1、 湖南农业大学东方科技学院 全日制普通本科生 毕业 设计 1.8m3 搅拌 式反应 釜 设计 DESIGN 1.8M3AGITATED REACTOR 学生姓名 ： 李建军 学 号： 200841914526 年级专业 及班级 ： 2008 级 机械设计制造及其自动 化（五） 班 指导老师 及职称： 汤兴初 副 教授 学 部 ： 理工 学部 湖南 长沙 提交日期： 2012 年 05 月 湖南农业大学 东方科技学院全日制普通本科生 毕业 设计诚信声明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论 文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论
2、文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。 同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业 设计 作者签名： 年 月 日 1 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前 言 1 1.1 反应器的现状及发展前景 1 1.2 搅拌式反应釜结构设计及其工作原理 示 图 2 2 设计条件及设计内容分析 3 2.1 反应釜设计的内容 主要有 3 3 反应釜釜体的设计 3 3.1 釜体 DN 的确定 3 3.1.1 釜体 DN 的确定 3 3.2 釜体筒体
3、壁厚的设计 3 3.2.1 设计参数的确定 3 3.2.2 筒体壁厚的 设计 4 3.3 釜体封头的设计 4 3.3.1 封头的选型 4 3.3.2 设计参数的确定 4 3.3.3 封头的壁厚得设计 4 3.3.4 封头的直边尺寸、体积的确定 4 3.4 筒体长度 H 的 设计 5 3.4.1 筒体长度 H 的设计 5 3.4.2 釜体长径比校核 5 3.5 外压筒体壁厚的设计 5 3.5.1 设计外压的确定 5 3.5.2 试差法设计外压筒体的壁厚 5 2 3.5.3 图算法 设计筒体的壁厚 5 3.6 外压封头壁厚得设计 6 3.6.1 设计外压得确定 6 3.6.2 封头壁厚得计算 6
4、4 反应釜夹套得设计 6 4.1 夹套釜体 DN， PN 得确定 6 4.1.1 夹套釜体 DN 得确定 6 4.1.2 夹套釜体 PN 得确定 6 4.2 夹套筒体的设计 7 4.2.1 设计参数的确定 7 4.2.2 夹套筒体壁厚的设计 7 4.2.3 夹套筒体的高度确定 7 4.3 夹套封头的设计 7 4.3.1 封头的选型 7 4.3.2 设计参数的确定 8 4.3.3 封头的壁厚的设计 8 4.3.4 封头的直边尺寸、体积与重量的确定 8 4.3.5 封头结构的设计 8 4.4 传热面积的校核 8 5 反应釜釜体及夹套的压力试验 9 5.1 釜体的水压试验 9 5.1.1 水压试验压
5、力的确定 9 5.1.2 液压试验的强度校核 9 5.1.3 压力表得量程 9 5.1.4 水压试验的操作过程 9 5.2.1 气压试验压力的确定 9 5.2.2 气压试验的强度校核 10 5.2.3 气压试验的操作过程 10 5.3 夹套的液压试验 10 3 5.3.1 水压试验压力的确定 10 5.3.2 液压试验的强度校核 10 5.3.3 压力表的量程、水温的要求 10 5.3.4 水压试验的操作过程 10 6 反应釜附件的选型及尺寸设计 11 6.1 釜体法兰联接结构的设计 11 6.1.1 法兰的设计 11 6.1.2 密封面形式的选型 11 6.1.3 螺栓、螺母的尺寸规格 12
6、 6.1.4 法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料 12 6.2 选用手孔，视镜等和 工艺接管的设计 12 6.2.1 手孔 12 6.2.2 视镜 12 6.2.3 进料管口 12 6.2.4 温度计 13 6.2.5 出料口 13 6.2.6 安全阀接口 13 6.2.7 冷凝器 接口 i 和压力表接管 e 13 6.2.8 加热蒸汽进口 13 6.3 管法兰尺寸的设计 13 6.3.1 管法兰的选型 13 6.3.2 管法兰的尺寸 13 6.4 垫片尺寸及材质 14 6.4.1 垫片的结构 14 6.4.2 密封面形式及垫片尺寸 15 6.5 手孔的设计 15 6.5.1 手孔的结构 15
7、 6.5.2 手孔尺寸 15 6.6 视镜的设计 16 4 6.6.1 视镜的选型 17 6.6.2 视镜的结构 17 6.6.3 视镜 的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料 17 6.6.4 视镜标准件的材料应符合表 9 的规定 17 6.7 支座的选型 18 6.7.1 支座的选型及尺寸的初步设计 17 6.7.2 支座载荷的校核计算 19 7 搅拌装置的选型与尺寸设计 19 7.1 搅拌轴直径的初步计算 19 7.1.1 搅拌轴直径的设计 19 7.1.2 搅拌轴刚度校核 19 7.2 搅拌轴临界转速校核计算 19 7.3 联轴器的型式及尺寸的设计 19 7.3.1 联轴器型式的确定
8、19 7.3.2 联轴器的结构及尺寸 20 7.3.3 联轴节的零件及材料 20 7.4 搅拌桨尺寸的设计 21 7.4.1 桨式搅拌桨的结构 21 7.4.2 桨式搅拌桨的尺寸 21 7.4.3 桨式搅拌桨零件明细表 21 7.5 搅拌轴的结构及尺寸的设计 22 7.5.1 搅拌轴长度的设计 22 7.5.2 搅拌轴的结构 22 8 传动装置的选型与尺寸设计 22 8.1 电动机的选型 22 8.2 减速器的选型 23 8.3 机架的设计 23 8.4 底座的设计 24 8.5 反应釜的轴封装置设计 24 5 8.5.1 反应釜的轴封装置的选型 24 8.5.2 轴封装置的结构及尺寸 25
9、9 焊缝结构的设计 25 9.1 釜体上主要焊缝结构的设计 25 9.2 夹套上的焊缝结构的设计 28 10 固体物料进口的开孔及补强计算 29 10.1 封头开固体物料进口后被削弱的金属面积 A 的计算 29 10.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算 30 10.2.1 封头起补强作用金属面积 A1 的计算 30 10.2.2 接管起补强作用金属面积 A2 的计算 30 10.2.3 焊缝起补强作用金属面积 A3 的计算 30 10.3 判断是否需要补强的依据 30 11 结论 31 参考文献 31 致谢 32 附录 33 1 1.8m3 搅拌釜 式反应器设计 学 生：李建军 指导老
10、师：汤兴初 (湖南农业大学东方科技学院 ,长沙 410128) 摘 要： 搅拌釜式反应器由搅拌器和釜体组成。搅拌器包括传动装置，搅拌轴（含轴封），搅拌桨 ;釜体包括筒体，夹套和内件，盘管，导流筒等。工业上应用的搅拌釜式反应器有成百上千种，按反应物料的相态可分成均相反应器和非均相反应器 两大类。非均相反应器包括固 -液反应器，液 -液反应器，气 -液反应器和气 -液 -固三相反应器。 本次设计的釜式反应器适用性广操作弹性大，是工业生产中最广泛使用的反应器。 关键词： 反应釜； 釜体； 搅拌器 Design 1.8m3 Stirred Tank Reactor Author:Li Jianjun
11、Tutor:Tang Xingchu (Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract： Stirred tank reactor by the stirrer and the reactor body. The agitator gear stirring shaft ( with shaft seal), impeller, kettle body including a cylinder, jacket and coil, draft tube
12、etc. Industrial application of stirred tank reactor, there are hundreds of homogeneous reaction and heterogeneous reactor can be divided into two major categories according to the phase of the reaction materials. The non - homogeneous reactor, including the solid - liquid reactor, liquid - liquid re
13、actor, the gas - liquid reactor and gas - liquid - solid three-phase reaction device. The design of the tank reactor wide applicability of the operating flexibility,the most widely used in industrial production reactor. Key words： Reactor; Electric; Agitator; 1 前言 1.1 反应器的现状及发展前景 2 反应釜的广义理解即有物理或化学反应
14、的不锈钢容器，通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混合功能。随之，反应过程中的压力要求对容器的设计要求也不尽相同。生产必须严格按照相应的标准加工、检测并试运行。不锈钢反应釜根据不同的生产工艺、操作条件等不尽相同，反应釜的设计结构及参数不同，即反应釜的结构样式不同，属于废标的容器设备。 不锈钢反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等生产型用户和各种科研实验项目的研究，用来完成水解、中和、结晶、蒸馏、储存、氢化、 烃化、聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工业过程的容器。 反应釜是综合反应容器，根据反 应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始
15、的进料 -反应 -出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等）、反应物 /产物浓度等重要参数进行严格的调控。 搅拌釜式反应器，这种反应器是工业生产中最广泛采用的反应器形式，适用于各种相态物料的反应。反应釜中设有各种不同型式的搅拌、传热装置，可适应不同性质的物料和不同热效应的反应，以保持反应物料在釜内合理地流动、混合和料号的传热。搅拌釜式反应器既可间隙操作也可连续操作或半连续操作，既可单釜操作，又可多釜串联操作 。搅拌釜式反应器的使用性广，操作弹性大，浓度容易控制。它通常由釜体、换热装置。搅拌器和传动装置等构件组成。 1 1.2 搅拌式
16、反应釜 结构设计及其工作原理 示意图 图 1 反应釜结构及原理图 Fig.1 the reactor structure and schematic diagram 3 2 设计条件及设计内容分析 由设计条件单可知，设计的反应釜 可操作 容积为 1.8m3、搅拌装置配置的电动机功率为 1.8KW、搅拌轴的转速为 60r/min、搅拌桨 的形式为框式；加热的方式为用夹套内的导热油进行电加热：装置上 设有 8 个工艺接管、 1 个视镜、 4 个耳式支座、 1 个人孔（或固体物料进口）。 2.1 反应釜设计的内容主要有： 釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计 夹套的强度、刚度计算和结构设计； 设计
17、釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰； 人孔的选型及补强计算； 支座选型及验算； 视镜的选型； 焊缝的结果与尺寸设计； 电机、减速机的选型； 搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计； 选择联轴器； 设计机架结构及尺寸； 设计底盖结构及尺寸； 选择轴封形式； 绘总装配图及搅拌轴零件图等。 3 反应釜釜体的设计 3.1 釜体 DN 的确定 3.1.1 釜体 DN 的确定 选取反应釜装料系数 =0.8，由 V=V0/ ,可得设备体积 V=0V= 8.08.1 =2.25m3 （ 1）对于液 液相类型选取 H/Di=1.2.由此，估算筒体的内径为 Di=3Di4HV=3 2.125.24 =1.337m （ 2） 将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径 Di=1400mm。 3.2 釜体筒体壁厚的设计
