化工设备机械基础课程设计-夹套反应釜

1、课程设计- - -广州大学化学化工学院本科学生化工设备机械基础课程设计实验课程化工设备机械基础课程设计实验项目夹套反应釜设计专业班级学号姓名指导教师及职称开课学期2013至2014学年第一学期时间2014年1月6日1月17日夹套反应釜设计任务书设计者姓名:班级：学号指导老师姓名：日期：2014年01月10号一、设计内容设计一台夹套传热式的反应釜二、设计参数和技术特性指标简图与说明比例设计参数及其要求容器内夹套内工作压力/MPa设计压力/MPa0.20.4工作温度厂C设计温度/c110150介质染料及有溶剂冷却水或烝汽全容积/m35操作容积/m34传热面积/m29腐蚀情况微弱推荐材料Q235B(

2、316)搅拌器型式桨式搅拌轴转速/(r/min)50轴功率/kW1.4条件内容修改接管表修改标记修改内容签字日期符号公称尺寸DN连接面型式用途A25RF蒸汽入口B100RF加料口C100RF视镜D25RF温度计接口单位名称E25RF压缩空气接口工程名称F80RF加料口设计项目G25RF冷凝水出口条件标号H设备图号M位号/台数N提出人日期备注三、设计要求1、进行罐体和夹套设计计算。2、选择支座形式并进行计算。3、选择接管、管法兰、设备法兰、手孔、视镜等容器附件4、绘总装配图参考图见插页附图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

3、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

4、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：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。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。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、清晰地图标来表达自己的设计思想和计算结果。

5、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。TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark34 概述5第一章罐体和夹套的设计61、罐体和夹套的结构设计62、罐体的几何尺寸6（1）确定筒体内径6（2）确定封头尺寸6（3）确定筒体高度63、夹套的几何尺寸7（1）确定夹套内径7（2）确定夹套高度74、夹套反应釜的强度计算8（1）强度计算的原则及依据8（2）按内压对筒体和封头进行强度计算8（3）按外压对筒体和封头进行

6、强度校核9（4）水压试验校核计算105、夹套反应釜设计计算数据一览表10（1）几何尺寸10（2）强度计算11（3）稳定性校核（按外压校核厚度）12（4）水压试验校核13 HYPERLINK l bookmark52 第二章反应釜其它附件141、支座142、手孔和人孔153、设备接口15（1）设备法兰15（2）接管和管法兰16（3）补强圈16（4）液料出料管和过夹套的物料进出口164、视镜17 HYPERLINK l bookmark58 参考文献18课程设计课程设计- -/19- -/19概述本设计根据化工设备的机械理论知识，参照给顶工艺参数，科学合理地设计出符合要求的夹套反应釜，其涉及的内容

7、如下：（1）总体结构设计根据工艺要求并考虑制造、安装和维护检修的方便，确定各部分结构形式，如封头型式、传热面积、搅拌类型、传动形式、轴封和各种附件的结构形式。（2）容器的设计其主要内容有：a）根据工艺参数确定各部分几何尺寸；b）考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；c）对罐体、夹套等进行强度和稳定性计算、校核；（3）相关附件的选择包括视镜、法兰手孔和人孔。（4）绘图包括装配图、部件图和零件图。如标准零件、部件，写出标准号及标记，不必绘图。（5）编制技术要求提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。采用标准技术条件标注文号。本设备按照GB1501998钢制压力容器进行制造、实验和验收，并接

8、受国家质量技术监督局颁发的压力容器安全技术监督规程的监督。焊接采用电弧焊。3焊接接头型式及尺寸处图中注明外，按GB98588规定；角焊缝的腰高按薄板的厚度；法兰焊接按相应的法兰的标准中的规定。4筒体、封头及其相连接的对接焊接接头应进行X射线探伤检查，检测长度不得少于各条焊接接头长度的20%,且不小于250mm,III级为合格。5设备制造完毕后，设备内以0.55Mpa（表压）进行水压试验，合格后焊接夹套，夹套以0.65Mpa（表压）进行水压试验。6设备上凸缘与安装底座的连接表面，应在组焊后加工。7设备组装后，在搅拌轴上端轴封处测定轴的径向摆动量不得大于0.5mm，搅拌轴轴向窜动量不得大3mm。8

9、.设备组装后，低于临界转速时，先运转十五分钟后，以水代料，并使设备内达到工作压力；超过临界转速时，直接以水代料，严禁空远转，并使设备内达到工作压力，进行试运转，时间不少一小时。在运转过程中，不得有不正常的噪音和振动灯不良现象。10.管口及支座方位按本图（或管口及支座方位见管口方位图）第一章罐体和夹套的设计1、罐体和夹套的结构设计罐体一般是立式圆筒形容器，有顶盖、筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。罐底通常为椭圆形封头，对于常压或操作压力不大而直径较大的设备，顶盖可采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢制的横梁，用以支承搅拌器及其传动装置。顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种筒体内径

10、DWlOOOmm，宜采用可拆连接。当要求可拆时做成法兰连接。夹套的形式与罐体相同。2、罐体几何尺寸计算（1）、确定筒体内径将釜体视为圆柱形筒体，一般由工艺条件给定容积V、筒体内径。按式1估算:式中V工艺条件给定容积，m3；i长径比，i=H1/D1=1.1（按物料的类型选取，见表1）当D估算值圆整到公称直径系列，见附表D-1。取D=1700mm表1种类设备内物料类型I一般搅拌釜液-固相或液-液相物料11.3气-液相物料12发酵罐类1.72.5（2）、确定封头尺寸封头选用椭圆封头，型号是JB/T4746-2002公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m3直边高度h/mm17004

11、503.26620.699925（3）、确定筒体高度立式反应釜釜体的容积通常是指圆柱形筒体和下封头包含的容积，即：V=V+V。筒封DN=1800mm时，查表得V=0.6999m3,V=2.270m3封1m=-0.6999)/2.270=l.894m=1的4也榊式2式中V一封头容积（见附表D-2），m3；封V1m一一1米高的筒体容积（见附表D-1），m3/m。当筒体高度确定后，应按圆整后的筒体高度修正实际容积，则圆整后的釜体高度H1=1900mm。丫VV|,口UN勺.1卩.川式3式中V封一一封头容积（见附表D-2）,m3；V1m1米高筒体容积（见附表D-1），m3/m。H1一一圆整后的筒体高度,

12、m。3、夹套几何尺寸计算（1）夹套内径夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构。夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套的内径D2可根据筒体内径D1选取D2=D1+100=1800mm表2夹套直径D2（mm）D1500600700180020003000D2D1+50D1+100D1+200夹套下封头型式同罐体封头，其直径D2与夹套筒体相同。（2）夹套高度夹套高H2由传热面积决定，不能低于料液高。通常由工艺给定装料系数n，或根据已知操作容积和全容积进行计算，即n=操作容积/全容积。装料系数r没有给定，则应合理选用装料系数“的值，尽量提高设备利用率。通常取“=0.60.85。如物料在反应过程

13、中要起泡或呈沸腾状态，应取低值，耳=0.60.7；如物料反应平稳或物料粘度较大时，巧应取大值，=0.80.85所以取0.8。夹套高H2按下式估算。H2=们V-V封）/V1m=（0.8x5-0.6999）/2.270=1.454m=1500mm式4式中V一封头容积（见附表D-2/，m3；封V1m一一1米高筒体容积（见附表D-1/，m3/m。夹套所包围的罐体的表面积（筒体表面积F+封头表面积F/定要大于工艺要求的筒封传热面积F,即F対+F荷2F=9式中F筒体表面积，F=H/F_,=1.5x5.34=8.01筒筒21mF一一封头表面积（见附表D-2/，F=3.2662封封课程设计- -/19F1m-

14、一1m高内表面积（见附表D-1）,m7m,F=F封+F筒与.2662011.27629满足要求。式5当筒体与上封头用法兰连接时,常采用甲型平焊法兰连接,这是压力容器法兰中的一种,甲型平焊法兰密封面结构常用平密封面和凹凸密封面两种。平密封面法兰见附图1。4、夹套反应釜的强度计算（1）强度计算的原则及依据当夹套的反应釜几何尺寸确定后,则根据已知的公称直径、设计压力和设计温度进行强度计算,确定罐体及夹套和封头的厚度。强度计算应考虑以下几种情况。圆筒内为常压外带夹套时：当圆筒的公称直径DN600mm时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力）圆筒设计,其余部分按常压设计；圆筒内为真空外带夹套时：当圆筒

15、的公称直径DN600mm时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力+0.1MPa）圆筒设计，其余部分按真空设计；当圆筒的公称直径DNW600mm时，全部筒体按外压（指夹套压力+0.1MPa）圆筒设计；圆筒内为正压外带夹套时：当圆筒体的公称直径DN600mm时，被夹套包围部分的筒体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。当圆筒的公称直径DNW600mm时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。（2）按内压对筒体和封头进行强度计算由工艺条件及微弱的腐蚀情况，确定设备的材料为Q235R（3-16）,由工艺知罐体内的设计压力P二0.2MPa，夹套内的设计压力p2=

16、0.4MPa罐体的设计温度t1120C，夹套的设计温度123800mm,6min二Dl/1000+4mmQ2对高合金钢制容器6min不小于2mm故取最小厚度作为计算厚度61=61=6min=2Dl/1000=2X1700/1000=3.4mm62=62=6min=4.0+0.5=4.5mm查文献1表910，得Cl=0.50mm查文献1,取单面腐蚀，得C2=1mm罐体筒体设计厚度6=6+C2=3.4+1=4.4mm夹套筒体设计厚度6=6+C2=4.0+1=5mm2d2罐体封头设计厚度6/=6/+C2=3.4+1=4.4mm夹套封头设计厚度6/=6/+C2=4.0+1=5mm2d2=3.42.06

17、=1.340.5=C1=4.54.0=0.50.5=C1=3.42.06=1.340.5=C1=4.54.0=0.50.5=C1罐体筒体名义厚度6=6锐=4.4山山8min81夹套筒体名义厚度6：=6：=5.5mm8min-81罐体封头名义厚度6/二6/锐=4.4山山8min82夹套封头名义厚度6/=6/=5.5mm8min82按外压对筒体和封头进行强度校核Q1罐体筒体名义厚度6=6=4.4mm1n1d厚度附加量C=C+C=0.50+1=1.50mm罐体筒体有效厚度6=6C=4.41.5=2.9mm罐体筒体外径D=D126i=1700+2X4.4=1708.8mm筒体计算长度L=H+1/3h=

18、1500+1/3X450=1650mm21系数L/D=1650/1708.8=0.966系数D/8=1708.8/2.9=5890e系数A=0.000095系数B,无数据许用外压错误!未找到引用源。0.02150.4MPa错误!未找到引用源。D/01690e故容器稳定性满足要求03假设罐体封头的名义厚度为12mm，由表可知q二0.8mm，则厚度附加量C=C+C=0.80+1=1.80mm12罐体封头的有效厚度J=J-C=12-1.8=10.2mm罐体封头外径D=D1-25=1700+2X12=1724mm标准椭圆封头当量球壳半径R=0.9D=0.9X1724=1552mm0O系数A二（R嚅/0

19、S）系数B=112MPa许用外压p=-0.1-50.1-5二0.00082MPa1552/10.2o=一112一=0.736MPa0.4MPaR/0/1552/10.2O1e故椭圆形封头稳定性满足要求罐体封头的最小厚度6min=0.15%D1=0.15%X1700=2.55mmW6e=10.2mm满足要求。水压试验校核计算罐体试验压力p=1.25p回=1.25x0.2=0.25MPa1Tiqt夹套水压试验压力p=1.25p空=1.25x0.4=0.5MPa2T2Qt查文献得o=235MPa,oW0.9Qos=169.2MPasT罐体圆筒应力a1T=(D+=.25(1700+10.2)=20.9

20、6MPa169.2MPa202x10.21e故筒体水压校核合格夹套内压试验应力a2T=p2t(D+02e)=.5(1800+10.2)=44.37MPa9按表1选取按公式1计算按表D-1选取按表D-1选取按表D-2选取按公式2计算选取按公式3计算按表2选取计算或选取按公式4计算选取按表D-2选取按表D-1选取按公式5计算2）强度计算强度计算（按内压计算罐体及夹套厚度）步骤项目代号参数及结果备注2-1设备材料Q235R(316)根据工艺条件或者腐蚀情况确定2-2设计压力（罐体内）p1,MPa0.3由工艺条件决定2-3设计压力（夹套内）p2,Mpa0.4由工艺条件决定2-4设计温度（罐体内）11,

21、C110由工艺条件决定2-5设计温度（夹套内）12,CC15min-52=4.5-4.0C15min-53=3.4-2.06C15min-54=4.5-4.0C1(3)稳定性校核稳定性校核(按外压校核罐体厚度)步骤项目及代号参数及结果备注3-1罐体筒体名义厚度5,mm4.4根据计算结果假设3-2厚度附加量C=C1+C21.5根据文献1第九章计算3-3罐体筒体有效厚度5e=5n-C,mm2.9根据文献1第九章计算3-4罐体筒体外径D0=D1+25n,mm1708.8根据文献1第十章计算3-5筒体计算长度L=H2+1/3h1,mm1650根据文献1第十章计算3-6系数L/D00.966根据文献1第

22、十章计算3-7系数D0/5e589根据文献1第十章计算3-8系数A0.000095根据文献1图11-53-9系数B根据文献1图11-83-10许用外压p=B/(D0/5e)或p=2AE/(3D0/5e),MPa0.4计算失稳重设名义厚度5n3-11罐体筒体名义厚度5n,mm12假设3-12钢板厚度负偏差C1,mm0.8根据文献1第九章计算3-13厚度附加量C=C1+C21.80根据文献1第九章计算4）水压试验校核水压试验校核步骤项目及代号参数及结果4-1罐体试验压力p1T=1.25p1。/。厂t,MPa0.254-2夹套水压试验压力p2t=1.25p2。/。厂t,MPa0.54-3材料屈服点应

23、力os,MPa2354-4oTW0.9os,MPa169.24-5罐体圆筒压力。1T二p1T(D1+6e)/26e,MPa20.96169.24-6夹套内压试验应力o2T=p2T(D2+6e)/26e,MPa44.370.4120.8178根据文献1第十一章计算根据文献1第十一章计算根据文献1第十一章计算根据文献1第十一章计算根据文献1第十一章计算根据文献1图11-5根据文献1图11-8根据文献1第十一章计算稳定性满足要求假设根据文献1表9-10选取_根据文献1第九章计算3-25326327罐体封头有效厚度6e=6，n_C,mm罐体封头外径D，0=D，1+26，n,mm标准椭圆封头当量球壳外半

24、径R，0=0.9D，0,mm10.217241552328系数A=0.125/(R0/6e)329系数B330许用外压p=B/(R0/6e),MPa0.00082112_0.7360.4331罐体封头最小厚度6min=0.15%D1,mm2.55根据文献1第九章计算根据文献1第十一章计算根据文献1第十一章计算根据文献1第十一章计算查文献1图11-8根据文献1第十一章计算稳定性满足要求6min6e满足要求第二章反应釜其他附件课程设计课程设计- -/19- -/191、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/T472592)分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支

25、承在楼板上时选B型，否则选A型。本设计选B型。其主要尺寸见下表：允许载荷Q，kN支座号A型筋板B型筋板地脚螺栓A型盖板B型盖板l2b25Ql2b25QdMb4b460416014082901401030M24307011.1支座质量/kgA型15.7允许载荷Q，kN适用容器公称直径DN高度H底板垫板l1b151s1l3b353e60100020002502001401470315250840每台反应釜常用4个支座，但承重计算时，考虑安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。耳式支座实际承受载荷是近似计算：八mg+G4(ph+GxS、“Q二e+e_e)x10_3=52kNknnD_式中Q支座

26、实际承受的载荷，kN；D-支座安装尺寸，mm；错误!未找到引用源。D=+2(12+=7(1700+2x12+2x8)2-1402+2(250+70)二2454g重心加速度，取g=9.8m/s2；G偏心载荷，N；eh水平力作用点至底板高度，mm；h=250mmk不均匀系数，安装3个支座时，取k=1，安装3个以上时，取k=0.83；m设备总质量(包括壳体及其附件，内部介质及保温层的质量)，kg；0m0=8200kgn支座数量；n=2S偏心距，mm；eP水平力，取p和p的大值，N。p=18081当容器高径比不大于5，且总高度H不大于10m时，p和p可按下式计算，0ew超出此范围的容器不推存使用耳座。

27、水平地震力p：pe=0.5am0g=0.5x0.45x8200 x9.8=18081式中a地震系数。e水平风载荷p:wpw二0.95fq0D0H0X10-6二0.95x1.00 x550 x1824x2800 x10-6二2669山式中容器外径，有保温层时取保温层外径，mm；D0=1824mmf风压高度变化系数，按设备质心所处高度取；fi=1.00H容器总高度，mm；HO二Hl+hl=1900+450+450=2800mmq10m高度处的基本风压值，N/m2。q0=550所以p=peQ=52kN60kN小于允许载荷，所选支座符合要求。2、手孔和人孔手孔和人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设

28、备内部的装置。手孔直径一般为150250mm，应使工人带上手套并握有工具的手能方便的通过。当设备的直径大于900mm时，应开设人孔。人孔的形状有椭圆形和圆形两种。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。手孔和人孔的种类较多，且大部分有标准。本设计采用人孔，为回转盖带颈平焊法兰人孔，其主要尺寸见下表：密封面形式PNMPa公称直径DNdXWSDD1bb1b2H1H2螺柱螺母螺柱总质量/kg数量直径X长度突面(RF型)1.0450180X86155652826282301082040M24X1

29、251303、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。(1)、设备法兰容器法兰有甲型平焊法兰(JB/T47012000)、乙型平焊法兰(JB/T47022000)、长颈法兰(JB/T47032000)三种，设计时首先由法兰的公称压力PN、公称直径DN由教材中的压力容器法兰分类及参数表确定确定其型式，然后根据法兰型式及其PN、DN，由对应的容器法兰标准设计出法兰的结构和尺寸。容器法兰的密封面形式有平面密封面、凹凸密封面、榫槽密封面、环密封面。密封面的形式可根据操作介质、法兰的公称压力PN、工作温度由教材中的压力容器法兰垫片选用表确定。根据材质的不同，

30、垫片分为非金属垫片、组合式垫片和金属垫片三种，垫片的形式可根据操作介质、法兰的公称压力PN、工作温度、法兰的型式由压力容器法兰垫片选用表确定。垫片的尺寸由法兰的公称压力、公称直径根据垫片的标准确定。压力容器法兰非金属软垫片的结构见图、尺寸查压力容器法兰非金属软垫片的标准。根据设计温度及所用材料，选用公称压力0.6MPa，公称直径1700mm的平密封面乙型平焊法兰。法兰PI1700-0.6JB/T4702-2000法兰公称直径公称压力垫片螺柱材料螺母材料乙型法兰1700mm0.6MPa非金属垫片(GB/T539-1995)耐油石油橡胶板35Q235-A(2)接管和管法兰接管和管法兰是用来与管道或其他设备连接的