化工专业课程实际——反应釜设计.docVIP

目 录第一章 反应釜釜体的设计1.1 釜体dn 、pn的确定41.1.1 釜体dn的确定41.1.2 釜体pn的确定41.2釜体筒体壁厚的设计41.2.1 设计参数的确定41.2.2 筒体壁厚的设计41.3釜体封头的设计51.3.1封头的选型51.3.2设计参数的确定51.3.3封头的壁厚的设计51.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定51.4筒体长度h的设计61.4.1 筒体长度h的设计61.4.2 釜体长径比l/d的复核61.5外压筒体壁厚的设计61.5.1 设计外压的确定61.5.2 试差设计筒体的壁厚61.5.3 图算法设计筒体的壁厚71.6外压封头壁厚的设计71.6.1 设计外压的确定71.6.2封头壁厚的设计7第二章 反应釜夹套的设计2.1夹套dn的确定、pn的确定92.1.1 夹套dn的确定92.1.2 夹套pn的确定92.2夹套筒体壁厚的设计92.2.1设计参数的确定2.2.2夹套筒体壁厚的设计92.2.3 夹套筒体长度的初步设计92.3夹套封头的设计92.3.1封头的选型92.3.2 设计参数的确定92.3.3封头的壁厚的设计102.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定102.3.5 封头结构的设计102.3.6 带折边锥形封头壁厚的设计11第三章 反应釜釜体及夹套的压力试验3.1釜体的水压试验123.1.1 水压试验压力的确定123.1.2 液压试验的强度校核123.1.3 压力表的量程、水温及水中浓度的要求123.1.4 水压试验的操作过程123.2釜体的气压试验123.2.1 气压试验压力的确定123.2.2 气压试验的强度校核123.2.3 气压试验的操作过程133.3夹套的液压试验133.3.1水压试验压力的确定133.3.2液压试验的强度校核133.3.3 压力表的量程、水温的要求133.3.4 水压试验的操作过程14第四章 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154.1.1 法兰的设计154.1.2 密封面形式的选型154.1.3 螺栓和螺母的尺寸规格154.1.4 法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料164.2工艺接管的设计164.3管法兰尺寸的设计174.4垫片尺寸及材质184.4.1 垫片的结构184.4.2 密封面形式及垫片尺寸184.5人孔（或固体物料进口）的设计184.5.1 人孔（或固体物料进口）的结构184.5.2 人孔（或固体物料进口）的尺寸184.5.3 人孔（或固体物料进口）的材质184.6视镜的选型194.6.1 视镜的选型194.6.2 视镜的结构194.6.3 视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料194.7.支座的选型及尺寸的设计204.7.1支座的选型及尺寸的初步设计204.7.2支座载荷的校核计算20第五章 搅拌装置的选型与尺寸设计5.1搅拌轴直径的初步计算225.1.1 搅拌轴直径的设计225.1.2 搅拌轴刚度的校核225.2搅拌轴临界转速校核计算225.3联轴器的型式及尺寸的设计225.4搅拌桨尺寸的设计235.4.1 搅拌桨的结构235.4.2 搅拌桨的尺寸 235.4.3 搅拌桨的零件明细表235.5搅拌轴的结构及尺寸的设计245.5.1 搅拌轴长度的设计245.5.2搅拌轴的结构24第六章 传动装置的选型与设计6.1电动机的选型266.2减速机的选型266.2.1 减速机的选型266.2.2 减速机的外形安装尺寸266.3机架的设计276.4底座的设计276.5反应釜的轴封装置设计286.5.1 反应釜的轴封装置的选型286.5.2 轴封装置的结构及尺寸28第七章 焊缝结构的设计7.1釜体上的主要焊缝结构297.2夹套上的焊缝结构的设计29第八章 固体物料进口的开孔及补强计算8.1封头开人孔后被削弱的金属面积a的计算318.2有效补强区内起补强作用金属面积的计算318.2.2 接管起补强作用金属面积的计算318.2.3 焊缝起补强作用金属面积的计算328.3判断是否需要补强的依据32第九章 反应釜的装配图及部件图9.1反应釜的装配图339.2搅拌轴的部件图33第一章 反应釜釜体的设计1.1 釜体 、的确定1.1.1 釜体的确定将釜体视为筒体，取l/d=1.1 由v=(/4)，l=1.1则：， ，圆整=1000mm由查得釜体的=1000mm1.1.2釜体pn的确定因操作压力0.35，故：0.61.2 釜体筒体壁厚的设计1.2.1设计参数的确定设计压力：（1.051.1），取1.1=1.10.35=0.385mpa；液体静压：=0.011mpa； 5p，可以忽略；计算压力： = = 0.385；设计温度： 100 ；焊缝系数： 0.8；许用应力：根据材料0cr18ni10ti、设计温度100，由文献1知137；钢板负偏差：0.25（gb6654-96）；腐蚀裕量：1.0（双面腐蚀）。1.2.2 筒体壁厚的设计由公式 得：+0.25+1.0=3.01 mm圆整 刚度校核：不锈钢的考虑筒体的加工壁厚不小于5mm，故筒体的壁厚取1.3 釜体封头的设计1.3.1 封头的选型 由文献选釜体的封头选标准椭球型，代号eha、标准jb/t47462002。1.3.2 设计参数的确定 1.1=0.385； = = 0.385； 0.8；0.25（gb6654-96）；1.0。1.3.3 封头的壁厚的设计 由公式得+1.25= 3.01圆整得根据规定，取封头壁厚与筒体壁厚一致1.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定根据=1000mm，由文献13知：直边高度： 25体 积： 0.1505深 度： 275内表面积a： 1.1625 质 量m： 44.7 kg1.4 筒体长度的设计1.4.1筒体长度h的设计 ， = 0.8274圆整得: h =830 1.4.2釜体长径比的复核= =1.105；满足要求1.5 外压筒体壁厚的设计1.5.1设计外压的确定由设计条件单可知，夹套内介质的压力为常压，取设计外压=0.1。 1.5.2试差法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚5，则：=5-1.25 = 3.75，=1000+25=1010， 由得：=1.171010= 19393.33筒体的计算长度= =830 + (275-25) + 25 = 938.3= 19393.33 ；该筒体为短圆筒。圆筒的许用压力为：=0.148mpa对于圆筒m=3 所以 ；假设5满足稳定性要求。故筒体的壁厚5。1.5.3 图算法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚5，则：=5-1.25 = 3.75，=1010， =269.33。在文献1305中图15-4中的l/坐标上找到0.929的值，由该点做水平线与对应的=269.33线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为：a0.00033由文献1307页中选取，在水平坐标中找到a=0.00033点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数的值为：42mpa、=1.900105。根据=得： =0.156因为0.1 0.156，所以假设5合理，取封头的壁厚=5。1.6 外压封头壁厚的设计1.6.1 设计外压的确定 封头的设计外压与筒体相同，即设计外压=0.1。1.6.2 封头壁厚的计算设封头的壁厚=5，则: = 5-1.25 = 3.75，对于标准椭球形封头=0.9，0.9100=900， =900/3.75 = 240计算系数：= 5.2110-4由文献1得到系数的值为值为：60、=1.900105根据=得： =0.25 因为0.1 0.25，所以假设5偏大，考虑到与筒体的焊接，取封头的壁厚与筒体一致，故取5。由在文献1318中表16-5 釜体封头的结构如图1-1，封头质量：44.7图1-1 釜体封头的结构与尺寸表1-1 釜体封头的尺寸1000275第二章 反应釜夹套的设计2.1 夹套的、的确定2.1.1夹套的确定由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知：1000+300=1300（）考虑到1300一般不在取值范围内，故取=1200mm2.1.2 夹套的确定由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力为常压，取0.252.2 夹套筒体的设计 2.2.1 夹套筒体壁厚的设计因为为常压0.3，所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。 12003800，取min2 /1000且不小于3 另加， min3+2=5，圆整=5。对于碳钢制造的筒体壁厚取6。 2.2.2 夹套筒体长度的初步设计 h筒= 圆整后 h筒=630mm2.3 夹套封头的设计 2.3.1 封头的选型夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同（1200）。代号eha，标准jb/t47462002。夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角。 2.3.2 椭球形封头壁厚的设计因为为常压0.3，所以需要根据刚度条件设计封头的最小壁厚。 12003800，取min2/1000且不小于3 另加，min3+2=5（），圆整=5。对于碳钢制造的封头壁厚取6。2.3.3椭球形封头结构尺寸的确定由文献1见表2-1图 2-1 下封头的结构表2-1 封头尺寸公称直径直边高度深 度容 积质 量1200mm253250.254576.4封头的下部结构如图2-1。由设备设计条件单知：下料口的70，封头下部结构的主要结构尺寸160。 2.3.4带折边锥形封头壁厚的设计考虑到封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体的壁厚一致，即6。结构及尺寸如图2-2。 图 2-2 上封头的结构 2.3.5 封头结构的设计公称直径dn/mm总深度h/mm内表面积a/m2容积v/m312004002.55680.8602.3.6 带折边锥形封头壁厚的设计由于封头过渡部分与锥体部分受力情况不同，分两部分计算 k=0.82 f=0.645 ，选型为cha。 过渡部分： 锥体部分： 故取：=2.96mm， 圆整,考虑到焊接等原因,则取=6mm第三章 反应釜釜体及夹套的压力试验3.1釜体的水压试验3.1.1水压试验压力的确定 水压试验的压力：且不小于(+0.1) ，查.0 =1.251.10.351.0=0.48mpa，（+0.1）= 0.485， 取=0.4853.1.2液压试验的强度校核由 得：=64.91mpa 0.9 =0.91070.8=77.04由64.91 0.9 =77.04故液压强度足够3.1.3压力表的量程、水温及水中浓度的要求 压力表的量程取： 即： 水温15 水中浓度253.1.4水压试验的操作过程在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.485，保压不低于30，然后将压力缓慢降至0.388，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。3.2釜体的气压试验3.2.1气压试验压力的确定 气压试验的压力： ， =1.151.10.351.0=0.443（）取=0.4433.2.2气压试验的强度校核由得： = 59.29（） 59.260.8 =0.81070.8=85.6（） 气压强度足够3.2.3气压试验的操作过程做气压试验时，将压缩空气的压力缓慢将升至0.0443，保持5min并进行初检。合格后继续升压至0.2215，其后按每级的0.0443级差，逐级升至试验压力0.443，保持10，然后再降至0.385，保压足够长时间同时进行检查，如有泄露，修补后再按上述规定重新进行试验。釜体试压合格后，再焊上夹套进行压力试验。3.3夹套的液压试验3.3.1液压试验压力的确定 液压试验的压力：且不小于(+0.1) ，查=1.0 =1.251.10.11.0=0.1375，(+0.1)= 0.21(+0.1)， 取=0.213.3.2液压试验的强度校核由 得：=33.705（） 26.63 0.9 =0.92350.8=169.2（） 液压强度足够3.3.3压力表的量程、水温的要求 压力表的量程：p表= 2=20.21=0.42水温5。3.3.4液压试验的操作过程 在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.21，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.168，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。 第四章 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4.1.1法兰的设计(1)根据1000mm、0.6，由文献1确定法兰的类型为甲型平焊法兰。标记：法兰ff1000-0.6 jb/t4701材料：0cr18ni10ti（2）法兰的结构和主要尺寸如图41 如表41图41 甲型平焊法兰表 41 法兰结构尺寸公称直径dn/ 法兰/螺栓规格数量1000113010901055104510424823m20364.1.2密封面形式的选型根据0.61.6、介质温度55和介质的性质，由文献1知密封面形式为凹凸面。4.1.3垫片的设计 由文献1得垫片选用耐热四氟垫片，材料为耐油橡胶石棉板（gb/t539），由4得结构及尺寸见图42 和，尺寸见表4-2 图4-2 垫片的结构表4-2 垫片的尺寸10914.1.4螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格本设计选用六角头螺栓（c级、gb/t5780-2000）、型六角螺母（c级、gb/t41-2000） 平垫圈（100hv、gb/t95-2002）螺栓长度的计算：螺栓的长度由法兰的厚度（）、垫片的厚度（）、螺母的厚度（m）、垫圈厚度（）螺栓伸出长度确定。其中=60、=2、m=16.9、=10、螺栓伸出长度取=0.427.7螺栓的长度为： =145.98取150 螺栓标记： gb/t5780-2000 螺母标记： gb/t41-2000 垫圈标记： gb/t95-2002 24-100hv （5）法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料 根据甲型平焊法兰、工作温度=130的条件，由文献3附录8法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈材料匹配表进行选材，结果如表43所示。表43 法兰、垫片、螺栓、螺母的材料法 兰垫 片螺 栓螺 母垫 圈0cr18ni10ti耐油橡胶石棉3520100hv 4.2工艺接管的设计由文献【2】附录六查无缝钢管（1） 水进口接管采用452.5无缝钢管，罐内的接管与夹套内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：hg20592 法兰 pl25-0.1 rf 20。（2） n2（气）进口采用323.0无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：hg20592 法兰 pl25-0.6 rf 0cr18ni10ti。（3）工艺物料进口采用452.5无缝钢管，管的一端切成，伸入罐内一定长度。配用的突面板式平焊管法兰：hg20592 法兰 pl50-0.6 rf 0cr18ni10ti。（4）放料口采用763.0无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：hg20592 法兰 pl80-0.6 rf 0cr18ni10ti。与其配套的是手动下展式铸不锈钢放料阀，标记：放料阀6-100 hg5-11-81-3.（5）水出口采用452.5无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：hg20592 法兰 pl25-0.1 rf 20。(6)安全阀接口采用323.0无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：hg20592 法兰 pl25-0.6 rf 0cr18ni10ti。(7)冷凝器接口采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：hg20592 法兰 pl80-0.6 rf 0cr18ni10ti。（8）加热器套管采用无缝钢管，罐内的接管与下封头内表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法兰：hg20592 法兰 pl65-0.1 rf 20。(9) 固体物料 采用2198.0无缝钢管，罐内的接管与下封头内表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法兰：hg20592 法兰 pl200-0.1 rf 20。（10）视镜采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：hg20592 法兰 pl80-0.6 rf 0cr18ni10ti。 (3)温度计接口采用452.5无缝钢管,伸入釜体内一定长度.配用凸面板式平焊管法兰:hg20592 法兰 pl65-0.6 rf 0cr18ni10ti.4.3管法兰尺寸的设计工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的结构如图。由文献3表12-149得并根据、和接管的，由板式平焊管法兰标准（hg20592）确定法兰的尺寸。管法兰的尺寸见表4-3。图43 板式平焊管法兰表4-4 板式平焊管法兰的尺寸（hg20592）接管名称公称直径接管外径连 接 尺 寸法兰厚度密封面法兰内径坡口宽度 厚度安全阀接口、n2接口253210075114101458233工艺物料进口4045130100144121678241水进口4045130100144121678241温度计接口4045130100144m121678241固体物料进口20021932028018816222542222冷凝器接口、放料口80891901501841616124288水出口4045130100144121678241视镜808919015018416181242914.4垫片尺寸及材质工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的垫片尺寸、材质文献【3】1241页表12-223查如表4-5所示。4.4.1 垫片的结构图4-4 管道法兰用软垫片4.4.2 密封面形式及垫片尺寸表4-5 密封面形式及垫片尺寸接管名称密封面型式垫片尺寸()垫片材质外径内径厚度安全阀接口、n2接口rf64342耐油石棉橡胶垫片工艺物料进口rf86492耐油石棉橡胶板水进口rf107612耐油石棉橡胶板温度计接口rf2622202耐油石棉橡胶板冷凝器接口、放料口rf1621152耐油石棉橡胶板水出口rf64342耐油石棉橡胶板加热器套管rf132892耐油石棉橡胶板4.5固体进料口设计 由文献7得尺寸见表4-6，有文献8得材料见表4-7。 表4-6带盖平焊法兰进料口的尺寸公称压力（）密封面形式公称直径螺栓规格数量0.6突面2002738390350201619084261820表4-7 物料进口明细表0.6200的明细表件号名称数量材料1接管10cr18ni10ti2螺母8253螺栓8354法兰11cr18ni9ti5垫片1耐油石棉橡胶板6法兰盖11cr18ni9ti7手柄2q235-a4. 6视镜的选型由于釜内介质压力较低（0.35）且考虑，本设计选用两个=80的带颈视镜。其结构见图4-6。 由文献5确定视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料。标 记：视镜0.6，80标准图号：hgj502-1986-4。图4-5 视镜的结构型式表4-7 视镜的尺寸视镜玻璃双头螺柱数量直径长度80894160130242470891208m12100表4-8 视镜的材料件号名称数量材料件号名称数量材料1视镜玻璃1钢化硼硅玻璃4压紧环1q235-a2衬 垫2石棉橡胶板5螺柱8q235-a3接 缘10cr18ni96螺母16q235-a4.7支座的选型及设计4.7.1支座的选型及尺寸的初步设计：由于设备外部设置有80的保温层，文献 342页表16-23所以选耳式b型支座，支座数量为4个 反应釜总质量的估算：+式中：釜体的质量（）；夹套的质量（）；搅拌装置的质量（）附件的质量（）；保温层的的质量（） 物料总质量的估算：式中：釜体介质的质量（）；夹套内导热油的质量（） 反应釜的总质量估算为1800，物料的质量为1500（以水装满釜体计算），夹套的质量 和水1500 kg装置的总质量：m=1500+1800+1500=4800 ( kg ) 每个支座承受的重量约为：48009.81/223.52（） 根据由文献1初选b型耳式支座，支座号为3。标记： jb/t4725-92 耳座b3 材料：q235-af系列参数尺寸如表616。表616 b型耳式支座的尺寸底板筋板垫板地脚螺栓支座重量规格2001601051050205125825020083030248.34.7.2支座载荷的校核计算耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算：式中d=1533.15，=9.81，=4800，=4，=0，将已知值代入得=23.41kn因为=23.41knq=30kn，所以选用的耳式支座满足要求。第五章 搅拌装置的选型与尺寸设计5.1搅拌轴直径的初步计算5.11搅拌轴直径的设计 电机的功率1.5 ，搅拌轴的转速85，文献1取用材料45号钢的30，剪切弹性模量8.1104，许用单位扭转角1/m。 由得：=（） 利用截面法得： =（）由 得：=搅拌轴为实心轴，则： 30.4mm 取40mm（2）搅拌轴刚度的校核 由得： 9.553=0.466（）因为最大单位扭转角max0.466 1 所以圆轴的刚度足够。考虑到搅拌轴与联轴器配合，40可能需要进一步调整。5.2搅拌抽临界转速校核计算由于反应釜的搅拌轴转速=85200，故不作临界转速校核计算。5.3联轴器的型式及尺寸的设计 由于选用摆线针齿行星减速机，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节（d型）。标记为：40 hg 2157095，结构如图5-1。由文献6分别确定联轴节的尺寸和零件及材料，尺寸如表5-1，零件及材料如表5-2。由于联轴节轴孔直径=40，因此搅拌轴的直径调整至50。5-1 立式夹壳联轴节1-夹壳；2-悬吊环；3-垫圈；4-螺母；5-螺栓 表5-1 夹壳联轴节的尺寸轴孔直径50螺栓数量规格135624290190248366m129457010018160.60.4表5-2 夹壳联轴节的零件及材料件号名 称材 料件 号名 称材 料1左、右夹壳zg-1cr18ni9ti(gb2100)4螺 母0cr18ni9ti(gb/t 6170)2吊 环0cr18ni9ti(gb4385)5螺 栓a2-70(gb/t 5782)3垫 圈a-140(gb/t97.2)5.4搅拌桨尺寸的设计框式搅拌桨的结构如图5-2所示。由文献3确定不锈钢框式搅拌桨的尺寸见表5-3、零件明细表见表5-4。图5-2浆式搅拌桨表5-3 浆式搅拌桨的尺寸（hg/t212391）d螺栓螺钉b数量数量70050m124m1211690cmfe质量p/24 不大于0.06表5-4 零件明细表件号名称数量材料1桨叶2q235b扁钢2螺栓4钢4.8级3螺母4钢4级4 垫圈4性能等级100hv5螺钉133h（钢）5.5搅拌轴的结构及尺寸的设计5.5.1搅拌轴长度的设计搅拌轴的长度近似由釜外长度、釜内未浸入液体的长度、浸入液体的长度 三部分构成。即：=+其中=（机架高；减速机输出轴长度）=750-82=668=+（釜体筒体的长度；封头深度；液体的装填高度）液体装填高度的确定：釜体筒体的装填高度式中操作容积（）；釜体封头容积（）；筒体的内径（）=0.6236（）液体的总装填高度=624+25+250=899（）=830+2*（25+250）-899=481（）浸入液体搅拌轴的长度的确定： 搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱高度有关。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为： 当时为最佳装填高度；当时，需要设置两层搅拌桨。 由于=899=1300，本设计选用一层搅拌桨。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：s=2hi/3=2*899/3=599（）故浸入液体的长度：=599（）搅拌轴搅拌轴的长度为：=668+479+599=1746（）取=1746（） 第六章 传动装置的选型和尺寸计算6.1电动机的选型由于反应釜里的物料腐蚀性微弱，故选用三相异步电机。根据电机的功率1.5、转速1500，由文献选用的电机型号为：y90。6.2减速器的选型6.2.1 减速器的选型根据电机的功率1.5、搅拌轴的转速85、传动比为1500/ 8517.65选用直联摆线针轮减速机（jb/t2982-1994），标记zld2.24a23。由文献6确定其安装尺寸，直联摆线针轮减速机的外形见图6-1、安装尺寸如表6-1。6.2.2 减速机的外形安装尺寸图6-1 直连摆线针轮减速机表61 减速机