晶化反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)及溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（含CAD圖紙）

喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的文件全都有，請(qǐng)放心下載，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 = 喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的文件全都有，請(qǐng)放心下載，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 = 編號(hào)本晶化反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)及溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Structure ofcrystallization reactor and designof temperaturecontrol system摘要本文設(shè)計(jì)的攪拌設(shè)備是晶化反應(yīng)釜，反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)采用夾套式。筒內(nèi)介質(zhì)是催化劑，設(shè)計(jì)壓力為0.8MPa；夾套內(nèi)介質(zhì)導(dǎo)熱油，設(shè)計(jì)壓力為0.8MPa；主體材質(zhì)為16MnR，攪拌速度為85r/min，介質(zhì)粘度2000厘泊,反應(yīng)釜容積為8.0m3，軸功率為1.5KW,操作溫度反應(yīng)釜190，夾套250。攪拌反應(yīng)釜主要由筒體和夾套組成，多為中、低壓壓力容器；攪拌裝置由攪拌器和攪拌軸組成；傳動(dòng)裝置是為攪拌裝置設(shè)置的，主要由電動(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)成完整的攪拌反應(yīng)釜。設(shè)計(jì)方法采用壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)方法，遵循化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)要求，按照GB150-1998鋼制壓力容器等技術(shù)法規(guī)執(zhí)行，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括釜體（內(nèi)筒與夾套）強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、校核和水壓試驗(yàn)；攪拌裝置設(shè)計(jì)與校核；傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)；反應(yīng)釜其他零部件設(shè)計(jì)及溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。反應(yīng)釜作為攪拌設(shè)備的一種，其應(yīng)用前景廣泛，尤其在石油與化工行業(yè)中更是得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：反應(yīng)釜；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；攪拌裝置；傳動(dòng)裝置；溫控系統(tǒng)。AbstractThis design of mixing equipment is stirred tank reactor with jacket. Inner tube is a dye and an organic solvent medium and the design pressure is 0.8Mpa.jacket cooling medium is water or steam and the design pressure ois 0.8MPa; The main material is 16MnR, stirring speed is 85r/min, Dielectricviscosity is2000cP,reactor volume is8m3,shaft power is 1.5KW and the reactor Operating temperature is190,the Jacket Operating temperature is 250.Stirred tank reactor is mainly composeof the cylinder and the jacket ，mostly in medium and low-pressure vessels.The mixing device composed by a stirrer and agitator shaft.The gearing is set for the stirring device, mainly consists of motor, reducer, couplings and shafts and other components; seal device is dynamic seal, generally use mechanical seal or packing.All of them with support, manholes, and other accessories with the takeover process constitute a complete stirred tank reactor.Pressure vessel design using conventional design methods, follow the chemical equipment designed handbook requirement, according to GB150-1998 steel pressure vessel and other technical enforcement.The designed mainly includes kettle body (inner tube and jacket) strength, structural design, school nuclear and hydraulic test, stirring device design and checking, gear design and other reactor components design.Reactor as a stirring device has broad application prospects, especially in the oil and chemical industry it has been even more widely used.Keywords: reactor；Structural design； stirring device；gearing；Temperature control system.目錄摘要Abstract目錄第1章 緒論11.1 反應(yīng)釜的基本結(jié)構(gòu)與原理11.2 晶化反應(yīng)釜的特點(diǎn)11.3 基本設(shè)計(jì)要求2第2章 晶化反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32.1 總體結(jié)構(gòu)的確定32.1.1 確定釜體內(nèi)徑32.1.2 封頭的選型42.1.3 筒體高度H的設(shè)計(jì)42.1.4 釜體高徑比和裝料系數(shù)的復(fù)核42.2 筒體及封頭厚度的設(shè)計(jì)52.2.1 筒體壁厚的設(shè)計(jì)52.2.2 封頭厚度的設(shè)計(jì)62.3 筒體及封頭的強(qiáng)度校核62.3.1 筒體的強(qiáng)度校核62.3.2 封頭的強(qiáng)度校核72.4 外壓校核72.4.1 筒體外壓校核72.4.2 封頭外壓校核8第3章 夾套設(shè)計(jì)103.1 確定夾套尺寸103.2 確定夾套厚度103.3 確定夾套封頭厚度113.4 夾套封口錐計(jì)算12第4章 攪拌器設(shè)計(jì)134.1 確定反應(yīng)釜攪拌器形式134.2 攪拌器位置尺寸關(guān)系134.3 攪拌功率計(jì)算144.4 攪拌器強(qiáng)度計(jì)算154.4.1 攪拌器設(shè)計(jì)功率154.4.2 攪拌器槳葉彎曲許用應(yīng)力164.4.3 槳葉根部彎曲許用應(yīng)力174.5 攪拌軸的設(shè)計(jì)與校核174.5.1 攪拌軸的機(jī)械計(jì)算184.5.2 根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速核算攪拌軸軸徑184.5.3 按強(qiáng)度計(jì)算攪拌軸的軸徑214.5.4 由徑向力引起的軸的彎矩MR計(jì)算21第5章 反應(yīng)釜其他附件及開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算275.1 工藝接管的設(shè)計(jì)275.2 接管墊片尺寸及材質(zhì)285.3 法蘭、墊片、螺栓、螺母、墊圈的材料285.4 人孔的設(shè)計(jì)295.5 視鏡的選型305.6 支座的選型與校核305.6.1支座的選型及尺寸設(shè)計(jì)305.6.2 反應(yīng)釜支座型式強(qiáng)度校核計(jì)算31 5.7 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別345.7.1 補(bǔ)強(qiáng)判別345.7.2 等面積補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算345.7.3 允許開孔的范圍345.7.4 所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積A對(duì)于受內(nèi)壓的圓筒或球殼345.7.5 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍355.7.6 補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)金屬面積 Ac37第6章 壓力試驗(yàn)與無損檢測(cè)396.1 壓力試驗(yàn)396.2無損檢測(cè)41第7章 溫度控制系統(tǒng)42第8章 工程定額概算及污染防治458.1 原材料的價(jià)格458.2 反應(yīng)釜的定額基價(jià)表478.3 環(huán)境分析498.3.1化工生產(chǎn)中的節(jié)能與環(huán)保措施498.3.2 對(duì)化工“三廢”中污染物質(zhì)的防治方法50結(jié)論52參考文獻(xiàn)53致謝54第1章 緒論1.1 反應(yīng)釜的基本結(jié)構(gòu)與原理反應(yīng)釜是廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品，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，高壓反應(yīng)釜由反應(yīng)容器、攪拌器及傳動(dòng)系統(tǒng)、冷卻裝置、支座、人孔及附件等組成。反應(yīng)釜材質(zhì)一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基（哈氏、蒙乃爾）合金及其它復(fù)合材料。反應(yīng)釜可采用SUS304、SUS316L等不銹鋼材料制造。攪拌器有錨式、框式、槳式、渦輪式，刮板式，組合式，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可采用擺線針輪減速機(jī)、無級(jí)變速減速機(jī)或變頻調(diào)速等，可滿足各種物料的特殊反應(yīng)要求。密封裝置可采用機(jī)械密封、填料密封等密封結(jié)構(gòu)。加熱、冷卻可采用夾套、半管、盤管、米勒板等結(jié)構(gòu)，加熱方式有：蒸汽、電加熱、導(dǎo)熱油，以滿足耐酸、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕等不同工作環(huán)境的工藝需要。而且可根據(jù)用戶工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造。反應(yīng)釜的工作原理是在內(nèi)層放入反應(yīng)溶媒可做攪拌反應(yīng)，夾層可通上不同的冷熱源（冷凍液，熱水或熱油）做循環(huán)加熱或冷卻反應(yīng)。通過反應(yīng)釜夾層，注入恒溫的（高溫或低溫）熱溶媒體或冷卻媒體，對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的物料進(jìn)行恒溫加熱或制冷。同時(shí)可根據(jù)使用要求在常壓或負(fù)壓條件下進(jìn)行攪拌反應(yīng)。物料在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，并能控制反應(yīng)溶液的蒸發(fā)與回流，反應(yīng)完畢，物料可從釜底的出料口放出，操作極為方便。1.2 晶化反應(yīng)釜的特點(diǎn)晶化反應(yīng),是在化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)結(jié)晶的過程,晶化與結(jié)晶(凝固)既有共同點(diǎn)，又有區(qū)別。結(jié)晶是指晶體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從蒸汽、溶液或熔融混合物中析出的過程。結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力是過飽和度，經(jīng)歷了晶核形成和晶體逐漸長(zhǎng)大的過程。而晶化過程還需要考慮物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變所需的應(yīng)變能和表征非晶晶化難易程度的表觀激活能。晶化反應(yīng)釜主要由攪拌容器、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。攪拌容器分罐體和夾套兩部分，主要由封頭和筒體組成，多為中、低壓壓力容器；攪拌裝置由攪拌器和攪拌軸組成，其形成通常由工藝設(shè)計(jì)而定；傳動(dòng)裝置是為帶動(dòng)攪拌裝置設(shè)置的，主要由電機(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、工藝管等附件一起，構(gòu)成完整的結(jié)晶反應(yīng)釜。結(jié)晶反應(yīng)釜是物料混合反應(yīng)后，夾層內(nèi)需冷凍水或冷媒水急劇降溫的結(jié)晶設(shè)備，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于夾層換熱面積的大小，攪拌器的結(jié)構(gòu)形式和物料出口形式，罐體內(nèi)高精度拋光，以及罐體內(nèi)清洗無死角的要求來滿足工藝使用條件。結(jié)晶反應(yīng)釜是化工、制藥、食品等行業(yè)的物料混合、加溫、降溫、攪拌等國(guó)內(nèi)過程中的混合反應(yīng)設(shè)備。由于工藝和介質(zhì)不同，設(shè)備的攪拌形式、轉(zhuǎn)速、加溫和降溫的要求不同。該設(shè)備的設(shè)計(jì)選材、結(jié)構(gòu)和減速機(jī)防爆與不防爆要求也不同。從工藝上講：一般情況是要控制結(jié)晶過程的溫度和速度，防止降溫面局部過冷造成過飽和結(jié)晶。1.3 基本設(shè)計(jì)要求對(duì)結(jié)晶釜的結(jié)構(gòu)及溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算滿足給定的工藝要求，嚴(yán)格按照反應(yīng)器及壓力容器的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1-1。表1-1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)項(xiàng)目反應(yīng)釜夾套操作溫度 190250操作壓力MPa0.80.8物料名稱催化劑導(dǎo)熱油介質(zhì)粘度2000cP物料密度1000kg/m3容積m38.0攪拌速度rpm8.512第2章 晶化反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 總體結(jié)構(gòu)的確定2.1.1 確定釜體內(nèi)徑由文獻(xiàn)過程設(shè)備設(shè)計(jì)表8-5可知幾種攪拌設(shè)備筒體的高徑比如表2-1：表2-1 幾種攪拌設(shè)備筒體的高徑比種類罐內(nèi)物料類型高徑比一般攪拌罐液-固相、液-液相1-1.3一般攪拌罐氣-液相1-2聚合釜懸浮液、乳化液2.08-3.85發(fā)酵罐類發(fā)酵液1.7-2.5由給定參數(shù)：反應(yīng)釜內(nèi)介質(zhì)為催化劑和導(dǎo)熱油，由表選取高徑比i=2將釜體視為筒體，由V=(/4)Di2L，H=2Di則， （2-1）式中 V工藝給定容積，m3本設(shè)計(jì)書中規(guī)定V=8m3，求得Di=1720mm， 圓整后DN=1800mm。本文設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜主要用于結(jié)晶反應(yīng)，物料反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn)，因此選取反應(yīng)釜裝料系數(shù) =0.75。釜內(nèi)介質(zhì)有腐蝕性，材料應(yīng)選用不銹鋼，計(jì)算壁厚超過了 12mm，有違材料選擇的一般原則， 故選用內(nèi)部為不銹鋼襯里結(jié)構(gòu)，外部為普通碳素鋼，這里所選材料為16MnR(GB6654)。設(shè)計(jì)參數(shù)的確定：操作壓力p： p=0.8MPa；計(jì)算壓力pc： pc=0.85MPa；許用應(yīng)力t： 根據(jù)材料16MnR、t=250，查表得t156；焊縫系數(shù)j： j0.85，局部無損探傷；鋼板負(fù)偏差C1： 查表得C10.25mm；腐蝕裕量C2： C21.0mm（雙面腐蝕）。2.1.2 封頭的選型本設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭，根據(jù)查JB/T 4737-95表4-2 “以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓封頭的型式和尺寸”得以DN=1800mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭數(shù)據(jù)為：直邊高度h1： 25mm 體積VF： 0.8270m3曲邊深度h2： 450mm 內(nèi)表面積A： 3.6535m2圖2-1 橢圓型封頭示意圖2.1.3 筒體高度H的設(shè)計(jì) （2-2）=3320mm并根據(jù)高徑比為2，圓整得: H =35002.1.4 釜體高徑比和裝料系數(shù)的復(fù)核 （2-3）V = VT+VF =8.91+0.827 = 9.73m3 8m3 （2-4） = V0 / V = 69.73 = 0.69（2-5）i= = (H+h1+h2)/Di =3500/1800 =1.94 （2-6） 以上均符合條件。2.2 筒體及封頭厚度的設(shè)計(jì)2.2.1 筒體壁厚的設(shè)計(jì)表2-2 鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)值焊接接頭形式無損檢測(cè)比例值雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全熔透對(duì)接街頭100%1.00局部0.85單面汗對(duì)接接頭沿焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板100%0.90局部0.80由公式設(shè)計(jì)壁厚 （2-7） 式中： Pc筒體計(jì)算壓力；Di筒體內(nèi)徑；t設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力；j 焊縫系數(shù)。 代入數(shù)值： =5.79mm由HG20580-1998對(duì)材料的厚度附加量進(jìn)行確定，C1=0.25,C2=1n=+C1+C2+C=7mm （2-8）C=C1+C2=1.25mme = n - C =5.75mm式中： e 有效厚度 計(jì)算厚度n 名義厚度 求得筒體厚度為： (1)筒體計(jì)算厚度=5.79mm (2)筒體名義厚度n=7mm(3)筒體有效厚度e=5.75mm2.2.2 封頭厚度的設(shè)計(jì)由公式計(jì)算封頭厚度： （2-9）代入數(shù)值： =4.9mm由HG20580-1998對(duì)材料的厚度附加量進(jìn)行確定，C1=0.25,C2=1n=+C1+C2+C= 6mm （2-10）C=C1+C2=1.25mme = n - C =5mm同樣求得封頭厚度為： （1）封頭計(jì)算厚度1=4.9mm（2）封頭名義厚度n1=6mm（3）封頭有效厚度e1=5mm2.3 筒體及封頭的強(qiáng)度校核2.3.1 筒體的強(qiáng)度校核筒體的允許應(yīng)力： = （2-11）代入數(shù)值：最大允許工作壓力：Pw= （2-12）式中：Pw 最大允許工作壓力t 設(shè)計(jì)溫度下筒體材料的許用應(yīng)力代入數(shù)值： Pw = ， 故n = 7mm 符合內(nèi)壓要求。2.3.2 封頭的強(qiáng)度校核封頭最大允許工作壓力：Pw= （2-13）式中： K橢圓開封頭的形狀系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 K=1 代入數(shù)值： =故 n1 = 6mm合理。2.4 外壓校核2.4.1 筒體外壓校核P設(shè)= 0.85MPa ，夾套長(zhǎng)度計(jì)算：V = VR-VF =7.173 求得H=2.82m，取H=3000m。封頭直邊高度h0=25mm外壓計(jì)算長(zhǎng)度：L = H + 25 + = 3175mmL/D0=D0/e=查圖GB150-19986-2 由內(nèi)插法得A=0.0001，查圖 6-5 A 在設(shè)計(jì)溫度線左側(cè)， p = （2-14）所以 n=7mm不能符合外壓要求，需要重新選擇n 。取 n =22mm，C1=0.25，C2=1 ，e=n-C=20.75mm，封頭直邊高度為 h0=40mm。L = H+40+3000+40+150=3190mm3200mmL/D0=D0/e=88.88查圖 GB150-1998 6-2 由內(nèi)插法得 A=0.0001，查圖 6-5，由內(nèi)插法得t=2500C時(shí)，B=90，p= (2-15)所以 n=22mm符合要求，確定筒體 n=22mm。2.4.2 封頭外壓校核取 n =16mm，C1=0.25，C2=1,s C= 14.75mm根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)P127表4-5用內(nèi)插法查得K1=0.89，R0=K1D0=1612.7mmA=查圖 GB150 6-5，由內(nèi)插法得t=2500C 時(shí)，B=102.5，p=所以封頭n=16mm符合外壓要求。為使筒體與封頭焊接處不出現(xiàn)削弱筒體強(qiáng)度的情況，將封頭厚度增加到與筒體厚度一樣，n =22mm ,仍然符合外壓要求。至此求得筒體厚度為： （1）筒體名義厚度n=22mm（2）筒體有效厚度e=20.75mm封頭厚度為： （1）封頭名義厚度n1=22mm（2）封頭有效厚度e1=20.75mm因封頭厚度增大至 n1=22mm 20mm ，封頭高度取h1=50mm,因此根據(jù)查JB/T 4737-95表4-2 “以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓封頭的型式和尺寸”得以DN=1800mm、h1=50mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭數(shù)據(jù)為：表3-1 封頭尺寸直邊高度h1總深度h2容積VF內(nèi)表面積A50mm450mm0.8906m33.7949m2第3章 夾套設(shè)計(jì)所謂夾套就是在容器的外側(cè)，用焊接或法蘭連接的方式裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與容器外幣形成密閉的空間，在此空間內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，可加熱或冷卻容器內(nèi)的物料。根據(jù)其工況，可選用整體夾套中的 U 型夾套。由于選用導(dǎo)熱油來充當(dāng)傳熱介質(zhì)，導(dǎo)熱油本身幾乎沒有腐蝕性，故筒體選用的材料 16MnR 無需進(jìn)行額外的防腐處理，而夾套選用材料也可避免選用價(jià)格昂貴的不銹鋼材料，可以選擇與筒體材料相同的 16MnR 即可。3.1 確定夾套尺寸據(jù)容器裝液的液深高度約為2800mm，故夾套筒體高度必須要大2800mm，考慮到液體攪拌時(shí)產(chǎn)生漩渦，在此設(shè)計(jì)夾套筒體高度為3000mm，夾套內(nèi)工作壓為0.8MPa，其設(shè)計(jì)壓力定為0.85MPa。夾套內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑之比：D2/D11.2 （3-1）式中：D1 筒體的內(nèi)徑；D2 夾套的內(nèi)徑；因筒體內(nèi)徑 D11800mm，則夾套內(nèi)徑應(yīng)小于2160mm。根據(jù)封頭的公稱直徑，夾套內(nèi)徑D2（1900,2000），在此選擇夾套的內(nèi)徑D2=2000mm，對(duì)應(yīng)的封頭的公稱直徑DN=2000mm。3.2 確定夾套厚度可利用筒體厚度計(jì)算公式來計(jì)算夾套筒體厚度，夾套的材料選用為16MnR,在工作溫度t=2500C 時(shí)，16MnR的t= 156MPa ，無損檢測(cè)20%局部探傷，焊縫系數(shù)j=0.85。 =6.83mmn = + C +C=10mm ， e = n - C=8.75m夾套筒體的允許應(yīng)力： = 代入數(shù)值：最大允許工作壓力：Pw=故n = 10mm 符合內(nèi)壓要求。3.3 確定夾套封頭厚度確定夾套封頭厚度同樣可以利用封頭內(nèi)計(jì)算公式，材料與夾套筒體相同，選用16MnR，在工作溫度t=2500C時(shí)，16MnR 的 t=156MPa ，焊縫系數(shù)j=1 。 夾套封頭厚度計(jì)算： =5.46mmn = + C +C=7mm ， e = n - C=5.75mm。故封頭可以選用與夾套筒體相同的厚度且符合要求。表3-1 封頭尺寸直邊高度h1總深度h2容積VF內(nèi)表面積A40mm500mm1.1729m34.5873m23.4 夾套封口錐計(jì)算封頭的下部結(jié)構(gòu)大致如圖3-1：圖 3-1 夾套下封頭的結(jié)構(gòu)封口錐的半頂角應(yīng)為300或450，這里選用450的半頂角。封口錐的轉(zhuǎn)角半徑就為：式中：e0容器外壁至夾套壁中面的距離 ；S2 夾套筒體，封口錐的實(shí)際壁厚 ；S1 攪拌器容器筒體的實(shí)際壁厚 ；e0=0.5(D2+S2)-(D1+2S1)=，所以go 取100合適。第4章 攪拌器設(shè)計(jì)4.1 確定反應(yīng)釜攪拌器形式從攪拌操作目的分析攪拌器要求，諸如某過程要求對(duì)流循環(huán)好或者某過程要求剪切力強(qiáng)等等到，繼而分析了攪拌器的功能，在此基礎(chǔ)上就可以根據(jù)攪拌目的來選擇攪拌器形式。或者從一種攪拌器的功能來判斷它適用于哪些攪拌過程。各種攪拌器過程對(duì)攪拌的要求有共性而各種攪拌器的性能也有共性，這樣往往是適于某一種攪拌操作的可能有幾種形式的攪拌器，而同一種攪拌器也可以用于幾種攪拌過程。當(dāng)然嚴(yán)格的說，還是各有所長(zhǎng)的，諸如粘度高低、容器大小、轉(zhuǎn)速范圍等等， 都會(huì)影響攪拌器的使用效果。選型的資料比較多，但是由于影響攪拌過程的因素復(fù)雜，各自實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)不同，彼此的結(jié)果也有不相一致的地方。如有的資料介紹某種槳型應(yīng)用范圍窄，而另外的資料則介紹的應(yīng)用范圍寬。這也說明多數(shù)情況下的選型不是絕對(duì)的，使用范圍也是有彈性的。根據(jù)筒體Di=1800mm，轉(zhuǎn)速 n=85rpm，介質(zhì)粘度t，即，查過程設(shè)備設(shè)計(jì)P330表8-11、8-12綜合分析，晶化反應(yīng)釜選用多層槳式攪拌器，由分析可選用直葉槳式攪拌器。4.2 攪拌器位置尺寸關(guān)系攪拌器在攪拌容器中的位置尺寸關(guān)系見表4-1表4-1 攪拌器在攪拌容器中的位置尺寸關(guān)系根據(jù)上表可求得：C=(0.150.25) Di； （4-1）C 取 0.25 Di =450mm；Sp=（0.3 0.4）Di，此處Sp 取0.4Di；則Sp= 720mm；查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表10-1得，直葉槳式攪拌器主要尺寸：圖4-1 直葉槳式攪拌器簡(jiǎn)圖Dj/Di = 0.350.80 ； （4-2）b/Dj = 0.10.25 ； （4-3）取Dj/Di=0.39 ，得Dj= 700mm ; 取b/Dj =0.14 ，得b = 90mm ；擋板寬度 Wb=Di=150mm ；Sb= 0.2Wb = 30mm ;擋板數(shù)量Zb=4（標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量）。S =Hi-C =3490mm，故選擇4層攪拌器。4.3 攪拌功率計(jì)算攪拌器的攪拌功率按下列通用公式計(jì)算，即（4-4）式中：Po功率準(zhǔn)數(shù) ；K 功率準(zhǔn)數(shù)校正總系數(shù) ；p介質(zhì)密度 r1000kg /m3 ， 轉(zhuǎn)速n = 85rpm = 1.4r / s ，攪拌器圓周速度V = 3.1m / s 。 雷諾準(zhǔn)數(shù)： （4-5）式中：m介質(zhì)粘度 ；n攪拌器的葉輪轉(zhuǎn)速 ；代入計(jì)算得： =343 （屬于過渡流區(qū)）根據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)P860圖10-29查得Po=0.55，由于所選的為同一類型攪拌器，則 P1= P2=P3=P4=0.55 ， 因此得攪拌器功率準(zhǔn)數(shù)k：；k2 2.5（用于2個(gè)以上攪拌器）此處取k2 = 2.5；單個(gè)攪拌器功率為：=四個(gè)攪拌器均相同，則攪拌器總功率為：Ps=4.4 攪拌器強(qiáng)度計(jì)算攪拌軸的計(jì)算主要包括軸的強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)計(jì)算，同時(shí)還需對(duì)軸撓曲變形校核，以確定軸的最小截面尺寸，保證攪拌軸的安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。 4.4.1 攪拌器設(shè)計(jì)功率電動(dòng)機(jī)的計(jì)算功率：（4-6）式中：Ps 攪拌軸軸功率，kW；Pm 攪拌軸軸封處的磨損功率，kW；h1 攪拌機(jī)傳動(dòng)裝置各零部件的傳動(dòng)效率；電動(dòng)機(jī)選擇之前需要進(jìn)行減速機(jī)的選擇，由過程設(shè)備設(shè)計(jì)P343 表 8-18 可知，n =85r/min時(shí)可選用擺線針齒行星減速機(jī)，此減速機(jī)h1 介于0.90.95，此處選取h1=0.95軸封選用雙端面機(jī)械密封。Pm相對(duì)于Ps極小，可以忽略不計(jì)。則代入計(jì)算得：電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大于5kw，減速機(jī)選用BLD5.5-3-17 。每層攪拌器的設(shè)計(jì)功率： （4-7）式中：PN 攪拌功率h1 傳動(dòng)機(jī)械效率Pm 電機(jī)功率Z 攪拌器的數(shù)量由于介質(zhì)具有腐蝕性，攪拌器的材料選用不銹鋼OCr18Ni 9 ，其t=520MPa.4.4.2 攪拌器槳葉彎曲許用應(yīng)力 = （4-8）表4-2 安全系數(shù)nb材料不銹鋼鑄不銹鋼碳鋼鑄鋼鑄鐵nb3.5534.28因?yàn)閿嚢杵鞯牟牧线x用不銹鋼，則此處取nb=3.5。4.4.3 槳葉根部彎曲許用應(yīng)力(1) 所受的彎矩M1： （4-9） (2) 抗彎斷面模數(shù)： （4-10）式中： b 槳葉寬度 ；ZB 槳葉上的螺栓個(gè)數(shù)；db 螺栓的螺紋大徑；根據(jù)攪拌器寬度b= 100mm ，單個(gè)攪拌器上螺栓數(shù)為ZB=4 ,n=16mm ，e = 16 -C=14.75mm。（3）彎曲應(yīng)力1=149MPa （4-11）攪拌器槳葉強(qiáng)度符合要求。4.5 攪拌軸的設(shè)計(jì)與校核根據(jù)減速機(jī)的出軸軸徑選擇對(duì)應(yīng)的安裝底蓋與機(jī)架，由于攪拌軸過長(zhǎng)，應(yīng)選用單跨軸結(jié)構(gòu)，具有底軸承，選用單支點(diǎn)支架。軸的受力計(jì)算長(zhǎng)度：L =L罐體 +h1 +h2 +h安裝底盤 +h機(jī)架h底軸承 = 4765mm第一層攪拌器距圖紙上點(diǎn) A（上凸緣聯(lián)軸器） 距離L1 = 4565mm ；第二層攪拌器距圖紙上點(diǎn) A 距離L2 = 3845mm ；第三層攪拌器距圖紙上點(diǎn) A 距離:L3 = 3125mm ；第四層攪拌器距圖紙上點(diǎn) A 距離:L4 = 2405mm ；4.5.1 攪拌軸的機(jī)械計(jì)算按扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算攪拌軸的軸徑受扭轉(zhuǎn)變形控制的軸徑d1由以式4-12計(jì)算，即 （4-12）式中g(shù)軸的許用扭轉(zhuǎn)角，(o)/m，,對(duì)于單跨軸, =0.7o/m；Mmax攪拌軸傳遞的最大扭矩，(4-13)選用非空心軸，N04=0，G=7.4104MPa。計(jì)算軸徑d1：（本設(shè)計(jì)初選70mm）根據(jù)攪拌軸軸徑計(jì)算扭轉(zhuǎn)角： （4-14）4.5.2 根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速核算攪拌軸軸徑攪拌軸的有效質(zhì)量的計(jì)算: 對(duì)單跨軸： （4-15） =21.2kg剛性攪拌軸的攪拌器有效質(zhì)量等于攪拌器自身質(zhì)量加上攪拌器附帶的液體質(zhì)量，其計(jì)算公式為：kg （4-16）式中：第個(gè)攪拌器直徑，mm；第個(gè)攪拌器的槳葉寬度，mm；第個(gè)攪拌器的附加質(zhì)量系數(shù)查化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)表10-41得，此處；各層攪拌器均為同型式攪拌器，有效質(zhì)量均相等，則每一個(gè)攪拌器質(zhì)量kg 攪拌軸的臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算:為了延長(zhǎng)攪拌設(shè)備的壽命，避免軸和設(shè)備的損壞，需要從彈性振動(dòng)方面驗(yàn)算轉(zhuǎn)軸，尤其是高速轉(zhuǎn)軸，所謂從彈性振動(dòng)方面來驗(yàn)算轉(zhuǎn)軸，是指求出轉(zhuǎn)軸的臨界速度，從而選定軸系的尺寸，使由轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的振動(dòng)得以減少或消除。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到軸的自振頻率時(shí)，軸會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，并出現(xiàn)很大的彎曲現(xiàn)象，引起這種現(xiàn)象的轉(zhuǎn)軸速度，叫做轉(zhuǎn)軸的臨界速度。對(duì)應(yīng)于這個(gè)速度的軸的轉(zhuǎn)數(shù)，就叫做臨界轉(zhuǎn)速。假如軸的轉(zhuǎn)速保持在臨界轉(zhuǎn)速或相近于它的那個(gè)危險(xiǎn)范圍以內(nèi)，則軸的撓度將迅速增大，以致達(dá)到使軸發(fā)生破壞的程度。但如能把軸的轉(zhuǎn)數(shù)迅速提高，轉(zhuǎn)軸即可安全越過這個(gè)危險(xiǎn)速度。在軸轉(zhuǎn)數(shù)超過臨界轉(zhuǎn)數(shù)后，振動(dòng)迅速減小，轉(zhuǎn)軸又重新恢復(fù)穩(wěn)定。對(duì)于單跨軸：（1）軸的有效質(zhì)量在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量按下式計(jì)算（4-17） （2）第一層攪拌器在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量 （4-18）（3）第二層攪拌器在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量（4）第三層攪拌器在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量（4）第四層攪拌器在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量（5）在s點(diǎn)處所有相當(dāng)質(zhì)量的總和： （4-19） 代入數(shù)值得（6）軸的臨界轉(zhuǎn)速r/min （4-20）代入數(shù)值得通過臨界轉(zhuǎn)速校核軸徑合格。根據(jù)減速機(jī)的出軸軸徑以對(duì)應(yīng)的攪拌軸軸徑搭配，設(shè)計(jì)選擇d1= 60mm。4.5.3 按強(qiáng)度計(jì)算攪拌軸的軸徑攪拌軸軸徑的強(qiáng)度計(jì)算公式4-21 （4-21） 式中：攪拌軸材料的許用剪應(yīng)力，（此處）；攪拌軸材料的抗拉強(qiáng)度，；攪拌軸的扭矩和彎矩同時(shí)作用下的當(dāng)量扭矩，Nm； （4-22）式中：攪拌軸的扭矩，Nm； （Nm） （4-23）帶入計(jì)算得：攪拌軸的彎矩總和，Nm；4.5.4 由徑向力引起的軸的彎矩MR計(jì)算(1)單跨支承攪拌軸的徑向力彎矩為 （4-24）(2)第個(gè)攪拌器上的流體徑向力 （4-25）式中：流體徑向力系數(shù)；直葉槳式攪拌器的 K 用以公式4-26計(jì)算：K1=K1K1uK1bK1eK1i (4-26)式中 K1基本流體徑向力系數(shù)；K1u物料粘度修正系數(shù)；K1b 攪拌容器內(nèi)平直擋板數(shù)的修正系數(shù)；K1e 攪拌器偏心安裝修正系數(shù)；K1i 攪拌器容器內(nèi)件修正系數(shù)； 以上各系數(shù)根據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)P889表10-44得：K =0.15，K1u= 0.06，K1b = 1，K1e= 1，K1i = 1 代入計(jì)算： K1=K1K1uK1bK1eK1i=0.15 0.06 = 0.09(3) Mnqi第i 個(gè)攪拌器功率產(chǎn)生的扭矩Mnqi= （4-27）式中：Pqi第i個(gè)攪拌器的設(shè)計(jì)功率，kW；Dji第i層攪拌器的直徑，mm：因每個(gè)攪拌器功率產(chǎn)生的扭矩都一樣，Mnq1=Mnq2=Mnq3=Mnq4= 則每個(gè)攪拌器上的流體徑向Fhi也相等，F(xiàn)h1=Fh2=Fh3=Fh4=(4)攪拌軸與各層攪拌器的組合質(zhì)量mw：對(duì)于單跨軸： (4-28)式中：mL攪拌軸的質(zhì)量 (4-29) (5)攪拌軸與各層攪拌器組合質(zhì)量偏心引起的離心力對(duì)于單跨軸: (4-30)式中的初值對(duì)剛性軸攪拌器的許用偏心距（在組合的重心處）式中：攪拌軸轉(zhuǎn)速，r/min；平衡精度等級(jí)mm/s；一般情況：G=6.3mm/s；代入計(jì)算：（6）攪拌軸與各層攪拌器的質(zhì)量的重心距軸承的距離對(duì)于單跨軸 （4-31）代入數(shù)值得mm 將上式結(jié)果代入式5-24得(7)由軸向力引起的攪拌軸彎矩MAM A的粗略計(jì)算：當(dāng) P 2MPa 或軸上任一攪拌器的 = 0 時(shí)，取M A = 0.2 M R當(dāng) P 2MPa 或軸上任一攪拌器的 = 0 時(shí)，取M A = 0因?yàn)?Pc = 0.85 2MPa ，故近似M A = 0 ，則 (4-32) （8）按強(qiáng)度計(jì)算攪拌軸的直徑：mm1000mm時(shí)，需設(shè)一人孔。選用回轉(zhuǎn)蓋不銹鋼人孔HGJ 505-86，其結(jié)構(gòu)圖如圖5-4所示：圖5-4 人孔示意圖5.5 視鏡的選型本設(shè)計(jì)選用4個(gè)=80mm的視鏡。其結(jié)構(gòu)如圖5-5：圖5-5 視鏡結(jié)構(gòu)示意圖表5-4 視鏡材料件號(hào)名稱數(shù)量材料不銹鋼1視鏡玻璃1鋼化硼硅玻璃（HGJ 501-86-0）2接緣11Cr18Ni9Ti3襯墊2Pg104壓緊環(huán)1A35螺柱6A3(GB897-76)6螺母6A3(GB52-76)5.6 支座的選型與校核5.6.1支座的選型及尺寸設(shè)計(jì)夾套反應(yīng)釜多為立式安裝，最常用耳式支座。標(biāo)準(zhǔn)耳式支座（JB/T4735-92）分為A型和B型兩種。當(dāng)設(shè)備需要保溫或直接支承在樓板上是選B型，否則選A型。本設(shè)計(jì)選耳式A型支座，支座材料為Q235-A 與夾套筒體材料不同，支座數(shù)量為4個(gè)，支座號(hào)為7，其結(jié)構(gòu)如圖5-6所示：圖5-6 支座示意圖A型耳式支座尺寸參數(shù)如表5-6：表5-5耳式支座尺寸允許載荷（Q/KN）適用容積公稱直徑DN高度H底板筋板墊板l1b11s1l2b22l3b33e20017003400480375280221303003001460048014705.6.2 反應(yīng)釜支座型式強(qiáng)度校核計(jì)算設(shè)定支座和型號(hào)與數(shù)目，計(jì)算出一個(gè)支座承受的載荷Q，當(dāng)采用4個(gè)耳式支座來支承這臺(tái)容器時(shí)，每個(gè)支座實(shí)際承受的載荷應(yīng)按下式計(jì)算：； (5-1)式中：設(shè)備總質(zhì)量（包括殼體及其附件，內(nèi)部介質(zhì)及保溫層的質(zhì)量），kg；G重力加速度，取 g=9.81m/s；偏心載荷，N；K不均勻系數(shù)，安裝三個(gè)以上支座時(shí)，k=0.83；n支座數(shù)量；h水平力作用點(diǎn)至支座地板之間的距離，mm；偏心距，mm；f螺栓分布圓直徑，由以下公式計(jì)算； (5-2)P水平力，取水平地震力和水平風(fēng)載荷二者中的大值；和分別按下列而是計(jì)算： (5-3) (5-4)式中：地震系數(shù)，對(duì)應(yīng)8級(jí)地震選取0.45風(fēng)壓高度變化系數(shù)10米高處基本風(fēng)壓值，N/m容器外徑，有保溫層時(shí)取保溫層外徑，mm；容器總體高度，mm；先確定式中所需各值：（1） 設(shè)備的總質(zhì)量=9154kg桶內(nèi)流體質(zhì)量（假設(shè)為水）+2929kg筒體質(zhì)量+1959kg封頭質(zhì)量+1526kg夾套質(zhì)量+1012kg夾套封頭質(zhì)量+600kg攪拌器及各附件質(zhì)量=17180kg ， 約為17200kg 。（2）支座數(shù)目選擇 n=4 ；（3）不均勻系數(shù)k取0.83 ；（4）偏心載荷=0（5）水平力取和之大者地震載荷：風(fēng)壓高度變化系數(shù) 根據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)通過內(nèi)插法得，高度在6.4mm 時(shí)的值為 0.58；10m高度處的基本風(fēng)壓值按在城市郊區(qū)的基本風(fēng)壓計(jì)算，取值550N / m2 ；風(fēng)載荷：求得23.9kN（6）螺栓分布圓直徑f的計(jì)算：每個(gè)支座實(shí)際承受的載荷為：選定支座 A7 的允許載荷Q=200kN，QQ，支座符合許用載荷要求。由于支座反力Q不通過容器筒壁的中面，所以Q力在支承筒體的同時(shí)，還對(duì)筒體作用有外力矩 M，其值可按式5-5計(jì)算； k Nm (5-5)代入數(shù)值得由JB/T 4712.3-2007容器支座第3部分：耳式支座可查得支座處殼體的允許外壓M，夾套殼體厚10mm ，公稱直徑為2000mm ，內(nèi)壓為0.85MPa ，查得其M為 33.68 kNm 。所以，所選擇支座能承載，符合要求。345.7 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別5.7.1 補(bǔ)強(qiáng)判別根據(jù)表5-7，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑為48mm。本開孔外徑遠(yuǎn)大該值，故需另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 表5-6 接管厚度選取接管公稱外徑3238454857657689最小厚度4.05.06.07.0所選接管的最小厚度不能達(dá)到不另行補(bǔ)強(qiáng)的要求，故接管都需要計(jì)算以確定是否需要額外補(bǔ)強(qiáng)措施。5.7.2 等面積補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算夾套筒體：dn = 10mm,C =C1 +C2 = 1.25;上封頭dn = 16mm,C =C1 +C2 = 1.25人孔：Dn=500mm,dn= 6mm,C =C1+C2=0.8mm d DN = 80mm 的法蘭： d = 82.6mm,dn = 4mm,det 3.2mm5.7.3 允許開孔的范圍圓通上開孔限制，當(dāng)其內(nèi)徑Di 1500mm時(shí)，開孔最大d 520mm ； 當(dāng)其內(nèi)徑D 1500mm 時(shí)， 開孔最大直徑 d , 且d 1000mm 。在夾套筒體上的導(dǎo)熱油進(jìn)出口接管管徑89mm，但壁厚過小，不符合允許開孔范圍。凸形封頭或球殼上開孔最大直徑d 。封頭處安裝所用接管與人孔d900mm ，符合允許開孔范圍。5.7.4 所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積A對(duì)于受內(nèi)壓的圓筒或球殼A =dd+ 2ddet (1-fr ) (5-6)式中A開孔削弱所需要的補(bǔ)強(qiáng)面積，mm；d開孔直徑，mm；d殼體開孔處的計(jì)算厚度，mm；det 接管的有效厚度，f r 強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比，接管材料實(shí)為0Cr18Ni9，在 t=250 o C 時(shí)，d=105MPa ，筒體材料為 16MnR,在 t=250oC，d=134M P fr=人孔所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積：A =dd+ 2ddet (1-fr )= 512 5 + 2 5 5.2 (1- 0.75)= 2571mm2DN = 80mm 的法蘭所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積：A =dd+ 2ddet (1-fr )=82.6 5 + 2 5 3.2 (1- 0.78)= 420mm2DN = 100mm的法蘭所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積：A =dd+ 2ddet (1-fr )=102.6 5 + 2 5 3.2 (1- 0.78)= 520mm2Dn = 50mm的法蘭所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積：A =dd+ 2ddet (1-fr )=51.6 5 + 2 5 2.8(1- 0.78)= 264mm25.7.5 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍在殼體上開孔處的最大應(yīng)力在孔邊，并隨離孔邊距離的增加而減少。如果在離孔邊一定距離的補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，加上補(bǔ)強(qiáng)材料， 可有效降低應(yīng)力水平。B=2d,B=d+2dn+2det，B取二者中較大