化工设备课程设计.doc

化工设备课程设计 题目： 1.8m3带搅拌装置的反应釜设 院 系：化工学院 专业班级：化工08-01班 学 号：2008301570姓 名：吴健指导老师：张茂润前言化工设备课程设计的目的和要求：(1)课程设计的目的 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，综合地分析和解决工程实际问题的能力。当学生完成课程设计后，应达到下列目的：1)通过课程设计，能够将化工设备课程和有关先修课程所学的知识，在设计中综合地加以运用，使学到的知识得到巩固、加深和提高。2)初步培养学生独立进行工程设计的工作能力，树立正确的设计思想，掌提化工容器及设备设计的基本方法和程序，为今后从事工程设计打下良好的基础。3)使学生能够熟悉和运用设计资料，如有关国家（部颁）标准，以完成作为工程技术人员在机械设计方面所必备的基本训练。(2)化工设备课程设计的要求通过课程设计应达到以下要求：1)树立正确的设计思想能够结合生产实际综合地考虑先进、安全、经济、可靠实用等方面的要求，严肃认真地进行设计。2)具有积极主动的学习态度在课程设计中遇到的问题，要随时查阅有关教科书或文献，通过积极思考，提出个人见解尽可能自己解决，不要太多地依靠指导老师帮助解决问题。3)正确处理好几个关系 继承和发展的关系 强调独立思考，并不等于设计者凭空假想，不依靠设计资料和继承前人经验，这样是得不出高质量设计的。对于初学设计的人来说，学会收集、理解、熟悉和使用各种资料，正是培养设计能力的重要方面。因此正确处理好继承和发展条件下的抄、搬、套问题，正是设计能力强的重要表现。 正确使用标准规范 化工设备设计非常强调标准规范。但是并不是限制设计的创造和发展，因此遇到与设计要求有矛盾时，经过必要的手续可以放弃标准而服从设计要求。但非标准件中的参数，一般仍宜按标准选用。学会统筹兼顾、抓主要矛盾) 计算结果要服从结构设计的要求：对初学设计者，最易把设计片面划解为就是理论上的强度、刚度、稳定性等计算，认为这些计算结果不可更改，实际上，对一个合理的设计，这些计算结果只对零件尺寸提供某一个方面的依据。而部件实用尺寸一定要符合结构等方面的要求。) 按几何等式关系计算而得的尺寸，一般不能随意圆整变动；按经验公式得来的尺寸一般应圆整使用。 ) 处理好计算与绘图的关系：设计中要求算、画、选、改同时进行，但零件的尺寸以最后图样确定的为准。对尺寸作出修改后，有时并不一定要求再对零件强度等进行计算，可以据修改幅度、计算准确程度等来判断是否有必要再行计算。课程设计的设计内容设计条件及设计内容分析由设计条件单可知，设计的反应釜容积为2.0m3、操作容积为1.6m3：搅拌装置配置的电动机功率为3.0KW、搅拌轴的转速为85r/min、搅拌浆的形式为框式；加热的方式为用夹套内的导热油进行电加热：装置上设有8个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、12个电加热器套管、1个人孔（或固体物料进口）、1个测控接管。 反应釜设计的内容主要有：（1）釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计（2）夹套的强度、刚度计算和结构设计；（3）设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰；（4）人孔的选型及补强计算；（5）支座选型及验算；（6）视镜的选型；（7）焊缝的结果与尺寸设计；（8）电机、减速机的选型；（9）搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计；（10）选择联轴器；（11）设计机架结构及尺寸；（12）设计底盖结构及尺寸；（13）选择轴封形式；（14）绘总装配图及搅拌轴零件图等。目 录反应釜设计的有关内容.1第一章 反应釜釜体的设计1 1.1釜体DN、PN的确定.1 1.1.1 釜体DN 的确定.1 1.1.2 釜体 PN 的确定.1 1.2釜体筒体壁厚的设计.1 1.2.1 设计参数的确定.1 1.2.2 筒体壁厚的设计.1 1.3釜体封头的设计.2 1.3.1 封头的选型.2 1.3.2 设计参数的确定.2 1.3.3 封头的壁厚的设计.2 1.3.4 封头的直边尺寸、体积及重量的确定.2 1.4筒体长度H的设计.2 1.5外压筒体壁厚的设计.2 1.5.1 设计外压的确定.21.5.2 试差法设计筒体的壁厚.21.6外压封头壁厚的设计.31.6.1设计外压的确定.31.6.2封头壁厚的计算.31.6.3 封头的结构与尺寸.3第二章 反应釜夹套的设计32.1夹套釜体DN、PN的确定.42.1.1夹套釜体的确定.42.1.2夹套釜体的确定.42.2夹套筒体的设计.42.2.1设计参数的确定.42.2.2 夹套筒体壁厚的设计.42.2.3 夹套筒体长度的初步设计42.3夹套封头的设计.42.3.1 封头的选型42.3.2 设计参数的确定42.3.3 封头壁厚的设计52.3.4封头结构与尺寸的确定.52.4传热面积的校核5第三章 反应釜釜体及夹套的压力试验.6 3.1釜体的水压试验63.1.1水压试验压力的确定.63.1.2 液压试验的强度校核63.1.3 压力表的量程、水温及水中浓度的要求63.1.4 水压试验的操作过程63.2釜体的气压试验6 3.2.1 气压试验压力的确定63.2.2 气压试验的强度校核73.2.3 气压试验的操作过程73.3夹套的液压试验.73.3.1 液压试验压力的确定73.3.2 液压试验的强度校核73.3.3 压力表的量程、水温的要求73.3.4 液压试验的操作过程7第四章 反应釜附件的选型及尺寸设计.8 4.1釜体法兰联结结构的设计8 4.1.1法兰的设计.84.1.1.1 法兰的选型、标准代号、材料.84.1.1.2 法兰的结构与主要尺寸.84.1.2 密封面形式的选型84.1.3 垫片的设计84.1.3.1 法兰垫片的选型、材料.84.1.3.2 垫片的结构与尺寸.84.1.4 螺栓、螺母、垫圈的尺寸规格.84.1.4.1 螺栓、螺母、垫圈的选型.84.1.4.2 螺栓、螺母、垫圈的尺寸、标准号.84.1.5螺栓、螺母、垫圈的材料.84.2工艺接管的设计8 4.3管法兰尺寸的设计94.3.1 管法兰的选型94.3.2 管法兰的尺寸.10 4.4垫片尺寸及材质.10 4.5固体物料进口的设计.11 4.6视镜的设计.114.6.1 视镜的选型.114.6.2 视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料.11第五章 搅拌装置的选型与尺寸设计.13 5.1搅拌轴直径的初步计算.135.1.1搅拌轴直径的设计.135.1.2 搅拌轴刚度的校核.135.1.3 搅拌抽临界转速校核计算.135.2联轴器的型式及尺寸的设计.135.2.1 联轴器型式的确定.135.2.2 联轴器的结构及尺寸.135.2.3 联轴节的零件及材料.14 5.3搅拌桨尺寸的设计.145.3.1 框式搅拌桨的结构.145.3.2框式搅拌桨的尺寸.155.4搅拌轴的结构及尺寸的设计.155.4.1 搅拌轴长度的设计155.4.2 搅拌轴的结构16第六章 传动装置的选型与尺寸设计.17 6.1电动机的选型176.2减速器的选型17 6.3机架的设计17 6.4底座的设计18 6.5反应釜的轴封装置设计18第七章 支座的选型及设计.19 7.1支座的选型及尺寸的初步设计197.1.1 悬挂式支座的选型197.1.2 悬挂式支座的尺寸的初步设计197.2支座载荷的校核计算19第八章 焊缝结构的设计.20 8.1釜体上主要焊缝结构的设计20 8.2夹套上的焊缝结构的设计21第九章 固体物料进口的开孔及补强计算.22 9.1封头开固体物料进口后被消弱的金属面积A的计算.229.2有效补强区内起补强作用的金属面积的计算.22 9.2.1 封头起补强作用金属面积的计算.229.2.2 接管起补强作用金属面积的计算.229.2.3 焊缝起补强作用金属面积的计算.229.3判断是否需要补强的依据.22 9.4补强圈的设计.22第十章 反应釜的装配图及部件图.23 反应釜的装配图及部件图见附图1、2鸣谢.23参考文献.23第一章 反应釜釜体的设计1.1 釜体DN、PN的确定1.1.1 釜体DN的确定根据V及L/Di值，将釜体视为圆柱形筒体，可以初步估算筒体内径，且取L/Di=1.1。 由题可知L/Di=1.1 且Di34V/1.12.0835 m3 Di 1.2772m 圆整取DN1200mm1.1.2 釜体PN得确定因操作压力为PW=0.58MPa，查得PN=0.6MPa1.2 釜体筒体壁厚的设计1.2.1 设计参数的确定 取P=1.1PW P=1.1PW=1.10.58=1.10.58(MPa) 液体静压力：由于PL=0.1=0.0132P 则Sn=6mm设计合理。1.6 外压封头壁厚得设计1.6.1 设计外压得确定 PC=0.1MPa1.6.2 封头壁厚得计算设封头的壁厚为Sn=6mm Se=Sn-C=4.75mm对于标准椭球形封头 K=0.9，Ri=KDi=0.91200=1080mmRi/Se=1080/5.75=187.8计算系数A=0.125/(Ri/Se)=6.65610-4 由A=5.496910-4可确定B查表15-7得B=63MPa，E=1.91=1.91105MPa由P=B/(Ri/Se)得P=63 /(1080/4.75)=0.2770Mpa=2.770Kgf/cm2P=1.0Kgf/cm2P=2.770Kgf/cm2假设Sn=6mm合理。1.6.3 封头得结构与尺寸公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m312003251.65520.2545 取内压和外压两者中最大壁厚，即取Sn=6mm。釜体封头的结构与尺寸第二章 反应釜夹套得设计2.1 夹套釜体DN，PN得确定2.1.1 夹套釜体DN得确定 Dj=Di+300=1200+100=1300mm 由于夹套的筒体卷卷焊而成 所以DN=1400mm2.2.2 夹套釜体PN得确定因操作压力为常压 查得PN=0.25MPa2.2 夹套筒体的设计2.2.1 设计参数的确定 因为釜体内反应物浓度与水相近，故按水计算反应物静压，即： P液=1.01039.81.56510-6=0.0153MPa P液不能忽略 PC=P+P液=0.11.1+0.0153=0.1253MPa，t=65，=0.6，C2=1mm C1=0.252.2.2 夹套筒体壁厚的设计设夹套筒体壁厚Sn=3mm 查Q235-B的t=113MPa 且C1=0.25由公式Sd=PCDi/12t-PC+C得Sd=(0.12531400)/(21130.6-0.1253)+1.25=2.545mm圆整Sd=3mm Sn=Sd 因此假设合理由PC=0.1MPa0.3MPa 按强度设计的壁厚不能满足刚度要求，需按刚度条件重新计算Di=1400P+0.1=0.5MPa PT=0.55MPa3.1.2 液压试验的强度校核由得=69.749MPa查表14-4 =203MPa得=69.749MPa0.9=0.92031.0=182.7MPa因此液压强度足够3.1.3 压力表得量程压力表的最大量程：P表=2PT=20.55=1.10MPa水温：t153.1.4 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0.44，保压不低于30，然后将压力缓慢降至0.35 ，并保压足够长时间，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。3.2 釜体的气压试验3.2.1 气压试验压力的确定 由公式PT=1.15P得PT=1.150.441=0.506MPa3.2.2 气压试验的强度校核由公式得=64.169MPa=64.1690.8=0.82031.0=162.4MPa因此气压强度足够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升至0.0506MPa时，保持5min进行初检合格后继续升至0.253 MPa，其后按每级0.0506MPa为级差升至0.506MPa，保持10min，然后降至0.4048 MPa并保持足够长时间同时进行检查，如有泄露，修补后重新进行试验，至合格为止。3.3 夹套的液压试验3.3.1 水压试验压力的确定且不小于(+0.1) ，当1.8时取1.8。PT=1.250.1253=0.1566MPa 因为PTP+0.1=0.2253MPa得PT=0.2253MPa3.3.2 液压试验的强度校核由得=33.31MPa=33.31MPa0.9=0.92350.6=126.9MPa因此强度足够3.3.3 压力表的量程、水温的要求压力表得量程：P表=2PT=20.2253=0.4506MPa水温 t53.3.4 水压试验的操作过程 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2253，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.180，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 设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。4.1.1 法兰的设计（1）法兰的选型：甲型平焊法兰法兰的标准代号：法兰FF1200-0.6 JB/T4701法兰的材料：0Cr18Ni10Ti （2）法兰的结构与尺寸D D1 D2 D3 D4 b d 规格 数量1330 1290 1255 1241 1238 58 23 M20 484.1.2 密封面形式的选型 因为Pg=0.25MPa1.6MPa,介质温度：55 查文献1P331表16-14 知密封面采用光滑面4.1.2 垫片的设计（1） 垫片法兰的选型、材料 垫片选用耐油石棉橡胶垫片，材料为耐油橡胶石棉板（2）垫片的结构与尺寸内径d/mm 外径D/mm 厚度S/mm1200 1240 24.1.4 螺栓、螺母的尺寸规格 （1）螺栓、螺母的选型 六角头螺栓A级 I型六角螺母-A级（2） 螺栓、螺母的尺寸标准号六角头螺栓A级 数量：48螺纹规格 amax emin K（公称） rmin SmaxM20 10 32.95 12.5 0.8 30I型六角螺母-A级（摘自GB/T41-2000 等效ISO4031:1999）螺纹规格 emin mmax mmin Smax Smin 螺距M20 32.95 16.9 30 29.16 2.5螺栓长度的计算：L=2S法兰+S垫片+S螺母=258+3+30+2310%=155.3mm圆整L=155mm4.1.5 螺栓、螺母、垫圈的材料螺栓螺母垫圈A级钢A级钢0Cr18Ni10Ti4.2 工艺接管的设计（1） 水进口采用无缝钢管，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。HG20592 法兰 PL65-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。（3）工艺物料进口采用无缝钢管，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 PL100-0.6 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 PL100-0.6 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 PL80-0.1 RF 20。4.3 管法兰尺寸的设计4.3.1 管法兰的选型 突面板式平焊法兰 代号PL 标准号HG205934.3.2 管法兰的尺寸接管名称公称直径接管外径连 接 尺 寸法兰厚度密封面厚度法兰内径坡口宽度b 安全阀接口、N2接口253210075581141014233工艺物料进口5057140110881441216259水进口5057140110881441216259温度计接口65761601301181441216278冷凝器接口、放料口100108210170144184M16182110水出口5057140110881441216259加热器套管808919015012418416182914.4 垫片尺寸及材质 管道法兰用软垫片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中压石棉橡胶板工艺物料进口RF96612中压石棉橡胶板水进口RF96612中压石棉橡胶板冷凝器接口、放料口RF1521152中压石棉橡胶板水出口RF96612中压石棉橡胶板加热器套管RF132892耐油石棉橡胶板4.5 固体物料进口的设计固体物料进口的尺寸公称压力（）密封面形式公称直径螺栓规格数量0.6MPa突面4004266540495300125M2016总重()2002101082824282084人孔的尺寸件号名称数量材料件号名称数量材料1人孔接管1008销轴1452螺母16259开销口2353螺栓163510垫圈2100HV4法兰11181911轴耳1Q235-A5垫片112轴耳1Q235-AA法兰盖113轴耳1Q235-A7手柄114轴耳1Q235-a4.6 视镜的设计视镜主要用来观察设备内物料及其反应情况，也可以作为页面指示镜。常用的视镜有视镜、带颈视镜和压力容器视镜（分别有带颈和不带颈两种）几种，他们的结构型式见图4.6.1 视镜的选型带颈视镜 JB595-64钢制不锈钢带颈视镜4.6.2 视镜的尺寸和材料视镜的尺寸视镜玻璃双头螺柱数量直径长度150165202302002218801591008M1240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(SJ-6)4压紧环1Q235-A-F2衬 垫2耐酸石棉橡胶板5双头螺柱8Q235-A(GB/T901-1988)3接 缘11Cr18Ni9Ti6螺母16Q235-A(GB/T6170-1986)4.7支座的选型4.7.1支座的选型及尺寸的初步设计 悬挂式支座的选型由于设备外部设置有100的保温层，所以选耳式B型支座，支座数量为4个4.7.2 悬挂式支座的尺寸的初步设计 反应釜总质量的估算：mF=m1+m2+m3+m4+m5 式中：m1釜体的质量（Kg）；m2夹套的质量（Kg）；m3搅拌装置的质量（Kg）m4附件的质量（Kg）；m5保温层的的质量（Kg） 物料总质量的估算：mw=mj+md式中：mj釜体介质的质量（Kg）；md夹套内水的质量（Kg） 反应釜的总质量估算为2000Kg，物料的质量为2484Kg（以水装满釜体和夹套计算）， 装置的总质量：m=mF+mw=2000+2484 =4484（Kg） 每个支座承受的重量Q约为：44849.81/221.9716(KN)根据DN=1200、Q=21.9716KN由文献1附表16-23初选B型耳式支座，支座号为3。B型耳式支座的尺寸(mm)H底板筋板垫板地脚螺栓支座重量2001601051050205125825020083030M248.34.7.3 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：D=1000+26+28+2(205-50)=1632mmGe=15009.81=14715N，m0=4484kg，k=0.83，n=4，p=0，Se=500Q=10-3=4.526KN因为Q=4.526KNQ=60KN，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5.1.1 搅拌轴直径的设计 电机的功率P3.0KW ，搅拌轴的转速n85r/min，材料为45钢 ， 40，剪切弹性模量G8104MPa，许用单位扭转角1.0/m。 由得：（） 利用截面法得： ()由 得： 搅拌轴为实心轴，则： 得=34.799mm取d=40mm5.1.2 搅拌轴刚度校核 得 =0.943744/m=1.0/m 所以圆轴的刚度足够，考虑到搅拌轴与联轴器配合，取d=50mm5.1.3 搅拌轴临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速=85200，故不作临界转速校核计算。5.2 联轴器的型式及尺寸的设计5.2.1 联轴器型式的确定 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：DN 50 HG 5-213-65，结构如图。由文献分别确定联轴节的尺寸和零件及材料，尺寸如表，零件及材料如表。由于联轴节轴孔直径DN=50mm，因此搅拌轴的直径d调整至50mm。5.2.2 联轴器的结构及尺寸立式夹壳联轴节1- 夹壳；2-悬吊环；3-垫圈；4-螺母；5-螺栓夹壳联轴节的尺寸轴孔直径50螺栓数量规格135624290190248366M12*539457010018160.60.45.2.3 联轴节的零件及材料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、右半联轴器ZG-1Cr18Ni9Ti(GB2100)4螺 母0Cr18Ni9Ti(GB/T 6170)2吊 环0Cr18Ni9Ti(GB4385 )5螺 栓A2-50A2-70(GB/T 5782)3垫 圈A-140(GB/T 97.2)5.3 搅拌桨尺寸的设计5.3桨式搅拌桨的结构 桨式搅拌桨的结构如图所示。由文献4表3-1-17确定不锈钢框式搅拌桨的尺寸见表，零件明细表见表。框式搅拌桨的结构1-桨叶 2-横梁 3-筋板 4-连接螺栓 5-螺母 6-穿轴螺栓 7-螺母5.3.2 桨式搅拌桨的尺寸桨式搅拌桨的尺寸化工设计手册(上)表10-18螺栓销螺钉螺孔数量数量85050M124M1211663重量73023735017051203515不大于0.0885.3.3 桨式搅拌桨零件明细表零件明细表件号名称数量材料件号名称数量材料1桨叶21Cr18Ni9Ti5螺母81Cr18Ni9Ti2横梁21Cr18Ni9Ti6穿轴螺栓21Cr18Ni9Ti3筋板41Cr18Ni9Ti7螺母41Cr18Ni4Ti4连接螺栓81Cr18Ni9Ti5.4 搅拌轴的结构及尺寸的设计5.4.1 搅拌轴长度的设计搅拌轴的长度L近似由釜外长度L1、釜内