1、南华大学机械工程学院毕业设计第 1 页 共 65 页1 m3 染 料 搅 拌 器 的 设 计摘要：本设计是染料搅拌器和储罐的设计，设计开始简要介绍了搅拌设备的用途、对象、分类和组成。由于不同型式的搅拌设备能完成相应物料的搅拌，文章对搅拌设备设计的一些注意的问题尤其是搅拌装置的选择作了简要说明，设计内容包括筒体和封头的设计，搅拌器的设计，支座的设计,以及开孔及其补强设计,其中包括各部件的校核，并介绍了压力试验特别是水压试验，文章最后还阐述了本搅拌器的制造、检验及安装中所应该注意的一些问题和方法。通过对各种相关文献书籍的查阅，设计出了基本符合工艺要求的设备。关键词：搅拌器 设计 搅拌装置 储罐 强
2、度南华大学机械工程学院毕业设计第 2 页 共 65 页1 m3 Dye mixer designAbstract: The thesis is about the design of agitator and tank. At the beginning of the design process, Briefly introduced the use of mixing equipment, objects, classification and composition of. Because different types of mixing equipment to complete t
3、he appropriate mix of materials, the article stirred some attention to equipment design problems, especially the choice of mixing device briefly described.In this paper, we design the shells, the heads, the tube-sheets, the skirt, the openings and their reinforcements, including the checks of every
4、part of purifying column. Besides, we present pressure test, especially hydraulic test. In the end , some problems and methods during manufacturing process, checkout and installation of this purifying column are set forth. By consulting a large number related literatures and books, we work out a pur
5、ifying column that meets the technological requirements.Key words: agitator design agitating equipment tank strength一 前言1.1 搅拌设备的用途和对象搅拌可加速化工过程的传热和传质,在石油化工设备中广泛运用。搅拌的对象可以是液体、固体和气体,其中液体居多。最常见的液体是水,其粘度很低1.2 搅拌设备设计的分类1）最简单的搅拌课题是混匀两种可互溶的液体。用户的要求往往在于搅拌时间和混匀的程度。成功的设计应能满足这些要求,而且不过多地花费于维护。我们经常追求的目标是工艺、机械与成本
6、三者间的平衡。不能互溶的液体搅拌要复杂得多,根据用户的要求,有时需要大功率、高速、强剪切的乳化设备。2）第二种常见的课题是固体颗粒的悬浮,可以是能溶解,也可以是固体中某种有价值物质的浸出。可以有化学反应,也可以仅为贮存而混匀。3）第三种是液-气搅拌,常用于污水处理中的曝气设备。南华大学机械工程学院毕业设计第 3 页 共 65 页1.3 机械搅拌设备的定义及组成搅拌设备：指搅拌容器和搅拌机两大部分组成的总称。搅拌容器：运行中与搅拌机共同完成介质的悬浮，分散，混匀，溶解，吸收。化学反应以及传热等的物理，化学反应过程的容器。搅拌机：由搅拌器，搅拌轴，搅拌轴封，电动机及传动装置等部分组成的总体。14
7、课题设计内容，设计参数及生产工艺141 设计内容搅拌容器：1.选择壳体的材料以及计算和校核壳体的厚度2.选择上下封头型式以及对其厚度的计算3.管口开孔补强计算及接管规格的确定4.容器支座的确定 搅拌机： 1.电机的确定2.联轴器的选择3.搅拌器的选择及校核4.搅拌轴的计算及选材5.搅拌轴封的型式确定及材料选用1.4.2 设计参数内筒 夹套设计压力 0.2 0.3设计温度 120 150物料名称 染料及有机溶剂（密度 2000kg/m3 粘度 0.1pa.s) 水蒸汽腐蚀余量 2 2南华大学机械工程学院毕业设计第 4 页 共 65 页换热面积 3 2m全容积 1搅拌轴转速 275r/min内筒：
8、设计温度下的许用应力 =113 t试验温度下的许用应力 =113t压力试验温度下的屈服点 =235ts壳体材料厚度 =10mm 钢材厚度负偏差 C1=0.6mm腐蚀裕量 C2=2mm厚度附加量 C=C1+C2=2.6mm焊接接头系数 =0.85压力试验类型：水压夹套：设计温度下的许用应力 =113t试验温度下的许用应力 =113t压力试验温度下的屈服点 =235ts壳体材料厚度 =10mm 钢材厚度负偏差 C1=0.6mm腐蚀裕量 C2=2mm厚度附加量 C=C1+C2=2.6mm焊接接头系数 =0.851.4.3 罐体尺寸的确定及结构选型搅拌罐包括罐体和装焊在其上的各种附件。常用的罐体是立式
9、圆筒形容器，有顶盖，筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。罐体在规定的操作温度和操作压力下，为物料完成其搅拌过程提供了一定的空间。本设计即采用立式圆筒形容器。南华大学机械工程学院毕业设计第 5 页 共 65 页在知道了搅拌罐操作时盛装物料的容积后，首先要选择适宜的长径比和装料量，确定筒体的直径和高度。罐体的长径比应考虑的主要因素有三个方面：1）搅拌功率一定结构型式搅拌器的叶轮直径和与其装配的搅拌罐体内径通常有一定的比例范围。随着罐体长径比的减小，搅拌器桨叶直径也相应放大，在固定的搅拌轴转速下，搅拌功率与搅拌器桨叶直径的 5 次方成正比。所以随着罐体直径的放大，功率增加很多，这对于需要较大搅拌
10、作业功率的搅拌过程是适宜的。2）传热罐体长径比对夹套传热有显著影响，容积一定时长径比越大罐体盛料部分表面积越大，夹套传热面积也就越大。同时长径比越大，传热表面积离罐体中心越近，物料的温度梯度就越小，有利于提高传热效果。3）物料特性某些物料的搅拌反应过程对罐体长径比有着特殊要求，例如发酵罐之类，为了使得通入罐内的空气与发酵液有充分的接触时间，需要有足够的液位高度，就希望长径比取得大一些。综上，三个方面均要求长径比取得大一些。下面根据物料量初步选定罐体的长径比和装料量：已知容反应釜的全容积为 1m3长径比选取见表 1.1：表 1.1 搅拌罐长径比种类 设备内物料类型 长径比 H/Di液固相或液液相
11、物料 11.3一般搅拌罐气液相物料 12发酵罐类 1.72.5本设计中搅拌罐内反应为染料及有机溶剂混合反应，且为液液相反应，取长径比 H/ Di =1.15,南华大学机械工程学院毕业设计第 6 页 共 65 页3=1 mV筒体直径 D i= = =1.03m4Vi31.05式中 V全容积,m 3i= 长径比Hi装料系数由搅拌设备表 8-3 推荐 GB9845-1988钢制机械搅拌容器型式及主要参数的搅拌罐系列取 Di=1000mm （ 为一米高的容积）785.01mVm1查 JB/T4746-2002 取标准椭圆形封头 EHA100010=1000mm 高度 H=250mm 直边高度 h=25
12、mm 封头容积 =0.1505i 封1V罐体高度： =(V- ） / =1.083m1H封Vm1取 H=1.1m,实际长径比为 1.1/1.0=1.1，基本符合要求。由搅拌设备表 8-4搅拌罐公称容积 1.0 m3,额定功率为 1.515kw,转速 12.51000r/min南华大学机械工程学院毕业设计第 7 页 共 65 页图 1.1 搅拌器的整体结构示意图二 压力容器材料的选择1，选择化工容器用钢材必须考虑设备的操作条件(如设计压力、设计温度、介质的特性)、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理以及容器的结构等。2，选择化工容器用钢材必须在满足 1 条的前提下，考虑经济合理性。一般情况下，下
13、列规定是经济合理的：南华大学机械工程学院毕业设计第 8 页 共 65 页a),所需钢板厚度小于 8mm 时，在碳素钢与低合金高强度钢之间，应尽量采用碳素钢钢板(多层容器用材除外);b),在刚度或结构设计为主的场合，应尽量选用普通碳素钢。在强度设计为主的场合，应根据压力、温度、介质等使用限制，依次选用 Q235A,Q235B, Q245R,6MnR 等钢板;c),所需不锈钢厚度大于 12mm 时，应尽量采用衬里、复合、堆焊等结构形式;d),不锈钢应尽量不用作设计温度小于等于 500的耐热用钢;e),珠光体耐热钢应尽量不用作设计温度小于等于 350的耐热用钢。在必须使用珠光体耐热钢作耐热或抗氢用途
14、时，应尽量减少、合并钢材的品种、规格。3，管壳式换热器等需要与管板、折流板等精密配合的钢管(换热管)，其外径及壁厚尺寸精度应不低于表 1.2 所示要求。表 1.24，螺栓、双头螺柱的机械性能等级应符合 GB 3098. 1紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱的 4.6 级或 8. 8 级要求;螺母的机械性能等级应符合 GB 3098.以紧固件机械性能螺母)的 5 级或 8 级要求，不锈钢紧固件应符合 GB 3098. 6紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱和螺母的 A2(OCr19Ni9)或R4(OCr17Ni12Mo2)要求。5，按 GB 8163,GB 3089,GB 9948 生产的碳钢及低合
15、金钢钢管只能用于压力小于 10.0MPa 的受压元件。6，设计压力大于等于 10.0MPa 受压元件用钢管应采用符合 GB 6479 或GB5310,GB14976 要求的无缝钢管。7，按 GB3092 生产的水、煤气输送用焊接钢管只能用于常压容器，但用作工业用水及煤气输送等用途者，可用于小于等于 1.0MPa 的场合。8，按 HG20537 生产的奥氏体不锈钢焊接钢管，其使用范围应符合该标准的相应规定。按 GB12771 生产的奥氏体不锈钢焊接钢管，其使用范围为输送无毒、无南华大学机械工程学院毕业设计第 9 页 共 65 页晶间腐蚀倾向及爆炸危险，且设计压力小于 1.6MPa 的场合。根据其
16、基本参数及工艺的要求，为了能满足工艺的要求，并能在一定的程度上使其工作效率达到最高。而且能够充分的利用自然资源，到达节约资源并能为企业在制造上节约成本。因此根据各种需要并考虑到各种因素起在结构上采用了如图 1.1 结构设计。三 搅拌容器筒体的计算3.1 计算条件及设计参数-计算压力 ， -有效厚度 cPaMpeS-内径 mm C- 壁厚附加裕量，mmiD-设计温度下材料的许用应力 , -钢板厚度负偏，mmtaMp1C焊接接头系数 -腐蚀裕量，mm 2-设计厚度，mm -最大允许工作压力，dS PwaMp-名义厚度，mm -设计温度下的计算应力，n taMpS计算厚度内径 Di=1000mm焊接
17、接头系数 =0.85筒体材料 Q245R（热轧） （板材）3.2 内压圆筒计算厚度 mPct 04.1285.01322Di 名义厚度： mn10南华大学机械工程学院毕业设计第 10 页 共 65 页有效厚度： 120.827.enCm钢材厚度负偏差 m8.01腐蚀裕量C2厚度附加量 m8.213. 3 外压筒体的强度校核由过程装备设计书中得到计算临界长度 长圆筒和 短圆筒的临界压力crL公式，接着的问题是区别长短圆筒。对给定的 D 和 t 的圆筒 有一特征长度作为区别 n=2 的长圆筒和 n 大于 2 的短圆筒的界限，此特性尺寸称为临界长度， 表示。crL当圆筒的计算长度 L 大于 时属于长圆筒，小于 则为短圆筒。cr r14762054.63iLhcr2320.59.9188.946010cr aEtP MPLD取 m=38.3.2asaaMP所以设计厚度合理01.770Dmtcr
