夹套反应釜的设计_课程设计.docx
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1、课程设计任务说明书摘要 本文简要地说明了夹套反应釜的设计方法、理论依据及设计思路。该文在计算方面主要介绍了强度计算。强度计算主要包括由给定工艺参数进行的筒体和夹套的力学分析,反应釜液压试验校核,支座、视镜的选择及强度校核,搅拌装置的设计计算及搅拌器的选型和搅拌轴长度的确定。关键词:压力容器 反应釜 搅拌设备 AbstractThis study introduces the general reaction kettle, the reaction kettle design background and purpose, the reaction kettle of domestic .In
2、 the aspect of calculation it introduces the strength calculation. Strength calculation by a given process parameters include the mechanical analysis of the cylinder and clip , the respective reaction kettle hydraulic test , the choice and strength check of bearing and lens , mixing device design ca
3、lculation and blender selection and determination of stirring shaft length.Keywords: Pressure vessel Reaction kettle Mixing equipment 引言课程设计是本专业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,学习尝试化工机械设计。课程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
4、分析,择优选定最理想的方案和合理的设计。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,当学生做课程设计时,应达到以下几个目的: 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。 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
5、的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。课程设计是一项很繁琐的设计工作。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 摘 要 (1) Abstract (2) 引 言 (3)1设计方案的分析和拟定 (8)2. 反应釜釜体的设计 (9)2.1罐体和夹套的结构设计 (9)2.2 罐体几何尺寸计算(9)2.2.1确定筒体内径 (9)2.2.2 确定封头尺寸 (10)2.2.3 确定筒体的高度H (10)2.3夹套几何尺寸计算 (11)2.41夹套链接形式 (12)2.4.2内筒及夹套的受力分析 (12)2.5夹套反应釜的强度计算(1
6、2)25.1 强度计算的原则及依据(13)2.5.2 强度计算(按内压对圆筒和封头进行强度计算)(13)2.5.3稳定性校核(按外压对筒体和封头进行强度校核) (16)2.5.3.1 筒体图算法强度校核计算(16)2.5.3.2 外压封头强度校核计算(17)2.5.33 水压试验校核计算(18)3反应釜的搅拌装置 (18)3.1 搅拌器(19)3.2 搅拌轴设计(20)4 反应釜的传动装置 (23)4.1减速器的选择(23)4.2 机架的选用(24)4.3 凸缘联轴器 (26)5反应釜的轴封装置 (27)6反应釜的其他附件(28)6.1 支座(28)6.2 筒体法兰 (29)6.3设备接口 (
7、29)6.3.1接管与法兰 (29)6.3.2视镜(30)6.4凸缘法兰的选择 (31)7 反应釜的装配图 (32)8 参考文献 (33)设计任务书设计目的:把所学化工设备及技术及相关知识,在毕业设计中综合运用,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: (1)进行罐体和夹套设计计算 (2)进行搅拌传动系统设计a.进行传动系统方案设计; b.做传动设计计算; c.进行上轴的结构设计和强度校核; d.选择联轴器; e.进行罐内搅拌轴的结构设计及搅拌器与搅拌轴的连接结构设计; f.选择轴封的型式 (3)设计机架结构 (4)选择凸缘法兰结构 (
8、5)选择接管管法兰设备法兰试镜等容器附件 (6)绘总装配图(A0纸) 设计内容:设计一台夹套传热式带有搅拌装置的反应釜。 设计参数要求容器内夹套内工作压力 ,0.40.5设计压力 ,0.440.55工作温度 ,100130设计温度 ,120150介质染料及有机溶剂蒸汽全容积V ,m1.1传热面积 ,3腐蚀情况微弱推荐材料Q345R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连接面形式用途A25PL/RF蒸汽入口B65PL/RF加料口100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
9、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、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推进式搅拌器;考虑到填料轴封的实用性和应用的广泛性,所以轴封采用填料轴封。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,包括进行罐体和夹套设计计算。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)罐体和夹套的设计。 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
10、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 夹套式反应釜是有罐体和夹套两大部分构成。罐体在规定的操作温度和操作压力下,为物料完成其搅拌过程提供了一定的空间。夹套传热是一种应用最普遍的外部传热方式。它是一个套在罐体外面能形成密封空间的容器,既简单又方便。 罐体和夹套的设计主要包括其结构设计,各部分几何尺寸的确定和强度的计算与校核。21罐体和夹套的结构设计罐体一般采用立式的圆筒形容器,有顶盖,筒体和罐体构成。通过
11、支座安装在基础平台上。封头一般采用椭圆形封头。顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头,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,用以支撑搅拌器及其传动装置。顶盖与罐体分别于筒体相连。罐体与筒体的连接常采用焊接连接,顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种。由于筒体内径Di1200mm,因此下封头与筒体的连接采用焊接连接。此次上封头采用平盖封头,而为了拆卸清洗方便,上封头采用法兰与筒体连接。夹套型式与罐体大体一致。2.2 罐体几何尺寸计算2.2.1确定筒体内径常用搅拌容器的高径比种类筒体内物料类型高径比i反应釜、混合槽、溶解槽液-液或液-固体
12、系1-1.3反应釜、分散槽气-液体系1-2聚合釜悬浮液、乳化液2.08-3.85搅拌发酵罐气-液体系1.7-2.5 一般有工艺条件给定容积V、筒体内径Di 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=1.1m3,则D1=1083mm, 将Di 圆整到公称直径系列,则Di =1100mm。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附表4-2.即DN= =1100mm 椭圆封头选取标准件见图2-1,它的内径于筒体内径相同,其厚度计算并向上圆整,常用标准椭圆封头尺寸见表D-2,质量见表D-3.可知:曲边高度,直边高度,容积
13、,内表面积。2.2.3 确定筒体的高度H1 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H按下式计算并进行圆整:H=(VV封)/V1m 式中V封 -封头容积:0.1980m3(见表D-2)V1m -1m高筒体容积(见表D-1):V1m =0.950m3 /m 得 H= (1.1-0.1980)/0.950=949mm圆整后的H=950mm有 H/ 1 所以不符合要求选取i=1.3重新对筒体内径估算得:D1=1025mm, 将Di 圆整到公称直径系列,则Di =1000mm。 V1m =0.785m3 /m选取椭圆封头DN= =1100mm可知:直边高度,容积,内表面积。得 H=
14、 (1.1-0.1505)/0.785=1209mm圆整后的H=1250mm 有 1H/ 1.1 m3 符合要求2.3夹套几何尺寸计算 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。夹套的安装尺寸,夹套内径D2可根据筒体内径D1按下表4-3选取,夹套下封头型式同筒体封头,直径D2与夹套筒体相同。夹套直径D/mmD500600700180020003000DD+50D+100D+200D2 =D1+100=1100mm 夹套高H2有传热面积而决定,不能低于料液高,装料系数 : =操作容积/全容积因物料反应较平静,取较大值夹套高H2 计算:H2 = (V-V封)
15、/V1m 代入数值计算得:H2 = mm圆整 H2 =900mm夹套所包围的罐体的表面积,一定要大于工艺要求的传热面积F,即: F封F筒F 其中F筒体表面积,F筒=H2 F1m =3.14m F封头表面积,见表D-2. F=1.1625m 其中 故 F封F筒 =1.16250.9 3.14=3.99m23 m2所以换热要求满足。 2. 4.1夹套的连接形式 整体夹套和罐体有两种连接型式,即可拆卸式和不可拆卸式。夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构,此反应釜所选结构如图所示: 2.4.2 内筒及夹套的受力分析 工艺提供的条件为:釜体内筒中设计压力为0.44MPa,夹套内设计压力为0.55MPa,则夹
16、套筒体和夹套封头承受0.55MPa内压:而内筒的筒体和下封头既承受0.44MPa内压,同时又承受0.55MPa外压,其最恶劣的工作条件为:停止操作时,内筒无压而夹套内仍有蒸汽压力,此时内筒承受0.55MPa外压。2.5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。25.1 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。(1)圆筒内为常压外带套时当圆筒公称直径时,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;(2)圆筒内为真空外带夹套
17、时当圆筒公称直径时,被夹套包围部分的筒体按外压(指夹套压力)圆筒设计,其余部分按真空设计;当圆筒公称直径时,全部筒体按外压(指夹套压力)筒体设计;(3)圆筒内为正压外带夹套时当圆筒公称直径时,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。当圆筒公称直径时,全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算,取其中最大值。2.5.2 强度计算(按内压对筒体和封头进行强度校核) 罐体和夹套材料选用,设计温度=120(容器内),=150(夹套内);设计压力0.44MPa(容器内),0.55MPa(夹套内)。焊接接头系数取筒体内液柱静压按水液柱静雅计算 查表D-2得封头深度 =
18、275mm 筒高 =1250mm 封头直边 =25mm得: h=+=1.525m故其液柱静压力可以忽略不计,则筒体的计算压力为: = =0.44MPa夹套内介质为水蒸汽,故其液柱静压力可以忽略不计,则夹套的计算压力为:= =0.55MPa查表可知设计温度下,的许用应力为。筒体计算厚度由公式: (2-5)得,; 夹套计算厚度由公式: (2-6)得,; 筒体封头计算厚度由公式: (2-7)得, 夹套封头计算厚度由公式: (2-8)得,腐蚀裕量: ,取钢板厚度负偏差(按名义厚度为)筒体名义厚度为1.52 +0.6+2=4.12mm夹套名义厚度为2.097+0.6+2=4.697mm筒体封头名义厚度为
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