【正文】 吉林化工學院畢業(yè)設計說明書 35 第四章 熱量核算 已知水油比 ： 1（質量比）引發(fā)劑用量 %Mvc 分散劑用量%Mvc，聚合時間 11 小時，輔助時間 3 小時，熱水進口溫度 90,熱水出口溫度 80℃ ,進料口溫度 20℃ ,冷卻水進口溫度 28℃ ,冷卻水出口溫度 32℃ ,聚合熱 假設 20℃加入的 VC 質量為 X，則水的用量為 ，引發(fā)劑 ，分散劑用量 （ 1+++） X=ρv X= ??? = 所以水的用量為 . 熱量計算 （見表 41） 表 41 溫度 黏度（ cp） 比重 比熱 20 32 51 80 90 加熱時所需總熱量 Q=QVC+Q 水 +Qf+Q 損 =KAΔ tm （ ） 物料吸收的熱量 Q 水 =m 水 Δ (Cpt)=m 水 （ cp2t2cp1t1） （ ） cp1 cp2水的比熱 kJ/kg℃ t1 t2 物料的溫度 Q 水 = 103（ 20） = 105kJ VC 單體吸收的熱量 Qvc= mvcΔ (cpt)=mvccp(t2t1)= 103 (5120)= 105kJ 聚氯乙烯反應釜 36 釜體吸收的熱量 Q 釜 A=(Hjh1h2)πDi+A 夾 =（ ） += 釜體吸熱部分質量 m 釜 =（ 7850+ 7900） = 估算釜體吸收熱量 Q 釜 = 103（ 5120） = 105kJ 換熱采用逆流原理（見圖 41） Δ t1=9051=39℃ Δ t2=8020=60℃ Δ tm= ln2121 ??????tttt ℃ 所需傳熱面積 估計 K=500 A1= 555?? ??????? ?? mVCtk Q 釜水 = 所 需水量 m 水 = 25 1068 555 ?????? ??????? ）（ 釜 tcQpkg（ ） . 反應放出的 熱量 m 總 =Qvcη=。但采用這些方法時，要嚴格控制工藝過程，否則將造成表面微細裂紋，反而減低持久極限。在使用中也應盡量避免使攪拌軸表面受到機械損傷或化學損傷。 聚氯乙烯反應釜 34 減低表面粗糙度 攪拌軸表面加工質量對疲勞強度影響很大，疲勞強度要求較高時，應有較低的表面粗糙 度。在截面尺寸突然改變處，要采用半徑足夠大的過度圓角。提高疲勞強度應從減緩應力集中，提高表面質量等方面入手。1= ， k1u= ， k1b=3 ， k1e=2 ， k1e= 所以 k1= 3 2 = Mqi 第 i 個攪拌器功率產生的扭矩 Mnqi=9553 npqi （ ） 所以 Mnq1= Mnq2= Fh1= 125083 3 ?? ? Fh2= （ ） ③ 攪拌軸與各層攪拌器的組合質量 mW1 , mW2 mW=mL+??zi im1 （ ） mL= ? ? 9202 1014 ??? sL LNd ?? （ ） 聚氯乙烯反應釜 32 = 802(10) 5049 7800 109/4 = m1= mW=+2 = ④ 攪拌軸與各層攪拌器組合質量偏心引起的離心力 Fe 對于 單跨軸 Fe= ? ? ?????? ?222)/(1 19 kw nnenm? （ ） 查表 （ n/nk） 2= [e]= 對于操作壓力低，轉速低，介質為一般物料 ， G=16mm/s；對 于操作壓力高，轉速高，介質為危險物料， G=Fe= 522 10 11 2 5 2 6 ???????? ?????? =+=860N MA的粗略計算 當 P≥ 2MPa 或軸上任一攪拌器的θ ≠0 時，取 MA= 當 P2MPa 或軸上任一攪拌器的θ =0 時，取 MA=0Nm 所以 取 MA=0Nm 帶入 上式 M=860+0=860Nm ⑤攪拌軸與各層攪拌器質量的重心距軸承的距 離 Le 對于單跨軸 Le=wzi Lii mLmLm???1 2 （ ） = ? ? 2 6 6 25 0 4 6 9 94 2 9 ????? mm ? ? mNM R????? ????????????? 4910 00 26 6726 6750 50 4910 0026 99)26 9950 49( 99)42 9950 49( 吉林化工學院畢業(yè)設計說明書 33 所以 Mte為 9 8 8 78 6 0 22 ?? Nm 所以 d2= ? ?? ? ? ? 0123 33 40 ????? NM te?mm （ ） 80 所以根據強度計算的軸徑合格 . . 軸的剛度校核 104PGIT [ф ] （ ） T 軸所受的扭矩 ,單位為 G 軸的材料的剪切彈性模量 ,單位為 MPa,對于鋼材 , G= 104MPa Ip 軸 截面 的極慣性矩 ,單位為 mm4,對于圓軸 ,Ip= 324d? （ ） T=9550000 P/n=9550000 帶入剛度校核式 ? 10 1 0 44 ???? dT ?(0)/m [ф ]軸的每米許用扭轉角 ,取 剛度 校核 合格 ,攪拌軸軸徑可 采用ф 80。1 k1uk1bk1ek1i （ ） k39。取 K2= 攪拌軸的臨界轉速 nk nk=nk 固支 (1K2)+nk 簡支 K2=204（ ） +254 =229rpmin （ ） n/nk=125/229= 符合葉片式攪拌器抗振條件，所以根據臨界轉速校核攪拌軸合格 . 按強度計算攪拌軸的軸徑 d2 1）攪拌軸徑的計算公式 d2= ? ?? ?3 401 NM te?? （ ） ??? 攪拌 軸材料的許用剪應力 σb 攪拌軸材料的抗拉強度 Met 攪 拌軸的扭矩和彎矩 Mte= 22 MMn ? （ ） 式中 Mn 攪拌軸的扭矩 Mn=19553?nPn=9553 85%/125= η1 包括 傳動側軸承在內的傳動裝置的傳動效率， M 攪拌軸的彎矩總和， M=MR+MA MR 由徑向力一起的軸的彎矩 MA 由軸向推力引起的軸彎矩 2）由徑向力引起的軸彎矩 MR的計算 吉林化工學院畢業(yè)設計說明書 31 ① 單跨支撐攪拌軸餓徑向力彎矩 MR MR= ? ?L LLLFL LLLF eeeiihi 10001000 )( ???? （ ） ②第 i 個攪拌器上的流體徑向力 Fhi Fhi=k1jinqi DM83103? （ ） k1 流體徑向力系數，其值根據實驗確定；若無可靠實驗數據，則根據下列攪拌設備的內件情況，攪拌器的類型及攪拌介質的類型幾攪拌介質特性等條件選取。 一般單跨軸傳動冊支點軸承的夾持系數 K2 介于簡支和固支之間，此時攪拌軸的臨界轉速 nk的值應根據夾持系數 K2 的取值計算結果的中間值。 聚氯乙烯反應釜 28 . 根據臨界轉速核算攪拌軸軸徑 (參考化工設備設計手冊 ) 1）攪拌軸機器攪拌器（包含附件）有效質量的計算 ① 攪拌軸有效質量的計算 mLe= ? ?? ???? ?? 202 14 NLd sL 109 （ ） dL 單跨軸的實心軸軸徑 mm ， L 攪拌軸的直徑 mm ， ρs 攪拌軸材料的密度 kg/m3 ,N0 空心軸的內徑與外徑比 ， ρ 攪 拌物料的密度 kg/m3 mLe= ? ?1 0 0 0 4 32 ????? 109 （ ） = ②攪拌器（包括附件）有效質量的計算（查表可知該大小的攪拌器質量為 ） mie=mi+ηki 92 10c o s4 ??iiji bD ??? （ ） mi 第 i 個攪拌器的質量（含附件）， ηki 攪拌器附加質量系 數 ， Dji 第 i 個攪拌器的直徑 ， bi 第 i 個攪拌器的槳葉的寬度 ， θi 槳葉傾斜角。設計時，應使此處最大擺動量小于 。材料選用不銹鋼。 因本釜體積較大，軸的外伸長度較長，所以需要加裝底軸承。由于影響軸結構的因素較多，所以軸不可能有標準的結構形式，設計者必須根據具體情況進行具體分析確定最佳方案。零件的連接方式載荷的性質。為簡聚氯乙烯反應釜 26 化設計及校核過程，把上下軸作為一根整體軸考慮。槳葉傾斜角度 θ 應采用 450或 300 吉林化工學院畢業(yè)設計說明書 25 斜葉雙槳式攪拌器對流體做工的危險截面在 槳葉的根部，槳葉的根部所受的彎距 M1 M1=4777 ?cos1?nPq （ ） Pq 每層攪拌器的設計功率 ， n 攪拌器的轉速 ， θ 槳葉斷面中心線與軸中心線的夾角 M1=4777 0 245c o 0 ??? 2) 該截面 yy 軸的抗彎斷面模數 W1，對于無加強筋的槳葉W1= ? ?6 2ebB dZb ??? （ ） b 槳葉寬度 mm ， ZB 槳葉根部斷面處螺栓數 ， db 螺栓直徑 mm ，δ e 槳葉有效厚度 mm W1=16992mm3 3）彎曲應力 σ1 σ1= M paWM 3131 ???? ≤ 89MPa （ ） 強度計算合格 4）斜葉槳式攪拌器的軸向推向力 FVi FVi=255 105 ?tan?nDpjq=255 105 N76545t a n21250 0 ??? （ ） . 軸的設計 為使攪拌軸不受鐵離子，氯離子腐蝕，用不銹鋼做 防腐層，均采用45+0Cr18Ni9Ti（保護層）采用上下軸設計下軸長度為 3m，為保證軸運行時擺動量的合格，采用底軸承結構，軸套和軸瓦可以是整個圓筒。 連軸器選擇 GT 系列。因為反應釜的攪拌軸長度超過兩米，需要選用單跨軸，所以支座選用單支點支架。單支點機架適用于電動機或減速機可以作為一個支點，或容器內可設置中間軸承和底軸承的情況。 機架一般有無支點機架，單支點機架和雙支點機架。 雷諾數的計算 Re=?? jnD （ ） 預選攪拌器轉速 120rpmin 所以 Re= 0 0 8 9 9 6 ???? 查槳式攪拌器雷諾數與功率準數關系圖 P0= 聚氯乙烯反應釜 24 k 功率準數校正系數，是攪拌器和攪拌容器在非標準集合參 數關系條件下的功率準數 P0 的 校正總系數；系數 k 與 攪拌器的形式，幾何參數，攪拌容器形狀和內件有關。綜合考慮，第一層安裝在液面下 處，采用平槳。所以選取 Dj=1250mm b=160mm 厚度 δ=14mm(直槳的具體數據查《化工設備設計手冊》 )。 . 夾套封頭部分的設計 ．夾套封頭壁厚的計算 標準橢圓形封頭 K=1 ? ? CPKPDS t i ??? ?? C= （ ） mmS ????? ??? δ=S+C= 圓整去取 S=7mm 最大許 用壓力校核 吉林化工學院畢業(yè)設計說明書 21 ? ? ? ? ? ? MpKDPeetW 001 )(11 ????? ?????? ???? （ ） 因為 =P[PW] 所以壓 力校核合格 . 夾套的補強計算 夾套開空最大直徑為 200mm，以次計 算補強厚度作為整體補強。為加強傳熱效果，在釜體外焊螺旋導流拌，查《化工工藝設計手冊》，夾套直徑為 2700mm。釜體最終厚度為 13+8=21mm