化工设备机械基础之夹套反应釜的设计

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化工设备课程设计师培养学生设计能力的重要事件教学环节。在教师指导下，通过课程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。因此，当学生首次完成该课程设计后应达到以下几个目的：(1)熟练掌握查血文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。(2)在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证该过程正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。(3)准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。(4)用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图标来表达自己的设计思想和计算结果。 化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。目 录第一章 夹套反应釜技术要求3第二章 夹套反应釜的总体结构和设计的内容3第三章 筒体和夹套的设计43.1. 筒体几何尺寸计算43.2 夹套尺寸计算43.3夹套反应釜的强度计算53.4反应釜的搅拌装置83.5反应釜的传动装置93.6反应釜的轴封装置123.7反应釜的其他附件12第四章 设计小结13第五章 参考文献14第一章 夹套反应釜技术要求1.本设备按照GB 1501998钢制压力容器进行制造、实验和验收，并接受国家质量技术监督局颁发的压力容器安全技术监督规程的监督。2.焊接采用电弧焊。3.焊接接头型式及尺寸处图中注明外，按GB 98588规定；角焊缝的腰高按薄板的厚度；法兰焊接按相应的法兰的标准中的规定。4.筒体、封头及其相连接的对接焊接接头应进行X射线探伤检查，检测长度不得少于各条焊接接头长度的20%，且不小于250mm，级为合格。5.设备制造完毕后，设备内以-Mpa（表压）进行水压试验，合格后焊接夹套，夹套以-Mpa（表压）进行水压试验。6.设备上凸缘与安装底座的连接表面，应在组焊后加工。7.设备组装后，在搅拌轴上端轴封处测定轴的径向摆动量不得大于-mm，搅拌轴轴向窜动量不得大于-mm。8. 设备组装后，低于临界转速时，先运转十五分钟后，以水代料，并使设备内达到工作压力；超过临界转速时，直接以水代料，严禁空远转，并使设备内达到工作压力，进行试运转，时间不少于三十分钟。在运转过程中，不得有不正常的噪音和振动灯不良现象。10.管口及支座方位按本图（或管口及支座方位见管口方位图）第二章 夹套反应釜的总体结构和设计的内容主要是由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。搅拌装置分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成；搅拌装置主要由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，只要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；他们与支座、人孔、工艺接管等附加一起，构成完整的夹套的反应釜。反应釜的机械设计是在工艺设计之后进行的，设计依据是工艺提出的要求和条件。工艺条件一般包括：全容积、最大工作压力、工作温度、介质腐蚀性、传热面积、搅拌形式、转速和功率、工艺接管尺寸方位等。第三章 筒体和夹套的设计3.1. 筒体几何尺寸计算3.1.1 确定筒体的内径一般工艺条件给定全容积V、筒体内径D1.全容积V=1.2 m3因为在任务书中介质无机溶剂，属液液相物料，选11.3 在设计中暂定取.3初算筒体内径ipD134V41.2=3.141.3=1.055圆整筒体内径D1= 1000mm3.1.2 确定筒体高度H1反应釜溶剂一般按下封头和筒体部分容积之和计算。一米高的容积按附表41选取，得V1m =0.785m3釜体封头容积按附表42选取，得V1封=0.1505m3H1=(V-V1封)/V1m=1.2-0.1505=1.337圆整高度为1400mm。当筒体高度确定以后，应按圆整后的筒体高度修正实际容积，则V=V1m* H1+V封=0.785*1.4+0.1505=1.2495 m33.2 夹套尺寸计算=1100+100夹套筒体内径D2根据表43选取， ，=D1D2 装料系数夹套筒体高度(0.81.2-V1封)/0.785=1.031m 圆整夹套筒体高度H2=1100mm罐体封头表面积按附表42查得， F1封=1.1625m2一米高筒体内表面积按附表41查得， F1m=3.14 m2则，实际总传热面积：F= F1封+F筒= F1封+H2* F1m=1.1625+1.100*3.14=4.43.1所以校核正确.2-1设备材料Q235-A据工艺条件腐蚀情况确定2-2设计压力(罐体内)0.3由工艺条件给定2-3设计压力(夹套内)0.4由工艺条件给定2-4设计温度(罐体内)t1,180由工艺条件给定2-5设计温度(夹套内) t2,245由工艺条件给定2-6液柱静压力忽略按参考文献1第八章计算2-7计算压力0.计算2-8液柱静压力0忽略3.3夹套反应釜的强度计算2-9计算压力0.4计算2-10罐体及夹套焊接接头系数0.85按参考文献1表9-6选取2-11设计温度下材料许用应力113按参考文献1表9-4或表9-5选取2-12罐体筒体计算厚度1.564按参考文献1第九章计算2-13夹套筒体计算厚度2.295按参考文献1第九章计算2-14罐体封皮计算厚度1.564按参考文献1第十间计算2-15夹套筒体计算厚度2.295按参考文献1第十间计算2-16钢板厚度负偏差0.6按参考文献1表9-109-11选取2-17腐蚀裕量2.0按参考文献1第九章计算2-18厚度附加量2.6按参考文献1第九章计算2-19罐体筒体设计厚度3.56按参考文献1第九章计算2-20夹套筒体设计厚度4.295按参考文献1第九章计算2-21罐体封头设计厚度3.56按参考文献1第十章计算2-22夹套筒体设计厚度4.295按参考文献1第十章计算2-23罐体筒体名义厚度6圆整选取2-24夹套筒体名义厚度6圆整选取2-25罐体封头名义厚度6圆整选取2-26夹套封头名义厚度6圆整选取3.3.2 稳定性校核3-1罐体筒体名义厚度8假设3-2厚度附加量2.8按参考文献1表9-109-11选取3-3罐体筒体有效厚度5.2按参考文献1第十一章计算3-4罐体筒体有外径1016按参考文献1第十一章计算3-5筒体计算长度1125按参考文献1第十一章计算3-6系数1.107按参考文献1第十一章计算3-7系数195.38按参考文献1第十一章计算3-8系数A0.00049查参考文献1图11-53-9系数B65查参考文献1图11-83-10许用外压力0.3320.4按参考文献1第十一章计算稳定3-21罐体筒体名义厚度10确定3-22罐体封头名义厚度1n, mm10假设3-23厚度附加量2.8按参考文献1表9-109-11选取3-24罐体封头有效厚度1e=1n-C, mm7.2按参考文献1第十一章计算3-25罐体封头外径D10= D1+21n 1020按参考文献1第十一章计算3-26标准椭圆封头当量球壳外半径R10=0.9 D10918按参考文献1第十一章计算3-27系数A=0.125/（R0/1e）0.00071按参考文献1第十一章计算3-28系数B90按参考文献1第十一章计算3-29许用外压力p0.4970.3查参考文献1图11-53-30罐体封头名义厚度1n, mm95查参考文献1图11-83.4 反应釜的搅拌装置搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。搅拌器主要有：桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式。它的选型通常是工艺设计的任务。3.4.1搅拌器的选型推进式搅拌器。3.4.2搅拌轴设计搅拌轴的机械设计内容同一般传动轴主要是结构设计和强度校核，对于转速大于200转每分钟的要进行临界转速的校核。详情见表格。步骤项目及代数参数及结果备注1轴功率P,kW4由工艺条件确定2轴转数n,r/min200由工艺条件确定3轴材料45常用4轴所传递的扭矩191按参考文献1第17章计算5材料许用扭转剪应35按参考文献1第17 章表17-36系数112按参考文献1第17章17-37轴端直径30.4按参考文献1第17章计算8开一个键槽,轴径扩大5%,mm31.9按参考文献1第17章计算9圆整轴端直径d,mm40圆整选取由于我的转速是200转每分钟，所以不必进行临界转速的校核。3.5反应釜的传动装置反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置通常设置在釜顶封头上部。反应釜传动装置设计内容一般包括：电机、减速机的选型；选择连轴器；选用和设计底座等。3.5.1电机的选型本次设计中给定了电机形式，Y123M2-6，转速为900转每分钟。3.5.2减速机的选型V带轮的设计计算内容和步骤步骤设 计 项 目单位公 式 及 数 据备注1传动的额定功率PkW5.5(8极电机Y132S-8)已知电机功率2小皮带轮转速r/min900已知电机转速3大皮带轮转速r/min200已知搅拌机转速4工况系数KA1.3由参考文献1表13-3选取5设计功率PdkW计算6选V带型号根据和选取B型带根据参考文献1图13-11选取7速比4.5计算8小皮带轮计算直径mm125按参考文献1表13-2初选9验算带速m/s5.8910小皮带轮计算直径mm140按参考文献1表13-4选取11验算带速m/s6.5912滑动率0.02选取13大皮带轮计算直径mm560计算后按参考文献1表13-4圆整14初定中心距mm1000可根据结构要求定15带的基准长度mm3122.83150计算后按参考文献1表13-1圆整16确定中心距确定安装V带时所需最小中心距和最大中心距mm1013.617小皮带轮包角()15518单根V带额定功率P1kW1.67由参考文献1表13-7选取19时,单根V带额定功率增量kW0.30由参考文献1表13-8选取20包角修正系数Ka0.93由参考文献1表13-5选取21带长修正系数KL1.07由参考文献1表13-6选取22V带根数z=4.08 , 取z=5计算后圆整3.5.3凸缘法兰凸缘法兰一般是焊接与搅拌容器封头上，用于连接搅拌传动装置，亦可兼作安装、维修、检查用孔。3.5.4 安装底盖安装底盖采用安装底盖根据凸缘法兰的选型进行标准件的选取，尺寸见设备图。3.5.5机架的选取机架是安放减速器用的，它与减速机底座尺寸应匹配。V带减速机自带机架，选用其他类型标准釜用减速机按标准选配机架。本次设计中选择单支点机架。3.5.6连轴器的选择电机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过连轴器连接的。我选择的是TK-65弹性块式连轴器。尺寸可通过查表得到，或见设备图。3、6反应釜的轴封装置基于设计中的各种原因，我选择的是机械密封。机械密封是一种功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封。3.7反应釜的其他附件3.7.1支座夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。标准耳式支座（JB/T472592）分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支撑在留班上时选B型。我选择的就是B型耳式支座。尺寸见设备图。3.7.2手孔和人孔手孔和人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。本次设计只设置了一个手孔，直径为120mm，开于封头上。3.7.3设备接口化工容器及设备，往往由于工艺操作等原因，在封头和筒体上需要开一些各种用途的孔。在本次设计中开有蒸汽入孔，加料孔，温度计接口，压缩空气入口，防料口，冷凝水出口。尺寸在任务书中有标注。3.7.4视镜视镜主要用来观察设备内部反应情况，也可以作为料面指示镜，一般成对出现，当视镜需要斜装或设备直径较小是，采用带颈视镜。具体见图纸。第四章 结语在为期一周的设计里（1月3号开始到1月7号结束），在此设计过程当中首