机械密封反应釜毕业设计(说明书)

机械密封反应釜的设计1目录第一章、绪论……………………………………………………………………11.1研究的背景与意义…………………………………………………………11.2国内外现状……………………………………………………………………11.2.1国外现状……………………………………………………………………11.2.2国内现状……………………………………………………………………21.3本文主要内容…………………………………………………………………3第二章、罐体几何尺寸计算…………………………………………………42.1工艺条件………………………………………………………………………42.2筒体内径………………………………………………………………………42.3封头尺寸………………………………………………………………………52.4筒体高度………………………………………………………………………52.5夹套几何尺寸计算……………………………………………………………62.6传热面积计算…………………………………………………………………62.7夹套反应釜的强度计算……………………………………………………72.7.1强度计算的原则及依据…………………………………………………72.7.2内筒及夹套的受力分析…………………………………………………72.7.3强度计算（按内压计算厚度）……………………………………………72.7.4稳定性校核………………………………………………………………92.7.5水压试验校核……………………………………………………………10第三章、反应釜的搅拌设置…………………………………………………123.1搅拌器的选型…………………………………………………………………123.1.1搅拌器的选型……………………………………………………………123.1.2搅拌附件——挡板………………………………………………………14第四章、传动装置的选型……………………………………………………154.1电动机的选型………………………………………………………………164.2减速机选型…………………………………………………………………174.3机架的选取……………………………………………………………………17南通职业大学毕业设计24.4联轴器…………………………………………………………………………184.4.1联轴器的选型……………………………………………………………204.5搅拌轴功率的计算……………………………………………………………214.6搅拌轴的计算…………………………………………………………………224.6.1轴的强度计算……………………………………………………………224.6.2根据临界转速核算搅拌轴轴径…………………………………………244.6.3轴径的最后确定…………………………………………………………274.7支座选型及校核………………………………………………………………27第五章、部分式机械密封装置的设计计算………………………………295.1填料密封………………………………………………………………………305.1.1填料材料的确定及横断面尺寸的选择…………………………………315.1.2填料圈数…………………………………………………………………315.1.3填料密封的需用功率……………………………………………………325.2机械密封的设计计算…………………………………………………………335.2.1密封接触面内外径的计算………………………………………………335.2.2端面比压与弹簧比压选择………………………………………………335.2.3端面比压计算……………………………………………………………335.2.4动静环的材质选择………………………………………………………345.2.5端面几何尺寸计算………………………………………………………355.2.6机械密封摩擦功率的计算………………………………………………355.3辅助密封材料的设计选材……………………………………………………365.3.1辅助密封材料材质的选择………………………………………………365.3.2结构形式…………………………………………………………………365.4弹簧元件及弹簧力的计算……………………………………………………375.4.1弹簧力的计算……………………………………………………………375.4.2弹簧材料的选取…………………………………………………………385.5密封装置整体设计…………………………………………………………38参考文献…………………………………………………………………………39鸣谢…………………………………………………………………………………40机械密封反应釜的设计1第一章、绪论1.1研究的背景和意义国内外石油、化工、医药等行业产品生产装置中，反应釜是广泛应用的关键设备之一，担负着提供化学反应场所的重要作用，是整个化工工艺流程的心脏。反应釜旋转轴用密封和一般的旋转密封相比，密封介质通常具有腐蚀性和毒性等特点，一旦泄漏，将影响产品质量，还会对操作人员和环境造成较大的危害，此外，工作环境常为高温、高压，工作周期较长，因而易损坏，属于维护保养的重点零部件之一。目前采用的主要密封型式是填料密封和机械密封，填料密封的优点是更换方便，缺点是泄漏量大，还要经常维修;机械密封则属于一次性安装，泄漏量小。由于机械密封的优越性，在大部分场合填料密封已经被淘汰。机械密封属于接触式密封，其关键部件动、静环会由于长期摩擦磨损而导致密封失效。由于机械密封的零件都是环状的，维修时必须从轴头拆卸、安装，而绝大部分反应釜在机械密封件的上部都安装有轴承、减速机、电机等部件，拆卸十分麻烦，而且周期很长。1.2国内外现状1.2.1国外现状1、1991年日本NagaiYataro等发明了“带有剖分环的机械密封”,其密封环被一个带预制沟槽的支撑环覆盖住,用“O”环镶嵌在预制的槽中[1]。2、1994年美国拉多萨夫等发明了一种“剖分式机械密封”,其动、静环由许多弓形环段形成,分别置于两个对开式托架装置中,托架剖分面用螺栓连接成一体,刚性支持着动、静环[2]。南通职业大学毕业设计23、1997年Bessette等发明的“完全剖分集装式机械密封”,由两个部分组成,每部分依据集装式设计标准设计。装配采用定位螺丝把密封装配固定在转轴上,用套筒和槽来固定静组件于密封腔上。结构非常简单、操作方便、安装时无需测量或推测工作。Reagan发明了“剖分式机械密封环及其使用”,这种环至少分为两瓣,并用特殊对准夹具对齐。在每个环段剖分面上有一个弧形凹槽,把对准夹具放入一个环段剖分面上的弧形凹槽内并固定,以便能进行另一环段剖分面的固定。安装时,必须确保每个环段对中,以便在安装操作时,尽可能地减少对准夹具对密封环损害,并尽可能地减少泄漏造成的不对中。尽管如此,剖分式机械密封并未获得真正的应用。4、尽管如此,剖分式机械密封并未获得真正的应用。直到2003年才由德国Burgmann公司生产出产品并应用于水处理、制浆和发电等工业装置中[3]（图1）。5、2007年美国Giard[4]发明了“剖分式机械复合密封装置”,同年Boyson提出了离心流体装置用剖分式密封技术的可靠性问题,指出要使得剖分式密封能被广泛使用,需要寻找更大的密封压力适用范围。然而,提高密封压力所增加的应力不仅导致整个组件产生较大变形,而且也使剖分环瓣产生相对运动,需要对所使用的材料进行非线性变形和应力计算。1.2.2国内现状1、马卫东开展剖分式机械密封研究较早,2000年发明了一种用于大型反应釜和大型泵的分体式机械密封,其动环通过推环、传动环固定成一体,动环、推环、传动环均由对称两部分组成、且分别由具有斜面的两个半夹紧环固定;静环、静环座、压紧螺母固定为一体,静环、静环座上的具有斜面的两个半夹紧环夹紧[5]。机械密封反应釜的设计32、2003年合肥通用机械研究所对剖分式机械密封进行试验和工程应用研究后,参照德国博格曼公司研究和生产部分剖分式机械密封产品。共设计制造了20多套单端面、小弹簧结构剖分式机械密供石化行业使用(图2.2)，但是试验证明，该完全剖分式机械密封装置在釜内压力为0.05MPa、常温的工况下运转良好，在将釜内压力升高至0.1MPa时，有大量气泡逸出，但是将釜内压力升高至0.15MPa时，有大量的气泡逸出。故该剖分式机械密封适合于工作参数低的工况下使用，不适用于压力大于的0.1MPa反应釜轴封[6]。3、2007年艾志工业技术集团公司报道了其成功地CHESTERTON442[7]。剖分式机械密封应用于大亚湾核电站工况为出口压力015MPa,温度小于50℃的冷却循环水泵的情况4、2008年杨启明开展了反应釜用剖分式机械密封设计研究,利用有限元法分析了辅助密封圈的应力应变状况,提出了分型面连接结构本设计方案主要针对剖分式机械密封装置中密封圈的结构进行了改进，并对相关零部件进行优化设计[8]。1.3本文主要内容本文以机械密封反应釜为基础，介绍了机械密封反应釜的设计全过程，其中第二章讲述了机械密封反应釜的计算等内容，第三章介绍了反应釜的搅拌装置的设计，第四章介绍了传动装置的设计，最后参考文献与图纸附南通职业大学毕业设计4第二章、罐体几何尺寸计算2.1工艺条件具体参数：介质：次磷酸铝；水蒸汽工作压力：最高工作压力为0.5温度：最高工作温度195°C生产能力：50/td搅拌介质粘度为粘度=0.18pas搅拌器高径比要求为2.08-3.851装料系数为0.85搅拌器及其相关设备的结构由设计确定，其余参数根据设计需要自拟。搅拌设备的罐体一般是立式圆筒形容器，由顶盖、筒体和罐底组成，罐底大多为椭圆形封头，必要时也可选锥形封头。顶盖选用椭圆形封头或平盖。罐底与筒体的连接常采用焊接连接。顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种，要求可拆时，采用法兰连接。2.2确定筒体内径罐体全容积V与罐体的公称容积VN有如下关系：3/11/0.813.75VVNm一般有工艺条件给定容积V、筒体内径iD按照式（2-1）估算：33i4413.7524441.2VDmmi（2-1）式中V—工艺条件给定容积，3m：i—高径比，iiHiD（按物料的类型选取，见表2-1）—填料系数，取0.85机械密封反应釜的设计5表2-1常用搅拌容器的高径比种类筒体内物料类型高径比i反应釜、混合槽、溶解槽液-液或液-固体系1-1.3反应釜、分散槽气-液体系1-2聚合釜悬浮液、乳化液2.08-3.85搅拌发酵罐气-液体系1.7-2.5由表2-1可取=1.2iiHiD，根据式（2-1）得：i1D圆整得：i2600mmD2.3确定封头尺寸椭圆封头选取标准件见图2-1，它的内径于筒体内径相同，标注椭圆封头尺寸查JB/T4746-2002标准可知：椭圆封头总深度H=690mm，容积32.5131hVm，内表面积27.6545Am。图2-1椭圆封头2.4确定筒体高度反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度iH按照式（2-2）计算并进行圆整：i113.752.51312.1175.309hVVHV（2-2）式中hV—封头容积，3m；1V-1米高筒体容积，3m/m。查表得：315.309mV，再根据公式（2-2）得：i2.117mH圆整得：i=2200mmH南通职业大学毕业设计62.5夹套几何尺寸计算夹套和筒体的连接长焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套内径2D可根据筒体内径1D按表2-2选取得2=2800mmD：表2-2夹套内径于筒体内径关系2D/mm500-600700-18002000-3000iD/mmiD+50iD+100iD+200夹套下封头型式同罐体封头，其直径2D与夹套筒体相同。夹套高2H由传热面积决定，不能低于液料高。夹套高2H按式（2-3）估算：h210.8213.75