化工课程设计夹套反应釜课程设计(共39页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 化工设备机械基础课程设计 题 目： 1m3夹套反应釜设计 学 院: 化学与材料工程学院 专业: 化学工程 班 级: 10化工 姓 名: 学 号: 指导老师: 完成日期: 2012年6月1日 夹套反应釜设计任务书设计者：班级：10化工 学号： 指导老师： 日期： 一、设计内容设计一台夹套传热式带搅拌的配料罐。二、设计参数和技术特性指标见下表三、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. 手孔校核计算；4. 选择接管、管法兰、设备法兰；5. 进行搅拌传动系统设计；（1）进行传动系统方案设计（指定用V带传动）；（2）作带传动设计计算：定出带型

2、，带轮相关尺寸（指定选用库存电机Y1322-6，转速960r/min,功率5.5kW）；（3）选择轴承；（4）选择联轴器；（5）进行罐内搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计；6. 设计机架结构；7. 设计凸缘及安装底盖结构；8. 选择轴封形式；9. 绘制装配图；10. 绘传动系统部件图。表1 夹套反应釜设计任务书简图设计参数及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，1003.5腐蚀情况微弱推荐材料Q235-A搅拌器型式推进式搅拌轴转速，r/min200轴功率，kW4接管表符号公称尺寸DN连接面形式用途a25蒸汽入口b25加料口c80视镜d65温

3、度计管口e25压缩空气入口f40放料口g25冷凝水出口h100手孔 目 录专心-专注-专业设计说明书1. 夹套反应釜的结构夹套反应釜主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。 搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形成通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。1.1 夹套反应釜的功能和用途反应釜具有耐高温、耐腐蚀、生产能力强等优点，广泛

4、用于合成塑料、合成橡胶、合成纤维、农药、颜料、树脂、化肥等行业。还用于医药，化工，食品，轻工等行业中的水解，中和，结晶，蒸馏，蒸发，储存等生产环节。釜体上的夹套主要是用于加热和冷却的模块。其中带搅拌的夹套反应釜是精细化工、涂料、热熔胶、医药及食品等工业中常用的反应设备之一。它是一种在一定压力和温度下，借助搅拌器将一定容积的两种（或多种）液体以及液体与固体或气体物料混匀，促进其反应的设备。1.2 夹套反应釜的反应条件 夹套反应釜的设计要注重反应的条件，一般考虑夹套和搅拌器的材料、上下进出口的设计，主要分为温度、压强、进料口和出料口、材料这几个因素。 温度-这个一般都应当有严格的控制，所以在设计的

5、时候要注意温度计选择。要是反应温度高可能要使用油 浸泡温度计，所以要留可以装油的管槽，要是温度低还要注意冰封现象发生。要是温度在100度到0度之间，要求不高的情况下，可以用塞子直接套温度计（注意压强）。 压强-压强的高低要选择合适的反应釜，一般只要能承受两倍的大气压就可以了。 进料口和出料口-一般进料口做一定大就一个可以了，要注意一些比如回流口、真空口什么的，还有就是出料口的大小，有些物质反应后不容易放出，所以要设计合适。 材料-一般反应釜都是玻璃的，要是工业生产最好用搪瓷的，搅拌的金属要注意保护不要被腐蚀，放料活塞要可以防腐。 还有就是夹套的进出水的控制，防止部分比如盐水的滞留。2. 设计标

6、准（1）HG/T 20569-94 机械搅拌设备（2）GB 150-1998 钢制压力容器（3）HG 2156321572-95 HG 21537.78-92 搅拌传动装置（4）TCED S8-90 压力容器强度计算书统一格式（5）CD 130A20-86 化工设备设计文件编制规定3. 设计方案的分析和拟定由夹套反应釜设计任务书可知，本次设计内容是设计一台夹套传热式带搅拌的配料罐。任务书中已经给定此夹套反应釜一些设计参数及要求，我先对已有数据进行进一步分析并确定此次设计的总体设计方向。此次我要设计的是全容积为1，操作容积为0.8的夹套反应釜。1、设计压力：容器内的设计压力为0.2MPa，夹套内

7、的设计压力为0.3MPa，由此可知本反应釜是在常压下工作 。2、设计温度：容器内的设计温度100，夹套内的设计温度3.5 综上所述，筒体和夹套尺寸为下表4-6所示：表4-6 筒体和夹套尺寸直径(mm)高度（mm）筒体10001000夹套11009504.2 夹套反应釜的强度计算4.2.1 强度计算(按内压计算强度)据工艺条件或腐蚀情况确定，设备材料选用Q235-A。由工艺条件给定, 设计压力（罐体内） =0.2MPa， 设计压力（夹套内） =0.3MPa， 设计温度（罐体内） 100， 设计温度（夹套内） 0.3MPa确定罐体筒体名义厚度 =8 mm2、 假设罐体封头名义厚度 =8 mm按表4

8、-9 钢板厚度负偏差，选取钢板厚度负偏差 =0.6mm据经验规律，腐蚀裕量 =2.0mm厚度附加量按式 计算，得 =0.8+2.0=2.6mm 罐体封头有效厚度按式计算，得 =8-2.6=5.4 mm罐体封头外径按式 计算，得 =1000+2*8=1016mm标准椭圆封头当量球壳外半径按式 计算，得 =0.9*1016=914 mm系数按式 =计算，得 查图4-2 曲线，得系数 =100MPa许用外压力按式 计算，得 0.3 MPa确定罐体封头名义厚度 =8mm4.2.3水压试验校核 罐体试验压力按式 计算，得 夹套水压试验压力按式 计算，得 查表4-8 碳素钢、普通低合金钢钢板许用应力,得材

9、料屈服点应力 计算，得 罐体圆筒应力按式 计算，得 179.8 Mpa夹套内压试验应力 200r/min的，还要进行临界转速的校核。因本反应釜的转速200r/min，因此不需要进行临界转速的校核。 1、 搅拌轴的材料：选用45号钢。 2、 搅拌轴的结构：常用实心或空心直轴，其结构型式根据轴上安装的搅拌器类型、支承的结构和数量、以及与联轴器的连接要求而定，还要考虑腐蚀等因素的影响。 本反应釜搅拌轴的结构型式选用实心直轴。 连接推进式搅拌器的轴头车削台肩，开键槽，轴端车螺纹。 3、搅拌轴强度校核： 由夹套反应釜设计任务书给定，轴功率=4kW 搅拌轴转数 =200r/min 常用轴材料为45号钢。

10、轴所传递的扭矩 查表得轴常用材料的及值，材料许用扭转剪应力=35Mpa，系数 =112。 轴端直径 开一个键槽，轴径扩大5%，为 =30.4*1.05=31.9mm 圆整轴端直径=40mm。 因此搅拌轴的直径40mm。 4、搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求：搅拌轴转速=200r/min，直线度允许差1000：0.1。 5、搅拌轴的支承：一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。搅拌轴的支撑采用滚动轴承。反应釜搅拌轴的滚动轴承，通常根据转速、载荷的大小及轴径d选择，高转速、轻载荷可选用角接触球轴承；低速、重载荷可选用圆锥滚子轴承。根据轴端直径d=40mm，选用角接触球轴承，由表4-12角接触球轴承

11、，选用型号为7208，d=40mm。表4-12角接触球轴承 安装轴承处轴的公差带采用k6，外壳孔的公差带采用H7。安装轴承处轴的配合表面粗糙度Ra取1.0，外壳孔与轴承配合表面粗糙度Ra取1.6。采用背对背安装成对轴承。44 反应釜的传动装置设计 反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置通常设置在釜顶封头的上部。反应釜传动装置的设计内容一般包括：电机、减速机的选型；选择联轴器；选用和设计机架和底座等。4.4.1 常用电机及其连接尺寸 Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机为最常用的；当有防爆要求时，可选用YB系列。由任务书给定，本反应釜用库存电机Y132M2-6，转速960r/min,电机功率P

12、=5.5kW。4.4.2釜用减速机类型、标准及其选用 反应釜用的立式减速机，主要的类型有谐波减速机、摆线针轮行星减速机、二级齿轮减速机和V带传动减速机。 由任务书给定，反应釜采用V带传动减速机。查表4-13标准减速机的功率、转速范围、类型代号及特性参数，V带传动减速机标准号G5-747-78，转速范围320-500r/min,电机功率范围0.6-5.5kW，类型代号P，特性参数为三角皮带型号及根数。4-13准减速机的功率、转速范围、类型代号及特性参数4.4.3 V带减速机 V带减速机的特点是：结构简单，制造方便，价格低廉，能防止过载，噪声小。但不适用于防爆场合。 查表 Y系列三相异步电动机主要

13、技术数据，传动的额定功率 P=5.5 kW 小皮带轮转速 大皮带轮转速 按表4-14 工作情况系数，选取工况系数=1.3表4-14 工作情况系数 设计功率按公式 计算，得设计功率 查普通V带选型图，根据和选取带型号为型号速比按公式 计算，得速比 查得普通V带轮的最小基准直径，初选小皮带轮计算直径 验算带速V: 查表得普通V带轮的基准直径系数，选取小皮带轮计算直径 =140mm验算带速： 选取滑动率 大皮带轮计算直径按公式 大皮带轮计算直径 查表得普通带轮的基准直径系数，选取大皮带轮计算直径 =710mm中心距符合 即 初定中心距 带的基准长度Ldo按公式 带的基准长度： 查表得带型号、截面尺寸

14、和基准长度圆整取 中心距 安装带时所需最小中心距 安装带时所需最大中心距 小皮带轮包角 符合的条件。 查表得单根普通带的基本额定功率，选取单根带额定功率 查表得单根普通带额定功率的增量，选取1时，单根普通带额定功率的增量 查表得包角系数，选取包角修正系数 查表得长度系数，选取带长修正系数 带根数按公式 计算，得带根数 圆整取 =44.4.4凸缘法兰 凸缘法兰一般焊接于搅拌容器封头上，用于连接搅拌传动装置，亦可兼作安装，维修，检查用孔。凸缘法兰分整体和衬里两种结构形式，密封面分突面（R）和凹面（M）两种。本反应釜凸缘法兰焊接于搅拌容器封头上，采用整体结构形式，密封面采用突面（R）。根据搅拌轴的直

15、径和附图，由表4-15凸缘法兰主要尺寸，选择公称直径DN=500mm，螺纹为M24，螺栓数量为20个，质量为102kg的R型凸缘法兰。表4-15凸缘法兰主要尺寸4.4.5安装底盖安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。安装底盖的常用形式为RS和LRS型，其他结构（整体或衬里）、密封面形式（突面或凹面）以及传动轴的安装形式（上装或下装），按HG21565-95选取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同。形式选取时应注意与凸缘法兰的密封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。 本反应釜安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接。采用R

16、S型形式，整体结构、密封面形式（突面）以及传动轴的安装形式（上装），按HG21565-95选取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同，均为DN=500mm。4.4.6机架机架是安放减速机用的，它与减速机底座尺寸应匹配。V带减速机自带机架，选用其他类型标准釜用减速机按标准选配机架。标准机架有三种：1、 无支点机架 无支点机架的选用条件： 电动机或减速机具备两个支点，并经核算确认轴承能够承受由搅拌轴传递而带来的径向和轴向载荷者； 电动机或减速机有一个支点，但釜内设有底轴承，中间轴承或轴封本体设有可以作为支点的轴承，上下组成一对轴支撑者。 无支点机架一般仅适用于传递小功率和小的轴向载荷的条件。减速器输出

17、的轴联轴器形式为夹壳式联轴器或刚性凸缘联轴器。2、单支点机架 单支点机架的选用条件： 电动机或减速机有一个支点，经核算可承受搅拌轴的载荷； 搅拌容器内设置底轴承，作为一个支点； 轴封本体设有可以作为支点的轴承； 在搅拌容器内，轴中部设有导向轴承，可以作为一个支点者。 当按上述条件选用单支点机架时，减速器输出轴与搅拌器之间采用弹性联轴器连接；当不具备上述条件而选用单支点机架时，减速器输出轴与搅拌器之间采用刚性联轴器连接。3、双支点机架 在不宜采用单支点机架或无支点机架，可选用双支点机架，但减速器输出轴与搅拌器之间必须采用弹性联轴器连接。选用双支点机架时必须考虑由于机架内有两个支承点的关系,机架高

18、度相应增大。由任务书给定，反应釜采用V带传动减速机。由于V带减速机自带机架，所以不用选配机架。4.4.7联轴器 电机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接的。常用的联轴器有弹性块式联轴器，刚性凸缘联轴器，夹壳联轴器和紧箍夹壳联轴器等。根据所选V带减速机的规格, 本反应釜采用刚性凸缘联轴器。查GT型凸缘联轴器主要参数及尺寸，选用联轴器的符号为GT-45，孔径为45，质量为16kg。4.5 反应釜的轴封装置设计 轴封是搅拌设备的一个重要组成部分。其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压力的真空状态以及防止反应物料逸出和杂质的渗入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式搅拌为

19、主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于反应工况复杂，轴的偏摆振动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于搅拌设备上。 反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种形式，它们都有标准，设计时可根据要求直接选用。4.5.1 填料密封 填料密封是搅拌设备最早采用的一种轴封结构，它的基本结构是由填料，填料箱，压盖，紧压螺栓及油杯等组成。因其结构简单，易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用。一般用于常压，低压，低转速及允许定期维护的搅拌设备。 当采用填料密封时，应优先选用标准填料箱。标准填料箱中，HG21537.7-92为碳钢填料箱，HG21537.8-9

20、2为不锈钢填料箱。 填料箱密封的选用还注意以下几方面： 当填料箱的的结构和填料的材料选择合理，并有良好润滑和冷却条件时，可用于较高的工作压力，温度和转速条件下； 当填料无冷却，润滑时，转轴线速度不应超过1m/s; 当搅拌容器内介质温度大于200时，应对填料密封进行有效冷却； 当从填料箱油杯中压注密封润滑液时，润滑液流入容器内对工艺性能有影响时，应在填料箱下端轴上设置储油杯； 填料箱一般可不设支承套，应将搅拌轴的支承设置在机架上。4.5.2 机械密封 机械密封是一种功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封。主要用于腐蚀，易燃，易爆，剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备。 由

21、于反应釜多采用立式结构，转速低，但搅拌轴直径大，尺寸长，摆动和振动较大，故机械密封常采用外装式（静环装于釜口法兰外恻），小弹簧（补偿机构中含有多个沿周向分布的弹簧），旋转式（弹性元件随轴旋转）的结构，当介质压力、温度低且腐蚀性大时，可采用单端面（由一对密封端面组成），非平衡型（载荷系数K1）的机械密封。当介质压力，温度高或介质为易燃，易爆，有毒时，应采用双端面（由两对密封面组成），平衡型（载荷系数K1）的机械密封。 当搅拌设备采用机械密封时，在下列情况下，应采用必要的措施，以便保证密封使用性能，提高使用寿命。 当密封腔介质温度超过80时，对单端面和双端面机械密封，都应采用冷却措施； 为防止密封

22、面干摩擦，对单端面机械密封，应采用润滑措施； 当采用双端面机械密封时，应采用密封液系统，向密封端面提供密封液，用于冷却，润滑密封端面； 必要时，应对润滑液，密封液进行过滤； 当采用润滑及密封液系统时，需考虑一旦润滑液，密封液漏入搅拌容器内，应不会影响容器内物料的工艺性能，不会使物料变质，必要时应采用缓冲液杯和漏夜收集器等防污染措施。 本反应釜一般在常压，低压，低转速下使用,故采用填料密封。因其结构简单，易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用,且便于定期维护此搅拌设备。4.6反应釜的其他附件设计4.6.1 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/T4725-92）

23、分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上时选B型，否则选A型。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。本反应釜为夹套立式安装，不需要保温，选用B型标准耳式支座，耳座为4个。耳式支座的实际承受载荷的近似计算： ，本反应釜耳座单重=8.3 Kg，支座的总质量为M=33.2Kg。4.6.2 手孔和人孔 手孔和人孔的设置是为了安装，拆卸，清洗和检修设备内部的装置。 手孔直径一般为150-250mm,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。人孔的形状有圆形和椭圆两种。 圆形人孔制造方便，应用较为

24、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，以便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。由任务书给定，本反应釜需开设手孔，没有人孔。根据任务书要求,公称直径DN=100mm。本反应釜选用带颈平焊法兰手孔,突面(RF型)。由参考文献16表11-4手孔尺寸选用带颈平焊法兰手孔，螺柱为M16，数量为4个，螺母数为8个，总质量为13.3kg。4.6.3 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、 接管与管法兰接管和管法兰是用来与管道或其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是公称通径（DN）和公称压力（PN）。接管的伸出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm，当考虑设备保温等要求时，可取伸出长度为200mm。 管法兰分为：板式平焊法兰（PL），带颈平焊法兰（SO），带颈对焊法兰（WN）等，法兰密封面形式主要有突面（RF），