化工设备机械基础课程设计说明书.doc

化工设备机械基础课程设计说明书 题 目： 换热式反应釜的机械设计 学 院： 化学工程学院 专 业： 环境工程 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成日期：2012年1月11日摘 要化工设备机械基础是针对化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化学设备的机械知识和设计能力的要求而编写的。通过此课程的学习，是通过学习使同学掌握基本的设计理论并且具有设计钢制典型的中、低、常压化工容器的设计和必要的机械基础知识。 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，是学生体察工程实际问题复杂性，学习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 录换热式反应釜的设计任务及设计要求第一章 夹套反应釜设计要求第二章 夹套反应釜设计思想的确定第三章 反应釜釜体的计算3.1罐体几何尺寸计算3.2夹套几何尺寸的计算3.3 釜体筒体壁厚的设计 3.4 夹套厚度计算3.5筒体和封头强度校核3.6反应釜釜体及夹套的压力试验第四章 筒体和夹套的设计 4.1筒体和夹套的尺寸计算4.2夹套反应釜的强度计4.3 稳定性校核4.4 水压试验校核第五章 设备零部件的配备5.1反应釜的传动装置5.2 常用电机及其连接5.3 釜用减速机类型，标准及其选用5.4 凸缘法兰5.5 安装底盖5.6 机架5.7 联轴器5.8 反应釜的轴封装置5.9 反应釜的其他附件第六章 结语参考文献（一）设计任务1. 设备名称：换热式反应釜。2. 操作容积：2m33. 设计压力：釜内0.2MPa4. 设计温度：釜内=F 其中 F筒=H2 F1m 故 F封F筒 =2.23464.401.04=7.07=7所以换热要求满足。3.3 釜体筒体壁厚的设计3.3.1设计参数的确定由参考文献董大勤版化工设备机械基础表8-10取焊缝系数： 0.85然后由设计说明书得；罐体内设计压力：0.2MPa夹套内设计压力：0.3MPa液体静压=0.014计算压力 =0.214 =0.3设计温度：罐体内60,夹套内100；焊缝系数： 0.85；设计温度下材料许用应力：根据材料20R、设计温度100133；钢板负偏差：0.6 （按钢板厚度6）腐蚀裕量：2.0（双面腐蚀）。取最小壁厚作为计算壁厚。3.3.2 夹套封头厚度计算罐体筒体计算厚度=1.33夹套筒体计算厚度=1.99罐体封头计算厚度=1.33夹套封头计算厚度=1.993.4 夹套厚度计算 3.4.1夹套筒体部分厚度计算由 P c 2=0.3Mpa T c 2=100 133 =0.85负偏差 C1=0.5mm腐蚀裕量 C2=1.5mm则 Sn2=10mm3.4.2夹套封头厚度计算 同理 ： 则 Sn2=10mm3.5筒体和封头强度校核（1）筒体图算法 Sn=5mm D0=Di+2Sn=1410mm 则 L/D0=14001410=0.863 查图5-5得 A=0.00012计算许应外压力p p=B/( D0/Se)=0.0280.3Mpa所以 p0.3Mpa所以 p= pc 故筒体厚度取10mm (2)外压封头强度计算设封头的厚度 Sn=10mm 计算有效厚度Se=Sn-C=7.2mmD0 =Di+2Sn=1420mmR0 =0.91428=1278mm 计算系数A=0.0007 查参考文献1中图5-8 T=7按式（4-5）校核4.2夹套反应釜的强度计（按外压计算罐体及夹套厚度）步骤项目及代号参数及结果备注2-1设备材料20R据工艺条件确定2-2设计压力(罐体内) 0.2由工艺条件给定2-3设计压力(夹套内) 0.3由工艺条件给定2-4设计温度(罐体内) 0.3按参考文献1第九章计算稳定性满足要求3-31罐体封头最小厚度2.1,满足要求4.4 水压试验校核序号项目及代号参数及结果备注4-1罐体试验压力0.25按参考文献1第十五章计算4-2夹套水压试验压力0.432按参考文献1第十五章计算4-3材料屈服应力点245按参考文献1第八章计算4-4187.4按参考文献1第十五章计算4-5罐体圆筒应力28.3179.8按参考文献1第十五章计算4-6夹套内压试验应力45.22179.8按参考文献1第十五章计算第五章 设备零部件的配备5.1反应釜的传动装置 反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置设置在釜顶封头的上部，其设计内容一般包括：电机；减速机的选型；选择联轴器；选用和设计机架和底座等。5.2 常用电机及其连接设备选用电机主要是考虑到它的系列，功率，转速，以及安装形式和防爆要求等几项内容。最常用的为Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机。电机功率必须满足搅拌器运轴功率与传动系统，轴封系统功率损失的要求，还要考虑到又时在搅拌过程操造作中会出现不利条件造成功率过大。 根据工艺条件Pd=1.4KW查附表E-2 选取电动机型号为：功率Y132S-8 额定功率为2.2KW, 转速为710r/min , 效率为81。5.3 釜用减速机类型，标准及其选用 反应釜的立式减速机的选用根据：轴转速 n=200r/min 电机功率为4KW 搅拌轴扭矩T=66.85 n.m查表 4-10 可选 ：FP系列带传动减速机，标准代号为HGT 3139.11 5.4 凸缘法兰凸缘法兰一般焊接于搅拌器封头上，用于连接搅拌传动装置。设计采用R型突面凸缘法兰，其形式见附图4-4，其尺寸有附表4-6查找。选择R型突面凸缘法兰，其尺寸如下：DN=400mm d1=410mm d2=565mm k=515mm d3=430mm d4=455mm5.5 安装底盖安装底盖采用螺栓等紧固件，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。设计选取了RS型安装底盖。其主要尺寸查图4-15和附表4-7 和4-8，内容如下(单位：mm)：DN=400, d2=565 k=515 d5=16-26 d6=415 s=50 d9=176 k2=210 d10=8-M16 5.6 机架机架是安装减速机用的，它的尺寸应与减速机底座尺寸相匹配。其选用类型有三种，本次选用无支点机架。常用的无支点机架见附图5-1，尺寸见附表5-6.选用WJ90型无支点机架，H1=40mm H2=25 H3=7 H4=8 D1=400 D2=450 D3=490 D4=430 D5=515 D6 =565 H=660 5.7 联轴器常用的电机和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，都是通过联轴器连接的。常用的类型很多，选取刚性凸缘联轴器。5.8 反应釜的轴封装置轴封式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物料溢出和杂质的掺入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于反应工况复杂，轴的偏摆震动大，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。反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种形式。他们都有标准，设计时可根据要求直接选用。这次设计选用机械轴封。机械轴封是一种功耗小，泄露率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封。主要用于腐蚀、易燃、易爆、剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备。由于机械轴封的结构形式很多。且大都有标准。附图5-9和附表5-15给出了202型标准机械密封结构及尺寸。5.9 反应釜的其他附件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/T 4725-92）分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支撑在楼板上时选用B型，否则选择A型。设计中选取B型，支座数为4个。2.人孔人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。设备的直径大于900mm，应开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形两种。圆形人孔制造方便。应用较为广泛。人孔的大小及位置应以人进出设备方便为原则，对于反应釜，还要考虑搅拌器的尺寸，一便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。其主要尺寸见附表4-11 ，型式见附图4-11.密封面型式：突面（RF型） 公称压力：1.0Mpa 公称直径 ：DN=400mm3. 设备接口化工容器及设备，往往由于工艺操作等原因，在筒体和封头上需要开一些各种用途的孔。接管和法兰是用来与管道和其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是公称直径和公称压力。管子的公称直径和与钢管的外径的关系见表4-13.接管的伸长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm。液体出料管的设计主要从无聊易放尽、阻力小和不易堵塞等原因考虑。另外还要考虑温差应力的影响。第六章 结语在为期两周的设计里（12月31号开始到1月13号结束），在此设计过程当中首先要感谢老师，在这次课程设计中给予我们的指导，由于是初次做化工设备机械设备课程设计，所以，在设计整个过程中难免遇到这样那样的难题不知该如何处理，幸好有老师耐心教诲，给予我们及时必要的指导，在此向老师表达最诚挚的感谢！课程设计不同于书本理论知识学习，有些问题是实际实践过程中无法用理论推导的，因此不免过程中有很多困难，但通过与同学的交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在钟老师的指导帮助下，问题得到很好的解决。这让我深深意识到自己知识体系的漏洞，但同时也深刻体会到同学间的团结互助的精神。本次设计主要分为四个阶段：准备阶段；设计阶段，化工设备的机械设计是在设备的工艺设计后进行的。根据设备的工艺条件，围绕着设备内，外附件的选型进行机械结构设计，围绕着确定的厚度大小进行强度，刚度和稳定性的设计和校核计算。然后绘制装配图，边算、边选、边画、边改，来完成；设计计算说明书