醇酸树脂反应釜课程设计.pdf

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1、 1 Hefei University 机械设计基础课程设计 COURSE PROJECT 题 目：醇酸树脂反应釜课程设计 专 业：粉体材料科学与工程 班 级：化工系 06 粉体 组 号：第六组 姓 名：刘波 学 号：0603021011 指导老师：时 间：2011 年 3 月 5 日 2 机械设计基础课程设计任务书 设计题目：10 m3醇酸树脂反应釜机械设计 设计目的：在一定工艺条件与设备设计的基础上，把所学机械设计及相关专业知识综合运用，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。设计要求：设计时要有具体的设计内容和步骤，一份设计计算说明书，主要内容有：一、设计任务书；二、目录；三、概述：

2、机械课程设计意义和主要内容。包括：课程相关内容、设计的意义；四、工艺背景：产品介绍、工艺介绍、本设计采用的工艺及对机械设计的要求 五、机械设计：计算用到工程力学；数据的逻辑关系；与课程紧密结合，注明参考资料引用位置；六、设计小结；七、参考文献；八、CAD 图纸一张，用 A3 纸打印。设计内容：设计一张带有搅拌装置的夹套反应釜。第七组：组长：设计人：3 表1 设计参数 设计参数要求 容器内 夹套内 工作压力 ，Mpa 常压 常压 设计压力 ，Mpa 常压 常压 工作温度 ，100 130 设计温度 ，110 140 介质 多元醇+苯酐 水蒸气 全容积 ，m 10 操作容积 ，m 10 传热面积

3、，m 35 腐蚀情况 微弱 推荐材料 SUS304 搅拌器型式 涡轮式搅拌器 搅拌轴转速 ，r/min 300600r/min 轴功率 ，KW 7 4 目录 机械设计基础课程设计任务书.2 1.概述.5 2.工艺背景.7 3.机械设计 .8 3.1 反应釜的参数确定.8 3.1.1 筒体和封头.8 3.1.2 夹套设计.9 3.1.3 计算内筒筒体厚度.9 3.1.4 确定内筒封头厚度.11 3.2V 带传动装置设计.11 3.2.1 电动机选择.11 3.2.2 大带轮尺寸设计.13 3.3 其他部分的设计与选择.13 3.3.2 搅拌器选择.13 3.3.3 传动装置机架设计.14 3.3

4、.4 搅拌轴设计.14 3.3.5 轴承选择推力球轴承组成.14 4.总结.16 参考文献.17 5 1.概述 反应釜多半都设计成圆柱形，其顶和底制成碟状。顶盖用凸缘状的法兰固定，底则焊接在壳体上，顶盖上设有若干个开口如人孔、搅拌杆及热电偶等。反应釜的加热方式有如下几种：用煤、木材、燃油在底部直接加热。用电热元件在外侧加热或用循环热媒在夹套内加热。浸入的盘管通热油加热。1.1 反应物料 在反应中常用的反应物料有：1.相容或不相容的液体液体的混合很容易通过搅拌或机械混合来实现，反应混合物的传 热是通过对流进行的。2.液体与适当粒径的固体反应物的非均相混合。在这种情况下借助混合器不可能将这些物料完

5、全混合，混合作用力一消失，固体物料便会沉淀到釜底形成一不导热的物料层并出现固体反应物炭化、混合物颜色变深、炭化的物料浪费了、热能和时间浪费了、聚合反应不均匀等现象，为了避免出现这些问题，可以分两步多次添加反应物料。第一步先将液体反应物料加到反应釜中将介质温度加热到稍高于反应温度或固体反应物的熔点。第二步，在不断搅拌的情况下慢慢添加固体反应物让它不断反应或溶解，避免发生沉淀。但是这种速度不可能精确保持，有时还会发生沉淀和结焦的现象，而且这样需要很长时间才能完成反应。1.2 大容量反应釜的技术特点 6 近年来，随着国内建筑业、装饰装修和家具业等消费市场的快速增长，我国人造板工业也在蓬勃发展。在人造

6、板生产中占有重要地位的胶粘剂，往往决定着人造板产品的质量和等级，对产品的成本也起着举足轻重的作用，随着企业人造板产量的扩大，胶粘剂的需求量随之上升，其质量与生产成本已经成为直接影响人造板产品市场竞争力和生产厂商利润的重要因素。为了降低成本，减少胶粘剂生产中的不稳定因素，在其生产中使用大容量反应釜越来越普遍。从 20 世纪 80 年代末期至 90 年代中期，随着国外先进的人造板材生产技术和生产设备的大量引进，大容量反应釜也随之进入国内，这对我国胶粘剂的生产设备，特别是大容量反应釜的发展起到了较好的借鉴作用。与传统的夹套式反应釜相比，大容量反应釜具有以下特点：1)生产能力大 2)传热系数高 3)易

7、于维修 由于内置板式换热器是可拆卸的，因此易于清洗和维修，有利于减少操作故障，提高生产的稳定性。综上所述，大容量反应釜具有生产能力大、传热效果好、易于维修特点，应用于生产实践中可以减少设备台数，节约厂房投资，减少操作人员，降低生产成本。因此，大容量反应釜愈来愈广泛地被应用于人造板胶粘剂的生产中。7 2.工艺背景 由多元醇、邻苯二甲酸酐和脂肪酸或油（甘油三脂肪酸酯）缩合聚合而成的油改性聚酯树脂。按脂肪酸（或油）分子中双键的数目及结构，可分为干性、半干性和非干性三类。干性醇酸树脂可在空气中固化；非干性醇酸树脂则要与氨基树脂混合，经加热才能固化。另外也可按所用脂肪酸(或油)或邻苯二甲酸酐的含量，分为

8、短、中、长和极长四种油度的醇酸树脂。醇酸树脂固化成膜后，有光泽和韧性，附着力强，并具有良好的耐磨性、耐候性和绝缘性等。醇酸树脂可用熔融缩聚或溶液缩聚法制造。熔融法是将甘油、邻苯二甲酸酐、脂肪酸或油在惰性气氛中加热至 200以上酯化，直到酸值达到要求，再加溶剂稀释。溶液缩聚法是在二甲苯等溶剂中反应，二甲苯既是溶剂，又作为与水共沸液体，可提高反应速率。反应温度较熔融缩聚低，产物色浅。树脂的性能随脂肪酸或油的结构而异。醇酸树脂主要用作涂料、油漆，在金属防护、家具、车辆、建筑等方面有广泛应用，也可用作漆包线的绝缘层，制成油墨大量应用于印刷工业，此外也用于制造模压塑料。8 3.机械设计 3.1 反应釜的

9、参数确定 3.1.1 筒体和封头 1.确定筒体和封头型式 此设计是一低压容器，按照惯例，选择圆柱形筒体和椭圆形封头。2.确定筒体和封头直径 反应物料为气液相类型，由课本 P398表 18-2 知 H/Di为 12，取 H/Di=1.5，另取装料系数=0.8，则 V=0V=8.03.1=1.63m3 Di=3i/4DHV=35.114.363.14=1.11m 圆整至公称直径标准系列，取 Di=1100mm 3.确定筒体高度 当 DN=1100mm，查表知:Vh=0.198m3,V1=0.950m3/m，H=VV1hV=950.0918.063.11.51m,取 H 为 1.5m，则 H/Di=

10、1.5/1.11.36 符合要求，=VV0=5.195.0198.03.1=0.80,符合要求。9 3.1.2 夹套设计 夹套上所有焊缝均取=0.6，材料选用推荐的 Q235-A 钢，由表知t=113MPa。内筒及夹套受力分析 夹套筒体和封头承受 0.3MPa内压，内筒的筒体和下封头既可能只承受 0.2MPa内压，又可能只承受 0.3MPa外压。夹套直径 由 P399表 18-3 知：Dj=Di+100=1100+100=1200mm。夹套封头也采用椭圆形，直径与夹套筒体直径相同。确定夹套高度 Hj=VVhV1=950.0198.03.18.0=1.16m，取 Hj=1200mm 夹套筒体厚度

11、计算 d=pptjD2+C2=3.01.16.0113212003.01.1+2=2.93+2=4.93 mm 夹套封头厚度计算:d=pptiD5.02+C2=3.01.15.06.0113212003.01.1+2=4.92mm 根据圆整至钢板规格厚度和封头标准，夹套筒体与封头厚度均为n=6mm。3.1.3 计算内筒筒体厚度 承受 0.2MPa内压时筒体厚度（取 0.85）:10 d=pptD2i+C2=2.01.185.0113211002.01.1+2=1.26+2=3.26mm 承受 0.3MPa外压时筒体厚度:假设n=6mm，由 P289表 14-6 知：C1=0.6mm e=6-0

12、.6-2=3.4mm 由 P318 表 16-5 的总深度数据，经计算得：夹套顶部距法兰面实际为 175mm，即内筒体承受外压部分的高度为 H175mm。以此决定 L/Do 及 Do/e 之值。Do=Di+n=1100+26=1112mm 根据 Di=1100mm，由 P318 表 16-5 知 H=hh1=300mm，由 P317 表 16-4 可计算出h=25mm，所以 h1=275mm，所以 L=H175h31h1=1441.7mm 所以 L/Do1.30；Do/e327，由 P305 图 15-4 查得 A=0.00018，再据此查 P306 图 15-5 得：B=25，则p=eDB0

13、=32725=0.0760.3MPa 因此n=6mm 时，不能满足稳定性要求。假设n=8mm,同理e=5.4mm，Do=1116mm，L=1441.7mm L/Do1.29 Do/e207 同上，查表知：A=0.00037B=47，则 p=eDB0=20747=0.230.3MPa n=10mm 符合 0.3MPa 外压的要求 由于内筒筒体即可能承受内压，又有可能承受外压，故取两者计算厚度最大值，即内筒体厚度为 10mm 3.1.4 确定内筒封头厚度 承受 0.2MPa 内压 d=pptiD5.02+C2=2.01.15.085.0113211002.01.1=1.26+2=3.26mm 承受

14、 0.3MPa 外压，假设n=10mm，则：e=nC=10-2.8=7.2mm，而 A=eoD9.0125.0=1569.0125.0=0.00089 查 P306 图 15-5 知 B=160 则 p=eoDB9.0=1569.0160=1.1MPa0.3 MPa 满足稳定性要求。3.2V 带传动装置设计 3.2.1 电动机选择 一般异步电动机的同步转速按电动机的级数分成几档，如3000r/min,1500r/min,1000r/min,750r/min 及 600r/min，又因为 V 带传动比 i7,搅拌轴速度为170r/min,因此选择 750r/min 的三相异步电动机。因为 V 带

15、传动效率为 0.940.97，又搅拌轴功率为 2.4KW，因此可选择电动机的 12 输出功率为 3KW。由电动机标准系列手册查知：可选用 Y132M-8 型号电动机，功率 3KW，转速 710，长宽高=515345315。带轮及 V 带的选择 假设每天工作 16 小时，由 P181 表 8-6 知：工况系统 KA=1.1，Pd=KAP=1.13KW=3.3KW 由 P182 图 8-10 查得：可选用 A 型号的 V 带，又由 P178 表 83 知：取 d1=140mm大带轴直径 d2=id1=170710140mm=585mm 按 P182 表 8-7 圆整，取 d2=630mm 带速 v

16、=10006011nd=10006071014014.3=5.20m/s25m/s 实际传动比 i=dd12=140630=4.57 初定中心距 ao 由 539mm=0.7(d2+d1)ao2(d2+d1)=1540mm，取 ao=700mm，初定胶带节线长度Ldo2 ao+21(d2+d1)+add02412=27002170070041406302=1870mm。按P173表8-2选 取 标 准Ld=2000mm，中 心 距a ao 2LLdOd=700+218702000=765mm。小带轮包角 1180add1260=180765140630 60=141.6，由 P178 表 8-

17、3 查得：P1=1.26KW,P1=0.09KW 13 由 P180 表 8-4 查得 K=0.896，由 P180 表 8-5 查得 KL=1.03 Z=PPKKPL11d=09.026.103.1896.03.3=2.6,Z=3 综上：传动装置的所有参数如下：电动机：Y132M-8 V 带:A 型 长度：2000mm Z=3 中心距：765mm 小轮：实心式结构 d1=140mm 大带轮：辐条式结构 d2=630mm 3.2.2 大带轮尺寸设计 大带轮转速 n=5.4710=158r/min 轴条数 Zn=4 P=3KW d2=630mm bd=11.0mm ha=3.0mm hf=9.0

18、mm e=630mm f=10mm =15mm B=2e+2f=50mm dh=2ds=235=70mm h1=2903nznp48.7mm 取 h1=50mm h2=0.8h1=40mm a1=0.4h1=20mm a2=0.8a1=16mm f1=0.2h1=10mm f2=0.2h2=8mm B1.5ds 所以取 L=B=50mm 3.3 其他部分的设计与选择 3.3.1 支座选择 耳式支座 型号：B5 材料：Q235-B 3.3.2 搅拌器选择 14 取 Dj=0.5DN=0.51100=550mm，因此选择搅拌器的直径系列 Dj=500mm，则 h=1Dj=500mm 叶片数 Z=3

19、 3.3.3 传动装置机架设计 H5=1000mm C=1250mm H4=1100mm 直径 D=500mm 两轴承间距取 B=600mm 3.3.4 搅拌轴设计 总长度 L1000+2300+1000=2600mm 所以BL1=6006002600=3.34 搅拌器选用 45 号钢。d=A3np+C2=11031583+2=31.5mm 考虑到开槽及轴承的选择，取 d=35mm。3.3.5 轴承选择推力球轴承组成 推力球轴承由座圈、轴圈和钢球保持架组件三部分构成。与轴配合的称轴圈，与外壳配合的称座圈。接受力情况分单向推力球轴承和双向推力球轴承。单向推力球轴承，可承受单向轴向负荷。双向推力球

20、轴承，可承受双向轴向负荷。双向推力球轴承，其中圈与轴配合。座圈的安装面呈球面的轴承，具有调心性能，可以减少安装误差的影响。推力球轴承不能承受径向负荷，极限转速较低。1.备有单项、双向两种类型。2.为了容许有安装误差，无论是单向还是双向，都可以选择球面调心球面座垫型或带球面座圈型。15 3.优质钢 采用可使轴承寿命最高延长 80%的超清洁钢。4.高度的润滑脂技术 NSK 的润滑剂技术可使润滑脂的寿命延长并提高轴承的性能。5.高品位钢球 高速转动时安静且顺畅。6.利用选件中的套圈，可容许有安装误差。16 4.设计小结 课程设计是机械设计当中的非常重要的一个环节，这次课程设计我们得到的题目是设计一个

21、10m3的反应釜,时间原本是不到两周的,但是由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，所以就拖到今年年初完成。一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在胡老师用投影仪投放讲解的情况下，我们了解了一点。最终在老师和同伴的帮助下我们完成了这个课程设计。这次课程设计虽然在专业知识方面我没学到什么东西，但是在 word 文本格式编辑方面我还真学到了不少。17 参考文献 1 吴宗泽，机械设计师手册上M，北京：化学工业出版社，2002，1 2刁玉玮、王立业，化工设备机械基础，大连：大连理工大学出版社，2006，12 3 吴宗泽，机械设计实用手册M，北京：化学工业出版社，1998，7 4 余国琮，化工机械手册M，天津：天津大学出版社，1991，5 5 魏崇光、郑晓梅，化工工程制图，北京：化学工业出版社，1994，3 6 巨勇智、勒士兰，过程设备机械基础，北京：国防工业出版社，2005，4 7 朱有庭、曲文海、于浦义，化工设备设计手册，北京：化学工业出版社，2006，5 8汤善甫、朱思明，化工设备机械基础M，上海：华东理工大学出版社，2004，12