课程设计说明书题目: 夹套反应釜设计院系：机械工程学院专业班级：过控09-4班学号： 2009302648学生：石伟维指导教师：来永斌副教授2012 年 7月 2日理工大学课程设计（论文）任务书年月日目录第1章绪论 (1)1.1概述 (1)1.2搅拌器研究状况 (1)1.3搅拌设备研究中的主要难点以及解决方法 (1)1.4搅拌设备在工程技术上的特点 (2)第2章罐体几何尺寸计算 (3)2.1 确定筒体径 (3)2.2 确定封头尺寸 (3)2.3 确定筒体高度 (4)2.4 夹套几何尺寸计算 (4)2.5 传热面积计算 (5)2.6 夹套反应釜的强度计算 (5)2.6.1 强度计算的原则及依据 (5)2.6.2 筒及夹套的受力分析 (5)2.6.3 强度计算(按压计算厚度) (6)2.6.4 稳定性校核（按外压校核罐体厚度） (7)2.6.6 水压试验校核 (8)第3章反应釜的搅拌装置 (9)3.1 选择搅拌器 (9)3.2 电动机额定功率的确定 (10)3.3 搅拌轴设计 (10)3.4 搅拌器强度设计 (11)第4章反应釜的传动装置 (12)4.1 选用电动机 (12)4.2 选用减速器 (12)4.3 凸缘法兰的选用 (12)4.4 选用安装底盖 (14)4.5 机架的选用 (15)4.6 联轴器的选用 (17)4.7 轴封装置 (18)第5章工艺接管及附件选用 (20)5.1 工艺接管 (20)5.2 人孔和手孔 (20)5.3 设备接口 (21)5.3.1 接管与管法兰 (21)5.3.2 补强圈 (22)5.4 视镜 (22)5.5 支座 (23)5.6 挡板 (25)第6章焊缝结构的设计 (26)6.1 釜体上的主要焊缝结构 (26)6.2 夹套上的焊缝结构的设计 (27)参考文献 (28)鸣 (29)第1章绪论1.1概述搅拌反应器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一，适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶等聚合反应，此外，也大量应用于医药、化工、食品、冶金、采矿、造纸废水处理等行业。
一台夹套搅拌反应釜主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。
1.2搅拌器研究状况由于每一种搅拌器都不是万能的，都只在一特定的应用围才是高效的。
近年来，许多国际混合设备公司竞相开发高效节能、造价低廉的搅拌器。
通常在轴封、传动装置、传质传热搅拌方面有所突破，例如搅拌装置中典型的有A310、A315叶轮等。
以美国莱宁（LIGHTNIN）公司开发A310搅拌器为例，其叶片由钢板按一定规律弯曲制成，不必使用铣或精密浇铸等成型工艺，三叶片可用螺栓固定或焊接在轮毂上，这样有利于大型搅拌器的制造和安装。
尺寸较小时也可以铸造成型。
这些搅拌器非常适合于均相混合、固液悬浮等操作。
当用于固-液悬浮时，达到同样悬浮效果，A310叶轮比传统上使用的45°斜叶涡轮要节能50%。
其他还有A315，适合气液搅拌的发酵体系。
1.3搅拌设备研究中的主要难点以及解决方法各种生产过程对搅拌往往有不同要求，有的过程要求通过搅拌起到混合和搅动作用。
有的要求在搅拌作用下，使固体或液体中保持悬浮状态，这就要求搅拌器具有一定的技术特性，如一定的泵型式、尺寸、转速和功率等。
还需要从经济的角度，考虑搅拌器及减速装置的设备投资费用和日常动力消耗的操作费用。
对搅拌釜来说，依据物料的相态，可分为均相和非均相两类，非均相反应过程如悬浮聚合、乳液聚合，以及一些有固体催化剂的聚合体系。
均相体系对搅拌的要求主要是使物料搅动，以提高传热和传质速率，并使物料混合均匀。
非均相体系，除了上述的这些要求之外，还要求“分散相”在“连续相”中能保持稳定的均匀的分布。
这就要求对搅拌装置进行不同的设计。
在流体粘度较低，搅拌转速较高的情况下，容易产生漩涡流况。
在漩涡存在时，轴向的循环速率常低于径向的循环速率，影响搅拌效果。
还有一种情况值得注意，剧烈打旋的流体常引起往复冲动的浪涛，结合漩涡作用，对搅拌轴将造成起伏的冲击力。
为了消除漩涡，通常采用在容器安装挡板的办法。
1.4搅拌设备在工程技术上的特点搅拌设备的设计依赖经验和实验、放大困难，并且它是机械与过程装备专业知识的集成，属于非标设备，随着工业的发展，根据工艺过程的要求，搅拌设备的研究朝着以下几个方向发展：材料耐腐蚀化、设备大型化、设计智能化、控制自动化、制造工艺合理化。
第2章 罐体几何尺寸计算搅拌设备的罐体一般是立式圆筒形容器，由顶盖、筒体和罐底组成，罐底大多为椭圆形封头，必要时也可选锥形封头。
顶盖选用椭圆形封头或平盖。
罐底与筒体的连接常采用焊接连接。
顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种，要求可拆时，采用法兰连接。
2.1 确定筒体径一般有工艺条件给定容积V 、筒体径i D 按照式（2-1）估算：i D = （2-1）式中 V —工艺条件给定容积，3m ：i — 高径比，i iH i D =（按物料的类型选取，见表2-1） ϕ—填料系数，取0.85表2-1 常用搅拌容器的高径比由表2-1可取=1.2i iH i D =，根据式（2-1）得：i 0.9D = 圆整得：i 900mm D =2.2 确定封头尺寸椭圆封头选取标准件见图2-1，它的径于筒体径相同，标注椭圆封头尺寸查JB/T 4746-2002标准可知：曲边高度1h 250mm =，直边高度2h =25mm ，容积30.1113h V m =，表面积2h 0.9487F m =。
图 2-1 椭圆封头2.3 确定筒体高度反应釜容积V 通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。
则筒体高度i H 按照式（2-2）计算并进行圆整：i 1h V V H V -= （2-2） 式中 h V —封头容积，3m ；1V -1米高筒体容积，3m /m 。
查表得：310.636m V =，再根据公式（2-2）得：i 1.08m H =圆整得：i =1100mm H2.4 夹套几何尺寸计算夹套和筒体的连接长焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。
夹套径2D 可根据筒体径1D 按表2-2选取得2=1000mm D ：表 2-2 夹套径于筒体径关系夹套下封头型式同罐体封头，其直径2D 与夹套筒体相同。
夹套高2H 由传热面积决定，不能低于液料高。
夹套高2H 按式（2-3）估算：h21=V V H V ϕ⨯- （2-3）将值代入式（2-3）得：2=0.89mm H ，圆整取2=900mm H 。
2.5 传热面积计算夹套所包围的罐体表面积（筒体表面积F 筒+封头表面积F 封）一定要大于工艺要求的传热面积F ,即：+F F F ≥筒封 （2-4）式中，21=F H F ⨯筒（1F —1米高的筒体表面积）查表得：31=2.83m F ，由式（2-4）求出：2+=3.4957>3m F F 筒封，所以满足换热要求。
2.6 夹套反应釜的强度计算2.6.1 强度计算的原则及依据强度计算中各参数的选取及计算，均应符合150GB 钢制压力容器的规定，强度计算应考虑以下几种情况。
（1）圆筒为常压外带套时当圆筒公称直径600mm DN ≥时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力）圆筒设计，其余部分按常压设计；（2）圆筒为真空外带夹套时当圆筒公称直径600mm DN ≥时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力+0.1a MP ）圆筒设计，其余部分按真空设计；当圆筒公称直径<600mm DN 时，全部筒体按外压（指夹套压力+0.1a MP ）筒体设计；（3）圆筒为正压外带夹套时当圆筒公称直径600mm DN ≥时，被夹套包围部分的筒体分别按压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值；其余部分按压圆筒设计。
当圆筒公称直径<600mm DN 时，全部筒体按压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。
2.6.2 筒及夹套的受力分析工艺提供的条件为：釜体筒中工作压力为0.2a MP ，夹套工作压力为0.3a MP ，则夹套筒体和夹套封头承受0.3a MP 压：而筒的筒体和下封头既承受0.2a MP 压，同时又承受0.3a MP 外压，其最恶劣的工作条件为：停止操作时，筒无压而夹套仍有蒸汽压力，此时筒承受0.3a MP 外压。
2.6.3 强度计算(按压计算厚度)罐体和夹套材料选用345R Q ,设计温度1t =100C （容器），2t =150C （夹套）；设计压力1=0.2MPa P （容器），2=0.3MPa P （夹套）。
焊接接头系数取=0.85φ 液柱静压力：61H =10=0.015P gh MPa ρ-计算压力： 1c 11H =P +P =0.215P MPa夹套介质为谁蒸汽，故其液柱静压力可以忽略不计，则夹套的计算压力为：2c 2=P =0.3a P MP查表可知设计温度下，345Q R 的需用应力为[]t =189a MP σ。
筒体计算厚度由公式：[]1c i 1t 1c =2P D P δσφ- (2-5)得，1=0.60mm δ；夹套计算厚度由公式： []2c i 2t 2c =2P D P δσφ- （2-6）得，2=0.84mm δ；筒体封头计算厚度由公式: []'1c i 1t 1c =20.5P D P δσφ- （2-7） 得，'1=0.60mm δ ；夹套封头计算厚度由公式：[]'2c i 2t 2c =20.5P D P δσφ- （2-8）得，'2=0.84mm δ， 取钢板厚度负偏差10.3mm C =，腐蚀裕量：罐体为0，夹套2 1.5mm C =，则夹套厚度附加量由公式：12C C C =+ （2-9）得， 1.8mm C =；筒体设计厚度由公式：1c 11=+C δδ (2-10)得，1c =0.9mm δ；夹套设计厚度由公式：2c 2=+C δδ (2-11) 得，2c =2.64mm δ；筒体封头设计厚度由公式：''1c 11=+C δδ （2-12）得，'1c=0.9mm δ； 夹套封头设计厚度有公式：''2c 2=+C δδ （2-13） 得，'2c=2.64mm δ。
对低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于3mm ，若加上1.5mm 的腐蚀裕量，名义厚度至少应取5mm 。
由345R Q 钢材标准规格，名义厚度取为6mm 。
所以：筒体名义厚度：1n =6mm δ 夹套名义厚度：2n =6mm δ筒体封头名义厚度：'1n=6mm δ 夹套封头名义厚度：'2n=6mm δ 2.6.4 稳定性校核（按外压校核罐体厚度）（1）筒体名义厚度的计算取厚度附加量2mm C =，假设筒体名义厚度1n =8mm δ，则筒体有效厚度：1e 6mm δ=，筒体外径10=916mm D ，筒体计算长度由公式：2121h +h 3L H =+ （2-14）得，1008.3mm L =，系数10 1.1LD =,系数101e=152.7mm D δ，0.00065A =,85a B MP =，许用外压力由公式：[]101e/BP D δ=（2-15）得，[]0.56>0.3P MPa =。