)生的最大應(yīng)力不超過所用材料在實(shí)驗(yàn)溫度上屈服極限的90%<液壓實(shí)驗(yàn)）。應(yīng)力校核：<1-7）式中σT——設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力，MPa。由<1-7）得，MPa0.9[σ]t=0.9×113=101.7MPa因σT?0.9[σ]t，因此液壓實(shí)驗(yàn)足夠。2反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì)2.1夾套的公稱直徑和設(shè)計(jì)壓力的確定2.1.1夾套公稱直徑的確定夾套套內(nèi)徑可根據(jù)釜體直徑關(guān)系確定，如表2-1：表2-1夾套直徑與筒體直徑的關(guān)系(單位：mm>Di500～600700～1800～3000DjDi+50Di+100Di+200由夾套的筒體內(nèi)徑與釜體筒體內(nèi)徑之間的關(guān)系可知：Dj=Di+100=1800+100=1900(mm>考慮到Dj=1900mm不在表2-1取值范圍，故取DN=mm。2.1.2夾套PN的確定由設(shè)備的設(shè)計(jì)條件可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為常壓，取PN=0.1MPa。2.2夾套筒體的設(shè)計(jì)2.2.1夾套筒體壁厚的設(shè)計(jì)夾套筒體壁厚：=4.64mm圓整后得，δ1n=6mm。剛度校核：碳素鋼的，筒體的壁厚取。2.2.2夾套筒體長(zhǎng)度H筒的初步設(shè)計(jì)由H筒=<2-1）式中H筒——夾套的筒體長(zhǎng)度，m。V——操作體積，m3。Vh——內(nèi)徑封頭體積，m3；V1——筒體每一M高的容積；η——裝料系數(shù)。η可取0.6～0.85；如反應(yīng)時(shí)易起泡或呈沸騰狀態(tài)，η應(yīng)取低值，如0.6～0.7；反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn)，η可取0.8～0.85<物料黏度較大時(shí)，可取最大值）。夾套筒體長(zhǎng)度H筒：mm圓整后得，H筒=1600mm。2.3夾套封頭的設(shè)備2.3.1封頭的選型夾套的下封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球型，內(nèi)徑與筒體相同<Dj＝mm）。代號(hào)EHA，標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746—。夾套的上封頭選帶折邊錐形封頭，且半錐角。2.3.2橢球形封頭壁厚的設(shè)計(jì)<強(qiáng)度和剛度）因?yàn)镻w為常壓，因此需要根據(jù)剛度條件設(shè)計(jì)封頭的最小壁厚。因?yàn)镈j＝mm＜3800mm，?。?Di/1000，且不小于3mm另加C2，因此δmin＝3+3=6mm，圓整后δn=6mm。對(duì)于碳鋼制造的筒體厚壁取δn=6mm。2.3.3橢球形封頭結(jié)構(gòu)尺寸的確定夾套封頭的尺寸見表2-2：表2-2夾套封頭尺寸直邊高度h1曲面深度h2容積VjF質(zhì)量25mm500mm1.126m386.49kg封頭的下部結(jié)構(gòu)如圖2-1：圖2-1封頭的下部結(jié)構(gòu)圖由設(shè)備設(shè)計(jì)條件可知：下料口的＝50mm，封頭下部結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)尺寸＝146mm。2.3.4帶折邊錐形封頭厚壁的設(shè)計(jì)考慮到封頭的大端與夾套筒體對(duì)焊，小端與釜體筒體角焊，因此取封頭的壁厚與夾套筒體的壁厚一致，即＝6mm。2.3.5封頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)<總體設(shè)計(jì)）表2-3封頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表公稱直徑DN/mm總深度H/mm內(nèi)表面積A/m2容積V/m32001.22460.3232.3.6帶折邊錐形封頭厚壁的設(shè)計(jì)由于封頭過渡部分與錐體部分受力情況不同，分兩部分計(jì)算：過渡部分：α=45°；K=0.8181；f=0.645；椎體大端過渡區(qū)圓弧半徑R=0.15Di，選型為CHB。由公式<2-2）公式中δn——受力物體的厚度，mm；Pc——計(jì)算壓力，MPa；K——過渡區(qū)形變系數(shù)；Ф——焊縫系數(shù)；f——錐形形變系數(shù)；Di——釜體直徑，mm；——許用應(yīng)力，MPa；C——附加厚度，mm；mm椎體部分：mm考慮到與夾套筒體的焊接，故圓整δ=8mm。2.4傳熱面積的校核DN=1800mm釜體下封頭的內(nèi)表面積Fh=3.6535m2；DN=1800mm筒體<1m高）的內(nèi)表面積=5.655m2；夾套包圍筒體的表面積：Fs=×H筒=5.655×1.6=9.048m2Fh+Fs=3.6535+9.048=12.70m2釜內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則需進(jìn)行傳熱面積的校核，將Fh+Fs=12.70m2，與工藝需要的傳熱面積進(jìn)行比較。Fh+Fs>F=11.57m2，滿足要求。3夾套的壓力實(shí)驗(yàn)及應(yīng)力校核3.1水壓實(shí)驗(yàn)壓力的確定水壓實(shí)驗(yàn)的壓力：<3-1）式中PT——實(shí)驗(yàn)壓力，MPa；P——設(shè)計(jì)壓力，MPa；——實(shí)驗(yàn)溫度下的材料的許用應(yīng)力，MPa；——設(shè)計(jì)溫度下的材料的許用應(yīng)力，MPa。當(dāng)設(shè)計(jì)溫度小于200℃時(shí)，與t接近，此項(xiàng)=1.0。實(shí)驗(yàn)壓力PT=1.25×0.1×1.0=0.125MPa。3.2液壓實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力校核由<3-2）式中Di——釜體直徑，mm；δe——有效厚度，mm；PT——水中壓力，MPa；σmax——最大應(yīng)力，MPa。得：MPaMPa由，故液壓強(qiáng)度足夠。3.3水壓實(shí)驗(yàn)的操作過程將容器充滿液體，待容器壁溫與液體溫度相同時(shí)緩慢升到0.1MPa，保持一點(diǎn)時(shí)間，一般不小于30min，然后將壓力降到規(guī)定實(shí)驗(yàn)壓力的80%，并保持足夠的時(shí)間以對(duì)所有焊接和連接部位進(jìn)行檢查，如有泄露，修補(bǔ)后重新實(shí)驗(yàn)。4反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計(jì)4.1釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：法蘭的設(shè)計(jì)、密封面形式的選型、墊片設(shè)計(jì)、螺栓和螺母的設(shè)計(jì)。4.1.1密封面形式的選型根據(jù)PN＝0.6MPa＜2.5MPa、介質(zhì)溫度小于100℃和介質(zhì)的性質(zhì)，由文獻(xiàn)[3]知密封面形式為光滑面。4.1.2螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格及材料的選擇本設(shè)計(jì)選用六角頭螺栓<雙頭螺柱B級(jí)、GB901—88）、Ⅰ型六角螺母<A級(jí)和B級(jí)、GB/T6171—），平墊圈<100HV、GB/T95-）。螺栓長(zhǎng)度L的計(jì)算：螺栓[3]的長(zhǎng)度由法蘭的厚度<δ）、墊片的厚度<δ）、螺母的厚度<H）、墊圈厚度<h）、螺栓伸出長(zhǎng)(0.3—0.5d>確定。其中δ=80mm，δ=3mm，H=21.5mm，h=3.2mm，螺栓伸出長(zhǎng)度取0.3d。螺栓的長(zhǎng)度為：=201.01mm取L＝200mm。螺柱標(biāo)記：螺柱M24×200GB901—88螺母標(biāo)記：螺母M24GB/T6170—墊圈標(biāo)記：墊片24-100HVGB/T95—根據(jù)乙型平焊法蘭、工作溫度t<100℃的條件，由文獻(xiàn)[3]法蘭、墊片、螺栓、螺母材料匹配表進(jìn)行選材，結(jié)果如表4-1表所示。表4-1法蘭、墊片、螺栓、螺母材料表法蘭墊片螺栓螺母墊圈16Mn聚四氟乙烯3525100HV4.2工藝接管的設(shè)計(jì)由文獻(xiàn)[3]<HG0592—97）查無縫鋼管<1）進(jìn)水口，出水口采用Φ45×2.5無縫鋼管，罐內(nèi)的接管與夾套內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：法蘭PL40—0.6RFHG20593—97。<2）進(jìn)、放料口采用Φ57×3.5無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：法蘭PL50—0.6RFHG20593—97。<3）溫度計(jì)接口采用Φ25×2.5無縫鋼管，伸入釜體內(nèi)一定長(zhǎng)度。配用突面板式平焊管法蘭：法蘭PL20—0.6RFHG20592—97。<4）人孔采用Φ480×15無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：法蘭PL450—0.6RFHG20593—97。<5）視鏡采用Φ108×4.0無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：法蘭PL100—0.6RFHG20593—97。4.3管法蘭尺寸的設(shè)計(jì)根據(jù)＝1800mm、＝0.6MPa，由文獻(xiàn)[3]，確定法蘭的類型為乙型平焊法蘭。標(biāo)記：法蘭-RF1800-0.6JB/T4701-；材料：16M。由文獻(xiàn)[3]得并根據(jù)PN=0.6MPa和接管的公稱直徑，由板式平焊管法蘭標(biāo)準(zhǔn)<HG20592）確定法蘭的尺寸。工藝接管配用的突面板式平焊管法蘭的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表4-2：表4-2法蘭結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表公稱直徑DN/mm法蘭/mm螺栓DD1D2D3D4δd規(guī)格數(shù)量1800196019151876185618538027M2452工藝接管配用的突面板式平焊管法蘭尺寸如表4-3：表4-3法蘭尺寸接管名稱公稱直徑接管外徑連接尺寸法蘭厚度密封面法蘭內(nèi)徑坡口寬度Th厚度進(jìn)水口4045130100144M1216346—出水口4045130100144M1216346—視鏡100108210170184M16183110—溫度計(jì)接口20259060114M1014326—人孔4504805955502216M20304485—4.4墊片及材質(zhì)由文獻(xiàn)[3]得墊片選用非金屬軟墊片，材料為聚四氟乙烯包覆墊片<JB/T4702—），墊片結(jié)構(gòu)如圖4-1及墊片尺寸如表4-4：表4-4墊片尺寸D0/mmdi/mmδ/mm185518013圖4-1墊片結(jié)構(gòu)密封面形式及墊片尺寸，不同位置的墊片尺寸及材質(zhì)如表4-5：表4-5墊片尺寸及材質(zhì)接管名稱密封面型式墊片尺寸mm墊片材質(zhì)外徑D0內(nèi)徑di厚度進(jìn)水口RF80493聚四氟乙烯出水口RF80493聚四氟乙烯視鏡RF1511153聚四氟乙烯溫度計(jì)接口RF50273聚四氟乙烯人口RF5284584聚四氟乙烯進(jìn)、放料口RF92613聚四氟乙烯4.5視鏡的選型由于釜內(nèi)介質(zhì)壓力較低<Pc=0.2MPa），且考慮DN=100mm，本設(shè)計(jì)選用兩個(gè)DN=100mm、PN=0.6MPa的帶頸視鏡。由文獻(xiàn)[3]，確定視鏡的規(guī)定標(biāo)記、標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)、視鏡的尺寸及材料。標(biāo)記：視鏡ⅡPN0.6，DN100標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)：HG501-1986-7。視鏡的尺寸見表4-6；視鏡的材料見表4-7：表4-6視鏡尺寸DN視鏡玻璃dH×SDD1b1B2hdHH1雙頭螺柱數(shù)量直徑×長(zhǎng)度100108×42001652626801081428133×4表4-7視鏡材料序號(hào)名稱數(shù)量材料序號(hào)名稱數(shù)量材料1視鏡玻璃1鋼化硼硅玻璃4壓緊環(huán)1Q235-A2襯墊2聚四氟乙烯5雙頭螺柱8Q235-A3接緣11Cr18Ni9Ti6螺母16Q235-A4.6支座的選型及設(shè)計(jì)夾套反應(yīng)釜多為立式安裝，最常見的支座為耳式支座。標(biāo)準(zhǔn)耳式支座<JB/T4725-1992）分為A型和B型兩種。當(dāng)設(shè)備需要保溫或支承在樓板上時(shí)，適宜選B型，否則選A型。4.6.1支座的選型及尺寸的初步設(shè)計(jì)這里初步將支座定為B型耳式支座，數(shù)目為4個(gè)。每臺(tái)反應(yīng)釜常見4個(gè)支座，但作承重計(jì)算時(shí)，考慮到安裝誤差造成的受力情況變壞，應(yīng)按兩個(gè)支座計(jì)算。(1>粗略估算反應(yīng)釜的總質(zhì)量m0①釜體筒體質(zhì)量m1DN=1800mm，=12mm的筒節(jié)，每M的質(zhì)量q1=536kg，因此m1=q1×H1=536×2.05=1098.8kg。②釜體封頭的質(zhì)量m2DN=1800mm，=12mm，直邊高度h=25mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其質(zhì)量m2=339kg。③夾套筒體質(zhì)量m3DNj=mm，=8mm的筒節(jié)，每M的質(zhì)量q2=39kg，因此m3=q2×H筒=396×1.6=633.6kg。④夾套封頭質(zhì)量m4由文獻(xiàn)[3]查得m4=276kg⑤物料質(zhì)量m5,將水溶膠的密度按水的密度計(jì)算：m5=5×1.0×103=5×103kg⑥附件質(zhì)量m6=100kg，因此反應(yīng)釜的總質(zhì)量：m0=m1+m2+m3+m4+m5+m6=1098.8+339+633.6+276+5000+100=7447.4kg(2>粗選耳式支座的型號(hào)每個(gè)支座承受的重量：Q=mg/2=7447.4×9.8/2=36492N。根據(jù)DN=1800mm，Q=36.49kN由文獻(xiàn)[3]表13-6初選B型耳式支座，支座號(hào)4。標(biāo)記：JB/T4725-92耳座B4材料：Q235-BB型耳座的尺寸參數(shù)見表4-8：表4-8B型耳座的尺寸參數(shù)H底板筋板墊板地腳螺栓支座重量ed規(guī)格kg25020014014702901601031525084030M2415.74.6.2支座載荷的校核計(jì)算耳式支座實(shí)際承受的載荷按下式近似計(jì)算：<4-1）式中：Q——實(shí)際承載荷，kN；m0——實(shí)際重量，kg。D——安裝尺寸，mm。Ge——偏心載荷，N；n——支座數(shù)目，個(gè)；k——安全系數(shù)；h——質(zhì)心高度，mm。P——水平力，N；g——重力加速度，m/s2；Se——偏心距，mm。因此：D==2467.2mm查文獻(xiàn)[3]得：g＝9.8，h=800mm，k=0.83，Se=1200mm,Ge=10000N，=7447.4kg，=4，P=15812N。將已知值代入<4-1）得=34.99kN因?yàn)?34.99kN＜[Q]=60kN，因此選用的耳式支座滿足要求。5攪拌軸及槳的設(shè)計(jì)5.1攪拌器的結(jié)構(gòu)型式槳式攪拌器，葉片用扁鋼制成，材料碳鋼，焊接在輪轂上，葉片數(shù)是2片，葉片形式為平直葉。5.2攪拌軸直徑的初步計(jì)算5.2.1攪拌軸直徑的設(shè)計(jì)軸的功率＝4.5kW，攪拌軸的轉(zhuǎn)速＝50rpm，材料為45鋼，[]＝35MPa，數(shù)系C=112,剪切彈性模量G＝2×105MPa，攪拌軸為實(shí)心軸。軸所傳遞的扭矩：T=9.55×106P/n==8.595×10<N·mm）攪拌軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：<5-1）式中τmax——軸橫截面上的最大剪應(yīng)力，MPa；MT——軸所傳遞的扭矩，N·mm；Wp——軸的抗扭截面系數(shù)，mm；[τ]——材料的許用剪應(yīng)力，MPa。軸所傳遞的扭矩MT=T=8.595×105N·mm。對(duì)于實(shí)心軸：由上式知：55.53mm開一個(gè)鍵槽，軸徑擴(kuò)大5%，則軸端直徑d=55.53×1.05=58.31mm。(2>軸的剛度計(jì)算軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角：式中G——攪拌軸材料的剪切性模量MPa；Ip——軸截面的極慣性矩，(mm>4；[θ]——許用扭轉(zhuǎn)角，rad/m；θ——軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，rad/m。查文獻(xiàn)[2]得：碳素鋼G=2×105MPa，實(shí)心軸；一般傳動(dòng)，如攪拌軸，許用扭轉(zhuǎn)角取0.5-1.0。實(shí)心軸的直徑=51.74mm。攪拌軸的直徑應(yīng)同時(shí)滿足強(qiáng)度和剛度兩個(gè)條件，故取兩者中的較大值，圓整后得d=59mm?？紤]到直葉槳式攪拌器的尺寸選擇，可將軸端直徑圓整至60mm。5.2.2攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算由文獻(xiàn)[2]知，攪拌軸的轉(zhuǎn)速n>200r/min時(shí)，都應(yīng)做臨界轉(zhuǎn)速校核。由于反應(yīng)釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速=50r/min，故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。5.3聯(lián)軸器的型式及尺寸的設(shè)計(jì)聯(lián)軸器的型式選用剛性凸緣聯(lián)軸器<C型[2]）由文獻(xiàn)[2]確定聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)和尺寸如表5-1。表5-1C型凸緣聯(lián)軸器的剛性及尺寸表標(biāo)定符號(hào)軸徑MnmaxNm主要尺寸<mm）質(zhì)量kgDL1L2LH1H2l1Md4l2bC60976170859820381683M84201820.05.4直葉槳式攪拌器尺寸的設(shè)計(jì)查工具書[2]可知直葉槳式攪拌器的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：DJ=(0.75-0.25>DN；b=(0.25-0.1>DJ；h=(1-0.2>DJ；Z=2。直葉槳的直徑：DJ=0.5DN=900mm；槳底距槽底：h=0.8DJ=720mm；槳葉厚度：b=0.15DJ=135mm。6傳動(dòng)裝置的選型和尺寸計(jì)算攪拌反應(yīng)釜傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)包括：電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)和聯(lián)軸器的選用，以及機(jī)座和底座的選用及設(shè)計(jì)等內(nèi)容。圖6-1攪拌反應(yīng)釜的傳動(dòng)裝置1-電動(dòng)機(jī)；2-減速機(jī)；3-聯(lián)軸器；4-機(jī)座；5-軸封裝置；6-底座；7-封頭；8-攪拌軸6.1電動(dòng)機(jī)的選用由于反應(yīng)釜里的物料腐蝕情況微弱且沒有防爆要求，因此可選擇最常見的Y系列全封閉自扇冷式三相異步電動(dòng)機(jī)?？紤]到攪拌軸經(jīng)過軸封裝置時(shí)由摩擦而損耗的功率等因素，攪拌反應(yīng)釜所需電動(dòng)機(jī)的功率可由下式<6-1）表示：<6-1）式中p——電