化工设备机械基础课程设计-1.6m3夹套反应釜.doc

内蒙古科技大学化工设备机械基础课程设计说明书题 目：1.6m3夹套反应釜 学生姓名： 学 号：专 业：化学工程与工艺班 级：化工14-1班指导教师： 46内蒙古科技大学化工设备机械基础课程设计说明书摘要：本文简要地说明了夹套反应釜的设计方法、理论依据及设计思路。该文在计算方面主要介绍了强度计算。强度计算主要包括由给定工艺参数进行的筒体和夹套的力学分析，反应釜液压试验校核以及气压试验校核，支座、视镜的选择及强度校核，搅拌装置的设计计算及搅拌器的选型和搅拌轴长度的确定。关键词：压力容器 反应釜 搅拌设备Abstracts: This text generally introduces the reaction kettle Design method, theory basis and design proposal .In the aspects of calculation, it introduces the strength calculation. Strength calculation mainly includes the mechanical analysis of the cylinder and clip , the respective reaction kettle hydraulic test , the choice and strength check of bearing and lens , mixing device design calculation and blender selection and determination of stirring shaft length.Keywords: Pressure container Reaction kettle Mixing equipment目录前言6第一章 夹套反应釜课程设计任务书81.1 设计目的81.2 设计要求81.3 设计内容81.4 设计参数8第二章 设计方案的分析和拟定10第三章 反应釜釜体的设计113.1 釜体DN、PN的确定113.1.1 釜体DN的确定113.1.2 反应釜筒体PN的确定123.2 封头的设计与计算123.2.1 封头的选型123.2.2 封头设计参数的选定123.2.3 封头厚度的计算133.2.4 封头深度计算143.3 反应釜筒体长度L的计算143.4 反应釜长径比L/Di复核143.5 反应釜筒体壁厚设计15第四章 反应釜夹套的设计164.1 夹套釜体DN、PN的筒体直径的关系164.1.1 夹套釜体DN的确定164.1.2 夹套釜体PN的确定164.2 夹套筒体的设计与计算164.2.1 夹套筒体设计参数的确定164.2.2 夹套筒体壁厚的设计164.2.3 夹套筒体长度的计算164.3 夹套封头的设计与计算174.3.1 封头的选型174.3.2 夹套封头设计参数的确定174.3.3 夹套封头壁厚的设计17第五章 反应釜釜体及夹套的压力试验185.1 反应釜体的压力试验185.1.1 水压试验压力的确定185.1.2 水压试验的强度校核185.1.3 气压试验压力的确定195.1.4 气压试验的强度校核195.2 夹套的压力试验195.2.1 水压试验压力的确定195.2.2 水压试验的强度校核195.2.3 气压试验压力的确定195.2.4 水压试验的强度校核19第六章 反应釜附件的选型及尺寸设计216.1 釜体法兰联接结构的设计216.1.1 法兰的设计216.1.2 密封面形式的选型226.1.3 垫片的设计226.1.4 螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格246.2 人孔的设计256.3 支座的选型及设计26第七章 搅拌装置的选型与尺寸设计317.1 反应釜的搅拌装置317.2 搅拌器的设计317.2.1 搅拌器的选型317.2.2 搅拌器的型式327.2.3 搅拌器型式的选择337.2.4 搅拌附件347.2.5 搅拌器相关参数计算357.3 搅拌轴直径的初步计算35第八章 传动装置的选型378.1 传动装置的系统组成378.2 电机的选取378.3 减速器的选取378.4 选取凸缘法兰388.5 选取安装底盖388.6 选取机架398.7 联轴器408.8 反应釜的轴封装置408.9 传动轴41第九章 固体物料进口的开孔及补强计算429.1 封头开人孔后被削弱的金属面积A的计算429.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算429.2.1 封头起补强作用金属面积A1的计算429.2.2 接管起补强作用金属面积A2的计算439.2.3 焊缝起补强作用金属面积A3的计算439.3 判断是否需要补强的依据43第十章 反应釜的装配图及部件图4410.1 反应釜装备图（见附图 1）4410.2 搅拌轴的部件图（见附图1）44参考文献45鸣谢46前言化工设备机械基础是化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，是对化工设备机械知识和设计能力的要求而编写的。通过此课程的学习，同学们应掌握基本的理论知识并具有设计钢制的、典型的中、低、常压化工容器的能力。化工设备机械基础课程设计是化工设备机械基础课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，以此使学生了解工程实际问题复杂性并初次尝试化工机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题，自己做出决策，根据老师给定的设计要求，自己选择方案，查取数据，进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。化工设备课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学环节。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，当学生完成该课程设计后，应达到一下几个目的： 熟练掌握查阅文献资料、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。 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。 准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。 用精炼的语言、简洁的文字、清晰的图表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。第一章 夹套反应釜课程设计任务书1.1 设计目的通过化工设备机械基础课程设计，使学生巩固课程所学内容，掌握压力容器设计计算的基本方法。1.2 设计要求根据设计参数，反应釜的规格尺寸：内筒、夹套、封头。画A2尺寸的该反应釜的装配图；对该反应釜的福建进行选型。1.3 设计内容1. 工艺参数选定；2. 容器的强度设计；3. 夹套罐壁厚设计；4. 夹套折边焊缝强度校核；5. 开孔补强设计；6. 水压试验设计注：主要设计参数（设计压力、设计温度、材料、许用应力、壁厚附加量等）根据GB150-98及相关规定按上表自己确定1.4 设计参数设计压力：体内：2.8兆帕，夹套：2.0兆帕；设计温度：体内200度，夹套：250度；介质：体内：氯乙烯单体，夹套内：蒸汽；搅拌方式：开启涡轮式；转速：110r/min;功率：3.0kw;建议采用材料：16MnR或自选。其他：单面腐蚀裕量：C2=1mm;焊缝系数：=0.85，C1=1mm;封头建议使用标准椭圆封头。第二章 设计方案的分析和拟定根据任务书中的要求，一个夹套反应釜主要有搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管等一些附件构成。而搅拌容器又可以分为罐体和夹套两部分。搅拌装置分为搅拌器和搅拌轴，根据任务说明书的要求本次设计搅拌器为浆式搅拌器；考虑到机械轴封的实用性和应用的广泛性，所以轴封采用机械轴封。在阅读了设计任务书后,按以下内容和步骤进行夹套反应釜的机械设计。（1）总体结构设计。根据工艺的要求，并考虑到制造安装和维护检修的方便来确定各部分结构形式。（2）搅拌器的设计。根据工艺参数确定各部几何尺寸；考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；对罐体、夹套进行强度和稳定性计算、校核；（3）传动系统设计，包括选择电机、确定传动类型、选择联轴器等。（4）决定并选择轴封类型及有关零部件。（5）绘图，包括总图、部件图。（6）编制技术要求，提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。第三章 反应釜釜体的设计3.1 釜体DN、PN的确定3.1.1 釜体DN的确定对于直立反应釜来说，釜体设备的全容积是指圆柱形筒体及下封头容积，即V=Vg+Vf式中Vg-设备筒体部分容积，m3; Vf-封头容积，m3。由于反应时基本处于气液共存状态，换热一定要及时，所以为了增大其传热面积，根据实际经验，选择的长径比为：L/Di=1.2图3- 1文献5:P447页设备条件反应温度小于200，物料在反应过程中要呈沸腾的状态，并且在反应过程中要进行搅拌，根据操作时允许的装满程度来确定装料系数。本反应釜内的反应物质为氯乙烯单体，其粘度远小于水，为提高设备的利用率，故选用=0.6设备容积V与操作容积的关系为Vg=*V由公式Di得Di=1192mm圆整后Di=1200mm3.1.2 反应釜筒体PN的确定根据设计要求，反应釜体内部压力为2.8MPa，故PN=2.8MPa3.2 封头的设计与计算3.2.1 封头的选型根据设计要求，该反应釜的封头选用标准为椭圆形封头，且封头的公称直径DN=1200mm，故封头的类型为EHA.3.2.2 封头设计参数的选定Pc=2.8MPa，=0.85（双面焊接，局部无损探伤），C1=1mm，C2=1mm当DN=1200mm,P=2.8MPa,查表得e=12mm，故n=e+C1+C2=14mm图3- 2文献5：P190页当操作温度为200时，查表得到16MnR=170MPa图3- 3文献5：P168页3.2.3 封头厚度的计算计算厚度：=11.63mm设计厚度：d=+C2=11.63+1=12.63mm有效厚度：e=+=11.63+=12mm名义厚度：n=e+C1+C2=12+1+1=14mm3.2.4 封头深度计算由=Di/4得=1200/4=300mm3.3 反应釜筒体长度L的计算椭圆形封头的容积：Vf=，代入已知的数据得则筒体的高度圆整后取得H=1200mm3.4 反应釜长径比L/Di复核反应釜体长度：（此公式是从化工设备课程设计指导方书起主编查到的）其中：H为筒体长度，h为封头直边高度，为标准椭圆形封头深度。图3- 4文献5：P176页查表可得，=25mm即 ，长径比复核与所选用的长径比基本相符。3.5 反应釜筒体壁厚设计计算厚度： =设计厚度：d=+C2=11.63+1=12.63mm有效厚度：e=+=11.63+=12mm名义厚度：n=e+C1+C2=12+1+1=14mm第四章 反应釜夹套的设计4.1 夹套釜体DN、PN的筒体直径的关系4.1.1 夹套釜体DN的确定表4 1500-600700-18002000-3000故4.1.2 夹套釜体PN的确定由设计要求知夹套内部压力为2.0MPa，因此夹套釜体的PN=2.0MPa4.2 夹套筒体的设计与计算4.2.1 夹套筒体设计参数的确定（双面焊接，局部无损探伤），C1=1mm，C2=1mm查图表 四1得，16MnR的4.2.2 夹套筒体壁厚的设计计算厚度：设计厚度：d=9.8+C2=9.8+1=10.98 mm有效厚度：e=+=9.8+=10mm名义厚度：n=e+C1+C2=10+1+1=12mm4.2.3 夹套筒体长度的计算标准椭圆形封头的容积：，代入数据有则夹套筒体高度为圆整后4.3 夹套封头的设计与计算4.3.1 封头的选型根据设计要求，可选用椭圆形封头，类型为EHA。4.3.2 夹套封头设计参数的确定Pc=2.0MPa，=0.85（双面焊接，局部无损探伤），C1=1mm，C2=1mm在250时16MnR的t=156MPa4.3.3 夹套封头壁厚的设计计算厚度：=9.80mm设计厚度：d=+C2=9.80+1=10.80mm有效厚度：e=+=9.80+=10mm名义厚度：n=e+C1+C2=10+1+1=12mm第五章 反应釜釜体及夹套的压力试验根据图表 五1可知，16MnR在温度为200时的=170MPa,在操作温度250下的t=156MPa,操作时夹套的内压为P=2.0MPa,筒体的内压为Pc=2.8MPa, =0.85因为P=47.99mm圆整为d = 50mm时符合强度条件。第八章 传动装置的选型8.1 传动装置的系统组成反应釜的搅拌器是由传动装置带动，传动装置通常设置在釜顶封头的上部。反应釜的传动装置包括电机、减速器、联轴器、机架、底座和凸缘法兰等。8.2 电机的选取根据设计任务书要求，选用电机YA132S-4,选用轴功率P=5.5kw,轴转速n=1440r/min,功率因数为0.84，效率为85.5，重量为68kg。图8- 18.3 减速器的选取传动比i=1440/11013根据转速以及功率，最终选用BLD摆线针轮行星减速器。其尺寸如下： L1=417mm，l=79mm，l2=45mm，D2=340mm，D3=310mm，D4=270mm，D=55mm，b=16mm，h=59mm，D1=30mm，b1=8mm，h2=33mm图8- 2文献58.4 选取凸缘法兰凸缘法兰一般焊接于罐体封头上，用于连接搅拌传动装置，亦可兼坐安装、维修、检查用孔。凸缘法兰分整天和衬里两种结构形式，密封面分凸面（R）和凹面（M）两种。经过查找文献，选取R型凸缘法兰DN=300mm。具体尺寸如下：单位:mm表8- 1法兰尺寸公称直径DNDKDih30044540028065图8- 3凸缘法缘尺寸文献58.5 选取安装底盖安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。安装底盖的常用形式为RS和LRS型，安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同。形式选取时应注意与凸缘法兰的密封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。所以选用RS型。根据下图图8- 4底盖尺寸文献5选取安装底盖DN=300mm，其尺寸如下表：表8- 2安装底盖尺寸/mm公称直径DN外径D螺柱中心园直径k3004454008.6 选取机架机架是用来支撑减速器和传动轴的。机架有单支点机架和双支点机架两种，本次选用单支点机架，它的尺寸应与减速机底座尺寸相匹配，根据参考文献和上图8- 5，得参数如下：公称直径为300mm，底座外径D1=445mm，螺孔中心圆直径K1=400mm，凹底直径D3=320mm，H=795mm，H1=279mm。8.7 联轴器电机或减速器输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接的。常用的联轴器有弹性块式联轴器、夹壳联轴器和块式弹性联轴器。选取C型凸缘联轴器。根据参考文献【1】表18-38知： d2=60mm，D=170mm，L1=85mm, L2=98mm, L=203mm 许用扭矩975Nm图8- 6文献58.8 反应釜的轴封装置轴封是搅拌设备的一个重要组成部分。其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压和真空状态以及防止反应物料逸出和杂质的渗入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式搅拌为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌色设备由于反应工况复杂，轴的偏摆振动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于搅拌设备上。 根据已知工况，选用填料密封。其主要尺寸为：轴径d=60mm；H=209mm； D1=150mm；D2=104mm；D3=200mm填料规格 10/10mm；法兰螺栓孔 8/f18mm M16；填料箱质量12.41kg。8.9 传动轴根据参考文献【1】表18-37得传动轴参数如下： 传动轴轴径d=60mm，上端轴径d1=45mm，c型下轴径d2=55mm，D型下轴径d2=60mm，伸入反应釜长度L=480mm。图8- 7文献5第九章 固体物料进口的开孔及补强计算9.1 封头开人孔后被削弱的金属面积A的计算由于人孔的开孔直径较大，因此需要进行补强计算，本设计采用等面积补强的设计方法。 釜体上封头开人孔后被削弱的金属面积A为：9.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算9.2.1 封头起补强作用金属面积A1的计算A1=(