化工设备机械基础夹套反应釜课程设计终稿(28页).doc
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1、-化工设备机械基础夹套反应釜课程设计终稿-第 23 页夹套反应釜内蒙古科技大学化学与化工学院2013年12月夹套反应釜十三组成员:前 言化工设备机械课程是培养学生具有化工理论能力的技术基础课。课程设计则是化工设备机械基础课程的实践性教学环节,同时也是我学习化工专业来第一次全面的自主进行化工设备设计能力的训练。在这个为期两周的过程里,我们有过紧张,有过茫然,有过喜悦,感受到了学习的艰辛,也收获到了学有所获的喜悦,回顾一下,我觉得进行化工设备机械基础课程设计的目的有如下几点:(1)通过课程设计实践,树立正确的设计思想,增强创新意识,培养综合运用化工设备机械基础课程和其他先修课程的的理论与实际知识去
2、分析和解决化工设备设计问题的能力。(2)学习设计机械产品的一般方法,掌握机械设计的一般规律。(3)通过制定设计方案,合理选择传动机构,正确计算零件的工作能力,确定尺寸及掌握机械零件,再进行结构设计,达到了解和掌握机械零件,机械传动装置或简单机械的设计过程和方法。(4)学习进行机械基础技能的训练,例如:计算、绘图、查阅设计资料和手册等。目 录课程设计任务书1第一章 反应釜釜体的设计21.1反应釜筒体的设计和计算21.2 反应釜筒体封头的设计选型和计算31.3反应釜筒体长度H的设计41.4反应釜筒体壁厚设计5第二章 反应釜夹套的设计52.1 夹套釜体DN、PN的确定52.2 夹套筒体的设计62.3
3、 夹套封头的设计62.4对筒体和封头进行强度校核72.5法兰连接结构的设计8第三章 反应釜传动装置103.1.电动机的选型103.2 减速器的选型113.3 安装底座的设计113.4机架的设计123.5 联轴器的型式及尺寸的设计12第四章 搅拌装置的选型与尺寸设计144.1反应釜的搅拌装置144.2搅拌器的设计144.3搅拌轴直径的初步计算154.4 搅拌轴长度设计16第五章 反应釜的轴封装置17第六章 反应釜的其它附件196.1 人孔的设计196.2 视镜的选取206.3 工艺管及法兰的选取216.4 温度计的选型236.5液面计的设计及选型236.6 支座的设计及选型24第七章 总 结25
4、参 考 文 献26课程设计任务书设计目的:把所学化工设备机械基础及相关知识,在课程设计中综合运用,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。设计任务书设计参数要求容器内夹套内工作压力 ,Mpa设计压力 ,Mpa2.82.0工作温度 ,设计温度 ,200250介质氯乙烯单体蒸汽全容积 ,m4.3操作容积 ,m2.6传热面积 ,m腐蚀情况微弱推荐材料16MnR搅拌器型式浆式搅拌轴转速 ,r/min85轴功率 ,KW2.8第一章 反应釜釜体的设计1.1反应釜筒体的设计和计算1.1.1筒体的确定 对于直立反应釜来说,釜体设备的全容积是指圆柱形筒体及下封头容
5、积,即 V = Vg + Vf式中 Vg设备筒体部分容积,m3; Vf封头容积,m3根据V及选用的H/D1,将反应釜体视为圆柱形筒体,可初步估算筒体内径。长径比的影响(1)对搅拌功率的影响,因为搅拌功率与搅拌桨叶直径的五次方成正比,如果搅拌桨叶的直径岁釜体长径比的减小而增大时,将会增大搅拌功率。(2)对传热的影响,当使用夹套传热时,长径比的增大会使夹套的传热面积增大,同时改善传热效果。(3)工艺上的特定要求,例如物料反应,要求通入反应釜的空气与物料要有足够的接触时间,这样液位就必须有一定的高度,因而反应釜的长径比应满足这样的特定要求。由于反应时基本处于气液共存状态,换热一定要及时,所以主要目的
6、要增大传热面积,根据实际经验几种搅拌器的长径比大致如附表所示。(参考文献【1】P287表9-3) 所以设备的长径比=1.2设备条件反应温度小于200,物料在反应过程中要呈沸腾的状态,并且在反应过程中要进行搅拌,根据操作时允许的装满程度来确定装料系数。本反应釜内的反应物质为氯乙烯单体,其粘度远小于水,为提高设备的利用率,故选用=0.6。设备容积V与操作容积的关系为Vg=V故全容积为 V=Vg =4.3将=1.2 ,=0.6 代入公式得 Di圆整后 Di=1600 根据规定=16001.1.2 反应釜筒体的确定根据设计要求,反应釜体内部压力为2.8MPa,因此=2.8MPa1.2 反应釜筒体封头的
7、设计选型和计算1.2.1 封头的选型根据设计要求,该反应釜的封头选用标准为椭圆形封头,类型是EHA。(参考文献【1】 P104 图4-4)1.2.2 设计参数的确定Pc=2.8MPa =1 (双面焊接,100无损探伤) C1=1 C2=1 当操作温度为200 时,查表得到16MnR材料=170MPa1.2.3 封头壁厚的计算 式子中 是 一经验式。因所选的为标准椭圆形封头,所以 K=1将确定的参数代入公式 =13.23mm设计厚度 =13.23+1.0=14.23 名义厚度 (圆整量) = 14.23+ 1 + = 15.23+ 圆整后取 =161.2.4封头深度计算 H=Di4故封头深度为
8、H=400mm 1.3反应釜筒体长度H的设计1.3.1 反应釜筒体长度H计算椭圆形封头的容积 带入已知的数据,则 筒体每米高容积 带入相关数据,则 则筒体高度估算为 H=圆整后取得 H=18001.3.2 反应釜体长径比L/Di复核反应釜体长度 L=H+h+其中:H为筒体 h为标准椭圆封头直变长 为椭圆深度 L=1800+25+400= 1958mm圆整后 L= 2000 mm长径比复核 与所选用的长径比基本相符。1.4反应釜筒体壁厚设计 内压容器的壁厚计算公式为代入数据得 设计厚度 =13.29+1.0=14.29 名义厚度 (圆整量) = 14.29 + 1 + = 15.29+ 圆整后取
9、 = 16筒体的壁厚和封头的相同所以选 = 16第二章 反应釜夹套的设计2.1 夹套釜体DN、PN的确定2.1.1 夹套釜体DN的确定夹套直径与筒体直径的关系Di500600700180020003000DjDi+50Di+100Di+200(参阅文献【3】表183)2.1.2 夹套釜体PN的确定由设计要求知夹套内部压力为2.0MPa,因此夹套釜体PN=2.0MPa2.2 夹套筒体的设计2.2.1 设计参数的确定 Pc=2.0MPa =1(双面焊接,100 无损伤探伤) mm mm 查表得到 16MnR的2.2.2 夹套筒体壁厚的设计内压薄壁圆通的厚度设计可由公式代入数据mm设计厚度mm名义厚
10、度 =11.97+1=12.97 mm圆整后名义厚度mm2.2.3 夹套筒体长度椭圆形封头的容积 代入数据 =0.6431102 筒体每米高容积 代入数据2.2698007 则夹套筒体高度估算为m圆整后 =1000mm 2.3 夹套封头的设计2.3.1 封头的选型根据设计要求可选用椭圆形封头,类型是EHA 2.3.2 设计参数的确定Pc=2.0MPa =1(双面焊接,100无损探伤) 在250时 16MnR的2.3.3 夹套封头壁厚的设计将已知参数代入公式 mm圆整后 2.4对筒体和封头进行强度校核根据参考文献【1】附表9-1得到:常温下=170MPa 在操作温度下(250)=156MPa 在
11、操作时夹套的内压P=2.0MPa 筒体的内压Pc=2.8MPa =1因为: P Pc 所以在进行校核时筒体应该按照筒体的内压P=2.8MPa进行校核,夹套按照夹套的内压p=2.0MPa进行校核。2.4.1夹套(内压容器的试压):液压:Pt=1.25 p=1.252.0 =2.72气压:Pt=1.15 p=1.152.0=2.51=142=12 =345MPa 液压:=194.03MPa 0.9=0.91345=310.5MPa因为 0.9,所以水压试验验证强度足够。气压:=179.05MPa 0.8=0.81345=276MPa因为 0.8, 所以气压实验验证强度足够2.4.2筒体(内压容器的
12、试压)液压:Pt=1.25 p=1.252.8 =3.81气压:Pt=1.15 p=1.152.8=3.51=162=14 =345MPa 液压:=219.62MPa 0.9=0.91345=310.5MPa因为 0.9,所以水压试验验证强度足够。气压:=218.55MPa 0.8=0.81345=276MPa因为 0.8, 所以气压实验验证强度足够2.5法兰连接结构的设计2.5.1 法兰的选型法兰连接是由一对法兰、数个螺栓和一个垫片(圈)所组成。法兰在螺栓预紧力的作用下,把处于法兰密封表面上的凹凸不平处填满,这样就为阻止介质泄漏形成了初始密封条件。压力容器法兰从整体看有三种形式:甲型平焊法兰
13、;乙型平焊法兰;长颈对焊法兰。参阅文献【2】表10-1及文献【1】附表14-1,根据它们的公称直径(即与法兰配用的容器内径)和公称压力(可以理解为法兰的实际压力),选定法兰类型为长颈对焊法兰。其主要尺寸如下表。长颈对焊法兰尺寸(JB/T4701-2000)DD1D2D3D412HhR釜体1850178017291709170678422656418人孔61056552651651316262053512底座56051547646646316252003512所配螺栓螺柱规格螺柱数量釜 体M3668人 孔M2420底 座M20202.5.2密封面选取容器法兰密封面有三种形式:平面型密封面;凹凸型
14、密封面;榫槽型密封面,因凹凸型、榫槽型密封面。对于平面型压紧密封面,在PN0.6MPa的情况下,应用最为广泛。此外,当釜体内介质有毒或易燃易爆时,不能采用,而氯乙烯单体是一种易燃、易爆且有毒的物质。凹凸型密封面由一个凸面和一个凹面相配合组成,在凹面上放置垫片。其优点便于对中,防止垫片被挤出,故可适用于压力较高的场合。榫槽型密封面适用于易燃、易爆且有毒的介质以及有较高压力的场合,与本设计中的介质性质符合所以,密封面的型号选为榫槽型。2.5.3 垫片尺寸垫片是构成密封的重要元件,适当的垫片变形和回弹能是形成密封的必要条件。最常用的垫片可分为非金属垫片、金属垫片以及非金属混合制的垫片。考虑到操作介质
15、的有毒性、易燃性、易爆性,操作压力2.8MPa温度小于 200,参阅文献【1】表63。其主要尺寸如下图:垫片的主要尺寸内径(d/mm)外径(D/mm)宽(b/mm)厚度(/mm)釜体16001632163人孔450478143底座400428143第三章 反应釜传动装置3.1.电动机的选型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端。搅拌设备选用电动机问题,主要是确定系列、功率、转速以及安装形式等几项内容。电动机功率必须满足搅拌器运转功率与传动系统、轴封系统功率损失的要求。可根据化工设计指导书165页公式计算。电机的功率按下式计算: 已知: ,选用 ,设计采用机械轴封。功
16、率消耗小,则 式中 Pn-电机功率,kw N-搅拌功率,kw Nm-轴封系统的摩擦损失,kw -转动系统的机械效率。 由于反应釜里的物料具有易燃性和易爆性,故选用 隔爆型三相异步电机。估计电动机的功率Pd=3.58kw ,查阅文献可选用机型号为Y112M-2电动机的规格型号功率(Kw)马力(HP)电流(A)转速(r/min)效率(%)功率因数重量(Kg)Y80M1-20.7511.82825750.8417Y80M2-21.11.52.52825770.8618Y90S-21.523.42840780.8522Y90L-22.234.8284080.50.8627Y100L-2346.4288
17、0820.8734Y112M-245.58.2289085.50.8746选取的型号型号转速()功率(Kw)效率(%)质量(kg)Y112M-22890485.5463.2 减速器的选型反应釜的减速机动大部分与电动机配套使用,只在搅拌转速很高时,才见到电动机不经减速机而直接驱动搅拌轴。因此电动机的选用一般应与减速机的选用互相配合考虑。搅拌传动装置单支点机架(HG2156695)标准的附录中列有常用的“釜用传动装置、减速机型号以及技术参数”,可以根据机架公称直径和搅拌轴速来选择减速机的型号。参考文献【3】表186,机架公称直径DN=250mm,减速机选用LC100两级圆柱齿轮减速机。3.3 安装
18、底座的设计安装底座的作用是安装机架和密封箱体。安装底座常用形式为RS(上装式无衬里图面)和LRS(上装式带不锈钢衬里图面)。由于安装底座的公称直径与凸缘法兰相同,故在形式选取是应该注意与凸缘法兰的密封面相匹配。参阅文献【2】表1830,安装底座的主要尺寸如下表安装底座尺寸/mm公称直径DN(mm)外径D(mm)螺柱中心圆直径K(mm)凹底直径D3(mm)形式代号400565515415LRS3.4机架的设计反应釜立式传动装置是通过机架安装在反应釜封头的底座或安装底盖上的,机架上端要求减速机装配,下端则与底座或底盖装配。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夹克联轴节,且反应釜使
19、用不带内置轴承的机械密封,参阅文献【3】表187,故选用A型单支点机架(HG21566695)由搅拌轴的直径d=50mm 可知,机架的公称直径DN=250mm,尺寸如下图:D1(mm)D2(mm)D3(mm)D4(mm)D5(mm)(mm)H(mm)H1(mm)质量(kg)290350395425455750288833.5 联轴器的型式及尺寸的设计3.5.1 联轴器型式的确定由于选用LC100两级圆柱齿轮减速机,所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节(D型)。标记为:DN 50 HG5-21365,结构如图。由文献分别确定联轴节的尺寸和零件及材料,尺寸如表,零件及材料如表。由于联轴节轴孔直径DN
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