DOC《南京林业大学》

南京林业大学 本科毕业设计 题目: 1000L补料罐设计 学院: 机械电子工程学院 专业: 过程装备与控制工程 学号:

070305127 学生姓名: 朱晨 指导教师: 华洁 职称: 讲师 2011年5月21日 摘要 补料罐是一种典型的搅拌式反应釜,由筒体、搅拌器、加热夹套、支承及传动装置、轴封装置等组成.

通过搅拌轴使物料混合均匀,并通过夹套内水蒸汽的加热使传质过程更快速.反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品,用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器,例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等;

材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基合金及其它复合材料.本次设计采用的是0Cr18Ni9不锈钢制成.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,属于非标的容器设备.相对于其它的不锈钢反应釜有加热迅速、耐高温、耐腐蚀、卫生、无环境污染、勿需锅炉自动加温、使用方便等特点.通过对现有数据的研究完成搅拌罐结构的设计并在此基础上形成图纸,图纸量A1图纸6张,包含总装图,管道布置图,轴承图,重要部件的装配图以及部分零件图. 关键词:反应釜 用途 结构设计 Abstract Feeding tank is a typical stirred tank reactor, made up of the shell, stirrer, heating jacket, Supporting device and Seal device Etc. Through the shaft so that the material mixed, and water vapor through the heating jacket so that the mass transfer process faster.Reactor is widely used in petroleum, chemical, rubber, pesticides, dyes, medicines, food, it is used to complete the curing, nitration, hydrogenation, alkylation, polymerization, condensation and other processes of the pressure vessel, such as reactor, reaction boiler, decomposition pot , Polymerization reactor, etc.;

materials are generally carbon steel, stainless steel, zirconium, nickel alloys and other composite materials.Mine design is used 0Cr18Ni9 stainless steel. Stainless steel reactor under different production processes, operating conditions vary, the design of the reactor structure and the parameters are different, the style of the different structure of the reactor, a non-target vessel equipment.Compared to other reactor stainless steel reactor with the advantages of rapid heating, can bearing high temperature and corrosion resistance, sanitation, and pollution-free, do not need automatic heating boilers, and it is easy to use. Through the completion of the study of existing data mixing tank structural design and drawing based on it, the amount of A1 is 6, including assembly diagram, pipe layout, bearing map, key components of the assembly drawing and some other parts drawing. Keywords: Reactor;

Use;

Structural Design 目录摘要 I Abstract ii 目录1第1章前言

1 1.1研究的目的及意义

1 1.2本次毕业设计研究的主要内容

1 第2章补料罐的设计研究进展

2 2.1工作原理

2 2.2基本结构

2 2.3基本操作规程

3 2.4国内外同类研究概况

3 第3章设计过程

6 3.1 典型设备的参数计算

6 3.1.1筒体计算

6 3.1.2 封头

7 3.1.3夹套

8 3.1.4开孔补强

10 3.1.5机架

13 3.1.6法兰

14 3.1.7搅拌轴

14 3.2其他

16 3.1质量

16 3.2.2支座

16 第4章总结

18 致谢

19 参考文献

20 第1章前言 1.1研究的目的及意义 补料罐是众多反应釜的一种,属于Ⅰ类容器.反应釜是化工生产中广泛运用的反应器.反应釜的类型很多,加热方式也多种多样,有蒸汽,导热油,电加热等.我所设计的是其中的蒸汽加热反应釜,具有操作方便,质量稳定,传动平稳,加热迅速,耐高温,耐腐蚀,不污染环境,无需锅炉自动加热[].它被广泛运用于医药、化工、塑料、橡胶、建材、食品等行业[1].因此在现代工业生产中有着很重要的地位.对于1000L补料罐的设计有如下目的与意义: 1.培养我们面向实际,面向生产,学习调查研究的基本工作态度和方法,培养独立解决本专业一般工程问题的能力,拓宽和深化所学的知识. 2.研究学习反应釜的主要结构和工艺,培养正确的设计思想,掌握一般设计的程序规范和方法. 3.主要学会熟练使用CAD绘制专业设计图,学会正确运用实用技术资料,国家标准等手册工具书进行计算,数据处理. 4.反应釜是一种综合反应容器所以需要我们掌握全面的知识才能设计出合格的产品,因此在踏入工作岗位前这是一次很重要的学习巩固的机会. 1.2本次毕业设计研究的主要内容 本次设计的主要内容是通过对反应釜的结构和工作原理有了充分了解下对特定尺寸和一定的工艺条件下进行自己的结构设计,经过选型计算校核检验等一系列程序后最终得到属于自己的反应釜.在此基础上完成A1图纸6张. 第2章补料罐的设计研究进展 2.1工作原理 图1 补料罐结构图 反应釜由锅体、锅盖、搅拌器、夹套、支承及动装置、轴封装置等组成,材质及开孔可根据用户的工艺要求制定.加热形式有电加热、油加热、气加热、水加热(或冷却)、明火加热等[].夹套形式分为:夹套型和外半管型,夹套油加热型.搅拌形式一般有桨式、锚式、框式、螺条式、刮壁式等.高转速类有分散叶轮式、涡轮式、高剪切式、推进器式,供客户根据工艺选择.[]传动形式有普通电机、防爆电机、电磁调速电机、变频器等,减速器有摆线针轮式、蜗轮式、行星无极变速式.轴封为普通水冷却填料密封、组合式四氟填料密封、机械密封.出料形式有球阀、下展阀.本次设计的补料罐是用0Cr18Ni9不锈钢所制.不锈钢反应釜有加热迅速、耐高温、耐腐蚀、卫生、无环境污染、勿需锅炉自动加温、使用方便等特点,被广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品、用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程,参加反应物质的充分混合,因此对于加热、冷却、和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程均需要采用搅拌装置才能得到到好的效果,所以补料罐采用机械搅拌,并通过筒体外圈的夹套进行加热处理.完成后的物料从管子e送出,而为了保持反应釜内物料反应的浓度就必须由b口不断的送入原料,产品的输出和物料的进入保持着一个相对平衡的关系.夹套内通入热蒸汽对物料进行加热,催化反应的进行. 2.2基本结构 补料罐的主要由罐体,夹套,搅拌系统组成.其中罐体是一个圆筒,两端设置有椭圆型封头,上封头与筒体的连接采用甲型平焊法兰.补料罐是一种综合反应器,根据工艺的需要,容器上装有各种接管,来满足进料、出料、排气等要求.为了便于检修内构件装焊有手孔,为了在操作过程中有效地监视和控制物料的温度安装了视镜和测温口,为了改变物料的流型、增加搅拌强度、强化传质和传热,在罐体内部焊装有挡板.[]设计容积只有1000L属于小型的反应器,因此采用的是悬挂式支座,采用B2式耳座.搅拌设备有一个独立的传动机构,它包括减速机、联轴器和搅拌轴等.减速机靠机架支撑,而机架与容器的连接是用装焊在上封头顶的凸缘法兰完成的[]. 2.3基本操作规程 开车前[3] 检查釜内、搅拌器、转动部分、附属设备、指示仪表、安全阀、管路及阀门是否符合安全要求. 检查水、电、气是否符合安全要求. 开车中 加料前应先开反应釜的搅拌器,无杂音且正常时,将料加到反应釜内,加料数量不得超过工艺要求. 打开蒸气阀前,先开回气阀,后开进气阀.打开蒸气阀应缓慢,使之对夹套预热,逐步升压,夹套内压力不准超过规定值. 蒸气阀门和冷却阀门不能同时启动,蒸气管路过气时不准锤击和碰撞. 开冷却水阀门时,先开回水阀,后开进水阀.冷却水压力不得低于0.1兆帕,也不准高于0.2兆帕. 随时检查反应釜运转情况,发现异常应停车检修. 停车后 停止搅拌,切断电源,关闭各种阀门. 铲锅时必须切断搅拌机电源,悬挂警示牌,并设人监护. 不锈钢反应釜必须按压力容器要求进行定期技术检验,检验不合格,不得开车运行. 2.4国内外同类研究概况 反应釜的发展经过了很长的时间,国外反应釜的工业化生产开始于二十年代初,至今已取得了迅猛的发展.至今全球仍以3%-5%的速度递增,全球消费总量已达到3500万.我国的消费量正在高速增长中,已广泛应用于石油、化工、轻工、食品、酿酒、制药、家电、水电、机械、建筑、市政和各种民用器具中.2004年反应釜销量达到477万吨左右,居世界首[]位,并且这个数据正在逐年增长中,其中铬镍奥氏体不锈钢反应釜的销量占总销量的75%~80%.随着现代工业的飞速发展,反应釜的产量和品种均有了较大的增长. 反应釜的容量也是制约产量与经济效益的一大因素.2006年江苏三木集团生产了国内最大50m?的醇酸[]反应釜,同年5月4日投产使用,填补了国内醇酸树脂领域大型反应设备的空白.2009[]年中石化集团上海高桥分公司通过研究使37m3 聚合反应釜生产高含固率的丁苯乳胶成为可能,大大提高了生产效率,提高了经济效益.随着石油资源的日益减少, 煤制油 的研究迫在眉睫,锦西化工机械(集团)有限责任公司研制的8m?反应釜的设计开发作为煤制油生产过程中的一个重要设备[],对于制油工业的生产起着很重要的作用. 反应釜是用于发酵、化工、制药等工业生产中,在生产过程中温度控制直接影响产品的质量和产量.[]因此温度自动化控制程度显得尤为重要,[]20世纪70年代,国外温度控制系统发展迅速,美国、德国、瑞典在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果并保持领先.温度控制系统在许多学者的努力下更趋于完善,如Shinskey 与Weinstein 提出的双模控制(dual-mode),[]采用bang- bang+PID 控制.Arthur Jutan 与Ashok Uppal 提出将反应热作为一种扰动,采用适当的方法估计出来,用前馈控制抵消;

余下的部分近似为线性系统,可以用PID 控制.Barry 与Sandro 采用GMC 方法控制反应釜温度.H.MK.DEBELAK 与D.HUNKELER 采用模糊控制与PID混合的策略控制间歇放热聚合反应釜的温度.几十年来,化工生产中随着工艺和装备技术的发展自动化技术在不断的发展.信息技术的加入为化工生产注入了新的活力,如Honeywell开发的TPS使企业的internet网与局部控制网,通用控制网和系统总线连接在了一起,配合各种操作平台满足了不同层次使用人员的要求.最近发展的现场总线网络控制系统已在美国犹他州盐湖城Flying 炼油厂、孟山都化工厂、我国安庆安菱化工厂使用并取得明显的经济效益. 随着经济的发展和技术的不断革新,在化工生产领域反应釜的技术也在不断进步.轴封是搅拌设备的一个重要组成部分.兖矿国泰化工有限公司一期醋酸装置配用美国莱宁公司制造LIGNTNIN 87-S-75型合成搅拌器使用福斯MW-200型集装式机械密封.[]2005年6月投产运行后该机组集装式机械密封共进行过9次修复和整体更换,整体集装式机械密封报废1个,对醋酸生产和经济效益造成巨大影响.经过对其重新核算动静环平衡比压,改变动静环的结构形状使其密封原件接触的密封面积增加,适应更高的压力.并在O型圈一侧增加挡环降低了O型圈在高压、振动、角偏差造成大幅度摆动工况下被挤出的可能性;

并且研究改造弹簧座采用新型特有的传动套窝配合动环凹形槽的传动形式,且静环改造为有防止釜内压力推出的压环.经过这一系列的改进试车一次开车成功且长周期运行达一年半以上.减少了倒车、停车次数,减轻了维修工作量和备品、备件的消耗.提高了生产效率和企业的效益.但是不管如何改进轴封引起的泄漏是无法避免的,而一种新的驱动系统使搅拌反应过程达到零泄漏的目的.这就是磁力驱动反应釜.磁力驱动是以现代磁学为基本原理, 利用永磁材料所产生的磁力,进行磁力耦合传动,实现力矩无接触传递的一种新技术.磁力驱动搅拌反应釜是将磁力耦合器应用于搅拌反应釜的一种新型设备,是机械密封和填料密封反应釜的全新替代产品, 它可以将传动搅拌装置的动力输出部分和动力输入部分完全隔离开来,即可以将反应釜配带的电机、减速机与反应釜内搅拌轴无接触地分开, 从根本上替代了搅拌轴的动密封结构,使釜内处于全封闭状态,达到搅拌反应过程无泄漏的目的.[]磁力驱动反应釜的工作原理:减速机的输出轴与磁力耦合器的外转子连接,从而使磁力耦合器的外磁转子与减速机做相应运动,而外磁转子磁力线与密封筒体产生磁吸力进而带动密封筒体隔离套内的内磁转子运转,内磁转子是与搅拌轴相连的,这样就实现了非接触力矩传递.山东大成农药股份有限公司的6台5000L和3台10000L的Ⅲ类高压磁力驱动反应釜经过多年的工作检验证明了此设备的稳定性和经济性. 第3章设计过程 3.1 典型设备的参数计算 表1 设计数据表 工作温度 设计温度 工作压力 设计压力 材料 焊接接头系数 筒体 20/121

130 0.2 0.3 0Cr18Ni9 0.85 夹套 20/121

130 0.2 0.3 0Cr18Ni9 0.85 3.1.1筒体计算 (1)受内压 补料罐内物料是气-液相,长径比H/Di取1~2.物料在反应过程中可能起泡沫或沸腾,所以η值大概取0.7.罐体全容积V与罐体的公称容积VN有如下关系: VN=Vη(m3) 已知容器全容积V=1.32m3 因为筒体直径不知道时封头的容积也不确定,所以为了便于计算,先忽略封头容积, V≈(m3),将H/Di代入,再将此式代入上式得 Di≈===0.944m,取圆整值直径D=0.9m, 筒体封头采用椭圆形封头,容积V=0.1113. 将D=0.9m代入H= 取圆整值H=1300mm 核算H/Di与η 满足要求. 筒体材料采用0Cr18Ni9不锈钢,当δ≤20mm时,[σ]t=137Mpa 钢板负偏差为0.6mm,腐蚀裕量为0,液柱静压力为0.0091Mpa, 设计压力为0.3Mpa 计算厚度 设计厚度,对于不锈钢最小厚度不低于2mm, 名义厚度根据钢材标准规格取6mm,满足条件. 耐压实验:用液压实验,对于内压容器在130℃时=103Mpa =1.25*0.3*137/103=0.50Mpa 校核:=Mpa ≤0.9=0.9*205=184.50Mpa ,所以合格,见附录2. (2)当筒体受夹套的外压时, 液压实验: 校核:........