0002-6立方攪拌反應(yīng)釜（酯化釜）和儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)（CAD圖+論文+翻譯）

0002-6立方攪拌反應(yīng)釜（酯化釜）和儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)（CAD圖+論文+翻譯）,立方,攪拌,反應(yīng),反映,酯化,以及,設(shè)計(jì),cad,論文,翻譯 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文) 前言 反應(yīng)設(shè)備是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)得到反應(yīng)產(chǎn)物的設(shè)備，或是為細(xì)胞或酶提供適宜的反應(yīng)環(huán)境以達(dá)到細(xì)胞生長(zhǎng)代謝和進(jìn)行反應(yīng)的設(shè)備。幾乎所有的過(guò)程設(shè)備中，都包含了反應(yīng)設(shè)備的存在。因此如何選用的反應(yīng)器型式，確定最佳的操作條件和設(shè)計(jì)合理可靠的反應(yīng)器，滿(mǎn)足日益發(fā)展的過(guò)程工業(yè)的需求具有十分重要的意義。經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的實(shí)驗(yàn)研究和理論探索，當(dāng)今的流體混合技術(shù)已進(jìn)人快速發(fā)展時(shí)期，并積累了大量可用于分析和預(yù)測(cè)混合體系的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和關(guān)聯(lián)式。但由于流體混合體系的多樣性和物料流變特性的復(fù)雜性，目前對(duì)于攪拌設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)還主要依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)，對(duì)其優(yōu)劣很難用理論預(yù)測(cè)，對(duì)于能耗和生產(chǎn)成本，只能在一定規(guī)模的生產(chǎn)裝置上進(jìn)行對(duì)比后才能分出高低。另外對(duì)攪拌設(shè)備的放大規(guī)律至今仍無(wú)足夠的認(rèn)識(shí)，缺少理論指導(dǎo)。 本次設(shè)計(jì)的攪拌設(shè)備是酯化釜，酯是一類(lèi)重要的有機(jī)化工產(chǎn)品，除本身是溶劑、增塑劑而用于很多工業(yè)部門(mén)外，還大量用來(lái)生產(chǎn)聚酯，也有一部分用作有機(jī)合成的原料。酯類(lèi)生產(chǎn)的歷史悠久，其基礎(chǔ)理論的研究也早已開(kāi)始，英國(guó)化學(xué)家A.W.威廉森在1852年已經(jīng)提出了由酸與醇合成酯的理論。 可生成酯的方法很多，工業(yè)上絕大多數(shù)直接酯化過(guò)程均為液相反應(yīng)，由于受平衡限制，反應(yīng)不能進(jìn)行完全，故常用從反應(yīng)混合物中移走反應(yīng)產(chǎn)物（水，酯或兩者在一起）的辦法來(lái)移動(dòng)平衡點(diǎn)。反應(yīng)器可以是連續(xù)式的或間歇式的。間歇式反應(yīng)器通常為帶攪拌的反應(yīng)釜；連續(xù)式反應(yīng)器則是塔式的。為防止無(wú)機(jī)酸催化劑對(duì)設(shè)備的腐蝕，須妥善選擇反應(yīng)器的材質(zhì)及結(jié)構(gòu)。酯化反應(yīng)，是一類(lèi)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，是醇跟羧酸或含氧無(wú)機(jī)酸生成酯和水的反應(yīng)。分為羧酸跟醇反應(yīng)和無(wú)機(jī)含氧酸跟醇反應(yīng)何和無(wú)機(jī)強(qiáng)酸跟醇的反應(yīng)兩類(lèi)。羧酸跟醇的酯化反應(yīng)是可逆的，并且一般反應(yīng)極緩慢，故常用濃硫酸作催化劑 酯化釜的目的是借助攪拌器的作用是使酸跟醇在高溫的條件下反應(yīng)生成酯。本題目主要解決的問(wèn)題是該設(shè)備的設(shè)計(jì)，包括攪拌裝置、軸封和攪拌罐三大部分設(shè)計(jì)，并畫(huà)出相應(yīng)的設(shè)備圖。 酯化釜設(shè)計(jì) 1.1概論 酯化釜，顧名思義就是發(fā)生酯化反應(yīng)的設(shè)備，屬于攪拌設(shè)備。攪拌設(shè)備常被稱(chēng)作攪拌釜（或攪拌槽），當(dāng)攪拌設(shè)備用作反應(yīng)器時(shí)，又被稱(chēng)為攪拌釜式反應(yīng)器，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)反應(yīng)釜。 　　釜體的結(jié)構(gòu)型式通常是立式圓筒形，其高徑比值主要依據(jù)操作是容器裝液高徑比以及裝料系數(shù)大小而定。而容器的裝液高徑比又視容器內(nèi)物料的性質(zhì)、攪拌特征和攪拌器層數(shù)而異，一般取1～1.3，最大時(shí)可達(dá)6。釜底形狀有平底、橢圓底、錐形底等有時(shí)亦可用方形釜。同時(shí)，根據(jù)工藝的傳熱要求，釜體外可加夾套，并通以蒸氣、冷卻水等載熱介質(zhì)；當(dāng)傳熱面積不足時(shí)，還可在釜體內(nèi)部設(shè)置盤(pán)管等。 　　在選擇酯化釜時(shí)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模（即物料處理量）、攪拌操作目的和物料特性確定攪拌容器的形狀和尺寸，在確定攪拌容器的容積時(shí)應(yīng)合理選擇裝料系數(shù)，盡量提高設(shè)備的利用率。如果沒(méi)有特殊需要，釜體一般宜選用最常用的立式圓筒形容器，并選擇適宜的筒體高徑比(或容器裝液高徑比)。若有傳熱要求，則釜體外須設(shè)置夾套結(jié)構(gòu)。夾套種類(lèi)有整體夾套、螺旋擋板夾套、半管夾套、蜂窩夾套，傳熱效果依次提高但制造成本也相應(yīng)增加。 　　當(dāng)酯化釜釜臥式放置時(shí)，大多進(jìn)行半釜操作。因此臥式釜與立式釜相比有更多的氣-液接觸面積，因而臥式釜常用于氣-液傳質(zhì)過(guò)程，如氣-液吸收或從高粘度液體中脫除少量易揮發(fā)物質(zhì)，另一方面，臥式釜的料層較淺，有利于攪拌器將粉末攪動(dòng)，并可借攪拌器的高速回轉(zhuǎn)使粉體拋揚(yáng)起來(lái)，使粉體在瞬間失重狀態(tài)下進(jìn)行混合。 　　酯化釜的材料要滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求，例如耐壓、耐溫、耐介質(zhì)腐蝕，以及保證產(chǎn)品清潔等。由于材料的不同，攪拌容器的制造工藝、結(jié)構(gòu)也有所不同，因此可分為鋼制攪拌設(shè)備、搪玻璃攪拌設(shè)備和帶襯里的攪拌設(shè)備等。裝襯里的目的是為了耐蝕或保護(hù)產(chǎn)品的清潔，襯里的種類(lèi)很多，主要有不銹鋼、鋁、鈦、鉛、鎳、鋯、耐酸瓷磚、輝綠巖板、橡膠等。 酯化釜在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍很廣，尤其是化學(xué)工業(yè)中，很多的化工生產(chǎn)都或多或少的應(yīng)用著攪拌操作。攪拌可使兩種或多種的物質(zhì)在彼此之中相互分散，從而達(dá)到均勻混合，也可以加速傳熱和傳質(zhì)過(guò)程?；瘜W(xué)工藝過(guò)程的種種化學(xué)變化，是以參加反應(yīng)物質(zhì)的充分混合為前提的。對(duì)于加熱，冷卻和液體萃取以及氣體吸收等物理變化過(guò)程，也往往要采用攪拌操作才能得到好的效果。攪拌設(shè)備在許多場(chǎng)合是作為反應(yīng)器來(lái)應(yīng)用的。 攪拌設(shè)備的作用如下： 1． 使物料混合均勻 2． 使氣體在液相中很好的分散 3． 使固體粒子在液相中均勻的懸浮使不相溶的另一液相均勻懸浮或充分乳化 4． 強(qiáng)化相間的傳質(zhì) 5． 強(qiáng)化傳熱 酯化釜可以從各種不同的角度進(jìn)行分類(lèi)，如按照工藝用途分類(lèi)，其中重要的結(jié)構(gòu)攪拌器，我們可以按照攪拌器結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)或按攪拌裝置的安裝形式分類(lèi)，以下僅就攪拌裝置的各種安裝形式進(jìn)行分類(lèi)和選取，主要種類(lèi)和各種的功能如表1.1。 表1.1各種攪拌裝置及其特點(diǎn) 種類(lèi) 主要特點(diǎn) 立式容器中心攪拌 將攪拌裝置安裝在立式設(shè)備筒體的中心線(xiàn)上，驅(qū)動(dòng)方式一般為皮帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，用普通電機(jī)直接連接或與減速器直接連接。 偏心式攪拌 攪拌裝置在立式容器上偏心安裝，能防止液體在攪拌器附近產(chǎn)生“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”，可以產(chǎn)生與加擋板時(shí)相近似的攪拌效果。但偏心攪拌容易產(chǎn)生震動(dòng)，一般用于小型設(shè)備上比較合適。 傾斜式攪拌 為防止渦流產(chǎn)生，對(duì)簡(jiǎn)單的圓筒形或方形敞開(kāi)的立式設(shè)備，可將攪拌器用于、夾板或卡盤(pán)直接安裝在設(shè)備筒體的上緣，攪拌軸斜插入筒體內(nèi)。此種攪拌器小型，輕便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，應(yīng)用范圍廣。 底攪拌 攪拌裝置在設(shè)備的底部，稱(chēng)為底攪拌設(shè)備。其攪拌軸短而細(xì)，無(wú)中間軸承；可用機(jī)械密封；易維護(hù)，檢修；壽命長(zhǎng)。 臥式容器攪拌 攪拌器安裝在臥式容器上面，可降低設(shè)備的安裝高度，提高攪拌設(shè)備的抗震性，改進(jìn)懸浮液的狀態(tài)等。 臥式雙軸攪拌 攪拌器安裝在兩根平行的軸上，二根軸上的攪拌葉輪不同，軸速也不等，主要用于高黏度液體。 旁入式攪拌 旁入式攪拌是將攪拌裝置安裝在設(shè)備筒體的側(cè)壁上，分為角度固定式和角度可變式兩種。 組合式攪拌 有時(shí)為了提高混合效率，需要將兩種或兩種以上形式不同，轉(zhuǎn)速不同的攪拌器組合起來(lái)使用，稱(chēng)為組合式攪拌設(shè)備。 本設(shè)計(jì)中的酯化釜是在230℃，常壓的條件下將脂肪酸和醇進(jìn)行反應(yīng)生成酯，即作為反應(yīng)器應(yīng)用，綜合考慮選用橢圓形底，可拆橢圓形蓋，立式容器中心攪拌。 1.2酯化釜選型及主要參數(shù) 1.2.1酯化釜選型 常用的酯化釜是立式圓筒形容器，有頂蓋，筒體和罐底，通過(guò)支座安裝在基礎(chǔ)或平臺(tái)上。罐體在規(guī)定的操作溫度和操作壓力下，為物料完成其攪拌過(guò)程提供了一定的空間。本設(shè)計(jì)即采用立式圓筒形反應(yīng)釜。 在知道了攪拌罐操作時(shí)盛裝物料的容積后，首先要選擇適宜的長(zhǎng)徑比和裝料量，確定筒體的直徑和高度。 罐體的長(zhǎng)徑比應(yīng)考慮的主要因素有三個(gè)方面： 1.攪拌功率 一定結(jié)構(gòu)型式攪拌器的葉輪直徑和與其裝配的攪拌罐體內(nèi)徑通常有一定的比例范圍。隨著罐體長(zhǎng)徑比的減小，攪拌器槳葉直徑也相應(yīng)放大，在固定的攪拌軸轉(zhuǎn)速下，攪拌功率與攪拌器槳葉直徑的5次方成正比。所以隨著罐體直徑的放大，功率增加很多，這對(duì)于需要較大攪拌作業(yè)功率的攪拌過(guò)程是適宜的。 2.傳熱 罐體長(zhǎng)徑比對(duì)夾套傳熱有顯著影響，容積一定時(shí)長(zhǎng)徑比越大罐體盛料部分表面積越大，夾套傳熱面積也就越大。同時(shí)長(zhǎng)徑比越大，傳熱表面積離罐體中心越近，物料的溫度梯度就越小，有利于提高傳熱效果。 3.物料特性 某些物料的攪拌反應(yīng)過(guò)程對(duì)罐體長(zhǎng)徑比有著特殊要求，例如發(fā)酵罐之類(lèi)，為了使得通入罐內(nèi)的空氣與發(fā)酵液有充分的接觸時(shí)間，需要有足夠的液位高度，就希望長(zhǎng)徑比取得大一些。 綜上，三個(gè)方面均要求長(zhǎng)徑比取得大一些。 1.2.2酯化釜的主要參數(shù) 已知容反應(yīng)釜的容積為6.00m3，長(zhǎng)徑比選取見(jiàn)表1.2。 表1.2攪拌罐長(zhǎng)徑比 種類(lèi) 設(shè)備內(nèi)物料類(lèi)型 H/Di 一般攪拌罐 液固相或液液相物料 1～1.3 氣液相物料 1～2 發(fā)酵罐類(lèi) 1.7～2.5 裝料系數(shù)選取： 通?？扇?.60～0.80，如果物料在反應(yīng)過(guò)程中要起泡末或呈沸騰狀，應(yīng)取低值，約為0.60～0.70，如果物料在反應(yīng)中比較平穩(wěn)，可取0.8～0.85。本酯化釜取0.85. 本設(shè)計(jì)中攪拌罐內(nèi)反應(yīng)為酯化反應(yīng)，且為液液相反應(yīng)， 取長(zhǎng)徑比H/ Di =1.1, 取裝料系數(shù)η=0.85 =Vη=5.85×0.85=4.9725 m3 取5.00 m3 筒體直徑D i===1.89m 式中VN-公稱(chēng)容積,m3 η-裝料系數(shù) 由GB9845-1988《鋼制機(jī)械攪拌容器型式及主要參數(shù)》的攪拌罐系列 取Di=1800mm 查JB/T4746-2002 取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭EHA1800×10 =1800mm 高度H=475mm 直邊高度h=25mm 封頭容積v=0.8260 罐體高度：H=== =1.99m 圓整后取H=2.0m, 實(shí)際長(zhǎng)徑比為2.0/1.8=1.11， 實(shí)際裝料系數(shù)η==0.85 基本符合要求。 通過(guò)以上的計(jì)算，可知，筒體內(nèi)徑為DJ=1800mm，筒體高度H=1650mm。 2. 酯化釜的設(shè)計(jì)壓力。常壓：101.3Kpa。 1.3攪拌器選型與計(jì)算 1.3.1攪拌器選型 影響攪拌過(guò)程的因素及其復(fù)雜，有關(guān)攪拌器選型的資料很多，但是由于研究過(guò)程考慮的重點(diǎn)不同，結(jié)論也不同，至今，攪拌器選型帶有很大的經(jīng)驗(yàn)性。為了提供能量與造成液體的流動(dòng)狀態(tài)，攪拌器必須有合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強(qiáng)度。合理的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合以下幾個(gè)原則：葉輪的制造工藝合理，葉輪與攪拌軸的連接方式穩(wěn)妥可靠，葉輪安裝維修方便等。除推進(jìn)式等特殊形狀的葉輪加工難度大外，多數(shù)葉輪形狀與加工都比較簡(jiǎn)單。采用整體式或可拆式的連接結(jié)構(gòu)，可以從安裝檢修的方便來(lái)決定。 1.攪拌條件設(shè)定 該反應(yīng)過(guò)程為液液兩相互溶液體的攪拌，互溶液體的攪拌時(shí)兩種或數(shù)種互溶液體在攪拌作用下達(dá)到濃度或密度或溫度以及其他物性的均勻狀態(tài)的過(guò)程，一般稱(chēng)為混合過(guò)程?；旌线^(guò)程都應(yīng)規(guī)定攪拌液體達(dá)到均勻狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，而以在攪拌作用下達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的混合時(shí)間作為評(píng)價(jià)攪拌效果的指標(biāo)。達(dá)到同樣標(biāo)準(zhǔn)作用的混合時(shí)間越短，攪拌器的混合性能就越好?；旌蠒r(shí)間與攪拌器的幾何尺寸，葉輪的排出流量，葉輪轉(zhuǎn)速以及攪拌器的滾率大小有關(guān)。 2.攪拌葉輪形式和攪拌器附件的選定 1）葉輪形式 各種攪拌葉輪形狀按攪拌器的運(yùn)動(dòng)方向與葉輪表面的角度可分為三類(lèi)， 即平葉，折葉和螺旋面葉。槳式，渦輪式，錨式，框式的葉輪都是平葉或折葉，而推進(jìn)式，螺桿式，螺帶式的葉輪則為螺旋面葉。 由于平葉的運(yùn)動(dòng)方向與槳面垂直，所以當(dāng)葉輪低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，液體的主要流動(dòng)為水平環(huán)向的流動(dòng)。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速增大時(shí)，液體的徑向流動(dòng)就逐漸增大。葉輪轉(zhuǎn)速越高，由平葉排出的徑向流越強(qiáng)。折葉由于槳面與運(yùn)動(dòng)方向成一定傾斜角度，所以在葉輪轉(zhuǎn)速增大時(shí)，還有逐漸增大的徑向流。螺旋面可以看成是許多折葉的組合，這些折葉的角度逐漸變化，所以螺旋面的流向也有水平環(huán)向流，徑向流和軸向流，其中以軸向流最大。 為了區(qū)分葉輪排液的流向特點(diǎn)，根據(jù)主要排液方向?qū)⒌湫腿~輪分成徑流型和軸流型兩種，平葉的槳式，渦輪式是徑流型，螺旋面葉的螺桿式，推進(jìn)式是軸流型。 表1.3攪拌器型式使用條件表 攪拌器型式 流動(dòng)狀態(tài) 攪拌目的 對(duì)流循環(huán) 湍流循環(huán) 剪切流 低黏液混合 高黏液混合 分散 溶解 固體懸浮 氣體吸收 傳熱 液相反應(yīng) 渦輪式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 槳式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 推進(jìn)式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 開(kāi)啟渦輪式 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 注：有○者為適合，空白為不合用 槳式葉輪主要用于排出流，是必要的場(chǎng)合，由于在同樣的排量下，軸向流葉輪的功耗比徑向流低，故軸向流葉輪使用較多。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，即使葉徑大造價(jià)也不高，故往往使用與大葉徑低轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。，綜合考慮互溶液體混合攪拌設(shè)備, 由表2.2選用槳式折頁(yè)攪拌器，折頁(yè)槳的傾斜角度。 1.3.2葉輪尺寸計(jì)算 確定葉輪尺寸，由HG/T2123-91 攪拌器直徑D=（0.25～0.75）DN=0.251800～0.751800 =450～ 1350mm 根據(jù)直徑系列選用D=800mm，槳葉數(shù)Z=2 槳葉厚度b=（0.1～0.3）D=0.1800~0.3800=80~240mm 取b=120mm 示意圖如圖1.4。 圖1.4攪拌器示意圖 攪拌器結(jié)構(gòu)采用對(duì)開(kāi)不可拆式平槳,用筋板焊接固定,如圖1.5。 圖1.5對(duì)開(kāi)不可拆式平槳示意圖 對(duì)于長(zhǎng)徑比大于1的攪拌罐式液液反應(yīng)器，采用單層葉輪不能得到良好的混合效果，功耗效率低。因此工業(yè)生產(chǎn)中常采用多層攪拌器。 多層攪拌器的互溶液體攪拌比單層葉輪要復(fù)雜得多，每層葉輪都產(chǎn)生各自不同的流型，總攪拌功率與單層葉輪的攪拌功率并沒(méi)有簡(jiǎn)單的倍數(shù)關(guān)系，葉輪間距對(duì)多層葉輪的氣液分散能力的影響很大，如果選擇不當(dāng)，功耗效率反而不如單層葉輪。本設(shè)計(jì)采用雙層葉輪，葉輪形式同為槳式折頁(yè)攪拌器。。葉輪間距取800mm，基本符合要求。 1.3.3攪拌器轉(zhuǎn)速 攪拌器轉(zhuǎn)速直接影響釜內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)槳型和槳徑，考慮到本次設(shè)計(jì)中攪拌罐內(nèi)物料反應(yīng)為酸堿反應(yīng)，轉(zhuǎn)速不必取得過(guò)大。取轉(zhuǎn)速為85r/min 。 1.3.4攪拌器附件 攪拌器附件通常指在攪拌罐內(nèi)為了改善流動(dòng)狀態(tài)而增設(shè)的零件，如擋板，導(dǎo)流筒等，在某些場(chǎng)合，這些附件是不可缺少的。采用哪些附件要結(jié)合攪拌器的選型綜合考慮，以達(dá)到預(yù)期的攪拌流動(dòng)狀態(tài)。導(dǎo)流筒幾乎不影響混合時(shí)間，不能增大混合速度，導(dǎo)流筒增大系統(tǒng)流動(dòng)阻力，在外加功率一定時(shí)減小速率，所以非十分必要時(shí)，一般不用導(dǎo)流筒。折流板會(huì)使液體的流動(dòng)阻力增大，并影響到攪拌器的功率。本次設(shè)計(jì)中反應(yīng)器內(nèi)物料反應(yīng)物含腐蝕性液體，反應(yīng)過(guò)程較為劇烈，因此不設(shè)置擋板或?qū)Я魍?，以避免不必要的功率損耗。 1．4. 傳動(dòng)方式和選型 傳動(dòng)方式分為機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、液壓傳動(dòng) ,機(jī)械傳動(dòng).機(jī)械傳動(dòng)包括螺旋傳動(dòng)、摩擦輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng),齒輪傳動(dòng),多點(diǎn)嚙合柔性傳動(dòng)。帶傳動(dòng)又分V帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)、平帶傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)等等;...綜合考慮設(shè)計(jì)條件，此設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方式是齒輪傳動(dòng)。 1.5攪拌功率及電動(dòng)機(jī)選型 1.5.1攪拌功率 影響攪拌功率的因素很多，如攪拌器形狀，尺寸和轉(zhuǎn)速。攪拌物料的特性，釜體尺寸，攪拌附件結(jié)構(gòu)以及攪拌器在釜內(nèi)的位置都對(duì)攪拌功率產(chǎn)生影響。攪拌功率包含了攪拌器功率和攪拌作業(yè)功率。具有一定結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)備中裝有一定物性的液體，其中用一定形式的攪拌器以一定轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌時(shí)，將對(duì)液體做功并使之發(fā)生流動(dòng)，此時(shí)為攪拌器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的功率就是攪拌器功率。攪拌作業(yè)功率是把攪拌器使攪拌罐中的液體以最佳方式完成攪拌過(guò)程所需要的功率。若葉輪轉(zhuǎn)速很低，在Re≤10的區(qū)域，僅葉輪周?chē)囊后w隨葉輪旋轉(zhuǎn)，而遠(yuǎn)離葉輪的液體是停滯的，因而混合效果很差，混合時(shí)間也很長(zhǎng)；當(dāng)Re增加到大于10，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力就不可忽視了。此離心力產(chǎn)生了排出流量，使角速度傳遞到了遠(yuǎn)處的液體，這樣遠(yuǎn)離葉輪的液體開(kāi)始流動(dòng)，混合大為改善，但在靠近葉輪上下部分仍然出現(xiàn)環(huán)形的停滯區(qū)域；當(dāng)Re增加到數(shù)百，渦輪式葉輪周?chē)囊毫髯兂赏牧?，停滯區(qū)消失。因此，葉輪轉(zhuǎn)速應(yīng)適當(dāng)選取。攪拌功率準(zhǔn)數(shù)Np是攪拌設(shè)備最基本的特性參數(shù)之一，攪拌功率則按照下式計(jì)算：P= 式中ρ-密度，kg/m3 N-轉(zhuǎn)速，r/min d-葉輪直徑，mm 先采用Rushton算圖計(jì)算功率因數(shù)Np 查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，脂肪酸在240的黏度μ≈0.00015 Pa·s 密度=845kg/ 攪拌轉(zhuǎn)速n=85r/min=1.42r/s Re==5.1屬于湍流區(qū) 查Rushton圖 Np=1.9 式中Re-雷諾數(shù) ｄ-葉輪直徑，m N-轉(zhuǎn)速,r/min ρ-密度,㎏/m3 μ-黏度,Pa·s 所需的攪拌功率為：P==1.9845=1.5kw 攪拌罐內(nèi)有溫度計(jì)套管和沿罐壁安裝的蛇管，將引起攪拌功率的增加。 攪拌功率P= P（1+q）=1.5（1+0.3）=1.95kw 1.5.2電動(dòng)機(jī)選型 電動(dòng)機(jī)功率除了滿(mǎn)足攪拌器攪動(dòng)液體所需的攪拌功率外，還要考慮軸封裝置所產(chǎn)生的摩擦阻力以及傳動(dòng)裝置所產(chǎn)生的功率損失。 電動(dòng)機(jī)功率= 傳動(dòng)方式是采用行星齒輪減速器，0.95～0.98，取 軸封方式采用填料密封，其摩擦損失= 10%=0.598kw 電動(dòng)機(jī)功率為== 2.21kw 攪拌設(shè)備選用電動(dòng)機(jī)的問(wèn)題，主要是確定系列，功率，轉(zhuǎn)速以及安裝測(cè)試和防爆要求等幾項(xiàng)內(nèi)容。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表16-1-21,選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y100L-4 額定功率Ne=3kw, 額定電流I=15.6A，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速n=1420r/min, 傳遞效率, 功率因數(shù)cosφ=0.84, 傳動(dòng)比i=1420/85=16.7 1.6攪拌軸軸封設(shè)計(jì) 機(jī)械攪拌反應(yīng)器的軸封主要有兩種：填料密封和機(jī)械密封。軸封的目的是避免介質(zhì)通過(guò)轉(zhuǎn)軸從攪拌容器內(nèi)泄露或外部雜質(zhì)滲入攪拌容器內(nèi)。 機(jī)械密封由固定在軸上的動(dòng)環(huán)及彈簧壓緊裝置，固定在設(shè)備上的靜環(huán)以及輔助密封圈組成。機(jī)械密封的泄露率低，密封性能可靠，功耗小，使用壽命長(zhǎng)，在攪拌反應(yīng)器中得到廣泛的應(yīng)用。單端面的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，維修方便，應(yīng)用廣泛。雙端面密封有兩個(gè)密封面，且可在兩密封面之間的空腔中注入中性液體，使其壓力略大于介質(zhì)的操作壓力，起到堵封和潤(rùn)滑的雙重作用，故密封效果好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造拆裝比較困難，需一套封液輸送裝置，且不便于維修。 表1.6機(jī)械密封分類(lèi) 密封面對(duì)象 壓力等級(jí)（MPa） 使用溫度（℃） 最大線(xiàn)速度（m/s） 介質(zhì)端材料 單端面 0.6 -20~150 3 碳素鋼，不銹鋼 雙端面 1.6 -20~300 2~3 碳素鋼，不銹鋼 填料密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，適用于非腐蝕性和弱腐蝕性的介質(zhì)，密封要求不高，并允許定期維修的酯化釜。根據(jù)酯化釜的工作環(huán)境，介質(zhì)性質(zhì)等方面，物料具有弱腐蝕性，綜合考慮選用填料密封。 1.7攪拌器的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度計(jì)算 攪拌器的強(qiáng)度計(jì)算主要是計(jì)算葉片的厚度。它必須在決定了葉片的直徑，寬度， 數(shù)量，并相應(yīng)決定了攪拌器功率之后，對(duì)葉片進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。要分析葉片的受力狀況，找出危險(xiǎn)截面，然后用設(shè)計(jì)或校核的方法，決定葉片厚度。 關(guān)于葉輪離心力的問(wèn)題，由于通常的葉輪端部線(xiàn)速不會(huì)超過(guò)30m/s，所以離心力所引起的葉輪拉伸應(yīng)力很小，設(shè)計(jì)中可以不計(jì)。 為了保證葉輪在腐蝕性介質(zhì)，磨損性介質(zhì)中工作的安全性，應(yīng)該給葉輪尺寸增加腐蝕裕度。在難以定量確定腐蝕裕度時(shí)，可以將葉輪強(qiáng)度尺寸每邊增大1mm。強(qiáng)度計(jì)算中要用葉片去掉腐蝕裕度后的凈面積，凈厚度。 對(duì)于本設(shè)計(jì)中采用的槳式葉輪，在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，以各葉片同樣受力，各自作功相等來(lái)處理，這樣，總的動(dòng)力消耗除以葉片數(shù)即得到一個(gè)葉片的動(dòng)力消耗。 葉輪強(qiáng)度計(jì)算中的計(jì)算功率： =2.30.973-0.195=6.50kw k-啟動(dòng)時(shí)電機(jī)的過(guò)載系數(shù) -傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率 -電機(jī)的額定功率，kw -軸封處的摩擦損失功率，kw 每個(gè)葉片的危險(xiǎn)截面都是端截面，該斷面的彎矩值為： M===516（N·m） z-葉片數(shù)目 n-攪拌軸轉(zhuǎn)速，r/min -折頁(yè)槳的傾斜角度 折頁(yè)槳式的W值可用式W=(mm3)計(jì)算，應(yīng)力為σ=M/W，也應(yīng)滿(mǎn)足校核公式σ≤[σ]，帶入可得：δ≥==0.61mm 式中b-葉片寬度,mm [σ]-許用應(yīng)力,MPa 考慮葉片在腐蝕介質(zhì)中工作，加上腐蝕裕量4mm，向上圓整至5mm。 1.8攪拌軸的設(shè)計(jì) 攪拌軸的計(jì)算主要包括軸的強(qiáng)度和剛度計(jì)算，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)。 1.8.1強(qiáng)度計(jì)算 作用在軸上的力包括： 1）流體作用力 2）軸和葉輪自身重量的重力 3）由軸和葉輪的組合質(zhì)量偏心旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生垂直于 軸心線(xiàn)的徑向離心力，進(jìn)而產(chǎn)生徑向彎曲應(yīng)力 4）如果是密閉攪拌壓力容器，還作用有因容器內(nèi)外壓差引起軸橫截面上 的軸向推力，產(chǎn)生軸向拉壓和彎曲應(yīng)力 5）傳動(dòng)裝置傳遞的扭矩主要是傳遞流體作用力的切向合力矩，同時(shí)還包 括了克服支撐裝置，密封裝置等對(duì)軸摩擦損耗的附加扭矩，增加了軸中的扭轉(zhuǎn)剪切力 由《攪拌設(shè)備》圖9-47，應(yīng)力變化和分布可知，軸上每點(diǎn)應(yīng)力是拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的組合，故需用材料力學(xué)的方法進(jìn)行強(qiáng)度校核。對(duì)于塑性材料有兩種強(qiáng)度理論可以應(yīng)用于屈服和疲勞失效，即最大剪應(yīng)力理論和剪應(yīng)變能理論。工程上最大剪應(yīng)變理論常被許多設(shè)計(jì)規(guī)范所采用，但其結(jié)果比較保守。此處采用剪應(yīng)變能理論。其當(dāng)量應(yīng)力計(jì)算公式為： σe= σe-當(dāng)量應(yīng)力，MPa σ-計(jì)算點(diǎn)的合成拉應(yīng)力，MPa -計(jì)算點(diǎn)的剪應(yīng)力，MPa 由于影響流體作用力的因素非常復(fù)雜，除用一定實(shí)驗(yàn)手段測(cè)得外，難有一種統(tǒng)一的計(jì)算方法，因此工程上提出的各種強(qiáng)度計(jì)算方法都要對(duì)條件進(jìn)行簡(jiǎn)化。此處按照彎扭合成來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度。 最大扭矩應(yīng)大于葉輪產(chǎn)生的扭矩，但軸的支撐裝置和密封裝置消耗的功率較小，可忽略不記，于是可認(rèn)為軸傳遞的最大扭矩就是各層葉輪扭矩和。 Mt(max) =Σ(9553000P0/n)=9553000×1.95/85=2.20×105（N·mm） Mt(max)-作用在攪拌軸上的最大扭矩，N·mm P0-一個(gè)葉輪的攪拌功率，kw 最大彎矩是液體的作用力與每一層葉輪到下一個(gè)軸承之間距離乘積的總和 Mb(max)=Σ(Fh·Li) 式中，L1，L2取值如圖1.7所示 圖1.47,的取值 Fh-作用在一個(gè)葉輪上水平方向流動(dòng)力，N d-葉輪直徑 ，mm fs-在下列情況中可取為1： 1） 在混合操作時(shí)，其攪拌等級(jí)低于7級(jí) 2） 正常的操作條件，即攪拌罐位于容器中心及葉輪不是長(zhǎng)期在液面上操作 表1.8攪拌等級(jí)表 攪拌等級(jí) 說(shuō)明 0 0級(jí)攪拌時(shí)氣體跑空，化工過(guò)程中不用此級(jí) 1～2 1級(jí)和2級(jí)攪拌適用于氣體分散不是關(guān)鍵因素的工藝過(guò)程 2級(jí)攪拌的能力為：①攪拌器轉(zhuǎn)速超過(guò)氣體分散操作的臨界轉(zhuǎn)速，氣體在液體中有較低水平的分散；②可用于不受傳質(zhì)所限制的過(guò)程 3～5 3～5級(jí)攪拌適用于中等氣體分散水平的工藝過(guò)程 5級(jí)攪拌的能力為①可使細(xì)小氣泡達(dá)到容器壁； ②可使分散的氣泡再循環(huán)到攪拌葉輪產(chǎn)生再循環(huán) 6～10 6～10級(jí)攪拌適用于需要快速傳質(zhì)的氣液反應(yīng)釜 10級(jí)攪拌能力為：①可使氣泡表面積達(dá)到最大程度； ②可使分散的氣泡再循環(huán)到攪拌葉輪產(chǎn)生再循環(huán) 顯然，攪拌等級(jí)小于7級(jí)，fs=1 材料00Cr17Ni14Mo2 許用剪應(yīng)力 許用拉應(yīng)力 N Mb(max) =(2888000×1.95/85×800)×(800+2200)=2.5×105N·mm ds==34.88mm dt==42.42mm ds-用剪應(yīng)力計(jì)算的最小軸徑，mm dt-用拉應(yīng)力計(jì)算的最小軸徑，mm 1.8.2剛度計(jì)算 1.按允許扭轉(zhuǎn)變形 為了防止轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)變形，以免在運(yùn)轉(zhuǎn)中引起振動(dòng)造成軸封失效，對(duì)表面涂覆保護(hù)層的軸也為了防止由于過(guò)大變形造成涂覆層的破壞，所以因該將軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)。這就是設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)剛度條件，為此，攪拌軸要進(jìn)行剛度計(jì)算，工程上以單位長(zhǎng)度的比扭轉(zhuǎn)角[γ]作為扭轉(zhuǎn)的剛度條件。 γ=≤[γ] 式中γ-扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，（°/m） G0-切變模量 Jp-截面的極慣性矩，mm4 材料00Cr17Ni14Mo2 G=75000Mpa n=85r/min N=5.98kw =0.5/m 對(duì)于實(shí)心軸直徑，由剛度有： d=1536.6=1536.6 =43.02mm G-軸的切變模量 N-消耗功率 2.按強(qiáng)度計(jì)算攪拌軸的直徑 許用剪切力=40Mpa 攪拌扭矩T=9740=9740=685.24N·m 不穩(wěn)定力 F=533=533=429.69N 作用于軸的彎矩M=（F+F）L1 F=0.01 F=4.2969N L1=2200mm M=0 M=（F+F）L1=（429.69+4.2969）=954.77N·m M= M+ M=954.77N·m 攪拌扭矩T=1175.22N·m d=17.205=17.205=53.09mm 1.8.3設(shè)計(jì)載荷的考慮 除了通常按正常條件確定攪拌軸的設(shè)計(jì)載荷外，不可忽略在一些特殊操作狀況下引起設(shè)計(jì)載荷的變化和增大，設(shè)計(jì)必須充分注意到這些 可能遇到的特殊情況，從而加大設(shè)計(jì)載荷或采用必要的防止措施。這些特殊情況主要是指一些影響流體作用力急劇變化的因素。 ①葉輪在埋入固體沉淀層中的啟動(dòng) ②在葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)中向攪拌容器內(nèi)進(jìn)料或排放，會(huì)使流體作用力增大 ③葉輪浸入液體的深度不夠，可能會(huì)引起流體的流動(dòng)形態(tài)發(fā)生變化，變 得很不穩(wěn)定并加大了流體作用力。 ④進(jìn)入液層中的流體進(jìn)口位置應(yīng)遠(yuǎn)離葉片 ⑤啟動(dòng)扭矩的影響 1.8.4攪拌軸的最終設(shè)計(jì) 在以前的設(shè)計(jì)計(jì)算中都沒(méi)有考慮到軸上鍵槽，銷(xiāo)孔等對(duì)軸截面削弱的影響，現(xiàn)規(guī)定如下： 1.開(kāi)有一個(gè)鍵槽或淺孔引起局部削弱時(shí)，最終直徑比計(jì)算直徑大4%~5%； 開(kāi)有兩個(gè)鍵槽或淺孔時(shí)，最終直徑比計(jì)算直徑大7%~10%； 2.沿徑向開(kāi)對(duì)穿孔，軸徑按計(jì)算直徑增大15%以上。 如按照剛度條件計(jì)算的軸徑比之強(qiáng)度條件計(jì)算者大許多，那么可考慮選擇較低強(qiáng)度的材料制作攪拌軸。 綜上，由IBG92001-86攪拌軸直徑取60mm。 1.9酯化釜筒體設(shè)計(jì) 1.9.1酯化釜壁厚計(jì)算 圓柱形容器是最常見(jiàn)的一種壓力容器結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，便于在內(nèi)部裝設(shè)附件等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的用作反應(yīng)器，換熱器，分離器和中小容積存儲(chǔ)容器。圓筒形容器的容積主要由圓柱形筒體提供。圓筒可分為單層式和組合式兩大類(lèi)。本設(shè)計(jì)中的攪拌反應(yīng)器屬于低壓容器范圍，選用單層式圓筒即可。 設(shè)計(jì)壓力P=1.10.1Mpa=0.11Mpa 設(shè)計(jì)溫度t=230℃ 盛裝介質(zhì)脂肪酸，醇均為無(wú)毒液體，攪拌器內(nèi)為常壓，因此本攪拌罐為第三類(lèi)壓力容器。選用材料00Cr17Ni14Mo2，許用應(yīng)力 ，屈服極限。Φ為焊接接頭系數(shù)，此處焊接接頭型式采用雙面焊，100%全部無(wú)損檢測(cè)，Φ取1.0 由液柱產(chǎn)生的靜壓力P=0.02Mpa，已大于設(shè)計(jì)壓力的5%，故應(yīng)計(jì)入計(jì)算壓力中，則計(jì)算壓力P。 計(jì)算厚度 對(duì)于攪拌壓力容器，規(guī)定不包括腐蝕裕量的最小厚度不小于3mm，取剛板厚度負(fù)偏差C=0.8mm，脂肪酸為腐蝕性液體，取腐蝕裕量C=6mm。 設(shè)計(jì)厚度 名義厚度 取=10mm 檢查=10mm時(shí)，[] 沒(méi)有變化，故取名義厚度 =10mm合適。 有效厚度=-C=10-0.8-6=3.2mm 最大允許工作壓力P===0.248MPa>P 計(jì)算應(yīng)力 ===36.63Mpa< [] 1.9.2水壓實(shí)驗(yàn)校核 除材料本身的缺陷外，容器在制造（尤其是焊接過(guò)程）和使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種缺陷，為考核缺陷對(duì)壓力容器安全性的影響，壓力容器制造完畢后或定期檢查時(shí)，都要進(jìn)行壓力試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)包括耐壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。 對(duì)于內(nèi)壓容器，耐壓試驗(yàn)的目的是：在超設(shè)計(jì)壓力下，考核缺陷是否會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開(kāi)裂造成泄露，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。 水壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核：實(shí)驗(yàn)壓力系數(shù)為1.25 實(shí)驗(yàn)壓力P=1.25P=1.25=0.1375MPa 同時(shí)，為使液壓試驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗(yàn)前必須按照下式校核試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜應(yīng)力： 試驗(yàn)時(shí)薄膜應(yīng)力= = =38.7Mpa〈0.9 1.10封頭設(shè)計(jì) 容器封頭的種類(lèi)很多，分為半球形，橢圓形，碟形，球冠形封頭等，其中橢圓封頭的應(yīng)力分布比較均勻，且易于沖壓成型，是目前中低壓容器中應(yīng)較多的封頭之一。本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。 材料選用00Cr17Ni14Mo2 公稱(chēng)直徑DN1800mm 曲面高度H=450mm 公稱(chēng)寬度h=10mm 直邊高度h=40mm 圖1.8封頭示意圖 取封頭厚度與筒體厚度相同進(jìn)行驗(yàn)算。 選用材料00Cr17Ni14Mo2，許用應(yīng)力，屈服極限。焊接接頭型式采用雙面焊，100%全部無(wú)損檢測(cè)，焊接接頭系數(shù)Ф=1.0。 取剛板厚度負(fù)偏差C=0.8mm，脂肪酸為腐蝕性液體，取腐蝕裕量C=6mm。 名義厚度=10mm 有效厚度=3.2mm 應(yīng)力校核： ===36.60MP< 最大允許工作壓力： [P]===0.249MP>P 水壓實(shí)驗(yàn)校核：實(shí)驗(yàn)壓力系數(shù)為1.25 實(shí)驗(yàn)壓力P=1.25P=1.25=0.1375MPa 實(shí)驗(yàn)時(shí)薄膜應(yīng)力 = ==38.74Mpa〈0.9 1.11開(kāi)孔和接管設(shè)計(jì) 1．11.1人孔 本攪拌罐D(zhuǎn)N=1800mm，設(shè)計(jì)溫度230℃，設(shè)計(jì)壓力0.11Mpa，根據(jù)HGJ-86不銹鋼人手孔標(biāo)準(zhǔn)選擇標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為HGJ505-86的人孔。示意圖如圖1.9。 圖1.9人孔示意圖 尺寸如下： =400 S=4 b=30 b1=22 D=515 D1=480 H1=210 ～H=318 A=280 L=280 d=18 螺栓螺母數(shù)量20 直徑長(zhǎng)度=M1685 2.放凈口 便于放凈罐體內(nèi)液體，在罐底開(kāi)有放凈口Ф110，并設(shè)置凸緣。見(jiàn)裝配圖。 3.取樣孔 管孔開(kāi)在罐體一側(cè)，管徑大小取DN=20，規(guī)格為φ23×1.5。 1.11.2接管設(shè)計(jì) 接管材料采用00Cr17Ni14Mo2，據(jù)GB/T8163-1999選用φ57×3.5 接管法蘭據(jù)HG/20592-97采用法蘭型號(hào)為PN1.0 DN50，法蘭材料選用00Cr17Ni14Mo2。 法蘭結(jié)構(gòu)如圖1.10。 圖1.10法蘭結(jié)構(gòu)圖 尺寸如下： A1=57 D=165 K=125 L=18 n=4 Th=M16 B1=59 C=20 R=8 法蘭密封據(jù)GB/T9126.3-1988選用平墊密封，密封材料為石棉橡膠墊。與筒體焊接見(jiàn)圖紙。 1.12開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 1.12.1允許開(kāi)孔的范圍 等面積補(bǔ)強(qiáng)法是以無(wú)窮大平板上開(kāi)小孔的孔邊應(yīng)力分析作為其理論依據(jù)。但實(shí)際的開(kāi)孔接管是位于殼體而不是平板上，殼體總有一定的曲率，為減少實(shí)際應(yīng)力集中系數(shù)與理論分析結(jié)果之間的差異，必須對(duì)開(kāi)孔的尺寸和形狀給予一定的限制。GB150對(duì)開(kāi)孔最大直徑作了如下限制。 ①圓筒上開(kāi)孔的限制，當(dāng)其內(nèi)徑Di≤1500mm 時(shí)，開(kāi)孔最大直徑d≤1/2 Di, 且d≤520mm；當(dāng)其內(nèi)徑>1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑d≤1/3 Di,且d≤1000mm。 ②凸形封頭或球殼上開(kāi)孔最大直徑d≤1/2 Di。 ③錐殼或錐形封頭上開(kāi)孔最大直徑d≤1/3 Di, Di為開(kāi)孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。 1.12.2所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積A 對(duì)受內(nèi)壓的圓筒或球殼，所需要的補(bǔ)強(qiáng)面積A=dδ+2δδet(1-fr) 式中A-開(kāi)孔削弱所需補(bǔ)強(qiáng)面積，mm d-開(kāi)孔直徑，mm δ-殼體開(kāi)孔處的計(jì)算厚度， mm δet-接管有效厚度，δet=δ-C，mm fr-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，大于1時(shí)，取fr=1。 補(bǔ)強(qiáng)材料一般與殼體材料相同，若補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力小于殼體材料許用應(yīng)力，則補(bǔ)強(qiáng)面積按照殼體材料與補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力之比而增加。若補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力大于殼體材料許用應(yīng)力，則所需補(bǔ)強(qiáng)面積不得減少。 1.12.3接管方位 根據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，開(kāi)孔所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積主要由δ確定，這里的δ為按照開(kāi)孔處的最大應(yīng)力計(jì)算得到的計(jì)算厚度。對(duì)于內(nèi)壓圓筒上的開(kāi)孔，δ為按照周向應(yīng)力計(jì)算而得到的計(jì)算厚度。當(dāng)在內(nèi)壓橢圓封頭或內(nèi)壓碟形封頭上開(kāi)孔時(shí)，則應(yīng)區(qū)分不同的開(kāi)孔位置取不同的計(jì)算厚度。這是由于常規(guī)設(shè)計(jì)中，內(nèi)壓橢圓形封頭和內(nèi)壓碟形封頭的計(jì)算厚度都是由轉(zhuǎn)角過(guò)渡區(qū)的最大應(yīng)力確定的，而中心部位的應(yīng)力則比轉(zhuǎn)角過(guò)渡區(qū)的應(yīng)力要小，因而所需要的計(jì)算厚度也較小。 具體接管方位見(jiàn)攪拌罐總裝圖。 1.12.補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 由于開(kāi)孔以后，除削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，回產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來(lái)隱患，因此壓力容器設(shè)計(jì)必須充分考慮開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的問(wèn)題。壓力容器接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)通常采用局部補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，主要有：a.補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng) b.厚壁接管補(bǔ)強(qiáng) c.整鍛件補(bǔ)強(qiáng) 其中補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)是中低壓容器應(yīng)用最多的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，補(bǔ)強(qiáng)圈貼焊在殼體與接管連接處，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，使用經(jīng)驗(yàn)豐富，但補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時(shí)二者存在較大的熱膨脹差，因而使補(bǔ)強(qiáng)圈局部區(qū)域產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力；此外補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體用搭接聯(lián)結(jié)，難以與殼體形成整體，所以抗疲勞性能差。一般用在靜載，常溫，中低壓，材料的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度低于540MPa，補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于1.5倍名義厚度，且名義厚度不大于38mm的場(chǎng)合。 補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則采用等面積補(bǔ)強(qiáng)：即認(rèn)為殼體因開(kāi)孔被削弱的承載面積，須有補(bǔ)強(qiáng)材料在離孔邊一定距離范圍內(nèi)予以等面積補(bǔ)償。該方法是以雙向受拉伸的無(wú)限大平板上開(kāi)有小孔時(shí)孔邊的應(yīng)力集中作為理論基礎(chǔ)的，即僅考慮殼體中的拉伸薄膜應(yīng)力，且以補(bǔ)強(qiáng)殼體的一次應(yīng)力強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，故對(duì)小直徑的開(kāi)孔安全可靠。 GB150規(guī)定，當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa的殼體上開(kāi)孔，兩相鄰開(kāi)孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱(chēng)外徑小于或等于89mm時(shí)，只要接管最小厚度滿(mǎn)足下表1.5要求，就可以不另行補(bǔ)強(qiáng)。 表1.11 接管最小厚度 接管公稱(chēng)外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小厚度 3.5 4.0 5.0 6.0 根據(jù)上表，可知各孔不需要另行補(bǔ)強(qiáng)。 1.13減速器、聯(lián)軸器和機(jī)架選用 釜用變速機(jī)主要型式有：諧波減速機(jī)，擺線(xiàn)針齒行星減速機(jī)，兩級(jí)齒輪減速機(jī)，三角皮帶減速機(jī)。其中最常用的是固定和可移動(dòng)的齒輪減速攪拌器，但由于只有一個(gè)軸承所以需要設(shè)置底軸承，也不能用在有防火防爆要求的場(chǎng)合。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選用X系列釜用立式擺線(xiàn)針輪減速器， 機(jī)型號(hào)XL5，傳動(dòng)比17 d(h6)=55 b=16 h=59 e=79 H1=90 G=74 F=41 d1=30 b1=8 h1=33 e1=45 R=4 D1=340 D2=310 D3(h)=270 H2=219 H=398 E=20 M為M10 n-d 為6-φ11 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選用GT型剛性凸緣聯(lián)軸器，型號(hào)GT35，材料為HT200尺寸詳見(jiàn)圖1.12所示： 圖1.12 GT型剛性凸緣聯(lián)軸器 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用型號(hào)為L(zhǎng)DJ100A的機(jī)架，尺寸見(jiàn)1.13圖所示： 圖1.13 LDJ100A機(jī)架 1.14傳熱部件設(shè)計(jì) 在筒體外側(cè)，以焊接連接或法蘭連接的方法裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與筒體的外表面形成密閉的空間，在此空間內(nèi)通入載熱流體，以加熱或冷卻物料，維持物料的溫度在預(yù)定的范圍內(nèi)，這種鋼結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱(chēng)為夾套。本次設(shè)計(jì)物料反應(yīng)溫度為240，要求較高，罐體外側(cè)半圓管夾套Φ89×4，材料為00Cr17Ni14Mo2，通以150，0.4Mpa水蒸氣傳熱。筒體內(nèi)設(shè)置蛇管，Φ57×3.5，材料同為00Cr17Ni14Mo2。傳熱部件連接方式及尺寸見(jiàn)總裝圖。 1.15頂蓋及底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 攪拌罐頂蓋在受壓狀態(tài)下操作常采用橢圓形。設(shè)計(jì)時(shí)一般先算出頂蓋承受操作壓力所需要的最小壁厚，然后根據(jù)頂蓋上密集的開(kāi)孔情況按整體補(bǔ)強(qiáng)的方法計(jì)算其壁厚，經(jīng)圓整即是采用采用的封頭壁厚。一般攪拌器質(zhì)量及工作載荷對(duì)封頭穩(wěn)定性影響不太大時(shí)，不必將封頭另行加強(qiáng)；如果攪拌器的工作狀況對(duì)封頭影響較大，則要把封頭壁厚適當(dāng)增加一些。 底座焊接在罐體的頂蓋上，用以連接減速器和軸的密封裝置，有整體式，分裝式底座等型式。為保證既與減速器牢固連接又使穿過(guò)密封裝置的攪拌軸運(yùn)轉(zhuǎn)順利，要求軸的密封裝置與減速器安裝時(shí)有一定的同軸度，為此常常采用的是整體式底座。本次設(shè)計(jì)即采用整體式底座，底座與封頭接觸處為平面，其間隙中間墊一適當(dāng)直徑的圓鋼后，再焊成一體。底座連接方式及尺寸見(jiàn)總裝圖。 1.16支座設(shè)計(jì) 支座用來(lái)支承容器及設(shè)備重量，并使其固定在某一位置的壓力容器附件，其結(jié)構(gòu)形式很多。立式容器支座有耳式支座，支承式支座，腿式支座和裙式支座四種。中小型直立容器常采用前三種支座，高大的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。本設(shè)計(jì)采用耳式支座。 根據(jù)JB/T4725-92，選用B型耳式支座： 支座號(hào)：4， 數(shù)量：4， 支座允許載荷：60kN 適用壓力容器公稱(chēng)直徑：1000～2000mm 具體尺寸見(jiàn)《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》表3-3-10。 2.儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 2.1儲(chǔ)罐選型和儲(chǔ)罐尺寸確定 儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)形式主要有臥式儲(chǔ)罐，立式儲(chǔ)罐和球形儲(chǔ)罐。根據(jù)儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)，場(chǎng)地條件等因素，選擇臥式儲(chǔ)罐。 儲(chǔ)存介質(zhì)為酯，并含有雜質(zhì)酸跟醇，為易然介質(zhì)。按要求須儲(chǔ)存酯體積約為 依GB9019-88筒體用鋼板卷制，公稱(chēng)直徑取DN2600。則罐長(zhǎng)L===3.76m=3760mm 取L=3800mm。 選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭規(guī)格如下：DN=2600 曲面高度 直邊高度 容積v=2.51 罐體總?cè)莘eV===22.9m 裝量系數(shù)，滿(mǎn)足裝量要求。 酯的裝量高度為H，查表 H/DN=0.73 H=0.73DN=0.73×2600=1898mm1900mm 液注靜壓力P===16775Pa0.017MPa 2.2罐體壁厚計(jì)算 儲(chǔ)罐內(nèi)氣體壓力位常壓，液注靜壓力P=0.017MPa ，取設(shè)計(jì)壓力為P=0.2Mpa，罐體材料選用00Cr17Ni14Mo2 假設(shè)罐體厚度在4.5-16之間,[σ]=70MPa 焊接形式采用全溶透對(duì)接接頭,局部無(wú)損檢測(cè),φ=0.85 罐體計(jì)算厚度: 取鋼板厚度負(fù)偏差C=0.3 腐蝕裕度C=3 設(shè)計(jì)厚度mm 名義厚度mm 圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，=8mm，[σ]沒(méi)有變化，故取=8mm合適。 有效厚度=8-0.3-3=4.7mm 最大允許工作壓力: [Pw]===0.215Mpa＞Pc 應(yīng)力校核:==65.2MPa＜[σ] 水壓試驗(yàn):試驗(yàn)壓力系數(shù)η=1.25 實(shí)驗(yàn)壓力P==1.25×0.2×1=0.25MPa 實(shí)驗(yàn)時(shí)薄膜應(yīng)力==81.5MPa＜ 2.3封頭設(shè)計(jì)計(jì)算 取封頭厚度與罐體厚度、材料均相同，[σ]=70MPa。 焊接形式采用全溶透對(duì)接接頭,局部無(wú)損檢測(cè),φ=0.85。 取鋼板厚度負(fù)偏差C=0.3，取腐蝕裕度C=3 名義厚度=7.68mm，有效厚度=8-0.3-3=4.7mm 最大允許工作壓力:[Pw]===0.215MPa＞Pc 應(yīng)力校核:==65.2MPa＜[σ] 水壓試驗(yàn):試驗(yàn)壓力系數(shù)η=1.25 實(shí)驗(yàn)壓力P==1.25×0.2=0.25MPa 實(shí)驗(yàn)時(shí)薄膜應(yīng)力==81.5MPa＜ 2.4罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為滿(mǎn)足工藝要求，罐體上須開(kāi)設(shè)進(jìn)料管，排料管，人孔，排渣孔。 2.5.1進(jìn)料管,排料管設(shè)計(jì) 進(jìn)料管,出料管設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及法蘭同攪拌器。 2.5.2人孔設(shè)計(jì) 人孔的設(shè)計(jì)同攪拌器，均是HGJ505-86，公稱(chēng)規(guī)格為PN0.6 DN500。 2.5.3排渣孔設(shè)計(jì) 便于清洗罐體，在罐體底部開(kāi)有Φ57的孔，并連接規(guī)格為DN50-PN0.6的法蘭。 2.5開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 人孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)： 罐體材料00Cr17Ni14Mo2 =70MPa 計(jì)算壁厚=4.38 人孔材料00Cr17Ni14Mo2 =70MPa 人孔直徑d=500 強(qiáng)度削弱系數(shù) =min（，1）=min（，1）=1 削弱的金屬面積 A=d+2（=500×4.38=2190mm 殼體上超過(guò)計(jì)算厚度δ的多余金屬面積： =（B-d）[（ B= 人孔計(jì)算壁厚==0.81mm 有效補(bǔ)強(qiáng)寬度B==max(2×500,500+28+2.5)=1000mm =（B-d）[（=(1000-500)[(8-3.3)-4.38]=160mm 接管上超過(guò)計(jì)算厚度的多余金屬截面積:= 接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度:==63.2mm =2×63.2×[(8-3.3)-0.81]×1=491.7mm 焊接形式采用如下結(jié)構(gòu)： 圖2.1 焊接形式 β=50 k=6 p=2±0.5 b=2±0.5 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫金屬的截面積為:==193.1mm 須補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積A1+A2+A3=160+491.7+193.1=844.8mm A4=A-(A1+A2+A3)=2190-844.8=1345.2mm 取補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為4mm.則補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑D===852.3mm 取D=860mm 其余接管不須補(bǔ)強(qiáng)。 2.6支座 本臥式儲(chǔ)罐總質(zhì)量當(dāng)量M=32012.5kg 工作載荷Q=313.7KN采用鞍式支座。根據(jù)JB/T4712-92選用鞍座輕A型，結(jié)構(gòu)如下： 圖2.2 輕A型鞍座 尺寸如下： 鞍座高度h=250 底版： l=1880 b=300 δ=12 腹板： δ=10 筋板： l=293 b=268 b=358 δ=8 墊板： 弧長(zhǎng)3030 b=500 δ=8 e=65 螺栓連接尺寸： 間距l(xiāng)=1640 螺孔d=24 M20 孔長(zhǎng)l=40 鞍座制造技術(shù)要求： 1):焊接采用電焊，焊條型號(hào)按規(guī)定 。 2):鞍座本體的焊接，均為雙面連續(xù)角焊。鞍座與罐體的焊接采用連續(xù)焊.焊接腰高取較薄板厚度的0.5-0.7倍,且不得小于5mm。 3):焊縫表面不得有裂紋，夾渣，氣孔和弧坑等缺陷。并不得殘留有溶渣和飛濺物。 4):鞍座墊板的圓弧表面應(yīng)能與罐體貼合，要求裝配后的最大缺陷不應(yīng)超過(guò)2mm。 5):鞍座螺栓孔間距l(xiāng)允許偏差為±2mm。 6):鞍座的螺栓孔和其他部分的制造公差分別按GB1804(未注公差尺寸的極限偏差)中IT14級(jí)和IT16級(jí)。 7):鞍座墊板應(yīng)在熱處理前焊于罐體壁上。 8):與腹板相接側(cè)的筋板兩端應(yīng)切成25×45的倒角。 9):鞍座的所有組焊零件周邊表面粗糙度為R50um。 10):鞍座組焊完畢,各部件均應(yīng)平整,不得擾曲。 參考文獻(xiàn) 【1】 王凱，虞軍等編．《攪拌設(shè)備》．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.8 【2】GB150-1998《鋼制壓力容器》[M].北京：中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出版社,1998 【3】 王志魁．《化工原理》．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.10 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