摘 要

此次毕业设计的主要设计内容是在较高的温度以及较高压力下工作的反应釜，在其外部嵌套有一层夹套结构[1]。反应釜内介质为普通化工生产物料。设备拟定设计压力是3Mpa，设计温度；夹套里面的主要物料是导热油；本次设计的设备主体材质是S22053。

本设计设备分构成 [2]；由搅组成；传动轴四大部分组成[3]；本文设计的反应釜轴封装置采用机械密封型式或者填料密封型式，并且这两种密封结构和人孔、支座、接管等设备附件一起组合了一套完整的反应釜设备。

本课题设计不仅需要采用压力容器常规设计方法进行结构设计[15]，还需要借助ANSYS、SW6等软件进行疲劳分析与强度校核，完成绘制设备主图及相关零部件图。课题涵盖过程设备设计、过程装备成套技术、机械设计等专业知识。

关键词：反应釜；搅拌装置；轴封装置；疲劳分析；强度校核

Abstract

The equipment we need to design is a reactor which works under the environment with grim temperature and harsh pressure. Its structure is jacketed. The medium inside is Chemicals. The pressure for design is 3Mpa and temperature is less than or equal to 300; The medium inside the jacket is heat transfer oil; The main material of the body is S22053[22].

The reactor is a stirring reactor composed of cylinder and jacket which works under the high temperature and pressure[24]. Stirring device is composed of blender and agitator shaft; The transmission contains electric motor, reducer, coupling, transmission shaft, and so on. The shaft sealing device is machinery seal or packing seal. The shaft sealing device, manhole, support, take over and many more formed the complete reactor.

The subject design not only needs conventional design method of the pressure vessel, but also requires ANSYS, SW6 and many more software to get on fatigue analysis and strength check[23], and finish the drawing of main structure and related parts. The subject covers professional knowledge of Process Equipment Design, Process Equipment Technology , Mechanical Design and so[25].

Key words: Reactor; stirring device; shaft sealing device; fatigue analysis; strength check

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 6

1.1研究背景及意义 6

1.2反应釜研究现状 6

1.3反应釜发展趋势 7

第二章 搅拌容器设计 9

2.1设计条件 9

2.2反应釜筒体壁厚的确定 10

2.2.1反应釜筒体壁厚计算 10

2.3反应釜釜体封头设计 10

2.3.1封头壁厚计算 10

2.3.2封头直边尺寸、曲边尺寸的确定 11

2.4反应釜筒体长度L的确定 11

2.5外压筒体壁厚设计 12

2.6外压封头设计 12

2.7夹套设计 13

2.7.1夹套筒体壁厚 13

2.7.2夹套筒体长度的初设 13

2.8夹套封头的结构 14

2.8.1椭圆形封头壁厚的确定 14

2.8.2夹套椭圆形封头结构尺寸设计 14

2.9反应釜传热面积计算 15

2.10釜体附件结构设计 16

2.10.1螺栓、螺母、垫圈的选用 18

2.10.2法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈选材 18

2.11工艺接管的结构与尺寸 18

2.12接管、垫片选材与设计 20

2.13反应釜支座 22

2.13.1支座选型 22

2.13.2支座载荷计算 25

第三章 搅拌机设计 26

3.1搅拌轴尺寸设计 26

3.1.1搅拌轴直径 26

3.1.2搅拌轴刚度校核 26

3.2联轴器的选型 27

3.3搅拌器的结构确定 28

3.4搅拌轴的结构设计 30

3.5电动机选型 31

3.6减速器选型 33

3.7机架的设计 34

3.8底座的设计 36

3.9凸缘法兰选型 37

3.10反应釜的轴封装置 38

第四章 焊缝结构设计 39

4.1釜体上主要焊缝 39

4.2夹套上主要焊缝 40

第五章 结构有限元应力分析 42

5.1几何建模 42

5.2有限元求解 46

5.3有限元结果分析 48

5.3.1位移结果分析 48

5.3.2应力结果分析 49

第六章 经济评价 52

6.1装置投资费用 52

6.2生产成本和费用分析 53

6.3 财务评价 54

结论与展望 55

参考文献 57

致谢 59

附录 60

1.1

产品的需求也日益增长。同时，随着科技的迅猛发展，人们渴求制造出高质量的化工产品的同时，对保护环境的问题也更加重视。因此，人们不仅对加工工艺提出了新的要求，也对化工生产的设备机械提出了更高的要求。高温高压反应釜作为我们今天化工生产环节中必不可少的一环，更是重中之重。

由于反应釜是化工行业常用的机械设备，因此，对于化工产业来说，能够将普通的反应釜设备进行升级、改造，是非常具有意义的一件事。并且，对于我国化工机械行业的整体振兴具有非凡作用，更远一步而言，对于我国科技的进步与发展具有长远的战略意义。

1.2反应釜研究现状

自1912年以来，全球化工用反应釜的产量每年都在迅速增加，其增速仍保持在5%左右。但就我国国内而言，虽然反应釜的产量也在每年大幅增加，但由于科研水平的限制，这些生产的化工用反应釜在质量上与国外高水平产品还是存在着不小的差距。因此，要大力推动实行化工行业产品升级换代，以艰苦的作风努力把我国反应釜产品打造成世界一流产品。

我国生产的反应釜与国外生产的反应釜在反应容积上还存在较大的差距，国外普遍在100左右，而我国自主生产的反应釜容积大多都远不及这个大小。此外，我国的化工反应釜生产还存在着自动化水平低的特点，这就导致产品加工出来的精度也远不如国外相关产品，而且手工生产的危害也体现出来了。最后，国外生产的反应釜不仅搅拌轴可实现快速旋转，其釜体自身还能以较快速度旋转，这就大大提高了产品的反应速率，从而实现高速、高质量生产。

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