夹套反应釜-化工设备机械基础课程设计

1、 课程设计夹套反应釜姓名： 许兆东 学号: 班级：过程装备与控制工程12-1班 指导教师：沈健，朱仁胜，于健华 前言 化工设备机械基础化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化下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具有设计钢制的、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，

2、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，通过裸程设计，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

3、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。 准确而迅速的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、清晰地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。目录1. 设计方案的分析和拟定62. 反应釜釜体的设计72.1 罐体和夹套的结构设计72.2 罐体几何尺寸计算72.2.1 确定筒体内径72.2.2 确定封头尺

4、寸72.2.3 确定筒体的厚度Hi82.3 夹套几何尺寸计算82.4 夹套反应釜的强度计算82.4.1 强度计算的原则及依据92.4.2 强度计算（按内压计算）92.4.3 按外压对筒体和封头进行稳定性校核102.4.4 水压试验校核计算113 . 反应釜的搅拌装置123.1 选择搅拌器123.2 搅拌轴设计124 . V带轮设计计算124.1带型选择134.2基本尺寸确定134.3确定V带根数14绪论设计目的：把所学化工设备机械基础及相关知识，在课程设计中综合运用，把化工工艺条件与化工设备设计有机地结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。设计要求：设计时要有较精确的设计内容和步

5、骤，一份设计计算说明书，(设计计算说明书是图纸设计的理论依据，是设计计算的整理和总结，是审核设计的技术文件之一。主要内容有： 1 . 目录； 2 . 设计任务书； 3. 设计方案的分析和拟定； 4. 各部分结构尺寸的确定和设计计算； 5. 设计小结 ； 6. 参考资料。)CAD图纸一张，用A2纸打印。设计内容：设计一台夹套传热式带搅拌反应釜。设计任务书设计参数要求容器内夹套内工作压力 ，MPa设计压力 ，MPa0.20.3工作温度 ，设计温度 ，1003腐蚀情况微弱推荐材料Q235R搅拌器型式推进式搅拌轴转速 ，r/min240轴功率 ，KW3接管表符号公称尺寸DN连接面形式用途A25PL/R

6、F蒸汽入口B65PL/RF加料口C1，2100视镜D25PL/RF温度计管口E25PL/RF压缩空气入口F40PL/RF放料口G25PL/RF冷凝水出口1. 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

7、 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，包括总装图、零件图。（6）编制技术要求，提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。2. 反应釜釜体的设计 反应釜是有罐体和夹套两部分构成，罐体是反应的核心，为物料完成搅拌过程提供一个空间。夹套为反应的操作温度提供保障，是一个套在罐体外的密封空间容器。2.1 罐体和夹套的结构设计罐体采用立式的圆筒形容器，有筒体和封头构成。

8、通过支座安装在基础平台上。封头一般采用椭圆形封头。由于筒体内径Di1500mm，因此下封头与筒体的连接采用焊接连接。而为了拆卸清洗方便，上封头采用法兰与筒体连接。2.2 罐体几何尺寸计算 2.2.1 确定筒体内径 一般有工艺条件给定容积V、筒体内径D1估算： 式中i为长径比即： ，由表4-2选取。根据题意取i=1.1，已知V=2.4,则=1405mm, 将的D1圆整到公称直径系列，则D1=1400mm表4-2：种类设备内燃料类型i一般搅拌釜液-固相，液-液相物料11.3气-液相物料12发酵罐1.72.5 2.2.2 确定封头尺寸 椭圆封头选取标准件，它的内径与筒体内径相同，标准椭圆封头尺寸见

9、附表4-2.即Di=D1=1400mm总深度 H =375mm 内表面积A=2.2346m2 容积V=0.3977m3 2.2.3 确定筒体的厚度Hi 反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度按下式计算并进行圆整：=( V)/ 式中 -封头容积：0.3977m3 -1m高筒体容积： =1.539 m3 /m 得 = (2.4-0.3977)/1.539=1.301m圆整后的=1.3m=1300mm按筒高圆整后修正实际容积： V= + =1.539*1.3+0.3977=2.3984=F 其中 F筒=H2 F1m 故 F封F筒 =2.23464.401.1=6.63463罐内

10、不需要设置其他传热装置。2.4 夹套反应釜的强度计算 夹套反应釜几何尺寸确定后，要根据已知的公称直径，设计压力和设计温度进行强度计算确定罐体及夹套的筒体和封头的厚度。2.4.1 强度计算的原则及依据 强度计算中各参数的选取及计算，均应符合GB150-1998钢制压力容器的规定。圆筒为正压外带夹套时：当圆筒的公称直径DN=600时，被夹套包围部分的圆筒分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值，其余部分按内压圆筒设计。2.4.2 强度计算（按内压计算）罐体和夹套材料选用20R，设计温度t1=60（罐体内），t2=100（夹套内），设计压力 = 0.2（罐体内）， = 0.3（夹套内）。液柱静压力

11、P1H=10-6gh=10-6*1.0*9.8*1400=0.014Mpa罐体计算压力P1C=P1+P1H=0.2+0.014=0.214 Mpa夹套内介质为水蒸气，故其液柱静压力可以忽略不计，则夹套的计算压力为焊接接头系数为查表可知设计温度下，20R的许用应力为,按内压计算筒体的计算厚度 ：夹套的计算厚度 ：筒体封头计算厚度：夹套封头计算厚度： 取钢板厚度负偏差C1=0.6mm，由于双面腐蚀且微腐蚀，故腐蚀余量，取最小厚度作为计算厚度 罐体筒体的设计厚度，罐体封头的设计厚度夹套筒体的设计厚度，夹套封头的设计厚度则罐体筒体的名义厚度 夹套筒体的名义厚度 罐体封头的名义厚度 夹套封头的名义厚度

12、2.4.3 按外压对筒体和封头进行稳定性校核 1.由强度计算可得罐体名义厚度 查表得4.5-5.5是钢板的厚度负偏差则罐体筒体外径 筒体计算长度 系数计算 当时，查的A=0.许用外压所以5mm的钢板不能用。 2.假设名义厚度为，由表可知 ，则则罐体的有效厚度 罐体筒体外径 此时筒体的计算长度 系数计算 由表可知 时对应的A=0.0006MPa， B=83MPa故许用外压 故容器稳定性满足要求 3.假设罐体封头的名义厚度，则罐体封头的有效厚度 罐体封头外径 标准椭圆封头当量球壳半径 系数计算 当时由表得B=98MPa许用外压 故椭圆形封头满足稳定性要求罐体封头的最小厚度满足要求2.4.4 水压试

13、验校核计算 夹套反应釜应对罐体和夹套分别进行水压试验，并校核圆筒应力T筒体材料为Q235-A，该材料有=235，取=0.85，则罐体筒体水压试验压力 夹套筒体水压试验压力 罐体内筒水压试验时壁内应力： 夹套内压试验应力：水压试验安全3 . 反应釜的搅拌装置3.1 选择搅拌器推进式搅拌器，搅拌器之径与罐体内径之比，取查表，有 键槽b=12 t=43.6 H=65质量 3.62 3.2 搅拌轴设计 搅拌轴的机械设计内容同一般传动轴，主要是结构设计和强度校核搅拌轴的材料：选用 45钢 选用电机Y160M-8，4kw轴转速=250，查表A=115，则考虑到开键槽轴扩大10%，则d=31.86mm40mm故d=40满足要求 4 . V带轮设计计算4.1带型选择传动的额定功率p=4kw小皮带轮转速为电机转速大皮带轮转速为已知搅拌轴转速工况系数查表有=1.3设计功率根据和，选取A型带4.2基本尺寸确定速比i=3初选小皮带轮