化工设备课程设计

化工设备基础课程设计教学大纲课程设计名称： 夹套反应釜设计英 文 名 称： Jacketed Reactor Design课程设计编号：编 写 人：审 核 人：课程设计指导书：化工设备机械基础课程设计指导书 蔡纪宁 张秋翔 化学工业出版社 2001.6一、周数学分周数：1 周 学分：1 二、先修课程化工制图、物理化学、化学反应工程、化工设备基础三、适用专业化学工程与工艺四、课程性质、目的与任务：本课程为专业必修课，课程设计的目的是：1、培养学生把所学化工设备基础及其相关课程的理论知识，在课程设计中加以综合运用，把化工工艺条件和化工设备设计有机地结合起来，巩固和强化有关课程的基本理论和基本知识。2、培养学生对化工工程设计的技能以及独立分析问题、解决问题的能力。树立正确的设计思想，掌握化工单元设备设计的基本方法和步骤，为今后创造性地设计化工设备及机械打下一定的基础。3、培养学生熟悉、查阅并综合运用各种有关的设计手册、规范、标准、图册等设计技术资料；进一步培养学生识图、制图、运算、编写设计说明书等基本技能，完成作为工程技术人员在机械设计方面所必备的设计设计能力的基本训练。本课程设计的任务是设计带蛇管的夹套反应釜。五、具体内容及基本要求：具体内容包括：完成典型的化工用夹套反应釜的相关设计，釜体容积计算，搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔工艺接管和附件的选型，工作量包括设备总装图 1 张，零部件图 12 张，设计说明书 1 份。基本要求：具有正确的设计思想，用积极主动的学习态度和进取精神，学会正确使用标准和规范，使设计有法可依，有章可循。设计中注意处理好尺寸的圆整，强度、刚度等计算结果要从安全性出发，同时兼顾经济性。六、学时分配 ：周一，准备阶段：设计资料、手册、图册、计算和绘图工具、图纸及报告纸的准备；认真研究设计任务书，分析设计题目的原始数据和工艺条件，明确设计要求和设计内容；复习有关教科书、熟悉有关资料和设计步骤；读懂几张典型设备图。周二周四，机械设计阶段：计算，选材，绘图，编制设计说明书。周五，收尾阶段：审查图纸，总结材料，上交成果。七、考核方式：设计方案 15，说明书 15，图纸、程序、计算、作品等的完成质量 30，创新与发挥情况 10，答辩（口试）情况 20，出勤率 10。说明：夹套（蛇管）反应釜设计任务书前言1容积：1m 3、2 m 3、3 m 3、4 m 3、5 m 3；2反应及介质：酸碱反应、酯化反应、高分子聚合；3压力、材料：根据介质和反应温度确定；一、设计内容 1设计一台夹套传热式带搅拌的反应釜；2设计一台蛇管传热式带搅拌的反应釜。二、设计参数和技术特性指标 1反应釜的操作容积及全体积2反应釜内及夹套内（蛇管）的工作压力、工作温度、工作介质、腐蚀情况、传热面积；3反应釜的搅拌器型式、转速及轴功率；4搅拌釜的推荐材料；5不锈钢反应釜装配哪些接口管等。由工艺设计定机械设计的任务是对工艺设计条件表的各项内容进行分析研究，并对搅拌器型式、传动装置、轴封装置以及其它零部件标准进行合理选择、校验。6、釜的加热形式：电加热、蒸汽加热、热介质循环加热三、设计目录 1 反 应 釜 釜 体 的 设 计 ；2 反 应 釜 夹 套 （ 蛇 管 ） 的 设 计 ；3 反 应 釜 釜 体 及 夹 套 的 压 力 试 验 ；4 反 应 釜 附 件 的 选 型 及 尺 寸 设 计 ；5 搅 拌 装 置 的 选 型 与 尺 寸 设 计 ；6 传 动 装 置 ：7 反 应 釜 的 轴 封 装 置 设 计 ；8 支 座 的 选 型 及 设 计 ；9 焊 缝 结 构 的 设 计 ；10. 人 孔 的 开 孔 及 补 强 计 算11. 反 应 釜 的 装 配 图四 、 设 计 要 求1. 设 计 文 本 用 学 校 规 定 的 课 程 设 计 稿 纸 手 写 ；2 设 计 所 需 数 据 参 数 在 图 书 馆 查 取 ；3. 设 计 过 程 可 参 照 课 本 第 六 、 七 、 八 章 最 后 的 设 计 过 程 进 行 ；4. 装 配 图 可 分 为 多 页 手 绘 ；目 录前 言1.反 应 釜 釜 体 的 设 计 1.1 釜 体 封 头 厚 度 的 确 定1.2 釜 体 筒 体 壁 厚 的 设 计 1.3 釜 体 封 头 的 设 计 1.4 筒 体 长 度 的 设 计 1.5 外 压 筒 体 壁 厚 的 设 计 1.6 外 压 封 头 壁 厚 的 设 计 2 . 反 应 釜 夹 套 （ 蛇 管 ） 的 设 计 2.1 夹 套 厚 度 的 确 定 2.2 夹 套 筒 体 的 设 计 2.3 夹 套 封 头 的 设 计 2.4 传 热 面 积 的 校 核 3.反 应 釜 釜 体 及 夹 套 的 压 力 试 验 3.1 釜 体 的 水 压 试 验 3.2 釜 体 的 气 压 试 验 3.3 夹 套 的 液 压 试 验 4.反 应 釜 附 件 的 选 型 及 尺 寸 设 计 4.1 釜 体 法 兰 联 接 结 构 的 设 计 4.2 工 艺 接 管 的 设 计 4.3 管 法 兰 尺 寸 的 设 计 4.4 垫 片 尺 寸 及 材 质 4.5 人 孔 的 设 计 4.6.视 镜 的 选 型 5.搅 拌 装 置 的 选 型 与 尺 寸 设 计 5.1 搅 拌 轴 直 径 的 初 步 计 算 5.2 搅 拌 抽 临 界 转 速 校 核 计 算 5.3 联 轴 器 的 型 式 及 尺 寸 的 设 计 5.4.搅 拌 桨 尺 寸 的 设 计 5.5 搅 拌 轴 的 结 构 及 尺 寸 的 设 计 6. 传 动 装 置 6.1.电 动 机 的 选 型 ： 6.2.减 速 器 的 选 型 6.3.机 架 的 设 计 6.4.底 座 的 设 计 7.反 应 釜 的 轴 封 装 置 设 计 8.支 座 的 选 型 及 设 计 8.1.支 座 的 选 型 及 尺 寸 的 初 步 设 计 8.2.支 座 载 荷 的 校 核 计 算 9.焊 缝 结 构 的 设 计 9.1.釜 体 上 主 要 焊 缝 结 构 的 设 计 9.2 夹 套 上 的 焊 缝 结 构 的 设 计 10.人 孔 的 开 孔 及 补 强 计 算 10.1 封 头 开 人 孔 后 被 削 弱 的 金 属 面 积 的 计 算 10.2 有 效 补 强 区 内 起 补 强 作 用 的 金 属 面 积 的 计 算 10.3 判 断 是 否 需 要 补 强 的 依 据 10.4 反 应 釜 的 装 配 图 夹套反应釜设计书目 录第一章 夹套反应釜技术要求4第二章 夹套反应釜的总体结构和设计的内容4第三章 筒体和夹套的设计53.1 筒体和夹套的设计53.2 罐体几何尺寸计算63.3 夹套反应釜的强度计算 63.4 稳定性校核73.5 水压校核83.6 反应釜搅拌器93.7 反应釜传动装置103.8 反应釜的其他附件10数据表格12设计小结18参考文献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 0.55Mpa（表压）进行水压试验，合格后焊接夹套，夹套以 0.65Mpa（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 0.5mm，搅拌轴轴向窜动量不得大 3 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，时间不少一小时。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在阅读了设计任务书之后，按一下内容和步骤进行夹套反应负的设计。（1） 总体结构设计 根据工艺要求并考虑制造、安装和维护检修的方便，确定各部分结构形式，如封头型式、传热面积、搅拌类型、传动形式、轴封和各种附件的结构形式。（2） 容器的设计 其主要内容有：a) 根据工艺参数确定各部分几何尺寸；b) 考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；c) 对罐体、夹套等进行强度和稳定性计算、校核；（3） 搅拌器设计 根据搅拌器类型确定相关位置和尺寸（4） 传动系统设计 包括选择电动机、确定传动类型、选择减速机、联轴器、机座设计等。 （5） 选择轴封 选择并确定轴封及相关零部件。 （6） 绘图 包括装配图、部件图和零件图。如标准零件、部件，写出标准号及标记，不必绘图。 （7） 编制技术要求 提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。采用标准技术条件标注文号。 第三章 筒体和夹套的设计3.1 罐体和夹套的结构设计罐体采用立式圆形容器，有顶盖、罐体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。罐底和顶盖采用标准椭圆形封头，罐体和封头均用 20R 钢制作。罐底和筒体采用焊接连接，顶盖和筒体采用可拆卸式的法兰连接。3.2 罐体几何尺寸计算3.2.1 确定筒体内径给定操作容积 ，装料系数取 ，所以 。32.0Vm操 =0.832.5Vm筒体内径 （长径比 ）3314.5184.Di 1/.iHD圆整罐体筒体内径 103.2.1 封头的确定封头选用椭圆封头，型号是 JB/T 4746-2002公称直径 /DNm总深度H/mm内表面积 2/Am容积 V/ 3直边高度 /hm1400 375 1.9340 0.3977 253.2.2 确定筒体高度反应釜容积 V 按照封头和筒体两部分容积之和计算，筒体高度 按式(4-2)1H计算，并进行圆整：式中 （ 封头容积 高筒体容积 ）11m()/,4-2H封 （ ） V封 1mV，圆整筒体高度(.50397)/1.536封 140m按照圆整后筒体高度修正实际容积 3=2.5.mH封3.2.3 夹套几何尺寸计算取装料系数 ，夹套高度 按式 计算0.8221m()/V封，圆整夹套筒体高度20.85-.397/14H（ ） 20H夹套筒体内径 2105(708)i iDmD:在 之 间罐体封头表面积 ，一米高筒体内表面积2.346F封 214.mF实际传热面积 2121=.mH封3.3 夹套反应釜的强度计算按内压计算筒体及夹套厚度：由工艺条件及微弱的腐蚀情况，确定设备的材料为 20R，由工艺知罐体内的设计压力，夹套内的设计压力 罐体的设计温度 ，夹套的设计温10.2pMPa20.3pMPa160Ct度 t=C液柱静压力 6631019.814.0Hgha计算压力 P+.202c P液柱将压力 ，由于小于设计压力的 5%，故 可忽略不计。故计算压力2H2H由双面焊接局部无损伤20.3cMa.85由 20R 材料在温度低于 下查表得设计温度下的材料许用应力10C13tMPa罐体圆体的计算厚度 110.214.292385ctPDm夹套筒体的计算厚度 2.ct 罐体封头的计算厚度 11 0.3141.2390.5285.ctcPDm夹套封头的计算厚度 22 . .0ctc 取最小厚度 作为计算厚度 ，由于双面腐蚀切微腐蚀性，故min3m2C罐体筒体的设计厚度 ，罐体封头的设计厚度125dC15dm夹套筒体的计算厚度 ，夹套封头的设计厚度2 22由参考文献可知钢板的厚度负偏差则罐体筒体的名义厚度 15ndmin1 13.5640.C夹套筒体的名义厚度 2i2罐体封头的名义厚度 1n min1 1.夹套封头的名义厚度 25i23406C故强度检验合格。3.4 稳定性校核1.由强度计算可得罐体名义厚度 5nm查表得 4.5-5.5 是钢板的厚度负偏差 则10.C120.5Cm罐体筒体外径 01244nD筒体计算长度 5