夹套反应釜的设计

1、化工设备机械基础课程设计 夹套反应釜的设计 六盘水师范学院化学与化学工程系课程设计任务书设计题目：夹套反应釜的设计设计内容：1.夹套反应釜主要工艺尺寸的计算3.搅拌器、传动装置、轴封装置选型2.标准化零、部件选型及补强计算4.绘制夹套反应釜总装配图 化学与化学工程 系 化学工程与工艺 专业 01 班学生姓名 # 学号 13410# 设计日期 2015.6. 29 至 2015.7. 4 设计指导教师(签名) 2015年 7月 日1.设计任务设计一夹套反应釜。设计参数及要求见下表。设计参数及要求容器内夹套内工作压力/MPa设计压力/MPa0.80.6工作温度/设计温度/120150介质染料及有机

2、溶剂冷却水或蒸汽全容积/m36.0操作容积/m35.5传热面积/m27腐蚀情况微弱推荐材料Q235-B搅拌器型式桨式搅拌轴转速/（r/min）60轴功率/kW2.0长径比1.22.设计项目1) 罐体和夹套的设计包括：罐体和夹套的结构设计、罐体及夹套几何尺寸计算、夹套反应釜的强度计算、人孔、接口管等。2) 反应釜搅拌器的选型及计算包括：反应釜搅拌器选型及主要尺寸确定、挡板的安装方式确定等。3）反应釜的传动装置选型及计算包括：电动机选型、减速机选用、机架选型、搅拌轴的材料、轴径及强度计算等。4）轴封装置选型及计算填料密封与机械密封结构及主要尺寸确定。5) 标准化零、部件选择及补强计算。包括：（1）

3、人孔选型：PN,DN,标记或代号。补强计算。（2）接管及法兰选型：根据结构选型统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。（3）其它标准件选型。6) 绘制夹套反应釜总装配图(1号)；3.设计要求1）计算单位一律采用国际单位；2）计算过程及说明应清楚；3）所有标准件均要写明标记或代号；4）设计计算书目录要有序号、内容、页码；5）设计计算书中与装配图中的数据一致。若装配图中有修改，在说明书中要注明变更；6）书写工整，字迹清晰，层次分明；7）设计计算书要有封面和封底，均采用A4纸，装订成册。4.设计说明书的内容1）符号说明2）前言（1）设计条件；（2）设计依

4、据；（3）设备结构形式概述。3）材料选择（1）选择材料的原则；（2）确定各零、部件的材质。4）罐体、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置主要工艺尺寸的计算、选型5）标准化零、部件选型及补强计算（1）接管及法兰选型：统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。（2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。（3）其它标准件选择。6）结束语对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。7）谢辞8）主要参考资料主要参考文献1.谭蔚.化工设备设计基础M.天津：天津大学出版社，20082.朱思明. 化工设备机械基础M.上海：华东化工学院出版社，19923.贺匡国.化

5、工容器及设备简明设计手册M，北京：劳动人事出版社，19874.施云海.化工热力学M，上海：华东理工大学出版社，19885.钢制压力容器GB150-1998化工设备机械基础课程设计指导书一 课程设计的目的、意义化工设备机械基础课程设计是学生学完化工设备机械基础课程后，培养学生设计能力的重要教学环节。它除了要求学生具备一定的理论知识外，更注重和强调运用所学知识分析和解决实际问题的能力。设备设计基础课程是高等工科院校必不可少的一门应用型技术基础课程，重在培养学生的认知能力、应用能力和创新能力，具有理论性和实践性很强的特点，是学习专业课程和从事机械类技术工作的必备基础。设备设计基础课程设计是该课程的最

6、后一个教学环节，也是机械基础系列课程全部结束后的一次综合性、实践性教学环节。按照机械基础系列课程要求，设备设计基础课程设计应以设计为主线，突出工程意识、创新意识与综合设计能力，并将此作为课程体系的总体思路。设备设计课程设计的教学目标是使学生具备较宽厚的专业基础知识，较扎实的机械创新设计综合能力和较高的综合素质。二 教学内容及基本要求1） 总体结构设计包括：筒体、封头、夹套、支座、搅拌类型、传动形式、轴封和各种附件等。2） 容器的设计包括：根据工艺参数确定各部分几何尺寸；考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；对罐体、夹套等进行强度和稳定性计算、校核。 3）搅拌器设计 包括：根据搅拌器类型

7、确定相关位置和尺寸。 4）传动系统设计 包括：选择电动机、确定传动类型、选择减速机、联轴器、机座及底座设计等。 5）轴封装置选择及尺寸确定 包括：选择并确定轴封及相关零部件。6）标准化零、部件选择及补强计算包括：（1）人孔选型：PN,DN,标记或代号；补强计算。 （2）接管及法兰选型：根据结构选型统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途）；补强计算。（3）其它标准件选型。7）绘制夹套反应釜总装备图(1号)：工艺尺寸、接管管口方位图、操作条件及接管表等。8）对本设计的评述9）设计说明书内容包括：设计任务、目录、主要工艺尺寸计算及标准化零、部件选型及补强计算、设计评

8、述、参考资料。三 化工设备设计基础课程设计说明书格式化工设备设计基础课程设计报告由说明书和图纸组成，说明书应包括以下内容：1）标题页(封面)2）设计任务书、指导书3）目录4）夹套反应釜主要工艺尺寸计算、搅拌器选型计算、传动系统设计、轴封装置选择及尺寸确定5）标准化零、部件选择及补强计算6）设计结果概要或设计一览表7）对本设计的评述8）附图(夹套反应釜总装配图：1号)9）参考文献四 学时分配1. 查阅文献，拟定设计路线，作设备结构设计及主要工艺尺寸计算 1天 2. 搅拌器、传动装置、轴封装置、标准化零、部件选型及补强计算 1天3. 编写说明书，具体按照上面(三)的要求认真书写，说明书应留有备注栏

9、(约4cm)，分量在15页以上，并装订成册 1天 4.绘制夹套反应釜总装配图(2号) 2天5.答辩，进行随即抽答，答辩完后上交说明书和图纸 1天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

10、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。 准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。根据反应釜的使用，考虑当地气候条件和地理位置目录1设计方案的分析和拟定11.1 设计条件12 反应釜釜体的设计33材料选择33.1罐体和夹套的结构设计33.2 罐体几何尺寸计算33.2.1确定筒体内径及公称直径

11、33.2.2确定夹套筒体高度43.2.3校核传热面积43.2.4计算筒体、封头厚度43.2.5按外压校核罐体厚度63.2.6 水压试验校核74搅拌器、传动装置、轴封装置的选型84.1反应釜的搅拌装置84.1.1 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计84.1.2 搅拌轴设计84.2反应釜的传动装置94.3联轴器94.3.1反应釜的轴封装置105标准化零、部件选型、补强计算及其它标准件选择115.1 常用电机及其连接115.2 釜用减速机类型，标准及其选用115.3 凸缘法兰115.4 安装底盖125.5 机架125.6 反应釜的其他附件125.6.1 支座125.6.2人孔135.6.3 设备

12、接口13结束语14符号说明15谢辞16附录17主要参考文献201设计方案的分析和拟定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。本次设计是关于反应釜的设计，在老师给定的相关条件下，充分利用课堂上学到的理论知识发散思维、扩宽视野使之能更好的联系实际的生产，在实际的操作中我们应考虑的问题非常多，比如说：釜体容积、容器的受压情况、操作的压力、操作的温度等等。充分考虑上述条件的同时设计出符合标准的夹套反应釜。这样不仅使我们所学的理论知识的到进一步的提高，也使我们可以了解到更多的实际生产中

13、应该注意的问题，使我们收益匪浅。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。1.1 设计条件设计条件，应根据设计任务提供原始数据和工艺要求进行设计，即首先满足工艺设计条件。设计条件常用设计条件图表示，主要包括简图，设计条件等内容。简图示意地画出了容器的主体，主要内件的形状，部分结构尺寸，支座形势及其他需要表达的内容。课程设计的依据是根据GB150199

14、8钢制压力容器标准。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。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

15、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。3材料选择（1）选择材料的原则；（2）确定各零、部件的材质。（3）罐体、夹套、主要工艺尺寸的计算3.1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。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Di1800mm，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。夹套型式与罐体大致一致。3.2 罐体几何尺寸计算3.2.1确定筒体内径及公称直径一般有工艺条件给定全容积V=6.0，操作容积=5.5，长径比即：=1.1，由表4-2选取。筒体内径Di 估算： =1.9079

16、 m将Di 圆整到公称直径系列，则DN=Di =1800 mm。3.2.2确定夹套筒体高度1m高的容积=2.545 （按表D-1选取），罐体封头容积封=0.8270 （按表D-2选取）。罐体筒体高度=（封）/=(6-0.8270) /2.545=2.033 m。圆整罐体筒体高度=2200 mm。实际容积封=2.545*2.2+0.827=6.426 夹套筒体内径=+100=1800+100=1900 mm。装料系数=5.5/6=0.91（按=0.60.85选取），所以取=0.85。夹套筒体高度（-封）/=（0.85*6.426-0.827）/2.545=1.82 m 圆整夹套筒体高度=1900

17、 mm3.2.3校核传热面积罐体封头表面积封=3.6535 （查表D-2，DN=1800）1m高筒体内表面积=5.66 （查表D-1，DN=1800）实际总传热面积F=*+封=5.66*1.9+3.6535=14.4 73.2.4计算筒体、封头厚度设备材料选取Q235-B，罐体内液柱静压力= gh=0.022 MPa罐体内压力=+=0.6+0.022=0.622 MPa夹套内液柱静压力=0 MPa夹套内压力=0.8 MPa罐体及夹套焊接连接头系数=0.85（按参考文献1表9-6选取，局部无损探伤）设计温度下材料的许用应力=113 MPa罐体筒体厚度=5.847 mm夹套筒体厚度=7.945 m

18、m罐体封头厚度=5.837 mm夹套封头厚度=7.929 mm取最小厚度作为计算厚度=9 mm按双面腐蚀取腐蚀裕量C2=2.0 mm罐体筒体设计厚度=+ C2=9+2=11 mm夹套筒体设计厚度=+ C2=9+2=11 mm罐体封头设计厚度=+ C2=9+2=11 mm夹套封头设计厚度=+ C2=9+2=11 mm钢板厚度负偏差C1=0.8 mm罐体筒体名义厚度=11 mm夹套筒体名义厚度=11 mm罐体封头名义厚度=11 mm夹套封头名义厚度=11 mm3.2.5按外压校核罐体厚度根据以上计算结果假设罐体筒体名义厚度=11 mm厚度附加量C=C1+C2=0.8+2=2.8 mm罐体筒体有效厚

19、度=-C=11-2.8=8.2 mm罐体筒体外径=+2=1800+2*11=1822 mm筒体长度=1900+*1800=2050 mm系数=2050/1822=1.125系数=1822/8.2=222.19由参考文献1图11-5查得，系数A=0.00035系数B -因此许用外压0.21 MPa0.8，不满足要求。重设名义厚度=18 mm罐体筒体有效厚度=-C=18-2.8=15.2 mm罐体筒体外径=+2=1800+2*18=1836 mm筒体长度=1900+*1800=2050 mm系数=2050/1836=1.1165系数=1822/8.2=120.78由参考文献1图11-5查得，系数A

20、=0.0009系数B -许用外压 =0.9935 MPa 0.8，满足要求。假设罐体封头名义厚度=18 mm罐体封头钢板厚度负偏差C1=0.8 mm罐体封头厚度附加量C=C1+C2=0.8+2=2.8 mm罐体封头有效厚度=-C=18-2.8=15.2 mm罐体封头外径=+2=1800+2*18=1836 mm标准椭圆封头当量球壳外半径=0.9=0.9*1836=1652.4 mm系数A=0.125/(/)=0.125/(1652.4/15.2)=0.由参考文献1图11-8查得系数B=130许用外压(/)=130/（1652.4/15.2）=1.19 MPa0.8，满足要求。罐体封头最小厚度0

21、.15%=0.15%*1800=2.7 mm，满足要求。 3.2.6 水压试验校核罐体试验压力=1.25*0.6=0.75 MPa夹套水压试验压力=1.25*0.8=1 MPa材料Q235-B屈服点应力=235 MPa=0.9*0.8*235=179.77 MPa罐体圆筒应力=44.78179.77 MPa，罐体水压试验强度足够夹套内压试验应力=63179.77 MPa，夹套水压试验强度足够4搅拌器、传动装置、轴封装置的选型4.1反应釜的搅拌装置搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。搅拌器的形式很多，根据任务说明书的要求，本次设计采用的是浆式搅拌器。其机械设计的主要内容是：确定搅拌器直径、搅拌器与

22、搅拌轴的连接结构。、进行搅拌轴的强度设计和临界转速校核、选择轴的支撑结构。由表4-4 查的D1/DJ取1.25：12：1 H0/DJ=1:12:1由实际情况取D1/DJ=1.5：1 H0/DJ=1:1则： 搅拌器直径 DJ=900mm 液面高度： H0=900mm4.1.1 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计 桨式搅拌器结构如图4-7所示，其桨叶为两叶。轴转速为50r/min ,采用双层桨安装。搅拌器与轴的连接常用螺栓对夹。器主要尺寸有表4-5查的： dJ=900mm d=50mm螺栓：d0 :M16 数量 4 螺钉：d1 :M16 数量 1 S=16 b=90 c=150 m=110 f

23、=45 e=5 4.1.2 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（1） 搅拌轴的材料：选用 Q 235-A（2） 搅拌轴的结构：用实心直轴，因是连接的为桨式搅拌器，故采用光轴即可。（3） 搅拌轴强度校核 轴扭转的强度条件是： （参考文献1.公式9-5） 对Q235-A k=1220Mpa 对实心轴 Wp=d3/16=24531mm3 T=9.55106 p/n=Nmm 则： 故 d=50mm 强度足够（1） 搅拌轴的形位公差和表面粗糙度的要求： 一般搅拌轴要求运转平稳，为防止轴的弯曲对轴封处的不利影响，因此轴安装和加工要控制轴的直度。 当转速 n16-40375

24、22511311310799918375Q235-C（热轧）3-16375235125125125116104958679Q235-C（热轧）16-4037522512512511911010192837720R（热轧或正火）6-16400245133133132123110101928683614116-3640023513313212611610495867978614138-6040022513312611911010192837775614160-1003902051281151101039284777168614116MnR（热轧或正火）6-1651034517017017017015614413412593664316-3649032516316316315914713412511993664338-6047030515715715715013812511610993664360-10046028515315315014112811610910393664315MnVR（热轧或正火）6-855039018318318