100TPD植物油反应釜设计

回忆 · 发表于 2017-11-28 20:04:07

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2007届毕业生

毕业设计说明书

题目: 植物油反应釜的设计

院系名称： 专业班级：

学生姓名： 学号：

指导教师： 教师职称：

2007 年 05 月 20 日

目录

前言…………………………………………………………………………………………1

反应釜概况……………………………………………………………………………… 2

混合与搅拌的作用……………………………………………………………………… 2

本课题的目的和内容…………………………………………………………………… 4

2. 方案论证…………………………………………………………………………………… 5

3. 设计进度安排及要完成任务……………………………………………………………… 6

4. 设计计算书………………………………………………………………………………… 7

4.1. 已知参数………………………………………………………………………………… 7

4.2. 总体方案制定…………………………………………………………………………… 8

4.2.1. 用气量计算和主要尺寸的确定……………………………………………………… 8

4.2.2. 传动设计……………………………………………………………………………… 9

5. 轴封安装和操作注意事项………………………………………………………………… 15

6. 设备的维护和保养………………………………………………………………………… 15

结束语………………………………………………………………………………………… 16

致谢…………………………………………………………………………………………… 17

参考文献……………………………………………………………………………………… 18

前　　言

毕业设计是我们走向工作岗位前的一次练兵，是对大学四年所学知识的一次完整的总结，通过毕业设计，我们应从了解机械设计和创新的一般程序，并且通过现场观摩和学习，不但使自己在专业上提高一个档次，并且在这个学习的过程中增长知识，所以毕业设计具有非常重要的意义。为此，我们在导师的安排下，通过互联网、专业期刊，以及实物资料、实地考察等的查询、收集，分析了解初步掌握了关于进行此次设计的资料题材。

作为机械设计专业的学生，理所当然做的是机械制造方面的设计。为了达到学习、演练、测试的目的，依据学校的指导精神和指导教师对我们毕业设计的要求，我们选择了反应釜参数化设计。该课题属于中等偏难的题目，当然，我们还不具备凭空想象来设计出一个全新的机器的能力，我们的主要任务是对该设备做改进式的设计，丰富产品系列，对设备存在的不足之处进行改进、完善。首先在做之前我们进行了资料的搜集和整理工作，学习了解反应釜的工作原理和结构特点；我们还进行了实地的调研工作，对所设计的题目有了理性和感性的双重认识，以确保我们的设计更合理、更实用。

在设计的具体工作阶段，我们完成了全部数据的理论计算，包括设备的总体设计、方案确定、传动设计等，进行了设计结果的圆整以及强度、使用寿命等内容校核，绘制了设备所有的装配和大部分零件图。这一过程是整个毕业设计的主体过程，也是关键过程，它不仅体现了我们的学习和理解能力，也是对我们动手能力和综合应用知识能力的检验。

我相信，在老师的悉心指导下，通过同学们的帮助和相互间的探讨，我们能够圆满地完成此次毕业设计。

1.1.反应釜概况

搅拌混合是重要的化工过程单元。在合成橡胶、塑料及化纤三大合成材料的生产中，搅拌反应器约占反应设备总数的90﹪。通常混合设备占工艺设备的5﹪～25﹪，其质量占工艺设备总质量的5﹪～10﹪，因此，混合设备的设计在装置设计中占有重要地位。

搅拌设备广泛应用于化工、医药、农药及染料等行业。由于其操作条件的可控范围较广，又能适用多样化的生产，应用越来越广泛。搅拌式反应釜是一种典型的搅拌反应设备，用于化学反应，其主要由搅拌装置、轴封和搅拌釜体三大部分组成。由于过程换热的需要，在一般情况下设备设有夹套及蛇管，以满足传热要求。

釜体的设计是结构设计的第一步，其包括反应釜的体积、直径及高度设计；夹套的体积、直径及高度设计；釜体及夹套的壁厚设计。搅拌装置包括传动装置、搅拌轴和搅拌器，由电动机和减速器驱动搅拌轴，使搅拌器按一定转速旋转以实现搅拌目的。

作为搅拌装置的主要零件之一的搅拌轴既要与搅拌器连接，又要与轴封装置以及轴承、联轴器等组成轴系，且须保证以一定转速回转，其设计计算需要考虑诸多因素。

1.2. 混合与搅拌的作用

油脂精炼工艺致力于研究油脂及伴随物的物理、化学性质，并根据该混合物中各种物质性质上的差异，采取一定的工艺措施，将油脂与杂质分离开来，以提高油脂食用和储藏的稳定性与安全性。油脂精炼是一个复杂的多种物理和化学过程的综合过程。这种物理和化学过程能对伴随物选择性地发生作用，使其与甘油三酸酯的结合减弱并从油中分离出来。这些过程的特性和次序，一方面由油品性质和质量决定，另一方面由精制所需深度而决定。因此，尤其要注意各个精炼阶段的条件选择，以便能最大限度地防止油脂与水、空气中的氧、热和化学试剂的不良作用，在这一过程中混合与搅拌就非常重要。

碱炼时，烧碱与游离脂肪酸的反应发生在碱滴的表面上，碱滴分散得愈细，碱液的总表面积愈大，从而增加了碱液与游离脂肪酸的接触机会，加快了反应速度，缩短了碱炼过程，有利于精炼率的提高。混合或搅拌不良时，碱液形不成足够的分散度，甚至会出现分层现象，而增加中性油皂化的机率。因此，混合或搅拌的作用首先就在于使碱液在油相中造成高度的分散。为达到此目的，加碱时，混合或搅拌的强度必须强烈些。

混合或搅拌的另一个作用是增进碱液与游离脂肪酸的相对运动，提高反应的速率，并使反应生成的皂膜尽快地脱离碱滴。这一过程的混合或搅拌强度要温和些，以免在强烈混合下造成皂膜的过度分散而引起乳化现象。因此，中和阶段的搅拌强度，应以不使已经分散了的碱液重新聚集和引起乳化为度。

在间歇式碱炼工艺中，中和反应之后，搅拌的目的在于促进皂膜凝聚或絮凝，提高皂脚对色素等杂质的吸附效果。为了避免皂团因搅拌而破裂，搅拌强度更应缓慢一些，一般以30～15 r/min为宜。

在蜡的结晶时，搅拌可使油脂中各处的降温均匀；可使晶核与即将析出的蜡分子碰撞，促进晶粒有较多机会均匀长大。不搅拌只能靠布朗运动，结晶太慢。但搅拌太快，会打碎晶粒。一般搅拌速度控制在10～13转/分，大直径的结晶罐用较低的速度。搅拌速度以有利于蜡晶成长为准。搅拌可减少“晶簇”的形成。结晶中，除了晶核长大，几颗晶体还可能聚集成晶簇，晶簇能将油包合在内，增加脱蜡损耗。

1.3. 本课题的目的和内容

1. 本毕业设计课题应达到的目的：

（1）. 通过对基础理论知识和专业知识的综合应用，提高学生分析解决问题的能力，培养认真、踏实、严谨的工作作风和科学创新的精神。

（2）. 熟悉设计过程、基本设计方法，能正确编写技术文件，培养产品的开发能力。

（3）. 学会查阅国内外有关文献，提高信息应用能力。

（4）. 学习AutoCAD辅助机械设计和二次开发的方法，熟练掌握计算机绘图的技能。

2. 本毕业设计课题任务的内容和要求：

（1）. 设计产量 100TPD的反应釜，完成总体设计和绘图；

（2）. 编写软件编制说明书和使用说明书。说明书不少于0.5 万字；

（3）. 按要求翻译相关外文资料一篇。

2.方案论证

本设计中传动比较大，要求瞬时传动比恒定，结构紧凑，而且在油脂精炼中混合强度与操作温度、水化情况都有关系，随着混合强度的变化搅拌速度也不断变化。所以根据工艺设计要求和其结构特点以及各种传动机构的特点，选择齿轮传动机构传动。

在各种机械中应用最多的是圆形齿轮机构。其主要优点有： 1）.能保证瞬时传动比恒定； 2）.传动比范围大可用于增速或减速; 3).应用范围广:圆周速度可达300m/s;传递功率可从小于1W到100000KW;齿轮直径可由1mm到152.3m; 4).传动效率高; 5).寿命长; 6).结构紧凑,适用于近距离传动。若采用行星齿轮系,可以在使用为数不多的齿轮且结构紧凑的情况下,得到很大的传动比。

带传动适用于传递距离的运动和动力；传动的外廓尺寸较大，结构不紧凑，且对轴的压力大；带与带轮之间存在弹性滑动和打滑，不能保证准确的传动比；机械效率低，带的寿命较短；需要张紧装置。所以带传动的应用范围是：一般带速为5～25m/s，高速带可达60m/s；平带传动的传动比通常为3左右，较大可达到5；V带传动的传动比一般不超过8。

而链传动的瞬时传动比不恒定，传动平稳性差，不能用于变载和急速反转的场合；链条铰链易磨损，只能传递平行轴间的同向回转运动。一般链传动传递的功率P≤100 KW；链速V≤15m/s;传动比i≤7。

所以，综合考虑诸多因素并结合本设备特点，选择立式摆线减速机传动机构。

3.设计进度安排及要完成任务

本设计总的时间约14周，主要进度安排见表2-1。

表2-1 进度安排

时间	工作内容
第4～5周	调研、查资料、完成毕业实习报告（调研报告）
第6～8周	总体方案确定、系统总体设计
第9～14周	详细设计
第15～16周	编制设计说明书，准备答辩

毕业设计期间所要完成的主要任务：

(1).按要求翻译相关外文资料一篇。

(2).完成YSRG160型反应釜搅拌轴的设计计算，并绘制其部装图。

(3).完成传动机构的设计计算及其辅助机构的选型。

(4).借用同组其他同学的设计部分完成该反应釜总装图的绘制。

4.设计计算书

基本参数：

π=3.14

1弧度=57.29577951度

要求：

全容积8.2立方，直径1.6米，机械搅拌，转速41转/分，
工作压力0.6 Mpa，耐酸，重量、外形、价格、材质

4.1已知参数

YSRG160型主要已知参数见表3-1。

表3-1 已知参数表

规格型号	YSRG160
生产能力 T/D	100
公称直径 mm	1600
罐体高度 mm	3500
封头形式	椭圆封头
封头高度 mm	400
筒体厚度 mm	7
筒体重量㎏	975
设计压力MPa	0.6
工作压力 MPa	0.6
设计温度 ℃	90
工作温度 ℃	90
转速 RPM	41
搅拌叶组数	3
搅拌叶形式	折叶桨式
底桨叶形式	无
轴的支承形式	单跨（有底轴承）
物料名称	植物油
主要材料	0Cr18Ni9/Q235-A

注:筒体重量计算公式:

π×(公称直径+筒体厚度×2)×罐体高度×筒体厚度×密度

4.2.总体方案的确定

4.2.1. 传动方案

考虑到安装空间等因素，选择立式摆线传动，单支点机架，搅拌叶形式采用斜叶桨式的。

4.2.2. 传动设计

设计计算及说明

计算结果

功率计算

罐体容积

V1=π×(公称直径/2) 2 ×罐体高度

=3.14×1600/2×1600/2×3500

=7.034 m3

椭圆封头容积

V2=1.072 m3

总容积

V=v1+v2×2=7.034+1.072×2=9.2 m3

酸化反应是使液体混合反应,按设计资料[1]下 P259最小轴功率为0.2～0.3Kw/立方米,按0.3 KW/m3计算

初算轴功率

Ps=0.3×总容积=0.3×9.2=2.76 KW

轴封处摩擦损耗功率

Pm=0.2 KW

传动总效率

η＝0.9

计算电动机功率

PM＝（Ps+Pm）/η＝(2.76+0.2)/0.9

=3.29 KW

取电动机功率P＝4 KW

轴径计算

扭矩

M=P/n=9555×4/41=932.20 Nm

(1) 按强度计算

d1≥C×(P/n)1/3 ＝107×(4/41)1/3 ＝49.3 mm

对45钢，C=107

(2)按扭转变形计算

d1＝155.4×(Mn/([γ]×G×(1-N0^4)))1/4

=60.5 mm

式中：

Mn：搅拌轴传递的最大扭矩，取最大值M=932.20 Nm

N0：空心轴内径和外径的比值，对实心轴取0

许用扭转角度[γ]，单跨轴取0.7，悬臂轴取0.35,

此处取0.5°/m

剪切弹性模量G=81000 Mpa

取最小轴径d＝65 mm

如取空心轴，计算弹性模量

实心轴 W=π/16×d3 =3.14/16×653 =53922.619

空心轴 W=π/16×D3 ×(1-((D-2×a)/D) 4 )

=3.14/16×893×（1-（（89-2×6）/89）4 ）

=60866.735

式中：

空心轴外径D=89 mm

空心轴壁厚a=6 mm

安全系数为1.13

可知，空心轴强度：安全

壁厚计算

按第一强度理论：

S1=p×Di/(2×[σ×φ-p)+C

=0.6×1600/（2×137×0.85-0.6）+1

=6.13259 mm

式中：

设计压力: p=0.6 Mpa

许用应力: [σ=137 Mpa 《化工容器设计》P68，0Cr18Ni9，<100℃

焊缝系数： φ=0.85

筒体内径： Di=1600 mm

附加壁厚： C=1 mm

考虑到搅拌的速度较高，取增厚壁厚度1mm

实际壁厚 S=7 mm

V1=7.034 m3

V2=1.072 m3

V=9.2 m3

Ps=2.76 KW

Pm=0.2 KW

η＝0.9

PM=3.29 KW

P=4 KW

M=932.20 Nm

d1=49.3 mm

d1=60.5 mm

d=65 mm

D=89 mm

安全系数1.13

安全

S1=6.13259 mm

S=7 mm

4.2.3. 减速机选型

选择摆线针轮减速机，此减速机的特点是减速比大；结构紧凑、体积小、重量轻；效率较高；运转平稳，过载能力较大，承受冲击和振动的性能较好；工作可靠、寿命长；对外界的条件的要求不高，可以正、反两向运转。同时选择直联式，可以提高对中度，减小安装空间。

设计计算及说明

计算结果

功率选择

P＝载荷功率×工况系数∕摆线减速器效率

＝1.2×1.2∕0.90＝1.6 Kw

效率 η＝0.9

工况系数 K＝1.2

试选择BLD4-4-35

输入功率 N＝4 Kw

传动比 i＝35

减速机输出转矩

M＝975×9.8×N×i×η×K/n

＝9555×N×i×η×K/n

＝9555×4×35×0.9×1.2/1440

＝1003.3 Nm

许用扭矩 [m]＝1600 Nm

M＝1003.3 Nm< [m]＝1600 Nm

查产品样本，选取减速机型号为XLD4-6-59

P＝1.6 Kw

M＝1003.3 Nm

(合格)

减速机型号为XLD4-6-59

4.2.4. 机架选择

根据减速机可选择J-B-65型机架：表示减速机出轴轴径为65毫米的带中间支承的机型。

4.2.5. 联轴器选择

根据工作情况可选择凸缘联轴器：特点是刚性好，传递转矩大，结构简单，工作可靠，维护简便。

设计计算及说明	计算结果
Tc＝K×9550×Pw/n≤[Tn] (N.m) 工况系数，取K＝1.7 驱动功率, Pw＝4×0.9＝3.6Kw 工作转速 n＝1440/35＝41.14r/min 扭矩 Tc＝1.7×9550×3.6×35/1440＝1420.6N 选择YLD12型	Pw＝3.6Kw Tc＝1420.6N，YLD12型联轴器

4.2.6. 齿轮计算

设计计算及说明

计算结果

结构形式为针轮固定、卧式不带电机型

材料摆线轮：GCr15 HRC60-64

机座、针齿壳：HT20-40

传动比 i＝35

齿数 Z1=︱i︱=35

Z2=Z1+1=35+1=36

初选短幅系数 K1=0.7

初选针径系数 K2=1.5

啮合位置系数 yHmax=1.51

齿宽系数 φ=0.15

许用接触应力 [σH]=85 MPa

针齿中心圆半径 R=9.3×（T×yHmax/φ×[σH]2）1/3

=128mm

偏心距 e=K1×R/Z2=0.7×128/36

=2.5mm

校正短幅系数 K1=e×Z2/R=2.5×36/128

=0.703

摆线轮节圆直径 r1=e×Z1=2.5×35=87.5mm

针轮节圆直径 r2=e×Z2=2.5×36=90mm

滚圆半径 rg=e/K1=2.5/0.703=3.56mm

基圆半径 rj=r1/K1=87.5/0.703=124.47mm

啮合周节 tn=2πe/K1=2×3.14×2.5÷0.703

=22.34mm

针齿套半径 rZ=R/K2×sin1800/Z2=7.4mm

圆整为 rZ=9mm

针齿销半径 rZ’=6mm

摆线轮齿顶圆半径 Ra=R+e- rZ=128+2.5-9=121.5mm

摆线轮齿根圆半径 Rf=R-e- rZ=128-2.5-9=116.5mm

摆线轮内孔半径 Rn=(0.4～0.5)R=(0.4～0.5)×128

=51.2～64

取Rn=55mm

摆线轮宽度 B=φ×R=0.15×128≈19mm

摆线轮齿廓顶切验算 rZ/R=9/128=0.0703<amax

amax=0.09752

销轴数目 Zw=10

销轴中心圆半径 Rw=(Rf+Rn)/2=(116.5+55)/2=86mm

柱销直径按弯曲强度条件计算并圆整 d’=22mm

销套直径 dp=32mm

销孔直径 dw= dp+2e=32+2×2.5=37mm

⊿1>[⊿] ⊿2>[⊿]

[⊿]=0.03×2×128=7.7mm

摆线轮销孔壁厚验算 ⊿1=Rw-Rn-0.5 dw=86-55-0.5×37

=12.5>[⊿]

⊿2=2Rwsin1800/Zw- dw

=2×86×sin1800/10-37

=16.2>[⊿]

[⊿]=0.03Dz

摆线轮：

GCr15 HRC60-64

机座、针齿壳：HT20-40

i＝35

Z1=35

Z2=36

K1=0.7

K2=1.5

yHmax=1.51

φ=0.15

[σH]=85 MPa

R=128mm

e=2.5mm

K1=0.703

r1=87.5mm

r2=90mm

rg=3.56mm

rj=124.47mm

tn=22.34mm

rZ=7.4mm

rZ=9mm

rZ’=6mm

Ra=121.5mm

Rf=116.5mm

Rn=55mm

B=≈19mm

rZ/R=0.0703<amax

Zw=10

Rw=86mm

d’=22mm

dp=32mm

dw=37mm

[⊿]=7.7mm

⊿1=12.5>[⊿]

⊿2=16.2>[⊿]

[⊿]=0.03Dz

5. 轴封安装和操作注意事项

（1）.机械密封的安装质量及操作对密封装置的运行寿命有着极为重要的影响多弹簧式机械密封安装时，要防止弹簧翘曲，以保证机械密封有合适的压缩量，一般单端面的机械密封压缩量为4～6mm。压缩量过大，不但会增加密封端面PV值，而且会导致弹簧应力上升，从而加速了弹簧的疲劳破坏。因此在调整弹簧的压缩量时，应严格按工艺要求进行。

（2）要防止摩擦副间产生干摩擦，保证油盘内油位，摩擦副间的润滑膜一旦遭破坏，就会产生干摩擦，导致密封面损坏。

（3）反应釜轴封的磨损是其密封失效的重要原因。摩擦面端面的不平或产生热变形、介质中有杂质造成摩擦副间有研磨颗粒等，都会使密封面早期磨损。因此选择合理的动、静环材料及选择合适的洁净润滑介质，防止杂质进入密封面，防止密封产生热变形等，均可有效提高密封的使用寿命。

6. 设备的维护和保养

u 操作人员应随时注意机器各部件的运行情况。重点检查支承部分工作情况，齿轮传动是否平稳，有异常及时停车处理。

u 对连接部位，要经常检查密封填料的磨损程度，如已严重漏汽漏水，应及时更换。

u 对机体上的集尘及时清理，特别应注意清理黏附在齿圈上的细小硬物，以免划伤传动件表面。

u 检查各部件的润滑情况是否良好。

u 检查各仪表的可靠性，运行中发现问题应及时处理。

u 长时间停车，应彻底除去积料和冷凝水，做好传动机构的防锈工作，并定期开动电机，改变其停车位置。

u 要定期检查加热列管是否完好，有没有裂缝或封板处脱焊现象。

结束语

经过我们两个月的辛勤努力，我们的毕业设计，也是我们大学四年来的第一次真正的设计终于圆满的完成了。我们的毕业课题设计不仅仅是对我们大学四年里所学知识的回顾和巩固，也是对我们进入社会、走上工作岗位的一次切身体验。在设计的过程中，我们学会了如何去发现问题、分析问题，而不是仅仅停留在看表面现象上，更重要的是培养了我们如何去解决问题，特别是独立解决问题的能力，学会了自己告诉自己怎么办。经过这次设计我们认识到在当今这个信息瞬息万变的时代，我们需要掌握先进的知识和技术，仅靠我们在学校里所学的是远远不够的，因此，我们学会了如何利用图书馆资源为自己服务，学会了如何在网上查找自己需要的文献资料。在整个设计过程中，我们明白了科学的严谨性，体会到了科学中的乐趣。

两个月的时间虽然很短，设计中的个别步骤也显然没提升到工厂的要求，但当我们真正按知道老师的要求去规范自己，以求学的态度去锻炼自己的时候，才发现书本的知识太多的是理论，自己的能力过多的是纸上谈兵。从一个小倒角的加工，到整个机器部件的装配，要考虑到工厂实际加工的可能性，各个部件正常运转的配合，实际拆装的活动空间等，可以说短短两个月的毕业设计收获颇丰。从系统的知识到严谨的态度，这对快要踏如社会的我来说是个实战前的演习，以谦逊和勤奋要求规范自己，以向上和求实的目标勉励自己可以说是我在毕业设计最大的心得。

两个月期间，我们一组人相互配合，相互协调，和老师共同商讨设计方案，也培养了团体合作的精神，同时也收获了宝贵的友谊。它让我们明白了毕业设计注重的是过程，而不是结果，因为付出的辛酸苦楚，注定会浇出瓜熟蒂落的结果。

毕业设计结束了，我们的设计思维还在继续，由于是第一次搞这样的全方位的整体设计，设计经验不足，加上知识能力有限，肯定还存在着不少的问题，甚至还会有不太合理的地方，在今后的日子里我们还将不断的努力使设计更有成效。使我们学到更多的东西，为以后的工作和学习打下更坚实的基础。

致谢

在我的毕业设计过程中，我院的吴伟中老师给了我极大的帮助，给了我许多的意见和建议，在整个毕业设计过程中给予我无私的指导。他一丝不苟的工作态度让我们明白了科学的严谨性，他平易近人的教学态度让我们学会了谦虚待人，他是我们学习的榜样，是我们的良师益友，在此，我向吴老师表达我最真挚的谢意，并真诚的祝愿吴老师工作顺利，身体健康！另外，在毕业设计的过程中，我们一组的同学也给了我很大的帮助，有他们的通力合作才使我圆满的完成我的毕业设计，在此也一并向他们表示感谢，感谢他们在设计过程中对我的照顾和帮助，并祝他们万事如意，事业有成！