夹套反应釜__化工设计.doc

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1、 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.

2、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

3、 ； 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=649m

4、m；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）t1120；温度（夹套内）t2 C1=0.6mm)夹套筒体名义厚度=5mm；（满足- C1）罐体封头名义

5、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；

6、许用外压=0.0540.3；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=0.4400.3；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

7、；=0.9*0.85*235=179.8 ；罐体圆筒应力=26.6179.8；夹套内压试验应力:= =43.4179.8；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

8、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（+） 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

9、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+

10、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=

11、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

12、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

13、，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

14、-A；挡板800x80x12材料Q235-A法兰垫片选耐酸石棉板，=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10018015028285013317084133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

15、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= q1H1=2180.8=174釜体封头的质量m2DN=

16、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=0.81.11031=0.88103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=1486.29.8/2=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

17、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

18、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/2=(1590.180.91100)/21130.85=147.5mm2有效补强区尺寸：h1=d(S-c)

19、= 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A1F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

20、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。