攪拌罐的設計

《攪拌罐的設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《攪拌罐的設計（16頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、* XUCHANG UNIVERSITY 化工設備課程設計 8m3夾套攪拌發(fā)酵罐的設計 院 系 化學化工學院 專 業(yè) 09級化學工程與工藝 班 級 2班 學 號 學生 姓名 聯系 方式 指導教師 職稱 2012年6月 獨創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的課程設計是本人在指導老師指導下取得的研究成 果。除了文中特別加以注釋和致謝的地方外， 設計中不包含其他人已經發(fā)表或撰 寫的研究成果。與本研究成果相關的所有人所做出的任何貢獻均已在設計中作了 明確的說明并表示了謝意。 簽名： 年_月_日 授權聲明 本人完

2、全了解許昌學院有關保留、使用本科生課程設計的規(guī)定，即：有權保 留并向國家有關部門或機構送交設計的復印件和磁盤，允許設計被查閱和借閱。 本人授權許昌學院可以將設計的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索， 可以 采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編設計。 本人設計中有原創(chuàng)性數據需要保密的部分：無。 簽名： 年—月—日 指導教師簽名： 年—月—日 本設計是關于容積為 8m3的夾套攪拌發(fā)酵罐的設計，立式結構，攪拌速度 n=120r/min,容器內：發(fā)酵醪溶液；筒體材質：0Cr18Ni9，筒體高徑比為2.1， 厚度是12mm夾套筒體材質為Q235B內徑1900mm厚度為10m

3、m傳熱面積15.8 點；選用六直葉圓盤渦輪式攪拌器，3層，攪拌功率11.95kW 封頭是公稱直徑 DN為1800mm標準橢圓封頭，厚度為8mm電動機選用YB2-200L1-2-15kW;減速 器選用擺線針齒行星裝置 XL-15/120 I，與電動機直徑相連，軸封選用機械密封； 中間軸承選用SL80-2000T1;支座為4個A5耳式支座。 關鍵詞：夾套攪拌發(fā)酵罐；高徑比；筒體；攪拌器；電動機；減速機；支座 設計任務書 1 1. 設備工作原理及結構介紹 1 2. 攪拌容器結構設計 1 2.1確定發(fā)酵罐的幾何形狀 1 2.2夾套幾何尺寸計算 2 2.3攪拌器的幾何尺寸 2

4、2.4接管 2 2.5擋板 2 2.6人孔 2 2.7視鏡 2 2.8支座 2 3攪拌設備強度計算 3 3.1筒體強度計算 3 3.2夾套強度計算 3 3.3封頭強度計算 3 3.4攪拌功率計算 3 3.5電動機額定功率的確定 4 3.6攪拌器強度設計 4 3.7攪拌軸設計 5 3.8傳動裝置設計 5 3.9支座 6 3.9.1支座承受的實際載荷 Q 6 3.9.2計算支座處圓筒所受的支座彎矩 M l 7 3.10開孔補強計算 7 設計小結 8 參考文獻 9 設計任務書 已知攪拌發(fā)酵罐的工藝條件如下。容積8m3

5、,立式結構，攪拌速度n=60r/min, 要求物料分散均勻；容器內：發(fā)酵醪溶液， 尸0.092 Pa- s, p=1050kg/m3；夾套： 冷卻水；容器內操作條件：工作壓力：常壓（短時蒸汽消毒 0.1MPa）;工作溫度 35C,（短時121C）；夾套內冷卻水壓力為0.2 MPa （表）;冷卻水進口溫度25C, 出口溫度30E ;夾套高度取筒體高度的75%~85%;筒體材質：0Cr18Ni9;裝料 系數忻0.85。 設計任務：設計出攪拌容器結構，包括罐體幾何形狀、夾套、攪拌器、接管、 擋板、人孔、視鏡、支座的計算和設計；進行強度計算，包括筒體、夾套、封頭、 攪拌功率、電動機功率計算及設計及攪

6、拌軸設計、傳動裝置設計、支座；繪制夾 套攪拌發(fā)酵罐的工程圖樣。 1. 設備工作原理及結構介紹 機械攪拌設備主要用于物料的混合、傳熱、傳質和反應等過程。一般來講， 攪拌反應釜主要是由反應釜、攪拌裝置、傳動裝置和軸封等組成。反應釜包括釜 體和傳熱裝置，它是提供反應空間和反應條件的部件， 如蛇管、夾套和端蓋工藝 接管等。攪拌裝置由攪拌器和攪拌軸組成， 靠攪拌軸傳遞動力，由攪拌器達到攪 拌目的。傳動裝置包括電動機、減速機及機座、聯軸器和底座等附件，它為攪拌 器提供攪拌動力和相應的條件。軸封為反應釜攪拌軸之間的密封裝置，以封住釜 體內的流體不致泄露。由電機驅動，經減速機帶動攪拌軸及安裝在軸上的攪

7、拌器 攪拌反應釜的操作目的主要表現為：（1）使不互溶液體混合均勻，制備均勻混 合液、乳化液，強化傳質過程；（2）使氣體在液體中充分分散，強化傳質或化學 反應；（3）制備均勻懸浮液，促使固體加速溶解、浸取或液 -固化學反應；（4）強 化傳熱，防止局部過熱或過冷。 2. 攪拌容器結構設計 2.1確定發(fā)酵罐的幾何形狀 根據表7-1,選發(fā)酵罐的高徑比為2.1，兩端采用標準橢圓封頭，則圓筒體內徑 Di=3 4V =3 4 8 =1.69 m \ni Y"2.1 圓整發(fā)酵罐的內徑為Di=1.8m 查JB/T 4746-2002標準可知公稱直徑 DN1800mm標準橢圓形封頭的容積 Vd=

8、0.826m3 則筒體的高度 H=Di X i=1.8X 2.1=3.8 m 核算高徑比i和容積V,都符合要求。 2.2夾套幾何尺寸計算 夾套內徑取 D2i= 1900mm⑴，則夾套高度 H2=0.75H=0.75 X.8=2.8 m 因此傳熱面積為 A=jDi H2= n X8 X8=15.8 m2 所以只在筒體部分設有夾套即可。 2.3攪拌器的幾何尺寸 要求物料分散均勻，選用六直葉圓盤渦輪式攪拌器 ⑵。具體尺寸如下： 攪拌器直徑di/Di=1/3，則di=600mm,由di : l : b=20 : 5 : 4,則攪拌器寬 度 b=0.2di=0.2 X600=120mm

9、, l=0.25di=0.25 X600=150mm 攪拌器圓盤直徑一般取槳徑的 2/3, d3=400mm 因為液層較高，選用三層攪拌器。攪拌器距器底高度為 C=0.6m,兩層攪拌 器間距為0.9m液面深度H=3m 2.4接管 根據工藝條件，確定各接管的尺寸，選用板式平焊法蘭，公稱壓力為 PN0.6MPa 2.5擋板 1 1 選擋板寬度 W= Di= X1800=180mm,擋板數Z=4,即可實現全擋板化 10 10 條件 2.6人孔 為了方便安裝、拆卸、清洗和檢修設備，在上封頭上開公稱直徑為 450mm 的人孔，選用HG/T 21516-2005標準中的回轉蓋板

10、式平焊法蘭人孔。 2.7視鏡 為了便于觀察發(fā)酵罐內部的情況，安裝一對視鏡。 2.8支座 根據工藝要求，選用耳式支座。 3. 攪拌設備強度計算 3.1筒體強度計算 發(fā)酵罐內為常壓，而夾套內工作壓力為 0.2 MPa，取其設計壓力為 P=0.22 MPa,則發(fā)酵罐圓筒承受外壓，故需進行穩(wěn)定性計算。筒體材質為 0Cr18Ni9, 焊接接頭系數（1=0.85,［護137 MPa 。 設圓筒的厚度為12mm,取鋼板厚度負偏差為Ci=0.8mm,貝U筒體的有效厚 度 e 11.2mm，筒體外直徑D°=1824mm，筒體長度L=3800mm 因 D0/35=162.9, L/ D0

11、=2.08,,由 GB150 查得： A=0.00031[3], E=1.91X 105MPa , B= 41MPa [3] 所以 [p]= B B D o /、? e D o /、? e 1824/11.2 =0.25 MPa 圓筒穩(wěn)定性滿足要求，所以取圓筒名義厚度 3=12mm 3.2夾套強度計算 夾套工作壓力為 0.2 MPa，取設計壓力為p =0.22 MPa，夾套筒體材質為 Q235B,焊接接頭系數 =0.85,[『=113 MPa, 則發(fā)酵罐壁厚 3= PD—= 0.22 1824 =2.09 mm 2b —p 2漢 113漢0.85—0.22 取腐蝕

12、余量 C2=2mm , C1=0.8mm,則厚度附加量 C=C2+ C1 =2.8 mm 夾套的設計厚度為 3=2.09+2.8=4.89 mm 圓整取夾套厚度為 3=10mm 3.3封頭強度計算 查JB/T4746-2002可知，公稱直徑DN為1800mm標準橢圓封頭最小厚度為 8mm,而容器內為常壓，故取橢圓封頭名義厚度為 8mm,封頭材質為0Cr18Ni9。 3.4攪拌功率計算 _1 3 已知 n=120r/min=2s , dj=600mm=0.6m, p=1050kg/m , 尸0.092 Pa - s dj nP 0 62>< 2^1050 對于單層攪拌器而言：雷諾數

13、 Re= j =0.6 2 1050 =8217.4 4 0.092 查Rushton的：-Re圖⑷，可知功率因數：=6.1 ,有擋板且為全擋板條件時, 不需考慮Fr數，則 =Np 由功率數Np二」知，單層攪拌器的功率 Pn3dj5 Nz =Np「n3dj5=6.ix 1050X 23X 0.65=13447.4W=3.98 kW 由于采用3層攪拌器，近似認為3層攪拌器的功率是單層攪拌器的 3倍，則 N=3 Nz =3X 3.98=11.95 kW 3.5電動機額定功率的確定 填料密封功率損失約為攪拌器10%或至少0.368kW。而機械密封的功率損失 僅為填料密封的10%~5

14、0%。在此選用機械密封，其功率損失約為 0.24kW 。 選用傳送帶，機械效率 =0.95,則有Nm=0.24kW 故電動機功率 Pn= N Nm =11.95 0.24 =12.83 kW □ 0.95 為了安全生產，選用三相防爆異步電動機，根據電動機的規(guī)格，選用 P=15kW⑸。 3.6攪拌器強度設計。 攪拌器強度計算中的計算功率：Nj=k P-Nm 式中k—啟動時電動機的過載系數，由電動機特性表中查得， k=2.20 所以 Nj =2.2 0.95 15-0.807=30.54 kW 每個圓盤渦輪葉片為6片，在計算強度時以各葉片受力相等處理， 每個葉片 的危險斷面處的彎

15、矩為 X 4 3 r1 式中 N—計算功率，kW; Z—葉片數量； n—轉速 r/min ； r1—攪拌器的外半徑，m； r2—圓盤渦輪的槳葉內半徑，m； r3—圓盤渦輪的圓盤半徑，m； xo—槳葉上液體阻力的合力作用位置， m。 由前述工藝條件可知攪拌功率 Nj=22.18kW, n=120r/min ； Z=6。 由 ri=300mm=0.3m， r2=150mm=0.15m r3=200mm=0.2m，可計算出 9551 0.241 -0.2 30.54 , X0=0.241m，貝U M= =68.9N?m 6 0.241 120 攪拌器槳葉厚度

16、取10mm，由b=120mm， 3=10mm，計算抗彎截面系數 = 0.12 7.0082 =6 = 1.28 10"6 m3 10 攪拌器安全強度計算中的安全系數 n b=2.5，則1=旦=54.8 MPa 2.5 最大彎曲應力應滿足二=—=—689 6 =53.84 MPa“：：匕1=54.8 MPa W 1.28 00 因此攪拌器強度足夠。 3.7攪拌軸設計 按彎矩計算： 軸材料選用45鋼，則選I Jk=58.3Ma，實心軸直徑： d 蘭 365.13br^— = 365.1 漢 3 15 =47.1 mm 牡訂 n Y 58.3X20

17、按剛度計算： 對于碳鋼及合金鋼 G=7.94X 104MPa； —般傳動和攪拌軸的計算可選 「為 1/2 : 1(o)/m，故在此選I .1=1/2 (o)/m。則攪拌軸直徑 d=1536.64 P I .G0n / 15 \ 0.5 7.97 104 120 =64.7 mm 因此選擇軸徑d=70mm。 軸的轉速低于200r/min，故不需計算軸的臨界轉速。 3.8傳動裝置設計 電動機選用YB2-200L1-2-30kW。減速器可選用擺線針齒行星裝置 XL-15/120 I⑹，與電動 機直徑相連。軸封選用機械密封。中間軸承選用 SL80-2000T1。 3.9支座

18、 選用4個A5耳式支座⑺進行校核，支座本體允許載荷[Q] =100kN。 設備殼體內徑Dii=1800mm,總高度7m,夾套殼體內徑D2i=1900mm,夾套厚6mm, 總重（包括物料），無偏心載荷。本地區(qū)的基本風壓為 q°=400N?m_3，地震設防烈 度為8度（取a =0.24）。支座材料為Q235A, [ c]t=113MPa。A5支座相關尺寸： S=10mm, b2=180mm, l2=200mm, si=90mm 。支座底板離地面高度為 3m,h=1m。 不均勻系數k=0.83。 總高度 h=h1+h2+h3+h4=3.8+0.645+0.523+0. 475 2=5. 44

19、3 m 式中 h1――筒體高度，3.8m； h2 電動機高度，0.645m； h3 減速機高度，0.523m； h4 封頭高度，0. 475m。 h 取 6m。 總重（包括物料）m0= m1 >2+ m2+ m3+ m4+ m5+ msx 4+ m7+ m8+ m9+ m10 =232 X 2+2036.8+10153.3+128+15.7+11. > 4+102+249+1244+400=14837 kg 式中 m1 封頭質量，232kg; m2――筒體質量，2036.8kg； m3――物料質量，10153.3kg； m4 電動機質量，128kg； m5――圓盤渦輪攪拌

20、器質量，15.7kg； ms 支座質量，11.1kg； m7 人孔質量，102kg； ms 減速器質量，249 kg； mg――夾套質量，1244kg； m10 ――接管，法蘭及其他附件質量，400kg。 m0 取 15000kg。 3.9.1支座承受的實際載荷Q 地震載荷：Pe= :m0g=0.24 15000 9.8 =35280 N 風載荷：Pw=1.2fiq°DoHo =1.2 1.00 400 1.92 6.5=5990.4 N fi=1.0 （設備高度7m,按Ho=1Om取值），貝U P 二 Pe 0.25Pw = 35280 0.25 5990.4 =367

21、77.6 N 安裝尺寸： D「（Dg 2価 2、3）2-b22 2山 _?） =J（1.9+2x0.01 + 2x0.01）2 —0.182 +2匯（0.2 — 0.09 尸 2.152 m Q = |— = + 1=51.24 kN J kn nD 丿 10.83如 4^2.152 丿 則Q ：：： Q丄100 kN，滿足支座本體允許載荷的要求。 3.9.2 ?計算支座處圓筒所受的支座彎矩 Ml 一 Q（J-0）51.24江（200-90 ）匚一 ,K1^ M L = 3 = 5.64 kN?m L 103 103 夾套筒體有效厚度為 飛二10-2.8 = 7.2

22、 mm 內壓按0.22 MPa計。 根據 泊和p查JB/T 4712-2007標準表內差得：[Ml ]= 7. 568 kN?m。 因此 Ml = 5.64 kN?mv [ Ml ] = 7. 568 kN?m,故 4 個 A5 耳式支座能 滿足要求 3.10開孔補強計算 人孔： 本設計考慮人孔筒節(jié)直徑較大較重， 故選用水平吊蓋人孔。該人孔結構中有 吊鉤和銷軸，檢修時只需松開螺栓將蓋板繞銷軸旋轉一個角度， 由吊鉤吊住，不 必將蓋板取下。 該人孔標記為：HG21522-2005 I 人孔 RF （A?G） 450-0.6 人孔補強確定： 本設計所選用的人孔筒節(jié)內徑 d=450mm

23、，壁厚（n=10mmo故補強圈尺寸為： 補強圈內徑D1=484mm，外徑D2=760mm，補強圈的厚度按下式估算[2]: , d 軋 450 "1.2 、= e = =18.26 mm D2 - D1 760 - 484 設計小結 在此感謝李老師這段時間的堅持不懈的指導，通過這次的課程設計，我學 到了很多知識： （1） 查閱文獻的能力，本次設計中參考了大量的國家標準，通過自己的親自 動手查閱，使得設計內容順利進行。 （2） 對Word文檔的編排、公式編輯器的使用、目錄的自動生成更加熟悉， 為以后寫論文、做設計打下很好的基礎。 （3） 對這學期所學的設備選型有更深刻的認識，例如攪

24、拌器、電動機、減速 機、支座等。設計中選用的筒體材質：0Cr18Ni9，筒體高徑比為2.1，厚度是12mm 夾套筒體材質為Q235B內徑1900mm厚度為10mm傳熱面積15.8 m；選用六 直葉圓盤渦輪式攪拌器，3層，攪拌功率11.95kW;封頭是公稱直徑DN為1800mm 標準橢圓封頭，厚度為8mm電動機選用YB2-200L1-2-15kW 減速器選用擺線針 齒行星裝置XL-15/120 I，與電動機直徑相連，軸封選用機械密封；中間軸承選 用SL80-2000T1;支座為4個A5耳式支座。掌握各種結果的校核，例如筒體高 徑比、圓筒穩(wěn)定性、攪拌器強度、支座的允許載荷和彎矩等。對于一些工業(yè)數

25、據 的選取，要符合現實應用。 （4） 運用了以前所學的專業(yè)課知識：化工制圖， CAD，以前畫圖用的都是 CAD2004版，這次設計畫圖用的是CAD2010版，這兩個版本的內容還是有些不 同的，通過這次設計我對 CAD的了解更加深入，運用也更加熟練。 參考文獻 [1] 方書起主編?化工設備課程設計指導[M].北京:化學工業(yè)出版社2010.5:174-177. [2] 譚蔚主編.化工設備設計基礎[M].天津:天津大學出版社,2010:191-215. [3] 中國發(fā)改委.圓盤渦輪式攪拌器[S].中國化工行業(yè)標準，2006:2-3. [4] 中國石化集團 上海工程 有限公 司.化工工藝 設計手 冊[S].化學工 業(yè)出版 社,2009:414. ⑸中國國家標準化管理委員會.搪玻璃閉式攪拌器[S].中國國家標準.2011:5. ⑹中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.ZJ系列行星齒輪減速器[S].中國國 家標準.2006.11.27 [7]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.容器支座[S].中國國家標 準.2007.8.28