夹套反应釜__化工设计.doc

浙江海洋学院 化工设备机械基础课程设计成果说明书（2009级）题 目 夹套反应釜设计 学 院 石油化工学院 专 业 化学工程与工艺 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2011年6月20日 目录一、 罐体几何尺寸计算-11.确定筒体内径-12.确定筒体高度-13.罐体及夹套参-1二、夹套反应釜的强度计算-11.压力计算-22.罐体及夹套厚度计算-2三、稳定性校核（按外压校核罐体厚度）-3四、水压试验校核-4五、带传动设计计算（指定选用电机Y160M2-8，转速为720r/min）-5六、搅拌器的选择-61.搅拌轴直径的初步计算-62.搅拌轴长度-63.搅拌抽临界转速校核计算-74.浆式搅拌器尺寸的设计-7七、联轴器设计-81.联轴器的型式及尺寸的设计-82.轴承的型式及尺寸的设计-83.反应釜的轴封装置的选型-84.轴封装置的结构及尺寸-8八机架的设-9九.选择接管、管法兰、设备法兰及其他构件-9十、选择安装底盖结构-10十一、选择支座形式并进行计算-101.支座的选型及尺寸的初步设计-102.支座载荷的校核计算-11十二、焊缝结构的设计-12十三、手孔选择与补强校核-13十四、小结-14参考文献-140.9 m3夹套反应釜设计一、罐体几何尺寸计算1.确定筒体内径工艺条件给定容积V=0.9 m3、筒体内径估算： =1.014 m3=1014式中 V工艺条件给定容积，m3 ； i长径比，取值1.1； 将D1估算值圆整到公称直径1100 mm2.确定筒体高度由=1100 mm查表参考文献【2】D-1得1m高的容积V1m=0.950 m3 ；查表D-2得罐体封头容积=0.1980 m3 ；估算罐体筒体高度；=（0.9-0.1980）/0.950=0.739 m=739 mm将估算值圆整到公称直径800 mm3.罐体及夹套参数罐体实际容积V=V1m*+0.950*0.8+0.1980=0.958 m3 ；由=1100 mm查参考文献【2】表4-3夹套筒体内径=1200 mm；选取=0.85；=（0.85*0.958-0.1980）/0.95=0.649 m=649mm；将估算值圆整到公称直径700 mm查参考文献【2】表D-2罐体封头表面积=1.3980 ；1m高筒体内表面积=3.46 ；实际总传热面积:*+=3.46*0.7+1.3980=3.82 >3.8 ；二、夹套反应釜的强度计算1.压力计算材料选择为Q235-A；由工作压力（罐体内）0.18 MPa,工作压力（夹套内）0.25 MPa；可得设计压力（罐体内）P1=0.18*1.1=0.2 MPa（有安全阀），设计压力（夹套内）P2=0.25*1.2=0.3 MPa（无安全阀）；工作温度（罐体内）t1<120；温度（夹套内）t2<150液柱静压力：=*1.0*10*0.8=0.008MPa式中 水的密度，Kg/m3 ； 重力加速度，取值10m/； 罐体通体高度=0.8m；计算压力：=+=0.2+0.008=0.208 MPa；液柱静压力忽略；计算压力：=0.3 MPa；2.罐体及夹套厚度计算罐体及夹套焊接接头系数=0.85；设计温度下材料需用应力=113 MPa；罐体筒体计算厚度=1.19 mm夹套筒体计算厚度= mm罐体封头计算厚度=1.19 mm夹套封头计算厚度= mm取最小厚度=3mm作为计算厚度；钢板厚度负偏差C1=0.6mm；腐蚀裕量C2=2.0mm；罐体筒体设计厚度=+ C2=2.0+3=5mm；夹套筒体设计厚度=+ C2=2.0+3=5mm；罐体封头设计厚度=+ C2=2.0+3=5mm；夹套封头设计厚度=+ C2=2.0+3=5mm；罐体筒体名义厚度=5mm；(满足-=3-1.19mm> C1=0.6mm)夹套筒体名义厚度=5mm；（满足-> C1）罐体封头名义厚度=5mm；（满足-> C1）夹套封头名义厚度=5mm；（满足-> C1）三、稳定性校核（按外压校核罐体厚度）假设一：罐体筒体名义厚度=5 mm；厚度附加量C= C1 +C2=2.5 mm；罐体筒体有效厚度=-C=5-2.5=2.5 mm；罐体筒体外径=+2=1100+2*5=1110 mm；筒体计算长度L=+=800+ *275=892 mm；式中 夹套筒体高度=800 mm； 由（JB/T473795）表查得=275 mm；系数=892/1100=0.811；系数=1100/2.5=440；系数A查参考文献【1】图10-15的A=0.00017；系数B查参考文献【1】图10-16的B=24；许用外压=0.054<0.3；假设二：罐体筒体名义厚度=8 mm；钢板厚度负偏差C1=0.8mm；厚度附加量C= C1 +C2=2.8 mm；罐体筒体有效厚度=-C=8-2.8=5.2 mm；罐体筒体外径=+2=1100+2*8=1116 mm；筒体计算长度L=+25=800+*275+25=917 mm；式中 夹套筒体高度=800 mm； 由（JB/T473795）表查得=275 mm；系数=917/1100=0.822；系数=1100/5.2=214.61；系数A查图10-15的A=0.00082；系数B查图10-16的B=96；许用外压=0.447>0.3；取用：罐体筒体名义厚度=8 mm；钢板厚度负偏差C1=0.8mm；厚度附加量C= C1 +C2=2.8 mm；罐体筒体有效厚度=-C=8-2.8=5.2 mm；罐体筒体外径=+2=1100+2*8=1116 mm；标准椭圆封头当量球壳外半径=0.9*1116=1004.4 mm；系数=0.00065；系数B=85；许用外应力=0.440>0.3；罐体封头最小厚度=0.15%=1100*0.0015=1.65 mm；（小于，满足要求）四、水压试验校核罐体试验压力=1.25*0.2*=0.25 ；夹套水压试验压力=0.15*0.3*=0.375 ；材料屈服点应力=235 ；=0.9*0.85*235=179.8 ；罐体圆筒应力=26.6<179.8；夹套内压试验应力:= =43.4<179.8；五、带传动设计计算（指定选用电机Y160M2-8，转速为720r/min）由电机Y160M2-8，额定功率P=5.5Kw, 转速为=720r/min,=200 r/min,计算如下；1.计算设计功率由表14-4查得工作情况系数，故5kW2.选择V形带型号根据=7.15 kW，=720r/min,由参考文献【1】表14-5初步选用B型带3.选取小带轮节圆直径，及大带轮节圆直径由参考文献【1】表14-5选取小带轮基准直径 mm，由参考文献【1】式（14-9）得=504 mm；由表14-5取=500 mm；4.验算带速V5.28 m/s；在(5-25m/s) 范围内，带速合适。5.确定中心距和带的公称长度；在0.7（+）<< 2（+）范围，初选中心距=500 mm；由参考文献【1】式（14-11）得带长=2069.6 mm；查参考文献【1】表14-2 选取B型带的标准公称长度=2000 mm；由参考文献【1】（14-2）式可得实际中心距=；6.验算小带轮包角， 由参考文献【1】式（14-13）得=-= -=> 包角合适。7.确定带的根数Z因 mm，=500 mm，带速v=5.28 m/s；，传动比=3.6由=720r/min， mm，查表14-6，用内插法得=1.66kW；查参考文献【1】表14-9得=2.65*；查参考文献【1】表14-10得=1.14=0.234kW；由=查参考文献【1】表14-7得=0.87，查参考文献【1】表14-8得=0.98；= =4.43 取z=5；8.确定初拉力Q由参考文献【1】式（14-16）得单根普通V带的初拉力，查参考文献【1】表14-3的m=0.17kg=258.5N；由式（14-17）算出作用在轴上的力为 Q=2zsin=2*5*258.5* sin =2379.5N；六、搅拌器的选择1.搅拌轴直径的初步计算搅拌轴直径的设计 电机的功率5.5 ，搅拌轴的转速200，取用材料为45， 35，由 Nm得：=；由 得：=*1000=75000搅拌轴为实心轴，则：=33.5 mm 33.5mm 取40mm2.搅拌轴长度的设计搅拌轴的长度近似由釜外长度、釜内未浸入液体的长度、浸入液体的长度 三部分构成。即：=+其中=H+M+F-A（H-凸缘法兰的高度；M-安装底盖的高度；F-机架高度；A-机架H1）=40+50+550-372=268（）=+（釜体筒体的长度；封头深度；液体的装填高度）液体装填高度的确定：釜体筒体的装填高度式中操作容积（）；釜体封头容积（）；筒体的内径（）=0.8（）液体的总装填高度=800+25+275 =1100（）=900+2*（25+275）+2*40-1100 =480（） （40-甲型平焊法兰高度）浸入液体搅拌轴的长度的确定： 搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱高度有关。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为： 当时为最佳装填高度；当时，需要设置两层搅拌桨。 由于=1100=1100，本设计选用一个搅拌桨。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：S=2Hi/3=2x1100/3=717（）故浸入液体的长度：=717（）搅拌轴搅拌轴的长度为：=268+530+717=1515（）取=1500（）3. 搅拌抽临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速=200不大于200，不作临界转速校核计算。4.浆式搅拌器尺寸的设计搅拌轴直径为40mm的浆式搅拌器只有三种型号，选取=600mm螺栓螺钉数量数量60040M122M12112B重量/kg 60 140110-34.59不大于0.025表一：七、联轴器设计1. 联轴器的型式及尺寸的设计由联轴器的型式选用凸缘联轴节。标记为：GYH5 GB/T5843-2003，结构如图。图一：2. 轴承的型式及尺寸的设计 根据搅拌轴的大小，选择带轮和联轴器的连接选用平键12x8x40；轴承选用7210C，90x50x20；3. 反应釜的轴封装置的选型反应釜中应用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。考虑到釜内的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，因此选用填料密封。根据0.25、120、n=200r/min、d=40mm。选用R40 HG 21537-1992其结构如图6-4、主要尺寸如表62所示。4.轴封装置的结构及尺寸填料密封的主要尺寸（）轴径螺柱401751451103158-184xM16 表二： 图二：填料密封结构八机架的设计由于反应釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了带短节的凸缘联轴器，且反应釜使用不带内置轴承的填料密封，故选用DJ型单支点机架（HG2156695）。代号为DJ55。结构如图所示。图三：DJ型单支点机架九.选择接管、管法兰、设备法兰及其他构件1.法兰及其他构件管法兰 蒸汽入口A、温度计接口D、压缩空气入口、冷却水出口G采用323.5无缝钢管，法兰PL25（B）-10，HG20592；加料口B采用766无缝钢管，法兰PL65（B）-10，HG20592；视镜采用108无缝钢管放料口采用453.5无缝钢管，法兰PL40（B）-10，HG20592-97； 甲型平焊法兰 法兰-FM 1100-0.25 ；法兰-M 1100-0.25凸缘法兰 法兰 R300 16Mn防冲板50x50x10材料Q235-A；挡板800x80x12材料Q235-A法兰垫片选耐酸石棉板，ò=2mm。2.视镜的选型由于釜内介质压力较低（0.25）且考虑DN=1100，本设计选用两个=100的带颈视镜。其结构见图4-6。 由文献【5】 4-159页表4-5-7确定视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料。标 记：视镜0.25，100标准图号：HG21575-11994。图四 ：视镜的结构型式视镜玻璃双头螺柱数量直径×长度10018015028285013317084×133表三：视镜的尺寸件号名称数量材料件号名称数量材料1视镜玻璃1硼硅玻璃(SJ-6)4压紧环1Q235-A2衬 垫2石棉橡胶板5双头螺柱8Q235-A3接 缘11Cr18Ni9Ti6螺母16Q235-A表四:视镜的材料十.选择安装底盖结构对于不锈钢设备，本设计选择DN300 HG21565-1995，其上部与机架的输出端接口和轴封装置采用可拆相联，下部伸入釜内，结构如图所示。图五：底盖结构十一、选择支座形式并进行计算1.支座的选型及尺寸的初步设计：这里初步将支座定为B型耳式支座，数目为4个。每台反应釜常用4个支座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。(1)粗略估算反应釜的总质量m0釜体筒体质量m1DN=1100，=8的筒节，每米的质量q1=218所以m1= q1×H1=218×0.8=174釜体封头的质量m2DN=1100，=8，直边高度h=25的标准椭圆形封头，其质量m2=89.2夹套筒体质量m3m3=167夹套封头质量m4由参考文献查得m4=106物料质量m5m5=0.8×1.1×103×1=0.88×103附件质量m6=70所以反应釜的总质量m0= m1+ m2+ m3+ m4+ m5+ m6 =174+89.2+167+106+880+70=1486.2(2)粗选耳式支座的型号每个支座承受的重量Q=mg/2=1486.2×9.8/2=7282.4N根据DN=1100 Q=7282.4KN由参考文献附表4-9初选B型耳式支座，支座号为2。标记： JB/T4725-92 耳座B2材料：Q235-AH底板筋板垫板地脚螺栓支座重量规格16012580840180100620016062424204.3 表五：B型耳座的尺寸参数2.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：式中D=1244，9.8，Ge=0，=1486.2，=4，=0，将已知值代入得 =6.97KN因为=5.01KNQ=20KN，所以选用的耳式支座满足要求。十二.焊缝结构的设计釜体上主要焊缝结构的设计 ()筒体的纵向焊缝 （b）筒体与下封头的环向焊缝 （c）固体物料进口与封头的焊缝 （d）进料管与封头的焊缝 （e）冷却器接管与封头的焊缝 （f）温度计接管与封头的焊缝 （h）出料口接管与封头的焊缝 图六： 釜体主要焊缝的结构及尺寸夹套上的焊缝结构的设计夹套上的焊缝结构及尺寸如图7-2。 （a）夹套的纵向焊缝 （b）夹套与封头的横向焊缝 （c）导热油进口接管与筒体的焊缝 （e）导热油出口接管与筒体的焊缝（f）釜体与夹套的焊缝图七：夹套主要焊缝的结构及尺寸十三、手孔选择与补强校核手孔选择带颈平焊法兰手孔，其公称直径DN=150mm,S=4.5mm.开孔补强校核：由文献表14-24知此手孔超出不另行补强的最大孔径范围，故必须进行补强计算：开孔直径d=150+24.5=159mm开孔削弱面积F=dS0=DPK1Di/2ó=(1590.180.91100)/21130.85=147.5mm2有效补强区尺寸：h1=d(S-c)= 159(4.5-2.6)=16.9mm,B=2d=2159=318mm在有效补强区内，可作为补强金属截面面积计算：A=（B-d）(n-c)-s6=(318-159) 0.85 (8-2.6)-4.14=170.3mm2因为A1>F故另需加补强圈进行补强，补强的截面面积为A2=170.3-147.5=22.8mm2确定补强圈的外径及厚度：补强圈的外径：B=2d=2159=318 mm补强圈的厚度: =(F-A1)/B-d+2(S-C)=22.8/159-2(4.5-2.6)=0.15mm考虑其腐蚀裕量为2mm，故加强圈的厚度为3mm可以满足。十四、小结经过为期一周到化工设备设计，我初步对设计职有了一个了解。其实，设计是一门考验耐心，细心，有需要拥有全局观念的工作。课程设计不同于书本理论知识的学习，需要更强的实践操作能力，联系实际情况，合理选择所需结构尺寸。虽遇到很大困难，但通过与同学的交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在张老师的指导帮助下，问题得到了解决。总的来说，化工设备设计给了我一次自我发现问题的机会，找到了很多知识漏洞，也很好的锻炼了自己的思维逻辑性。可能设计时存在很多纰漏，敬请原谅！参考文献1陈国恒主编，化工机械基础。北京： 化学工业出版社20062蔡继宁主编，化工设备机械基础课程设计指导书。化学工业出版社20113赵军等主编，化工设备机械基础 。北京：化学工业出版社。 4周开勤主编，机械零件设计手册第五版。北京：高等教育出版社2011.5哈工大龚桂义主编，机械设计课程设计图册。 北京：高等教育出版社1989.6 朱家诚主编，机械设计基础。合肥工业大学出版社2003.7HG/T20569-94机械搅拌设备。