8.0立方米反应器设计毕业设计

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1、吉林化工学院毕业设计（论文）诚信声明本人声明：我所呈交的本科毕业设计论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 日期： 2010 年 5 月 6 日毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 8.0立方米反应器 学院： 吉林化工学院 专业：过程装备与控制工程 学生： 指导教师： 1设计（论文）的主要

2、任务及目标(1) 通过8.0立方米反应器设计的全过程结构设计，掌握过程装备工程设计的一般程序； (2) 熟悉有关设计标准和规范； (3) 提高专业知识的应用能力，为今后工作打下良好的专业基础。2设计（论文）的基本要求和内容(1) 反应器总装配图（0号图1张）； (2) 反应器零部件图（1号图6张）； (3) 计算说明书1份（不少于30页A4）； (4) 原文至少有20000印刷符号； (5) 文献综述不少于1000字，查阅文献20篇，其中外文文献不少于5篇。3主要参考文献1 GB150-1998 钢制压力容器 2 机械设计手册4进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1完成翻译和文献综述2

3、完成反应器计算书（草稿）3完成反应器装配图草图4完成反应器装配图和零件图5交计算书和图纸6准备答辩8.0立方米反应器摘 要反应器在石化行业广泛应用许多领域，其设计已有一整套成熟的设计方法及规范标准。机械搅拌反应器灵活性大，根据生产需要，可以生产不同规格、不同品种的产品，生产的时间可长可短。可在常压、加压、真空下生产操作，可控范围大。反应结束后出料容易，反应器的清洗方便，机械设计十分成熟。本文针对设计要求，按照国标给出了8.0立方米反应器的设计及计算方法，并对主要元件进行了强度校核。关键词：8.0立方米；反应器；机械；搅拌目 录前 言3第1章 绪论3第1.1节 反应设备的基本类型3第1.2节 常

4、见反应器的特点31.2.1机械搅拌式反应器31.2.2 管式反应器31.2.3固定床反应器31.2.4流化床反应器3第1.3节 机械搅拌反应器31.3.1基本结构31.3.2 搅拌容器31.3.3 换热元件3第2章 反应器设计计算说明3第2.1节 设计标准与规范3第2.2节 工艺条件3第2.3节 反应器结构设计32.3.1 筒体设计32.3.2 搅拌器设计32.3.3 搅拌功率计算32.3.4 搅拌轴设计32.3.5 机械密封32.3.6 传动装置设计32.3.7 其它零部件设计3第3章 设计计算3第3.1节 筒体设计33.1.1 筒体与封头的计算和选用33.1.2 筒体与封头的厚度设计3第3

5、.2节 搅拌器的选用33.2.1 选取搅拌器33.2.1 搅拌器尺寸3第3.3节 搅拌器的搅拌功率计算33.3.1 符号命名33.3.2 搅拌功率3第3.4节 搅拌器的强度计算33.4.1 符号命名33.4.2 搅拌器设计功率3第3.5节 搅拌轴的机械计算33.5.1 符号命名33.5.2 按扭转变形计算搅拌轴的轴径33.5.3 根据临界转速核算搅拌轴轴径33.5.4 按强度计算搅拌轴的轴径3第4章 压力试验校核3第5章 制造、检验与验收3结 论3参考文献3致 谢33前 言设计任务：8.0立方米反应器。内容简介：1第一章对各类反应器的特点、应用场合进行了比较。通过对比，更进一步的了解到反应器在

6、化学工艺中所起到的不同作用。2. 第二章、第三章是设计的核心部分。在对比各种反应器的特点和应用场合后，对于8.0立方米的反应器进行了具体的设计计算。此工艺条件下的设备、零部件以及相关国家标准中没有相应尺寸的标准件按照GB150-1998等规范设计。完成总体结构设计后，对其进行了强度校核。3. 第四章针对反应器在压力、泄露等方面的要求，进行了关于压力试验和气密性试验的设计。4第五章对制造、检验与验收等方面提出了要求。5在本文的最后，对此次毕业设计过程进行了总结。本次毕业设计历经四个月，确定课题、选择材料、文献查阅、设计计算、绘制CAD图纸、完成说明书等等按照导师的要求独立、按时完成，顺利完成了毕

7、业设计的各项要求。在设计的过程中得到了老师和同学的很多帮助，尤其是孔敏老师孜孜不倦的指导和教诲是我可以按时、顺利的完成毕业设计的前提。虽然经过多次检查考证，但由于本人学识较浅，所以在设计过程中肯定还存在很多纰漏和不足之处，请读者见谅。第1章 绪论第1.1节 反应设备的基本类型反应设备可分为化学反应设备和生物反应设备。前者是指在其中实现一个或几个化学反应，并使反应物通过化学反应转变为反应产物的设备；后者是指为细胞或酶提供适宜的反应环境以达到细胞生长代谢和进行反应的设备。为使反应过程经济有效的进行，进入反应设备前后必须具备一定的条件。原料需经过一系列的预处理，如混合、加热、灭菌等，以达到进入反应器

8、的要求，这些过程统称为前处理。反应产物同样需要经过分离、提纯等后处理，以获得符合质量要的产品。可见，反应设备是过程工业的核心设备。综合运用反应动力学、传递、机械设计、控制等方面的知识，正确选用反应设备的形式、确定其最佳操作条件、设计高效节能的反应设备，是过程工业中一个十分关键的问题。第1.2节 常见反应器的特点1.2.1机械搅拌式反应器(1)这种反应器可用于均相反应，也可用于多相反应，可以间歇操作，也可以连续操作。连续操作时，几个釜串联起来，通用性很大，停留时间可以得到有效的控制。机械搅拌反应器灵活性大，根据生产需要，可以生产不同规格、不同品种的产品，生产的时间可长可短。可在常压、加压、真空下

9、生产操作，可控范围大。反应结束后出料容易，反应器的清洗方便，机械设计成熟。1.2.2 管式反应器(1)管式反应器结构简单，制造方便。混合好的气相或液相反应物从管道一端进入，连续流动，连续反应，最后从管道另一端排出，根据不同的反应，管径和管长可根据需要设计。管外壁可以进行换热，因此传热面积大。反应物在管内的流动快，停留时间短，经一定的控制手段，可使管式反应器有一定的温度梯度和浓度梯度。管式反应器也可用于连续生产，也可用于间歇操作，反应物不返混，也可在高温、高压下操作。1.2.3固定床反应器(1) 气体流动经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置称为固定床反应器。它主要用于气固相催化反应，具有结构

10、简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。固定床反应器有三种的基本形式：轴向绝热式、径向绝热式和列管式。固定床反应器的缺点是床层的温度分布不均匀，由于固相粒子不动，床层导热性较差，因此对放热量大的反应，应增大换热面积，及时移走反应热，但这会减少有效空间。1.2.4流化床反应器(1) 液体以较高的流速通过床层，带动床内的固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流中进行反应，并具有类似流体流动的一些特性的装置称为流化床反应器。流化床反应器的最大优点是传热面积大、传热系数高和传热效果好。流态化较好的流化床，床内各点温度相差一般不大，可以防止局部过热。流

11、化床的进料、出料、废渣排放都可以用气流输送，易于实现自动化生产。流化床反应器的缺点是：反应器内物料返混大，粒子磨损严重；通常要有回收和集尘装置；内构件比较复杂；操作要求高等。除上面介绍的四种反应器外，还有回转筒式反应器、喷嘴式反应器和鼓泡式反应器等。每种反应器都有其优点和缺点，设计时应根据使用场合和设计要求等因素，确定最合适的反应器。本设计就是根据现场工艺参数和介质及生产条件，选用机械搅拌反应器。第1.3节 机械搅拌反应器1.3.1基本结构(1) 机械搅拌反应器（也称为搅拌釜式反应器）适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、

12、医药、农药、化肥、染料、涂料、食品、冶金、废水处理等行业。如实验室的搅拌反应器可小至数十毫升，而污水处理、湿法冶金、磷肥等工业大型反应器的容积可达数千立方米。除用作化学反应器和生物反应器外，搅拌反应器还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收、或解吸、传热等操作。搅拌反应器由搅拌容器和搅拌机大部分组成。搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。搅拌器、搅拌轴极其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。一台通气式搅拌反应器，由电机驱动，经减速机带动搅拌轴及安装在轴上的搅拌器，以一定转速旋转，使流体获得适当的流动场，并在流动场内进行化学反应。为满足工艺的换热要求，容器上装有夹套。夹套内螺旋导流板的作用是改善

13、传热性能。容器内设置有气体分布器、挡板等内构件。在搅拌轴下部安装径向流搅拌器、上层为轴向流搅拌器。1.3.2 搅拌容器(1) 搅拌容器的作用是为物料反应提高合适的空间。搅拌容器的桶体基本上是圆筒，封头常采用椭圆形封头、锥形封头和平盖，以椭圆形封头应用最广。根据工艺需要，容器上装有各种接管，以满足进料、出料、排气等要求。为对物料加热或取走反应热，常设置外加套或内盘管。上封头焊有凸缘法兰，用于搅拌容器与机架的连接。操作过程中为了对反应进行控制，必须测量反应物的温度、压力、成分及其他参数，容器上还设置有温度、压力等传感器。支座选用时应考虑容器的大小和安装位置，小型的反应器一般用悬挂式支座，大型的用裙

14、式支座或支撑式支座。(2)在确定搅拌容器的容积时，应考虑物料在容器内充装的比例即装料系数，其值通常可取0.6-0.85。如果物料在反应过程中产生泡沫或呈沸腾状态，取0.6-0.7；如果物料在反应中比较平稳，可取0.8-0.85。工艺设计给定的容积，对直立式搅拌容器通常是指筒体和下封头两部分容积之和；对卧式搅拌容器则指筒体和左右两封头容积之和。根据使用经验，搅拌容器中筒体的高径比可按表选取。设计时，根据搅拌容器的容积、所选用的筒体高径比，就可确定筒体直径和高度。1.3.3 换热元件(1) 有传热要求的搅拌反应器，为维持反应器的最佳温度，需要设置换热器元件。常用的换热元件有夹套和内管盘。当夹套的换

15、热面积能满足传热要求时，应优先采用夹套，这样可减少容器内构件，便于清洗，不占用有效容积。所谓夹套就是在容器的外侧，用焊接或法兰的方式装设各种形状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。在此空间内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容器内的物料。夹套的主要结构形式有：整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套，本设计选取用半圆管夹套。第2章 反应器设计计算说明第2.1节 设计标准与规范由给定的工艺条件，故设计规范可选用GB150钢制压力容器。第2.2节 工艺条件工艺条件：操作温度：95操作压力：0.35MPa物料性质：轻微腐蚀物料粘度：2300厘泊容积：8.0立方米搅拌速度：300rmp加热方式：蛇管

16、加热加热介质：140材料：不锈钢第2.3节 反应器结构设计2.3.1 筒体设计搅拌容器的筒体选择圆形筒体DN=1200mm，封头选用椭圆形封头。根据工艺需要，容器上装有各种接管，以满足进料、出料、排气等要求。上封头焊有凸缘法兰，用于搅拌容器与机架的连接。操作过程中为了对反应进行控制，必须测量反应物的温度、压力、成分及其他参数，容器上还设置有温度、压力等传感器。支座选用时应考虑容器的大小和安装位置。装配图见图21图21 反应器装配示意图2.3.2 搅拌器设计搅拌器又称搅拌强或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件。其功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附

17、近形成高湍动的充分混合区，并产生一般高速射流推动液体在搅拌容器内循环流动。这种循环流动的途径称为流型。(1) 搅拌器的流型与搅拌效果、搅拌效率的关系十分密切。搅拌器的改进和新型搅拌器的开发往往从流型取决于搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何特征，以及流体性质、搅拌器转速等因素。对于搅拌机顶插式中心安装的立式圆筒，有三种基本流型。径向流 流体的流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到容器壁面分成两股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、下两个循环流动。轴向流 流体的流动方向平行于搅拌轴，流体由桨体推动，使流体向下流动，遇到容器底面再翻上，形成上下循环流。切向流 无挡板的容器内，流体

18、绕轴做旋转运动，流速高时液体表面会形成旋涡，这种流型成为切向流。此时流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混合效果较差。 上述三种流型通常同时存在，其中轴向流与径向流对混合起主要作用，而切向流应加以抑制，采用挡板可削弱切向流，增强轴向流和径向流。(2) 除中心安装的搅拌机外，还有偏心式、底插式、侧插式、斜插式、卧式等安装方式。显然，不同方式安装的搅拌机产生的流型也各不相同。(3) 流动特性 搅拌器从电动机获得的机械能，推动物料（流动）运动。搅拌器对流体产生剪切作用和循环流动。剪切作用与液-液搅拌体系中液滴的细化、固-液搅拌体系中固体粒子的破碎以及气-液搅拌体系中气泡的细微化有关；循环作用则

19、与混合时间、传热、固体的悬浮等相关。当搅拌器输入流体的能量主要用于流体的循环流动时，称为循环型叶轮，如框式、螺带式、锚式、桨式、推进式等为循环型叶轮。当输入液体的能量主要用于对流体的剪切作用时，则成为剪切型叶轮，如径向涡轮式、锯齿圆盘式等为剪切型叶轮。根据要求，此反应器选用涡轮式搅拌器。涡轮式搅拌器是应用较广的一种搅拌器，能有效的完成几乎所有的搅拌操作，并能处理粘度范围很广的流体。我们选用盘式直叶涡轮式搅拌器，桨叶数为6。见图22图22涡轮式搅拌器2.3.3 搅拌功率计算搅拌功率是指搅拌器以一定转速进行搅拌时，对液体做功并使之发生流动所需的功率。计算搅拌功率的目的，一是用于设计或校核搅拌器和搅

20、拌轴的强度和刚度，二是用于选择电机和减速机等传动装置。影响搅拌功率的因素很多，主要有以下四个方面。(1) 搅拌器的几何尺寸与转速：搅拌器直径、桨叶宽度、桨叶倾斜角、转速、单个搅拌器叶片数、搅拌器距离容器底部的距离等。(2) 搅拌容器的结构：容器内径、液面高度、挡板数、挡板宽度等。(3) 搅拌介质的特性：液体的密度、粘度。(4) 重力加速度。详细计算过程查看第3章设计计算。2.3.4 搅拌轴设计机械搅拌反应器的振动、轴封性能等直接与搅拌轴的设计相关。对于大型或高径比大的机械搅拌反应器，尤其要重视搅拌轴的设计。(1) 设计搅拌轴时，应考虑四个因素：扭转变形临界转速转矩和弯矩联合作用下的强度轴封处允

21、许的径向位移径向流 流体的流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到容器壁面分成两股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、下两个循环流动。考虑上述因素计算所得的轴径是指危险截面处的直径，确定轴的实际直径时，通常还得考虑腐蚀裕量，最后把直径圆整为标准轴径。(2) 搅拌轴的力学模型对搅拌轴设定：刚性联轴器连接的可拆轴视为整体轴；搅拌器及轴上的其它零件（附件）的重力、惯性力、流体作用力均作用在零件轴套的中部；轴受转矩作用外，还考虑搅拌器上的流体的径向力以及搅拌轴和搅拌器（包括附件）在组合重心处质量偏心引起的离心力的作用。详细计算查看第3章设计计算。2.3.5 机械密封用于机械搅拌反应器

22、的轴封主要有两种：填料密封和机械密封。轴封的目的是避免介质通过转轴从搅拌容器内泄漏或外部杂质渗入搅拌容器内。机械密封是把转轴的密封面从轴向改为径向，通过动环和静环两个端面的相互配合，并做相对运动达到密封的装置，又称端面密封。机械密封的泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长，在搅拌反应器中得到广泛地应用。此装置选用单端面机械密封。单端面机械密封结构简单、制造容易、维修方便。见图23图23机械密封2.3.6 传动装置设计传动装置包括电动机、减速机、联轴器及机架。(1) 电动机的选型由搅拌功率计算电动机的功率pM PM=Ps+Pm1 (21)电动机的型号应根据功率、工作环境等因素选择。工作环境包

23、括防暴、防护等级、腐蚀环境等。(2) 减速机的选型搅拌反应器往往在载荷变化、有振动的环境下连续工作，选择减速机的形式时应考虑这些特点。一般根据功率、转速来选择电动机。选用时应该优先考虑传动效率高的齿轮减速机。(3) 机架的选型机架一般有无支点机架、单支点机架和双支点机架。无支点机架一般仅适用于传递小功率和小的轴向载荷的条件。单支点机架适用于电动机或减速机可作为一个支点，或容器内可设置中间轴承和底轴承的情况。双支点机架适用于悬臂轴。对悬臂轴选用机架时应考虑以下几点：当减速机中的轴承完全能够承受液体搅拌所产生的轴向力时，可在轴封下面设置一个滑动轴承来控制轴的横向摆动，此时可选用无支点机架。计算时，

24、这种支座条件可看作是一个支点在减速机出轴上的滚动轴承，另一个支点为滑动轴承的双支点支撑悬臂式轴，减速机与搅拌轴的连接用刚性联轴器。当减速机中的轴承能承受部分轴向力，可采用单支点机架，机架上的滚动轴承承担大部分的轴向力。搅拌轴与减速机出轴的连接采用刚性连轴器。计算时，这种支撑看作是一个饿支点在减速机上的滚动轴承，另一个支点在机架上的滚动轴承组成的双支点支撑悬臂式结构。当减速机中的轴不能承受液体搅拌所产生的轴向力时，应选用双支点机架，由机架上两个支点的滚动轴承承受全部轴向力。这时搅拌轴与减速机出轴的联接采用了弹性联轴器，有利于搅拌轴的安装对中要求，确保减速机只承受转矩作用。对于大型设备，对搅拌密封

25、要求较高的场合以及搅拌轴载荷较大的情况，一般都推荐采用双支点机架。2.3.7 其它零部件设计其他零部件设计查看第3章设计计算以及图纸。第3章 设计计算第3.1节 筒体设计3.1.1 筒体与封头的计算和选用最佳装液高度为Hl=Di,对于带椭圆形封头的容器来说，为了便于计算所以先忽略封头容积。则: (31)解得：试选取长径比：HDi=1.5封头选取：公称直径DNmm曲面高度h1mm直边高度h0mm内表面积Fm2 容 积Vm3厚度pmm质 量Gkg1200300251.6650.2556793.1.2 筒体与封头的厚度设计(1) 筒体厚度计算2 =PcDi2 (32)Pc计算压力Di筒体直径许用应力

26、焊缝系数材料选取：0Cr18Ni9Ti则：=137MPa =0.85 Pc=0.35MPa 计算厚度d设计厚度n名义厚度e有效厚度C1厚度负偏差C2腐蚀裕量对于0Cr18Ni9Ti当介质的腐蚀性很小时取C2=0校核： 符合要求(2) 封头厚度计算 (33)当Pc1=0.3MPa时 当Pc2=0.4MPa时 取校核：当e=2mm时 P1=0.46MPa当e=3mm 时 P2=0.68MPaP=0.46+0.68-0.463.22.4-2=0.4875MPaPc=0.35p=0.4875MPa符合标准第3.2节 搅拌器的选用3.2.1 选取搅拌器最佳装液高度Hl=Di=1200mm搅拌器浸入液体内

27、的最佳深度 (34) 相临搅拌器的标准艰巨 (35)搅拌器直径的标准值=2300 n=0300rpm选取圆盘涡轮式（直叶）搅拌器。3.2.1 搅拌器尺寸DjDi=0.20.5 标准值为0.33 (36)Dj:l:b=20:5:4叶片数量Z=6 径向流搅拌器主搅拌容器底的距离CDj=400 (37)第3.3节 搅拌器的搅拌功率计算3.3.1 符号命名Dj搅拌器直径 mDi搅拌容器直径 md涡轮圆盘直径 mn搅拌轴转速 rsPs搅拌轴功率 WPo搅拌功率准数Re=nDj2雷诺准数k功率准数校正总系数Zj搅拌器桨叶数量Zb搅拌容器内挡板数量C搅拌器距容器底高度Hl搅拌容器内液体的高度S搅拌器浸入液体

28、深度L搅拌器桨叶长度sb挡板与容器内壁间距Wb挡板宽度搅拌器桨叶厚度d涡轮圆盘厚度桨叶与垂直线的斜角液体粘度液体密度V容积3.3.2 搅拌功率 Ps=kPon3Dj5 (38) 雷诺数Re=nDj2=100050.42230010-3=347.8 (39)桨式搅拌器的搅拌功率准数 K=kTkBkekckskZkbkLk 搅拌容器直径校正系数 kT=Di0.065=1.012查表得挡板校正系数kB=1因为容器底是椭圆形所以查表得搅拌容器底形状校正系数ke=1.0kc=1SDi=2Di3Di=23 查表得搅拌器潜液深度校正系数ks=1Zj=6 搅拌器桨叶数量校正系数kz=1搅拌器桨叶宽度校正系数k

29、b=(b0.2Dj)1.2=1Dj=0.015 查表得搅拌器桨叶厚度和圆盘厚度的校正系数k=1.02CDi=13 0.14DjDi=130.7 功率准数P0无变化k=1.01211111111.02=1.032Ps=1.0323.51000530.45=4624.4352W第3.4节 搅拌器的强度计算3.4.1 符号命名PM电动机计算功率PN电动机额定功率Pm轴封处摩擦消耗功率Pq每层搅拌器的设计 Ps搅拌轴轴功率桨叶材料的弯曲许用应力桨叶材料的扭转许用英里3.4.2 搅拌器设计功率(1) 搅拌器设计功率电动机计算功率PM=Ps+Pm1 (310)采用圆锥齿轮传动 1=0.95采用双端面机械密

30、封 Pm=1.8d01.210-3作为粗略计算，填料密封的功率损耗取搅拌器功率的10%或至少为0.368KW。机械密封的功率损耗为填料密封的10%50%。选用一般异步电动机，Y系列（IP44）封闭式异步电动机型号：Y132S1-24。Ps=4.624KW Ps10%=0.4634KWPm=0.462450%=0.2312KWPM=0.2312+4.6240.94=5.165KWPM=5.165KW 圆整为55.5KW PN=5.5KW每层搅拌器设计功率 Pq=1PN-PmZ=0.945.5-0.23121=4.94KW (311)搅拌器每个桨叶强度计算的设计功率 Pj=PqZj=4.946=0

31、.823KW (2) 搅拌器桨叶材料的许用应力弯曲许用应力 =btnb桨叶材料为0Cr18Ni9Ti 取nb=3 bt=375=3753=125MPa扭转许用应力=0.577125=72.5MPa(3) 圆盘涡轮式搅拌器强度计算弯距 MI=9553PqZjnx-rx (312)x=0.75R14-R24R13-R23R1=0.42=0.2 R2=0.2-0.1=0.1 r=0.135x=0.750.24-0.140.23-0.13=0.214又Pq=4.94 Zj=6 n=5MI=95534.94650.214-0.1350.214=580.71Nm抗弯断面模数WI WI=be26=80(6-

32、0.6-1)26=258.13mm2 (313)弯曲应力I=MI103WI=580.71103258.13=2.25103MPa第3.5节 搅拌轴的机械计算3.5.1 符号命名a悬臂轴两支点间的距离d设计最终确定的实心轴轴径或空心轴外径d0设计最终确定的密封部位实心轴轴径或空心轴外径d1按扭转变形计算的传动侧轴承处实心轴轴径或空心轴外径d2按强度计算的悬臂轴搅拌侧轴承处实心轴轴径或空心轴外径da悬臂轴跨间段的实心轴轴径或空心轴外径dL单跨轴的实心轴轴径或空心轴外径E搅拌轴材料的弹性模量G搅拌轴材料的剪切弹性模量Fe搅拌轴及搅拌器在组合重心处质量偏心引起的离心力Fhi第i层搅拌器上的流体径向力L

33、ii层搅拌器的每个搅拌器悬臂长度M轴上的弯矩总和Z固定在搅拌轴上的搅拌器数量mi搅拌器的包括附件质量mie搅拌器包括附件的有效质量mL单跨轴L段轴的质量mL1悬臂轴L1段轴的质量mLe单跨轴L段轴的有效质量 mL1e悬臂轴L1段轴的有效质量 n搅拌轴转速 PN电动机额定功率 Pm轴封处摩擦损耗功率 Wimie的相当质量 WS在S点所有相当质量的总和 搅拌轴的扭转角 悬臂轴段惯性距与跨间轴段惯性矩的比值3.5.2 按扭转变形计算搅拌轴的轴径 d1=155.44MnmaxG(1-N04) (314)(1) 悬臂轴长确定试选双支点机架A型 LS=H1+800=1169mmLSL=11698653LS

34、=1196+90+65=13243000LSL=13248653所以符合要求 (2) 对于悬臂轴 取Mnmax=9553PNn1=95535.550.95=9982.885G=79.38103MPa选用实心轴 所以No=0d1=155.449982.8850.3579.38103=58.3=58369982.8857938058.34105=0.34870.4不符合要求继续验证：搅拌轴有效质量计算对于悬臂轴ML1e=4dL12Ls1-N02+10-9dL1=65mm L1=1324mm s=7.9103 =1000ML1e=465213248.910-6=201.43kg搅拌器（包括附件）的有

35、效质量mie=mi+ki4Dijbicosi10-9 mi=0.13kg ki=0.53 Dji=400 bi=800 i=0代入得mie=11.46kg轴的有效质量在搅拌轴末端S点处的当量质量W=140a2+231L1a+99L12420(L1+a)2L1=1324 a=L=865代入得W=0.26kg第i层搅拌器有效质量在末端S处的相当质量Wi=mie=11.46kg在S点处所有相当质量的总和WS=W+i=1ZWi=W+Wi=11.72kg临界转速nk=114.7dL12E1-N04L12L1+aWS代入以上计算数据得nk=114.76521.8810513242318911.72=591

36、.72nnk=0.5070.4不符合要求继续验证搅拌轴有效质量计算对于悬臂轴ML1e=4dL12Ls1-N02+10-9dL1=70mm L1=1324mm s=7.9103 =1000ML1e=470213248.910-6=233.93kg搅拌器（包括附件）的有效质量mie=mi+ki4Dijbicosi10-9mi=0.13kg ki=o.53 Dji=400 bi=800 i=0代入得mie=11.46kg轴的有效质量在搅拌轴末端S点处的当量质量W=140a2+231L1a+99L12420(L1+a)2L1=1324 a=L=865代入得W=0.26kg第i层搅拌器有效质量在末端S处

37、的相当质量Wi=mie=11.46kg在S点处所有相当质量的总和WS=W+i=1ZWi=W+Wi=11.72kg临界转速nk=114.7dL12E1-N04L12L1+aWS代入以上计算数据得nk=114.77021.8810513242318911.72=641.03nnk=0.4680.4不符合要求继续验证搅拌轴有效质量计算对于悬臂轴ML1e=4dL12Ls1-N02+10-9dL1=70mm L1=1324mm s=7.9103 =1000ML1e=470213248.910-6=233.93kg搅拌器（包括附件）的有效质量mie=mi+ki4Dijbicosi10-9mi=0.13kg

38、 ki=o.53 Dji=400 bi=800 i=0代入得mie=11.46kg轴的有效质量在搅拌轴末端S点处的当量质量W=140a2+231L1a+99L12420(L1+a)2L1=1324 a=L=865代入得W=0.26kg第i层搅拌器有效质量在末端S处的相当质量Wi=mie=11.46kg在S点处所有相当质量的总和WS=W+i=1ZWi=W+Wi=11.72kg临界转速nk=114.7dL12E1-N04L12L1+aWS代入以上计算数据得nk=114.77021.8810513242318911.72=641.03nnk=0.4680.4不符合要求搅拌轴有效质量计算对于悬臂轴ML

39、1e=4dL12Ls1-N02+10-9dL1=75mm L1=1324mm s=7.9103 =1000ML1e=475213248.910-6=233.93kg搅拌器（包括附件）的有效质量mie=mi+ki4Dijbicosi10-9mi=0.13kg ki=o.53 Dji=400 bi=800 i=0代入得mie=11.46kg轴的有效质量在搅拌轴末端S点处的当量质量W=140a2+231L1a+99L12420(L1+a)2L1=1324 a=L=865代入得W=0.26kg第i层搅拌器有效质量在末端S处的相当质量Wi=mie=11.46kg在S点处所有相当质量的总和WS=W+i=1

40、ZWi=W+Wi=11.72kg临界转速nk=114.7dL12E1-N04L12L1+aWS代入以上计算数据得nk=114.77521.8810513242318911.72=705.88nnk=0.4250.4不符合要求继续验证搅拌轴有效质量计算对于悬臂轴ML1e=4dL12Ls1-N02+10-9dL1=80mm L1=1324mm s=7.9103 =1000ML1e=480213248.910-6=233.93kg搅拌器（包括附件）的有效质量mie=mi+ki4Dijbicosi10-9mi=0.13kg ki=o.53 Dji=400 bi=800 i=0代入得mie=11.46k

41、g轴的有效质量在搅拌轴末端S点处的当量质量W=140a2+231L1a+99L12420(L1+a)2L1=1324 a=L=865代入得W=0.26kg第i层搅拌器有效质量在末端S处的相当质量Wi=mie=11.46kg在S点处所有相当质量的总和WS=W+i=1ZWi=W+Wi=11.72kg临界转速nk=114.7dL12E1-N04L12L1+aWS代入以上计算数据得nk=114.78021.8810513242318911.72=1593.96nnk=0.190.4所以符合要求取dL1=80mm3.5.4 按强度计算搅拌轴的轴径(1) 搅拌器的流体径向力系数K1=K1K1uK1bK1e

42、K1iK1基本流体径向力系数K1u物体黏度修正系数K1b搅拌容器内平直挡板数的修正系数K1e搅拌器偏心安装修正系数K1i搅拌容器内件修正系数Zjnnk=60.19=1.13 取1.12 K1=0.11=2300MPas 查表得K1u=0.28Zjnnk=1.13 取K1b=1.0因为偏心距为0 因为无内件 K1=0.110.281.01.01.0=0.0308(2) Mnqi=9553PqinMnqi第i个搅拌器功率产生的扭矩Pqi第i个搅拌器的设计功率Dji第i层搅拌器的直径 (3) 搅拌轴与各层搅拌器的组合质量对于悬臂轴mW1=mL1+i=1ZmimL1=4dL2L1s(1-N02)10-

43、9代入数值算得mL1=207.64kgmi=6.13mW1=mL1+mi=213.77kg(4) 搅拌轴与各层搅拌器组合质量偏心引起的离心力Fe=29mWin2e11-(nnk)210-5e搅拌轴的许用偏心矩 e=9.55Gnn搅拌轴转速G平衡精度等级一般情况下：G=6.3/mm代入数值计算得：Fe=29213.7730020.2311-0.19210-5=50.43N(5) 搅拌轴与各层搅拌器质量的重心距轴承的距离Le=miLi+m1L12mw1=1195.32mm(6) 第i个搅拌器上的流体径向力Fhi=K1Mnqi10338Dji代入数值得 Fhi=32.3(7) 悬臂支撑搅拌轴的径向里

44、弯矩MR=FhiLi+9.81mw1Lesin+FeLe10-3代入数值算得 MR=135.24(8) 当量长度为的轴与搅拌器的重力总和FW=2.452dL121-N02LTs10-9+9.81mi代入数值计算得 FW=2096.69N(9) 作用在搅拌轴上的轴向合力FA=-d0P4+FWcos代入数值计算得 FA=-1861.72N110KB=s2eLBI0S02=3.49代入公式解得MA=97.46NmM=MR+MA=135.24+97.46=232.7NmMn=9553nn1=166.38NmMte=Mn2+M2=232.72+166.382=286.06Nmd2=17.23Mte(1-

45、N04)其中=b16=32.5d2=17.23286.0632.5=35.5180mm 符合要求第4章 压力试验校核符号说明：pt试验压力，MPa；p设计压力，MPa；容器元件材料在试验温度下的许用应力，MPa；容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa。试验温度为常温确定试验压力：按GB150-1998第三章公式（3-3）、（3-4）计算：液压试验 pT=1.25pt=1.250.6137116=0.89MPa1气压试验 pT=1.15pt=1.150.6137116=0.82MPa1代入校核工式进行校核。第5章 制造、检验与验收此反应器的制造、检验与验收，应遵循GB150-1998钢制压力

46、容器第十章的相关规定。 结 论经过三个月的设计计算、绘制图纸，完成了2.0立方米机械搅拌式反应器的设计。反应器在石化行业广泛应用许多领域，经过对常用反应器的对比分析，机械搅拌反应器灵活性大，根据生产需要，可以生产不同规格、不同品种的产品，生产的时间可长可短。可在常压、加压、真空下生产操作，可控范围大。反应结束后出料容易，反应器的清洗方便。本文针对设计要求，按照国标给出了2.0立方米反应器的设计及计算方法，并对主要元件进行了强度校核。在设计过程中，巩固了本科阶段所学的专业知识，如计算机绘图技巧、传热学、过程设备设计、机械设计等，并将其运用于实际设计中。反应器的设计涉及到反应器性能的提高，材料的有

47、效利用，和其作为压力容器设备应具有的强度，并且要求我们绘制出符合加工制造标准的CAD图纸。反应器作为一种压力容器，其可靠性和安全性应作为设计、制造的首要考虑因素，所以我严格地遵循国家相关标准和规范进行。从材料的选择，尺寸的决定，到零部件的连接方式，我都依据工作压力和温度，查询相应的标准。此外，经济因素同样应归到设计考虑范围内。我力求做到有效改善反应器性能，减少制造成本，提高反应器的设计、制造的经济性。在本次设计过程中也表露出很多个人不足之处，对于专业知识的学习还不够深度和广泛性。有些基础知识不能熟记于脑中而达到随心所欲的程度。对于我已步入工作岗位，这样的水平还不足以十全十美的完成工厂的任务，在

48、今后的学习生活中还应该不断的补充专业知识，为今后工作打好坚实的基础。 参考文献1 GB150-1998 钢制压力容器 S.2 郑津洋，董其伍，桑芝富. 过程设备设计M. 2版. 北京：化学工业出版社，2005.3 曲文海等.压力容器与化工设备实用手册M.北京：化学工业出版社，2002.4 骆素君，朱诗顺. 机械课程设计简明手册M.北京：化学工业出版社，2006.致 谢在此次毕业设计中，非常感谢老师给予的耐心帮助和悉心指导。对于我在设计过程和绘图中出现的每一个细小问题，老师都严格地指出，并仔细地指导我改正直至正确。老师为我的毕业设计耗费了大量的时间和精力，在此致以我最衷心的感谢！此外，感谢所有在

49、毕业设计环节中给予我指导和帮助的毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保

50、存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学

51、校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日致 谢时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设

52、计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活