搅拌式反应釜设计(三维SW)【全套含有CAD图纸三维建模】

理工类)： 毕业论文(设计)任务书 学 院： 专 业： 机械设计制造及及自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 职 称： 2014 年 3 月 1 日 毕业设计(论文)题目： 搅拌式反应釜设计 一、 毕业设计(论文)内容及要求(包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等) 聚酯聚合反应器，是化纤生产的关键设备，在高温 、负压条件下，对苯二甲酸与乙二醇聚合反应成聚酯(化纤原料)。根据生产线设计容量及反应条件，原始设计参数为：聚合反应器容积 5000L，操作压力 作温度约 250 摄氏度。电机功率 10拌转速约 15r/m。 要求设计驱动搅拌轴的减速装置、搅拌轴及桨叶、容器壳体及附件等。 二、完成后应交的作业(包括各种说明书、图纸等) 1、毕业设计计算、说明书，不少于 2、二、三维工程图，其中二维工程图折合零号图纸约 2张。 3、外文翻译，不少于 5000字。 三、 完成日期及进度 自 2014 年 2 月 21 日起至 2014 年 6 月 14 日止 进度安排： 周：分析课题内容，研究类似产品，收集相关文献、资料，讨论初步设计思路。 写开题报告，提出明确设计思路，规划设计过程。 3. 第四、五周：熟悉基于三维设计的现代产品设计方法、软件。 4. 第六周：减速器、搅拌组件、容器壳体等方案选择及概念设计。 期检查，方案修正、外文翻译检查。 要结构件具体设计，并形成二维工程图。 二周：撰写毕业论文，设计检查，出图。 周：答辩。 四、同组设计者(若无则留空)： 五、主要参考资料(包括书刊名称、出版年月等) : 1、化工设备机械基础，董大勤等主编，化学工业出版社，北京， 2009 2、 速入门教程，詹迪维主编，机械工业出版社，北京， 2010 3、机械设计，邱宣怀主编，高等教育出版社，北京， 2008 4、机械设计学习与考试指导，王明强主编，哈尔滨工程大学出版社， 2007 5 闻邦椿 第 2 卷 :机械零部件设计 固与传动 (第 5版 )机械 工业出版社 ， 2010 6 闻邦椿 第 3 卷 :机械零部件设计 承与其他 (第 5版 )机械 工业出版社 ， 2010 7 闻邦椿 第 5 卷 :机电一体化与控制技术 (第 5 版 )机械 工业出版社 ， 2010 8 沈爱红 北京 :机械工业出版社 ， 2008 9 李瑞琴 北京 :国防工业出版社 ， 2008 系 (教研室 )主任： (签章) 年 月 日 学院主管领导： (签章) 年 月 日 注： 1、如页面不够可加附页 2、以上一五项由指导教师填写包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 2014 届本科毕业设计(论文) 搅拌式反应釜设计 系 部 ： 机械工程学院 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号 ： 作 者 : 指导老师 : 提交日期： 2014 年 05 月 31 日 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 搅拌式反应釜设计 f 含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 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 其工作原理主要是，由电动机带动减速机，减速机通过联轴器连接搅拌轴，带动轴的转动，从而带动搅拌桨的旋转，达到搅拌的目的。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。在设计中主要包括对反应釜整体尺寸的设计，以及各部件的设计。除此之外，还对各主要部分进行强度校核，以确保反应釜在操作时更加安全，符合使用寿命。近几年来，随着工业的发展，化工设备的使用需求也是与日俱增，反应容器的生产更是越来多。反应釜应用范围较广，在各行各业都有广泛的应用。搅拌釜式反应器的使用范围广，操作灵活度大，浓度容易控制。正是其实用性强的这一特点，确立其在工业生产中的主体地位。 关键词： 反应釜； 电动机； 搅拌器 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 he by a of of be to of is by of of of of in In in of of of In to in to In of of is is to a a in of is is to of in I 目 录 第一章 绪论 1 1 前 言 1 应器的现状及发展前景 1 拌式反应釜结构设计及其工作原理示图 1 2 基于 2 第二章 反应釜参数设计 3 3 设计条件及设计内容分析 3 4 反应釜设计的内容主要 3 5 反应釜釜体的设计 3 釜体 确 定 3 釜体筒体壁厚的设计 3 设计参数的确定 3 筒体壁厚的设计 4 釜体封头的设计 4 封头的选型 4 设计参数的确定 4 封头的壁厚的设计 4 封头的直边尺寸、体积的确定 4 筒体长度 H 的设计 5 筒体长度 H 的设计 5 釜体长径比校核 5 外压筒体壁厚的设计 5 设计外压的确定 5 5 . 5 . 2 试 差 法 设 计 外 压 筒 体 的 壁 厚 5 外压封头壁厚的设计 5 设计外压的确定 5 封头壁厚的计算 5 6 反应釜夹套的设计 6 夹套釜体 确定 6 夹套釜体 确定 6 夹套釜体 确定 6 夹套筒体的设计 6 设计参数的确定 6 夹套筒体壁厚的设 计 6 夹套筒体的高度确定 6 夹套封头的设计 7 封头的选型 7 设计参数的确定 7 封头的壁厚的设计 7 封头结构的设计 7 传热面积的校核 8 7 反应釜釜体及夹套的压力试验 8 釜体的水压试验 8 水压试验压力的确定 8 液压试验的强度校核 8 压力表得量程 9 水压试验的操作过程 9 釜体的水压试验 9 气压试验压力的确定 9 气压试验的强度校核 9 气压试验的操作过程 9 夹套的液压试验 9 水压试验压力的确定 9 液压试验的强度校核 10 压力表的量程、水温的要求 10 水压试验的操作过程 10 8 反应釜附件的选型及尺寸设计 10 釜体法兰联接结构的设计 10 法兰的设计 10 密封面形式的选型 10 螺栓、螺母的尺寸规格 10 法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料 12 选用手孔，视镜等和工艺接管的设计 12 手孔 12 进料管口 12 温度计 12 出料口 12 安全阀接口 12 冷凝器 接口 i 和压力表接管 e 12 加热蒸汽进口 13 垫片尺寸及材质 13 垫片的结构 13 密封面形式及垫片尺寸 13 手孔的设计 13 手孔的结构 14 手孔尺寸 15 第三章 搅拌系统的设计 16 9 支座的选型 16 支座的选型及尺寸的初步设计 18 支座载荷的校核计算 16 10 搅拌装置的选型与尺寸设计 17 搅拌轴直径的初步计算 17 搅拌轴直径的设计 17 搅拌轴刚度校核 17 搅拌轴临界转速校核计算 17 联轴器的型式及尺寸的设计 17 联轴器型式的确定 17 联轴器的结构及尺寸 18 联轴节的零件及材料 18 搅拌桨尺寸的设计 19 框式搅拌桨的结构 19 框式搅拌桨的尺寸 19 框式搅拌桨零件明细表 19 搅拌轴的结构及尺寸的设计 10 搅拌轴长度的设计 20 搅拌轴的结构 20 11 传动装置的选型与尺寸设计 20 电动机的选型 21 减速器的选型 21 机架的设计 22 底座的设计 22 反应釜的轴封装置设计 23 反应釜的轴封装置的选型 23 轴封装置的结构及尺寸 23 第四章 焊缝及其他部件强度校核 24 12 焊缝结构的设计 24 釜体上主要焊缝结构的设计 24 夹套上的焊缝结构的设计 24 13 固体物料进口的开孔及补强计算 28 封头开固体物料进口后被削弱的金属面积 A 的计算 28 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算 28 封头起补强作用金属面积 计算 28 接管起补强作用金属面积 计算 29 焊缝起补强作用金属面积 计算 29 判断是否需要补强的依据 29 V 14 三维图的展示 29 结语 31 致谢 32 参考文献 33 X 1 第一章 绪论 1 前言 反应器的现状及发展前景 反应釜可广义理解用于物理或者化学反应的容器，通过电动机带动减速机，然后带动搅拌轴，实现低高速的混合的目的。通过对结构的设计和各参数的不同确定，实现加热、蒸发、冷却的工艺要求。而且，反应过程中的压力不同，对容器结构设计的要求也就不尽相同。生产中工人必须严格按照对应的加工标准检测并试运行。不锈钢反应釜由于生产工艺的不同和操作条件的不相同，反应釜的结构及参数被设计的也就不同，也就是说反应釜的结构样式不同，属于非标的容器设备。 反应釜应用范围较广，在各行各业都有广泛的应 用，如石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等各种科研实验项目的研究和生产都有涉及，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，我们可以通过反应条件实现反应釜结构功能及其他配件的参数确定。从进料开始，到其中一系列的反应过程，最后到出料这一程序均能够以较高的现代化程度完成最初设置好的反应过程，从而可以简单而又方便的对反应过程中的温度、压力、力学实现控制，对反应物以及产物浓度等重要参数进行严格的调控。 搅拌式反应釜结构设计 及其工作原理示意图 2 图 1 反应釜结构及原理图 搅拌釜式反应器，这种反应器是在工业生产中得到广泛采用的反应器形式，适用于各种形式物料的反应。反应釜中设有各种不同类型的搅拌、传热装置，可用于不同性质的物料和不同热效应的反应，以确保反应物料在釜内合理地流动、混合和较好的传热。搅拌釜式反应器操作方式多样，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范围广，操作灵活度大，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。 2 基于 现 代三维设计的应用 机械产品是有颜色、材料、形状等概念的三维实体 ,只有从三维开始设计才能更加的形象、直观。于是软件对设计的辅助作用便贯穿到设计的全过程，而 操作简便，学习容易，功能强大的特点深受广大设计者和学习者的欢迎，从而也使其在设计行业得到了更广泛的运用。 件设计的零部件不仅所见即所得，而且由于系统关联性很强，只要一处修改，所有设计所涉及的部件便会自动修改。用户可以对零部件进行质量属性分析、装配干涉分析、空间运动仿真，极大的提高了 设计水平和效率。三维设计软件必将因其无法比拟的性能而成为国内外企业进行机械设计的主流设计工具。就国内形势看，目前，我国已经有数百万机械设计人员，而且此类人数正在与日俱增。 件在现代设计中有广泛的运用，归结于以下特点： 1 效率高，使用件绘制三维模型，方便快捷，有许都快捷键供用户使用，设计人员只要绘制出设计内容的模型，其具体尺寸可根据计算的结果改动，这不仅加快了设计速度，还提高了设计质量。 2 简单方便，近年来，许多高校都把 学习列入相关专业的必修课 中，其原因，除了此软件能满足现代设计的要求，更多的是因为其上手容易，操作简便。也是因为这一特点，许多工作的设计人员，在设计时也优先选择此软件。 3 第二章 反应釜参数设计 3 设计条件及设计内容分析 由任务书的分析可知，设计的反应釜可操作容积为 5拌装置配置的电动机功率为 10拌轴的转速为 15r/热的方式为用夹套内的导热油进行加热。 4 反应釜设计的内容主要： 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； 设计釜体的法兰联 接结构、选择接管、管法兰； 支座选型及验算； 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。 5 反应釜釜体的设计 釜体 确定 选取反应釜装料系数 = V= ,可得设备体积 V=0V= ( 1)对于液 液相类型选取 H/此，估算筒体的内径为 = ( 2) 将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径 600 釜体筒体壁厚的设计 设计参数的确定 4 取 P= ( 3) P= 液体静力压力： 由于 =则 计合理。 外压封头壁厚的设计 设计外压的确定 6 封头壁厚的计算 设封头的壁厚为 于标准椭球形封头 K=1200=1080 ( 12) e=1080/算系数 A=e)= 10 A=10 查表 15=63E=105 P=B/(e)得 P=63 /(1080/ P= 液压试验的强度校核 9 由m a x()2 ( )T i S ( 19) 得 0 . 8 0 (1 2 0 0 6 1 . 2 5 )2 ( 6 1 . 2 5 ) =表 14s=203200设计使用两个搅拌桨 搅拌桨 浸入 液体的最合理的深度为： S=2=2 =浸入液体的长度 20拌轴的长度 L=671+整之后得 L=2365 搅拌轴的结构 由于 搅拌轴 的 长度 较大，为了加工的方便，将 搅拌轴 分成两部分设计。与 减速机相联的 搅拌轴 轴长为： L/=4 (拌轴深入釜内的长度， d=50取 350表 3L/=50050=781取 L/=78521 搅拌轴下部分的轴长为 L/=23655801 传动装置的选型与尺寸设计 电动机的选型 由于 反应釜里的物料具有 一定的易燃性和 腐蚀性，故选用 隔爆型三相异步 电机 (防爆标志 d 根据 电机的功率 P 10转速 n 1500r/机械设备通用手册表 32机 型号为： 减速器的选型 根据 电机的功率 P 搅拌轴的转速 n 1500r/传 动比 i 为 1500/15100，选取直联摆线针轮减速机 ( ，标记 4A 25。由 文献 6表 9联摆线针轮减速机的外部尺寸如下图、安装尺寸如下表。 图 10 直连摆线针轮减速机 15 减速机的外形安装尺寸 D 3D 4D D 1D P 260 230 200 43 200 6- 12 22 4 22 E h b B M b1 e 15 161 4 430 79 6 15 机架的设计 由于反应釜传来的轴向力并不是太大，减速机输出轴使用了带短节的夹壳联节，又因为反应釜使用不带内置轴承的机械密封，故选 用 95)。由搅拌轴的直径 d 50架的公称直径 250。结构如图。 图 11 无支点机架 WJ 底座的设计 因为是不锈钢设备，我采用图示底座的结构，其上部与机架的输出端接口和轴封装置采用可拆相联，下部伸入釜内，结构与尺寸如图。 图 12 底座 23 反应釜的轴封装置设计 反应釜的轴封装置的选型 反应釜中应用的轴封 结构大体分为两大类，填料箱密封和机械密封。考虑到釜内的物料 易燃性且具有一定的 腐蚀性 ，因此选用机械密封。根据 t 250 、n=85r/d=50文献 7表 6 用 2001 型单端面平衡型机械密封，其结构如图、主要尺寸如表所示。 轴封装置的结构及尺寸 图 13 机械密封 16 釜用机械密封的主要尺寸( of 轴径d 2h 3H n 螺柱 50 245 210 175 180 8 14 200 190 315 816 24 第四章 焊缝及其他部件强度校核 12 焊缝结构的设计 釜体上主要焊缝结构的设计 设计内容： 图 14 筒体的纵向焊缝 15 筒体与下封头的环向焊缝 of 25 图 16 固体物料进口与封头的焊缝 of 17 进料管与封头的焊缝 of 18 冷却器接管与封头的焊缝 26 图 19 温度计接管与封头的焊缝 20 出料口接管与封头的焊缝 夹套上的 焊缝结构的设计 夹套上的焊缝结构及尺寸如图。 图 21 筒体的纵向焊缝 27 图 22 筒体与封头的横向焊缝 of 23 导热油进口接管与筒体的焊缝 24 导热油出口接管与筒体的焊缝 28 图 25 釜体与夹套的焊缝 3 固体物料进口的开孔及补强计算 头开固体物料进口后被削弱的金属面积 A 的计算 因为人孔的开孔直径大，因此有必要进行 补强计算 ，本设计采用 等面积补强 的 设计 方法。 釜体上封头开 人孔 后被削弱的金属面积 A 为： 2 (1 )o o e tA d S S S ( 27) 式中： 2id d C=273 ct =2 12 = =1 2 (1 )o o e tA d S S S =2 有效补强区起补强作用金属面积计算 封头起补强作用金属面积 121 ( 28) 式中： 2 2 2 5 7 . 5 5 4 12 2 2 5 7 . 5 2 5 2 8 2 8 3 . 5d m mB d S S 取两者中较大值， B 509 C( 29) = = 8 - 1 3 7 1 3 7=1 ( 30) 29 1 ( 5 0 9 2 5 7 . 5 ) ( 4 . 7 5 2 . 4 1 2 ) 2 7 . 7 5 ( 4 . 7 5 2 . 4 1 2 ) ( 1 1 )A = 2 接管起补强作用金属面积 2 1 2 22 ( ) 2 ( )e t t r e t rA h S S f h S C f ( 31) 其中： =001 取其中的较小值 1h ct 2= 0 ( 2 7 3 1 6 0 )2 1 3 7 1 0 = 2h=0 C 2A =2 焊缝起补强作用金属面积 2/2=62/2=判断是否需要补强的依据 321 = 18 由 A= A 2+ 不需补强 14 三维图的展示 30 图 26 三维图 31 结 语 经过本次毕业设计，我对反应釜设计方案，设计封头，筒体装配的过程的基本设计方法、步骤，有了十分清晰的了解，对反应釜的工作原理以及在现代化工中的应用有了更深层次的认识。它就好比于实际反应釜生产设计工作的一次实习。在毕业设计中，基本能按照规定的程序进行，按照老师提供的任务书要求和反应釜 的基本流程进行设计，期间与指导老师进行了多次讨论、修改，严格按照设计任务书、技术所能达到的要求进行设计。最终顺利完成全部设计。具备了一定的实践能力，为即将到来的工作奠定坚实的基础。我想在以后的工作，学习中此次设计所学的知识，必将能够给我带来巨大的帮助，还有更重要的是现代设计的理念和思维，通过这次设计，这些思想在我脑海里留下了深深的印象，指导我以后设计的方法，我一生受益匪浅。 32 致 谢 本课题是在陈老师的悉心指导下完成的。几个月的毕业设计中陈老师严谨的治学态度、脚踏 实地的工作作风，精益求精的工作精神令我十分敬佩。在生活中陈老师积极乐观的生活态度，做任何事情充沛的精力和执着的态度，这都将对我以后的工作和学习有很大的帮助。至此在论文定稿之日，谨向恩师致以衷心的感谢，感谢导师在各方面的帮助，感谢导师的信任和支持。 在论文进行的过程中，还得到了寝室同学以及各位好友无私的帮助和热情的鼓励，在此一并表示衷心的感谢 ! 感谢苏州理工学院的各位老师在我四年的学习生活期间，对我思想、生活、学习上的指导和关心，使我不断的成长。最后，特别感谢的是我的父母，他们是我这四年最主要的动力，是他们时 刻的关理解和支持才使我能够顺利完成学业 33 参考文献 1、化工设备机械基础，董大勤等主编，化学工业出版社，北京， 2009 2、 速入门教程，詹迪维主编，机械工业出版社，北京， 2010 3、机械设计，邱宣怀主编，高等教育出版社，北京， 2008 4、机械设计学习与考试指导，王明强主编，哈尔滨工程大学出版社， 2007 5 闻邦椿 第 2 卷 :机械零部件设计 固与传动 (第 5 版 )机械 工业出版社 ， 2010 6 闻邦椿 第 3 卷 :机械零部件设计 承与其他 (第 5 版 )机械 工业出版社 ， 2010 7 闻邦椿 第 5 卷 :机电一体化与控制技术 (第 5 版 )机械 工业出版社 ， 2010 8 沈爱红 北京 :机械工业出版社 ， 2008 9 李瑞琴 北京 :国防工业出版社 ， 20082014 届本科毕业 设计( 论文 ) 搅拌式反应 釜 设计 系 部 ： 机械工程学院 专 业 ： 机械设计制造及其自动 化 班 级： 学 号 ： 作 者 : 指导老师 : 提交日期： 2014 年 05 月 31 日 搅拌式反应釜设计 f 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 其工作原理主要是，由电动机带动减速机，减速机通过联轴器连接搅拌轴，带动轴的转动，从而带动搅拌桨的旋转，达到搅拌的目的。 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。 在设计中主要包括对反应釜整体尺寸的设计，以及各部件的设计。除此之外，还对各主要部分进行强度校核，以确保反应釜在操作时更加安全，符合使用寿命。近几年来，随着工业的发展，化工设备的使用需求也是与日俱增，反应容器的生产更是越来多。 反应釜应用范围较广，在各行各业都有广泛的应用。搅拌釜式反应器的使用范围广，操作灵活度大，浓度容易控制。 正是其实用性强的这一特点，确立其在工业生产中的主体地位。 关键词： 反应釜； 电动机 ； 搅拌器 he by a of of be to of is by of of of of in In in of of of In to in to In of of is is to a a in of is is to of in I 目 录 第一章 绪 论 1 1 前 言 1 应器的现状及发展前景 1 拌式反应釜结构设计及其工作原理 示 图 1 2 基于 2 第二章 反应釜参数设计 3 3 设计条件及设计内容分析 3 4 反应釜设计的内容主要 3 5 反应釜釜体的设计 3 釜体 确 定 3 釜体筒体壁厚的设计 3 设计参数的确定 3 筒体壁厚的设计 4 釜体封头的设计 4 封头的选型 4 设计参数的确定 4 封头的壁厚的 设计 4 封头的直边尺寸、体积的确定 4 筒体长度 H 的设计 5 筒体长度 H 的设计 5 釜体长径比校核 5 外压筒体壁厚的设计 5 设计外压的确定 5 5 . 5 . 2 试 差 法 设 计 外 压 筒 体 的 壁 厚 5 外压封头壁厚的 设计 5 设计外压的 确定 5 封头壁厚 的 计算 5 6 反应釜夹套 的 设计 6 夹套釜体 确定 6 夹套釜体 确定 6 夹套釜体 确定 6 夹套筒体的设计 6 设计参数的确定 6 夹套筒体壁厚的设 计 6 夹套筒体的高度确定 6 夹套封头的设计 7 封头的选型 7 设计参数的确定 7 封头的壁厚的设计 7 封头结构的设计 7 传热面积的校核 8 7 反应釜釜体及夹套的压力试验 8 釜体的水压试验 8 水压试验压力的确定 8 液压试验的强度校核 8 压力表得量程 9 水压试验的操作过程 9 釜体的水压试验 9 气压试验压力的确定 9 气压试验的强度校核 9 气压试验的操作过程 9 夹套的液压试验 9 水压试验压力的确定 9 液压试验的强度校核 10 压力表的量程、水温的要求 10 水压试验的操作过程 10 8 反应釜附件的选型及尺寸设计 10 釜体法兰联接结构的设计 10 法兰的设计 10 密封面形式的选型 10 螺栓、螺母的尺寸规格 10 法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料 12 选用手孔，视镜等和 工艺接管的设计 12 手孔 12 进料管口 12 温度计 12 出料口 12 安全阀接口 12 冷凝器 接口 i 和压力表接管 e 12 加热蒸汽进口 13 垫片尺寸及材质 13 垫片的结构 13 密封面形式及垫片尺寸 13 手孔的设计 13 手孔的结构 14 手孔尺寸 15 第三章 搅拌系统的设计 16 9 支座的选型 16 支座的选型及尺寸的初步设计 18 支座载荷的校核计算 16 10 搅拌装置的选型与尺寸设计 17 搅拌轴直径的初步计算 17 搅拌轴直径的设计 17 搅拌轴刚度校核 17 搅拌轴临界转速校核计算 17 联轴器的型式及尺寸的设计 17 联轴器型式的确定 17 联轴器的结构及尺寸 18 联轴节的零件及材料 18 搅拌桨尺寸的设计 19 框 式搅拌桨的结构 19 框 式搅拌桨的尺寸 19 框 式搅拌桨零件明细表 19 搅拌轴的结构及尺寸的设计 10 搅拌轴长度的设计 20 搅拌轴的结构 20 11 传动装置的选型与尺寸设计 20 电动机的选型 21 减速器的选型 21 机架的设计 22 底座的设计 22 反应釜的轴封装置设计 23 反应釜的轴封装置的选型 23 轴封装置的结构及尺寸 23 第四章 焊缝 及其他部件强度校核 24 12 焊缝结构的设计 24 釜体上主要焊缝结构的设计 24 夹套上的焊缝结构的设计 24 13 固体物料进口的开孔及补强计算 28 封头开固体物料进口后被削弱的金属面积 A 的计算 28 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算 28 封头起补强作用金属面积 计算 28 接管起补强作用金属面积 计算 29 焊缝起补强作用金属面积 计算 29 判断是否需要补强的依据 29 V 14 三维图的展示 29 结语 31 致谢 32 参考文献 33 1 第一章 绪论 1 前言 反应器的现状及发展前景 反应釜可广义理解用于物理 或 者 化学反应的容器，通过电动机带动减速机，然后带动搅拌轴， 实现低高速的混合的目的 。通过对结构的设计和各参数的不同确定，实现加热、蒸发、冷却的工艺要求 。而且 ，反应过程中的压力 不同 ，对容器结构设计 的要求 也就 不尽相 同。生产 中 工人必须严格按照对 应的 加工 标准检测 并试运行。不锈钢反应釜由于生产工艺的不同和操作条件的 不 相同，反应釜的结构及参数 被设计的 也就 不同，也就是说 反应釜的结构样式不同，属于非 标的容器设备。 反应釜 应用范围较广，在各行各业都有广泛的应用，如 石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等 各种科研实验项目的研究 和生产都有涉及 ，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，我们可以通过反应条件实现反应釜结构功能及其他配件 的参数确定 。从 进料 开始 ，到 其中一系列 的 反应 过程 ，最后 到 出料 这一程序均能够以较高的现代化程度完成最初设置好的反应过程 ，从而可以简单而又方便的 对反应过程中的温度、压力、力学 实现 控制 ，对 反应物 以及 产物浓度等重要参数进行严格的调控。 搅拌式反应釜 结构设计及其工 作原理 示意图 2 图 1 反应釜结构及原理图 搅拌釜式反应器，这种反应器是在工业生产中得到广泛采用的反应器形式，适用于各种形式物料的反应。反应釜中设有各种不同类型的搅拌、传热装置，可用于不同性质的物料和不同热效应的反应，以确保反应物料在釜内合理地流动、混合和较好的传热。搅拌釜式反应器操作方式多样，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范围广，操作灵活度大，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。 2 基于 现代三维 设计的应用 机械产品是有颜色、材料、形状等概念的三维实体 ,只有从三维开始设计才能更加的形象、直观。于是软件对设计的辅助作用便贯穿到设计的全过程 ，而 操作简便，学习容易，功能强大的特点深受广大设计者和学习者的欢迎，从而也使其在设计行业得到了更广泛的运用。 件设计的零部件不仅所见即所得，而且由于系统关联性很强，只要一处修改，所有设计所涉及的部件便会自动修改。 用户可以对零部件进行质量属性分析、装配干涉分析、空间运动仿真，极大的提高了设计水 平和效率。三维设计软件必将因其无法比拟的性能而成为国内外企业进行机械设计的主流设计工具。就国内形势看，目前，我国已经有数百万机械设计人员，而且此类人数正在与日俱增。 件在现代设计中有广泛的运用，归结于以下特点： 1 效率高，使用件绘制三维模型，方便快捷，有许都快捷键供用户使用，设计人员只要绘制出设计内容的模型，其具体尺寸可根据计算的结果改动，这不仅加快了设计速度，还提高了设计质量。 2 简单方便，近年来，许多高校都 把 学习列入相关专业的必修课中，其 原因，除了此软件能满足现代设计的要求，更多的是因为其上手容易，操作简便。也是因为这一特点，许多工作的设计人员，在设计时也优先选择此软件。 3 第二章 反应釜参数设计 3 设计条件及设计内容分析 由任务书的分析 可知，设计的反应釜 可操作 容积为 5拌装置配置的电动机功率为 10拌轴的转速为 15r/热的方式为用夹套内的导热油进行 加热 。 4 反应釜设计的内容主要 ： 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； 设计釜体的法兰联接结构 、选择接管、管法兰； 支座选型及验算； 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。 5 反应釜釜体的设计 釜体 确定 选取反应釜装料系数 = V= ,可得设备体积 V=0V= ( 1)对于液 液相类型选取 H/此，估算筒体的内径为 = ( 2) 将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径 600 釜体筒体壁厚的设计 设计参数的确定 4 取 P= ( 3) P= 液体静力压力： 由于 =则 计合理。 外压封头壁厚的 设计 设计外压的 确定 6 封头壁厚的 计算 设封头的壁厚为 于标准椭球形封头 K=1200=1080 ( 12) e=1080/算系数 A=e)= 10 A=10 查表 15=63E=105 P=B/(e)得 P=63 /(1080/ P= 液压试验的强度校核 9 由m a x()2 ( )T i S ( 19) 得 0 . 8 0 (1 2 0 0 6 1 . 2 5 )2 ( 6 1 . 2 5 ) =表 14s=203200设计使用两个搅拌桨 搅拌桨 浸入 液体的最合理的 深度为： S=2=2 =浸入液体的长度 20拌轴的长度 L=671+整 之后得 L=2365 搅 拌轴的结构 由于 搅拌轴 的 长度 较大，为了 加工的方便，将 搅拌轴 分 成两部分 设计 。与 减速机相联的 搅拌轴 轴长为： L/=4 (拌轴深入釜内的长度， d=50取 350表 3L/=50050=781取 L/=78521 搅拌轴下部分的轴长为 L/=23655801 传动装置的选型与尺寸设计 电动机的选型 由于 反应釜里的物料具有 一定的易燃性和 腐蚀性，故选用 隔爆型三相异步 电机 (防爆标志 d 根据 电机的功率 P 10转速 n 1500r/机械设备通用手册表 32机 型号为： 减速器的选型 根据 电机的功率 P 搅拌轴的转速 n 1500r/传动 比 i 为 1500/15100，选取 直联摆线针轮减速机 ( ，标记 4A 25。由 文献 6表 9联摆线针轮减速机的外部尺寸如下 图、安装尺寸如 下 表。 图 10 直连摆线针轮减速机 15 减速机的外形安装尺寸 D 3D 4D D 1D P 260 230 200 43 200 6- 12 22 4 22 E h b B M b1 e 15 161 4 430 79 6 15 机架的设计 由于反应釜传来的轴向力 并不是太 大，减速机输出轴使用了带短节的夹壳联 节，又因为 反应釜使用不带内置轴承的机械密封，故选用 95)。由搅拌轴的直径 d 50架的公称直径 250。结构如图。 图 11 无支点机架 WJ 底座的设计 因为是不锈钢设备，我 采用图 示 底座的结构，其上部与机架的输出端接口和轴封装置采用可拆相联，下部伸入釜内，结构与尺寸如图。 图 12 底座 23 反应釜的轴封装置设计 反应釜的轴封装置的选型 反应釜中应用的轴封结 构大体分为 两大类，填料箱密封和机械密封。考虑到釜内的物料 易燃性且具有 一定的 腐蚀性 ，因此选用机械密封。根据 t 250 、n=85r/d=50文献 7表 6 用 2001 型单端面平衡型机械密封，其结构如图、主要尺寸如表所示。 轴封装置的结构及尺寸 图 13 机械密封 16 釜用机械密封的主要尺寸( of 轴径d 2h 3H n 螺柱 50 245 210 175 180 8 14 200 190 315 816 24 第四章 焊缝及其他部件强度校核 12 焊缝结构的设计 釜体上主要焊缝结构的设计 设计内容： 图 14 筒体的纵向焊缝 15 筒体与下封头的环向焊缝 of 25 图 16 固体物料进口与封头的焊缝 of 17 进料管与封头的焊缝 of 18 冷却器接管与封头的焊缝 26 图 19 温度计接管与封头的焊缝 20 出料口接管与封头的焊缝 夹套上的焊 缝结构的设计 夹套上的焊缝结构及尺寸如图。 图 21 筒体的纵向焊缝 27 图 22 筒体与封头的横向焊缝 of 23 导热油进口接管与筒体的焊缝 24 导热油出口接管与筒体的焊缝 28 图 25 釜体与夹套的焊缝 3 固体物料进口的开孔及补强计算 头开固体物料进口后被削弱的金属面积 A 的计算 因为人孔的开孔直径大，因此有必要进行 补强计算 ，本设计采用 等面积补强 的 设计 方法。 釜体上封头开 人孔 后被削弱的金属面积 A 为： 2 (1 )o o e tA d S S S ( 27) 式中： 2id d C=273 ct =2 12 = =1 2 (1 )o o e tA d S S S =2 有效补强区起补强作用金属面积 计算 封头起补强作用金属面积 121 ( 28) 式中： 2 2 2 5 7 . 5 5 4 12 2 2 5 7 . 5 2 5 2 8 2 8 3 . 5d m mB d S S 取两者中较大值， B 509 C( 29) = = 8 - 1 3 7 1 3 7=1 ( 30) 29 1 ( 5 0 9 2 5 7 . 5 ) ( 4 . 7 5 2 . 4 1 2 ) 2 7 . 7 5 ( 4 . 7 5 2 . 4 1 2 ) ( 1 1 )A = 2 接管起补强作用金属面积 2 1 2 22 ( ) 2 ( )e t t r e t rA h S S f h S C f ( 31) 其中： =001 取其中的较小值 1h ct 2= 0 ( 2 7 3 1 6 0 )2 1 3 7 1 0 = 2h=0 C 2A =2 焊缝起补强作用金属面积 2/2=62/2=判断是否需要补强的依据 321 = 18 由 A= A 2+ 不需补强 14 三维图的展示 30 图 26 三维图 31 结 语 经过本次毕业设计，我对反应釜设计方案， 设计 封头 ，筒体 装配的过程的基本设计方法、步骤，有了十分清晰的了解， 对反应釜的工作原理以及在现代化工中的应用有了更深层次的认识。 它就好比于实际反应釜生产设计工作的一次实习。在毕业设计中，基本能按照规定的程序进行，按照老师提供的任务书要求和反应釜的 基本流程进行设计，期间与指导老师进行了多 次讨论、修改， 严格按照设计任务书、技术所能达到 的要求进行设计。最终顺利完成全部设计。具备了一定的实践能力，为即将到来的工作奠定坚实的基础。 我想在以后的工作，学习中此次设计所学的知识， 必将能够给我带来巨大的帮助，还有更重要的是现代设计的理念和思维，通过这次设 计，这些思想在我脑海里留下了深深的印象，指导我以后设计的方法， 我一生受益匪浅。 32 致 谢 本课题是在陈老师的悉心指导下完成的。几个月的毕业设计 中 陈老师严谨的治学态度、脚踏实 地的工作作风，精益求精的工作精神令我十分敬佩 。在生活中 陈 老师积极乐观的生活态度，做任何事情充沛的精力和执着的态度，这都将对我以后的工作和学习有很大的帮助。至此在论文定稿之日，谨向恩师致以衷心的感谢，感谢导师在各方面的帮助，感谢导师的信任和支持。 在论文进行的过程中，还得到了寝室同学以及各位 好友无私的帮助和热情的鼓励，在此一并表示衷心的感谢 ! 感谢苏州理工 学院的各位老师在我四年的学习生活期间，对我思想、生活、学习上的指导和关心，使我不断的成长。最后，特别感谢的是我的父母，他们是我这四年最主要的动力，是他们时刻 的关理解和支持才使我能够顺利完成学业 33 参考文献 1、 化 工设备机械基础，董大勤等主编，化学工业出版社，北京， 2009 2、 速入门教程，詹迪维主编，机械工业出版社，北京， 2010 3、机械设计，邱宣怀主编，高等教育出版社，北京， 2008 4、机械设计学习与考试指导，王明强主编，哈尔滨工程大学出版社， 2007 5 闻邦椿 第 2 卷 :机械零部件设计 固与传动 (第 5 版 )机械 工业出版社 ， 2010 6 闻邦椿 第 3 卷 :机械零部件设计 承与其他 (第 5 版 )机械 工业出版社 ， 2010 7 闻邦椿 第 5 卷 :机电一体化与控制技术 (第 5 版 )机械 工业出版社 ， 2010 8 沈爱红 北京 :机械工业出版社 ， 2008 9 李瑞琴 北京 :国防工业出版社 ， 2008