夹套反应釜-课程设计.pdf

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1、 夹套反应釜-课程设计 0 课程设计任务书.错误!未定义书签。1.1.1.设计方案的分析和拟定.3 2.罐体和夹套的设计.4 2.1.罐体和夹套的结构设计.4 2.2.罐体几何尺寸计算.4 2.2.1.确定筒体内径.4 2.2.2.确定封头尺寸.5 2.2.3.确定筒体高度 H1.5 2.3.夹套几何尺寸计算.5 2.3.1.确定夹套内径.5 2.3.2.确定夹套高度.6 2.3.3.校核传热面积.6 2.4.夹套反应釜的强度计算.6 2.4.1.强度计算的原则及依据.6 2.4.2.按内压对筒体和封头进行强度计算.7 2.4.3.按外压对筒体和封头进行稳定性校核.9 2.4.4.水压试验校核

2、.10 3.反应釜的搅拌器.11 3.1.搅拌器的选用.11 3.2.挡板.11 4.反应釜的传动装置.11 4.1.电动机、减速机选型.12 1 4.2.凸缘法兰.12 4.3.安装底盖.13 4.4.机架.13 4.5.联轴器.13 4.6.搅拌轴设计.13 5.反应釜的轴封装置.15 6.反应釜的其他附件.16 6.1.支座.16 6.1.1.确定耳式支座实际承受载荷 Q.16 6.1.2.确定支座的型号及数量.17 6.2.手孔.17 6.3.设备接口.17 2 设计目的：培养学生把所学“化工机械基础”及其相关课程的理论知识，在设备课程设计中综合地加以运用，把化工工艺条件与化工设备设计

3、有机结合起来，使所学有关机械课程的基本理论和基本知识得以巩固和强化。培养学生对化工设备设计的基本技能以及独立分析问题、解决问题的能力。设计要求：（1）树立正确的设计思想。（2）要有积极主动的学习态度和进取精神。（3）学会正确使用标准和规范，使设计有法可依、有章可循。（4）学会正确的设计方法，统筹兼顾，抓主要矛盾。（5）在设计中应注意处理好尺寸的圆整，处理好计算与结构设计的关系。设计内容：设计一台带有搅拌装置的夹套反应釜，包括设备总装配图一张，零部件图一至二张，设计计算说明书一份。设计任务书 设计参数及要求 容器内 夹套内 工作压力，Mpa 设计压力，Mpa 0.2 0.3 工作温度，设计温度，

4、120 150 介质 有机溶剂 冷却水或蒸汽 全容积 V，m 2.5 操作容积 V1，m 2.0 传热面积，m 7 腐蚀情况 微弱 推荐材料 不锈钢 搅拌器型式 桨式 搅拌速度，r/min 7m2，所以夹套换热满足要求。2.4.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。2.4.1.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 钢制压力容器的 7 规定。根据任务书的条件，反应釜罐体内为正压外带夹套，依据如下：当圆筒的公称直径 DN600 时，被夹套包围部分的圆筒分别按内压圆筒

5、和外压圆筒计算，取其中较大值，其余部分按内压圆筒设计。2.4.2.按内压对筒体和封头进行强度计算 2.4.2.1.选择设备材料 分析工艺要求和腐蚀因素，罐体决定选用 0Cr18Ni9,其中 150下的许用应力为t=103Mpa，夹套选用 Q235-A，其中 150下的许用应力为t=113Mpa。2.4.2.2.确定计算压力 按工艺条件，罐体内设计压力 p1=0.2Mpa，夹套内设计压力p2=0.3Mpa。罐体液注静压力为 p1H=gh10-6=1000101.410-6=0.014Mpa，计算压力为 p1c=p1h+p1=0.014+0.2=0.214Mpa。夹套计算压力等于设计压力，即 p2

6、c=p2h=0.3Mpa。2.4.2.3.罐体筒体及封头壁厚计算 罐体筒体壁厚的设计厚度为：采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查，按教材表 10-9，取焊缝系数=0.85，不锈钢 C2=0，则 22cidtcp DCp 8 mmpDpctcd713.1214.010385.021400214.0C 221111 查 教 材 表 10-10，取 钢 板 负 偏 差 C1=0.18mm，则 名 义 厚 度mmCd893.118.0713.1111n，圆整后取1n=2mm。罐体封头壁厚的设计厚度为：mm712.1214.05.0-10385.021400214.05.0 21111ctcdpDp，名

7、义 厚 度mmCdn892.118.0712.1111，圆整后取1n=2mm。2.4.2.4.夹套筒体及封头壁厚计算 夹套筒体壁厚的设计厚度为：采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查，按教材表 10-9，取焊缝系数 =0.85，Q235-A以 双 面 腐 蚀 计 算C2=2mm，则mmpDpctcd35.423.011385.0215003.0C 222222 查 教 材 表 10-10，取 钢 板 负 偏 差 C1=0.5mm，则 名 义 厚 度mmCd85.45.035.4122n,圆整后取2n=6mm。夹套封头壁厚的设计厚度为mmpDpctcd34.423.05.011385.0215003

8、.0C5.0 222222 名义厚度mmCdn84.45.034.4122，圆整后取2n=6mm。.22cidtcp DCp 9 2.4.3.按外压对筒体和封头进行稳定性校核 2.4.3.1.罐体筒体稳定性校核 罐体筒体名义厚度n=2mm，厚度附加量C=C1+C2=0.18+0=0.18mm，罐体筒体有效厚度e=n-C=2-0.18=1.82mm，罐体筒体外径D0=D1+2n=1400+4=1404mm。筒体计算长度L=H2+31h1+h2=1100+31350+25=1242mm。根据筒体图算法强度校核计算，系数 D0/e=1404/1.82=77120,系数L/D0=1242/1408=0

9、.882。120 时 不 锈 钢 板 E=2.06105Mpa，查 教 材 图 10-15 得 系 数A=0.00008，查图 10-20 得系数 B 在材料曲线左方，许用外压MpaDAEpe0142.077131006.200008.02)/(3250，由于p0.3,所以筒体厚度取 8mm。2.4.3.2.罐体封头稳定性校核 假设封头厚度n=8mm,厚度附加量 C=C1+C2=0.8mm,有效厚度e=n-C=7.2mm,封头外径D0=1416mm,标准椭圆形封头当量球壳外半 1 0 径 R0=0.9D0=1274.4mm,系数e/R125.0A0=0.00071，系数 B=65Mpa，p=B

10、/(R0/e)=65/(1274.4/7.2)=0.367Mpa0.3,所以封头厚度取 8mm。2.4.4.水压试验校核 夹套反应釜应对罐体和夹套分别进行水压试验，并校核圆筒应力T。2.4.4.1.确定实验水压 常 温 下 不 锈 钢 许 用 应 力 =137Mpa,Q235-A许 用 应 力=113MPa。罐体试验压力MpapptT333.01031372.025.125.111。夹套试验压力 MpapptT375.01131133.025.125.122。2.4.4.2.应力校核 查 GB T 4237-1992，得不锈钢屈服点应力s=205Mpa，Q235-A 屈服应力s=235Mpa。

11、罐体圆筒应力MpaDpeeT54.322.72)2.71400(333.02)(11T1 夹套内压试验压力MpaDpeT9.824.32)4.31500(375.02)(e22T2 强度条件：罐体，1T0.9s=156.825Mpa；夹套，2T0.9s=180Mpa。因为1T=32.54Mpa156.825Mpa,2T=82.9Mpa180Mpa，所以水压试验强度足够。1 1 表 2-3 釜体夹套厚度计算结果 罐体 夹套 筒体 8mm 6mm 封头 8mm 6mm 3.反应釜的搅拌器 3.1.搅拌器的选用 根据任务说明书的要求，本次设计采用的是浆式搅拌器。选用直叶双叶桨，D1为搅拌容器内径，H

12、0为液面高度，DJ为搅拌器直径。搅拌器直径与罐体内径之比常取 DJ/D1=0.350.8,根据实际情况取DJ/D1=0.54，则：搅拌器直径 DJ=756mm，根据 HG/T 3796.3-2005圆整后得 DJ=750mm，质量 7.4kg。3.2.挡板 挡板是常用的搅拌附件之一，搅拌器工作时挡板能够增加流体的剪切强度，把回转的切向流动改变为径向和轴向流动，改善搅拌效果。挡板宽度常取容器内径的 1/101/12，一般设置 46 个挡板沿罐壁均匀分布直立安装。4.反应釜的传动装置 反应釜的传动装置是为搅拌器提供运动和动力的，传动装置一般包括 1 2 电动机、变速器（减速器）、联轴器、搅拌轴（传

13、动轴）、机架、安装底盖及凸缘法兰等，当搅拌轴较长时，常将搅拌轴分段制造，搅拌轴与传动轴采用刚性联轴器连接成一整体轴。设计内容一般包括：电动机的选型、变速器的选型或设计、轴的支承条件的确定、轴上零件的选型及轴的设计、机架和底座选用或设计等。4.1.电动机、减速机选型 防爆电动机应选择 YB 系列，电动机功率必须满足搅拌器运转及传动装置、轴封系统功率损失的要求，还要考虑到操作过程中的不利条件。电动机功率可按下式确定：mdPPP,其中 Pd指电动机功率，P 是搅拌器功率，Pm是轴封系统的摩擦损失功率，是传动装置的机械效率。P=1.4kW,设计采用填料轴封，功率消耗小，Pm=0.6KW，摆线针轮传动=

14、0.9，故 Pd=2.22kW。与防爆电动机配套使用的减速机可选 XL 系列摆线针轮减速机，选用根据：轴转速 n=60r/min 电机功率 Pd为 2.22kW,查标准 HG/T 3139.2-2001,选取减速器型号为；XL5，配套电动机功率 4kW，转速1440r/min,传动比 i=25，输出轴许用转矩 1000Nm，所以选用配套电动机型号为：YB2-112M-4，其轴功率为 4kW,转速为 1440r/min,电流为 8.8A,质量为 62Kg,额定转矩 26.5Nm，直连供应。4.2.凸缘法兰 凸缘法兰一般焊接于搅拌器封头上，用于连接搅拌传动装置。采用 R 1 3 型突面凸缘法兰，其

15、尺寸查表得：DN=300mm，螺栓数量：12，螺纹：M20，质量：33.5kg。4.3.安装底盖 安装底盖采用螺栓等紧固件，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。设计选取了 RS 型安装底盖，其尺寸查表得：DN=300mm。4.4.机架 机架是安装减速机用的，机架上端与减速机底座尺寸相匹配，下端采用螺柱与安装底盖连接。根据轴的支撑条件，机架分为无支点机架、单支点机架、双支点机架。本次选用单支点机架。选用 DJ55 型单支点机架，D2=310mm，D5=400mm，质量为 150kg。4.5.联轴器 电机和减速器输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都

16、是通过联轴器连接的，并传递运动和转矩。常用的类型很多，选取刚性凸缘联轴器，选用 GY7 型，其质量为 13.1kg。4.6.搅拌轴设计 搅拌轴的设计包括材料的选用、结构确定、支承条件确定和强度计算的内容。搅拌轴的材料：选用 45 钢 1 4 搅拌轴的结构：用空心直轴，因为连接的是桨式搅拌器，用螺栓对夹，故采用光轴即可。确定最小轴径：轴功率 P=1.4kW,搅拌轴转速 n=60r/min，材料为45 钢,许用扭转切应力35Mpa。轴的扭转强度条件为：maxWMT，nPT61055.9M，对于空心轴）（44d-DD16W，联立三式得扭转强度条件：nPDd161055.9D644；其中 d 指搅拌轴

17、直径，P 指搅拌轴传递的功率，n 指搅拌轴转速。将 P=1.4kW，n=60r/min，=35Mpa 代入上式得Dd44D32442,取大值 D=42.3mm。由于轴开有键槽，故轴的直径应增大 20%左右，所以 42.31.2=50.76mm，圆整外径 D=60.0mm，内径 d=53mm。刚度校核：18010M3GIT，式中，为扭转角，m/)(;nPT61055.9M=222833Nm G 为轴的切变模量,合金钢取 8.1104MPa 444mm497447)(32dDI 一般取 0.51.0（）/m；代入数据得=0.317，故,轴径符合要求。由于转速小于 200r/min，故不用校核临界转

18、速。轴承选取：轴承同时承受径向力及轴向力的作用，转速较高，载荷小，选用角接触球轴承，考虑其安装与调整，采用正装方式，轴承选取 7208C，dDB=408018。轴与轴承内圈采用过渡配合，取其直 1 5 径尺寸公差为 k6 或 m6，轴承的轴向距离按搅拌釜支承条件确定。搅拌轴的形位公差和表面粗糙度的要求：一般搅拌轴要求运转平稳，为防止轴的弯曲对轴封处的不利影响，因此轴安装和加工要控制轴的直度。当转速 n100r/min 时直度允许误差：1000：0.15，轴的表面粗糙度和配合面的配合公差可按所配零件的标准要求选取。搅拌轴的支撑：一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承，当搅拌轴较长时，轴的刚度条件

19、变坏。为保证搅拌轴悬臂稳定性，轴的悬臂长 L1、轴径 d 和两轴承间距 B 应满足以下关系：L1/B45;L1/d4050。搅拌轴的支承常采用滚动轴承，安装轴承处的公差带常采用 m6 或k6，外壳孔的公差带常采用 H7。安装轴承处轴的配合表面粗糙度Ra 取 0.8 1.6，外壳孔与轴承配合表面粗糙度 Ra 取 1.6。5.反应釜的轴封装置 轴封装置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和真空状态以及防止物料溢出和杂质的掺入。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，这次设计选用填料轴封。填料轴封是搅拌设备最早采用的一种轴封结构，结构简单，

20、易于制造，在搅拌设备上得到广泛应用。主要用于常压、低压、低转速及允许定期维护的搅拌设备。因为所选轴径为 60mm，故查表得标准填料箱主要尺寸：d=60mm,D1=240mm,D2=210mm,D3=176mm,H=176mm。1 6 6.反应釜的其他附件 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/T 4725-92）分为 A 型（短臂）和 B 型（长臂）两种。当设备需要保温或直接支撑在楼板上时选用 B 型，否则选择 A 型。6.1.1.确定耳式支座实际承受载荷 Q 罐体 DN=1400mm,=8mm 的 1 米高筒节的质量 q1=278kg,夹套 DN=

21、1500mm,=6mm 的 1 米高筒节的质量 q2=223kg,故 Q1=H1q1+H2q2=1.4278+1.1223=634.5kg，Q1为釜体和夹套筒体总重载荷。DN=1400mm,=8mm 的封头的质量 142kg，DN=1500mm,=6mm 的封头的质量 121kg,故 Q2=1422+121=405kg，Q2为釜体和夹套封头重载荷。Q3为料液重载荷，按水压试验时充满水计，=1000kg/m3,现以罐体尺寸估计。DN=1400mm 的封头容积 V封=0.398m3，1 米筒节的容积V=1.69 m3，故 Q3=V=(V封+VH1)=（0.398+1.691.4）1000=2764

22、kg。Q4为其它附件重量估计为62+17.3+150+13.1+25.9+33.5+7.4+7.7=317kg。总重 m=634.5+405+2764+317=4120.5kg。1 7 6.1.2.确定支座的型号及数量 容器总重量约 4120.5kg，配置四个支座，按两个支座计算需要承担的负荷 Q=20603N，选用 B4 型支座，允许载荷为 60kN，支座质量为15.7kg,地脚螺栓是 M24。6.2.手孔 手孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。手孔的直径一般为 150250mm，此次选择公称直径 150mm 的手孔，重25.9kg。6.3.设备接口 化工容器及设备，往往由于

23、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。接管和法兰是用来与管道和其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是公称直径和公称压力。法兰密封面应进行机械加工，通常表面粗糙度取 Ra3.26.3m，接管的伸出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为 150mm。容器开孔后由于壳体材料的削弱，出现开孔应力集中现象，因此，要考虑补强，补强圈是常用的型式。补强圈的厚度和材料一般均与设备壳体相同，补强圈上有一小螺纹孔（M10），焊后通入压缩空气，以检查焊缝的气密性。因为手孔直径 di=150mm,壁厚n=8mm，补强圈内径 D1=150mm,外径 D2=300mm，则厚度=1.5n=1.58=12mm,1

24、 8 故补强圈取 12mm 厚，重 25.4kg。液体进料管一般从顶盖引入，进料管应伸进罐体内且下端开口截成45角，开口方向朝着设备中心，以防止冲刷罐体，减少物料对壁面的腐蚀。视镜主要用来观察设备内物料及其反应情况，也可作为料面指示镜，一般成对使用，当视镜需要斜装或设备直径较小时，采用带颈视镜。由于釜内介质压力较低，且考虑 DN=1500mm，本设计选用两个DN=100mm的带颈视镜，HG/T 21575-1994。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 2006.1 2 蔡继宁主编，化工设备机械基础课程设计指导书，北京：化学工业出版社，2010.8 3 冯开平，左宗义主编，画法几何与机械制图，广州：华南理工大学出版社，2007.7 4 张枫叶，覃国萍主编，化工制图，北京：机械工业出版社，2007.8 5 杨荣榛编著，化工制图，陕西师范大学出版社，2006