《化工机械设计基础》课程设计--2.5m3夹套式反应釜机械设计.docx
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1、Hefei University化工机械设计基础课程设计题目: 2.5m3夹套式反应釜机械设计 系别: 化工系 班级: 姓名: 学号: 教师: 日期: 2017.1.11 目录1概述11.1反应釜的基础知识和应用背景11.2反应釜机械设计的意义和内容21.3 设计主要思路22 反应釜机械设计32.1工艺说明32.2设备选材32.3结构设计42.3.1确定筒体自内径42.3.2确定封头尺寸42.3.3确定筒体高度42.4夹套几何计算52.4.1夹套内径52.4.2夹套高度计算52.4.3传热面积的计算62.5筒体强度设计计算62.5.1强度计算的原则及依据62.5.2压力计算72.5.3罐体及夹
2、套厚度计算72.5.4轴的强度和刚度计算102.6反应釜的配件类型132.6.1电动机的选型132.6.2支座选型132.6.3联轴器型式的确定132.6.4机架的选取132.6.5人孔的选取142.7标准规范选用说明153总结16参考文献17心得体会181概述1.1反应釜的基础知识和应用背景(1)基础知识: 反应釜是在一定压力和温度下,借助搅拌器将一定容积的物料混匀,促进其反应的设备。通常伴随有热效应,由换热装置输入或移出热量。釜体上的夹套是用于加热和冷却的装置。釜体内筒通常为一圆柱形壳体,它提供反应所需空间;搅拌装置包括搅拌器、搅拌轴等,是实现搅拌的工作部件;传动装置包括电机、减速器、联轴
3、器及机架等附件,它提供搅拌的动力;传热装置的作用是满足反应所需温度条件;轴封装置是保证工作时形成密封条件,防止介质向外泄漏的部件。内筒一般为钢制圆筒。封头大多选用标准椭圆形封头,为满足工艺要求釜体上安装有多种接管,如物料进出口管、检测装置接管等。常用的传热装置有夹套结构的壁外传热和釜内装设换热管传热两种形式,应用最多的是夹套传热。当反应釜采用衬里结构或夹套传热不能满足温度要求时,采用蛇管传热方式。反应釜根据反应釜的制造结构可分为开式平盖式反应釜、开式对焊法兰式反应釜和闭式反应釜三大类,根据反应釜的密封型式不同可分为:填料密封、机械密封和磁力密封。这次我们设计选用的是夹套式反应釜,夹套式反应釜主
4、要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管等一些附件构成。而搅拌容器又可分为罐体和夹套两部分。(2)应用背景:国内外石油、化工、医药等行业产品生产装置中,反应釜是广泛应用的关键设备之一,担负着提供化学反应场所的重要作用,是整个化工工艺流程的心脏。反应釜旋转轴用密封和一般的旋转密封相比,密封介质通常具有腐蚀性和毒性等特点,一旦泄漏,将影响产品质量,还会对操作人员和环境造成较大的危害。此外,工作环境常为高温、高压,工作周期较长,因而易损坏,属于维护保养的重点零部件之一。1.2反应釜机械设计的意义和内容(1) 综合运用化工设备机械基础以及化工原理、化工制图等相关课程的理论知识,
5、巩固和强化有关机械课程的基本理论和基础知识。(2) 提高我们对化工工程设计的技能以及分析问题、解决问题的能力。树立明确的设计思想,掌握化工单元设备设计的基本方法和步骤,为今后创造性地设计化工设备及机械打下一定的基础。(3) 锻炼我们熟悉、查阅并综合运用各种有关的设计手册、规范、图册等设计技术资料的能力。进一步提高了我们识图、制图、运算等基本技能;完成了我们学校培养应用型人才的基本训练。(4) 设计内容主要包括了设备选材、结构设计、夹套几何计算、筒体强度设计计算 、支座、人孔等零部件选型。 1.3 设计主要思路 化工设备机械基础课程设计是在学习化工机械设备、仪表自动化以及化工原理等课程后对知识的
6、总结和归纳。本次课程设计以三人为一小组,首先通过查阅大量书籍文献了解关于现今大型化工工厂所使用的夹套式反应釜的类型,通过比较其优缺点、咨询相关专业老师后,在组内讨论以及指导老师的建议下我们决定设计容积为2.5m3的夹套式反应釜。本次设计过程差不多历经两个星期,主要分为四个阶段:(1)明确设计任务和要求;(2)查阅文献书籍确定设计思路;(3)对反应釜筒体、封头、夹套以及相关强度校核的计算;(4)画出相应的CAD图。2 反应釜机械设计2.1工艺说明(1)产品介绍:1-3丙二醇:无味、透明粘稠液体、有吸湿性、与水、醇及多种有机溶剂互溶、稍溶于苯和氯仿能与酸反应生成酯。1-3丙二醇,可作为进一步生产香
7、料、药物等多聚物或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)等高聚物的单体;缩合脱水产物,不饱和醛氧化得到相应的可广泛用作精细化工生产原料的羧酸。(2)工艺介绍:该反应是以丙烯醛、水、氢气和碱性催化剂为原料制备1-3丙二醇。2.2设备选材筒体、封头以及支座材质都选择碳钢Q235R。表1 反应釜设计参数筒体内夹套内设计压力,MPa0.60.9设计温度,115135介质1,3-丙二醇水或水蒸气全容积,m32.52.3结构设计筒体结构选择圆柱形筒体,封头结构选择椭圆形封头,夹套选择圆筒形夹套,支座与筒体之间采用对焊焊接,封头与筒体之间采用平焊焊接。2
8、.3.1确定筒体自内径一般由工艺条件给定全容积,筒体内径按照D1公式估算 (1)式中 V-工艺条件给定容积,m3; i-长径比,根据题意取i=1.2。已知V=2.5,则查阅压力容器公称直径GB9019-1998标准,圆整为D1=1400mm,同时得到V1m=1.539m3/m,F1m=4.40m2。2.3.2确定封头尺寸根据设计要求,该反应釜的封头选用标准为椭圆形封头,类型是EHA。椭圆封头选取标准件,它的内径与筒体内径相同,即DN=D1=1400mm。查阅文献得曲边高度h1=350mm,直边高度h2=25mm,封头总高度为H=h1+h2=449mm,内表面积F封=2.2346m2,容积V封=
9、0.3977m3。2.3.3确定筒体高度反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度H1按公式(2)计算,并进行圆整。 (2)式中:V封封头容积,m; V1m1m高筒体容积,m/m;V1m=1.539m3/m,V封=0.3977m3,, ,圆整后H1=1400mm。当筒体高度确定后,应按圆整后的筒体高度修正设计容积,则 2.4夹套几何计算夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套和筒体的连接常采用对焊焊接成封闭结构。2.4.1夹套内径夹套下封头直径D2可根据筒体内径D1选取。如下表所示:表2 夹套直径D2 /mmD1500-600700-18002000-3000D2
10、Di+50Di+100Di+200D1=1400mm,在700-1800mm之间,所以D2=D1+100=1400+100=1500mm2.4.2夹套高度计算夹套高H2由传热面积决定,不能低于液料高。若装料系数没有给定,则应合理选用装料系数的值,尽量提高设备利用率,通常取=0.6-0.85。 本设计中=操作容积/全容积=2.0/2.5=0.8。夹套高H2由公式(3)计算: (3)其中操作容积V1=0.82.5=2.0m3,H2=(0.82.5523-0.3977)/1.539=1.0684m=1068.4mm,圆整为H2=1100mm。2.4.3传热面积的计算夹套所包围罐体的表面积(筒体表面积
11、F筒+封头表面积F封)一定要大于工艺要求的传热面积F,即 (4)式中:F筒-筒体表面积F筒,F筒=H2F1m,m2 F封-封头面积,m2 F1m-1m高筒体内表面积,m/m2,因此符合传热要求。因圆筒型夹套传热面积小,故选用圆筒型夹套。2.5筒体强度设计计算当反应釜的几何尺寸确定后,则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。2.5.1强度计算的原则及依据根据任务书给出的条件,反应釜体内为正压外带夹套,被夹套保围的罐体分别按内压和外压计算,罐体内压为0.6Mpa,外压为极限时最大内外压差0.3Mpa;其余部分按内压圆筒设计。圆筒为正压外带夹套 :当
12、圆筒体的公称直径DN600mm时,被夹套包围部分的筒体分别按内压和外压计算,取其中最大值;其余部分按内压圆筒设计。当圆筒体的公称直径DN600mm时,全部圆筒分别按内压圆筒和外压圆筒计算,取其中较大值。按内压对筒体和封头进行强度计算。2.5.2压力计算材料选择Q235R,由设计压力P1(罐体内)为0.6Mpa,设计压力P2(夹套内)为0.9Mpa,可得:工作压力(罐体内)为0.6/1.1=0.55Mpa。工作压力(夹套内)为0.9/1.2=0.75Mpa设计温度(罐体内)t1=115;设计温度(夹套内)t2=135式中: 水的密度,kg/m3; G重力加速度,取值10m/s2; H罐体筒体高度
13、H1=1.4m;计算压力:P1C=P1=0.6Mpa(液柱静压力忽略 ) 计算压力:P2C=P2=0.9Mpa。2.5.3罐体及夹套厚度计算因我们选用的为双面焊的对接焊缝且局部无损伤,故选取罐体及夹套焊接接头系数。设计温度下材料许用应力为147Mpa。(1)罐体筒体计算厚度: (5)(2)夹套筒体计算厚度 (6)(3)罐体封头计算厚度 (7)(4)夹套封头计算厚度取最小厚度作为计算厚度,腐蚀裕量C2=2.0mm,(5)罐体筒体设计厚度: (6)夹套筒体设计厚度:(7)罐体封头设计厚度:(8)夹套封头设计厚度:(9)钢板厚度负偏差: C1=0.6mm;(10)罐体筒体名义厚度:(满足)(11)夹
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