反应釜设计2.doc

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1、化工设备机械基础课程设计题目：染料蒸发搅拌罐班级：09化工一班学号：2009115129姓名：雷勇指导老师：徐想娥 襄樊学院化学工程与食品科学学院目录绪论2课程设计的目的2课程设计的要求2课程设计的内容2课程设计的步骤2第1章 设计方案3设计依据3设计参数要求3设计参数的确定3第2章 工艺计算4筒体与封头的设计4筒体材料的选择4筒体厚度的计算5封头的设计5筒体与封头水压强度的校核6夹套的设计6封头法兰的设计6人孔的设计及补强的确定7人孔的选择7视镜的选择7补强的确定7接口管的设计9蒸汽入口管的设计9冷却水出口管的设计9进料管的设计9出料管的设计10温度计入口的设计10放空管接管口的设计10支座

2、的设计10筒体的质量10封头的质量10溶液的质量10夹套的质量11附加的质量11耳式支座的选用11校核搅拌轴强度及刚度12搅拌轴强度校核12搅拌轴刚度校核13设计总汇14参考文献14绪论课程设计的目的培养学生把所学化工设备机械基础及相关课程的理论知识，在课程设计中综合的加运用，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。培养学生对化工工程设计的基本技能以及独立分析问题、解决问题的能力。树立正确设计思想，掌握是化工单元设备设计的基本方法和步骤，为今后设计化工及机械打下一定的基础。培养学生熟悉、查阅并综合运用各种有关的设计手册、规范、标准、图册等设计技术

3、资料。课程设计的要求1）树立正确的设计思想。2）具有积极主动的学习态度和进取精神。3）学会正确的使用和规范，是设计有法可依、有章可循。4）学会正确的设计方法，统筹兼顾，抓住主要矛盾。课程设计的内容根据教学大纲要求，完成一种典型设备的机械设计。课程设计的步骤1）对设计中要用的各种设计参数进行计算和选取，以及根据制造容器的特殊要求选择材料。2）利用计算公式对容器筒体和封头壁厚的设计，以及封头类型的选择。3）根据鞍座承受的载荷而选用对称布置的双鞍座，再对容器进行各种应力分析和校核。4） 从连接的密闭性、强度等出发，标准选用各种法兰。第1章 设计方案本液氨贮罐属于中压容器，设计以“钢制压力容器”国家标

4、准为依据，严格按照政府部门对压力安全监督的法规“压力容器安全技术监督教程”的规定进度进行设计。以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足够的安全寿命。工艺设计的要求如下：1作罐体，封头和夹套的壁厚强度设计2选配封头和筒体的联接法兰3选择标准人孔，视镜，各类接管和法兰4选择设备支座5已知搅拌轴直径为50mm，扭转角为1/m，=40MPa，试校核搅拌轴强度及刚度要求设计压力工作温度罐内：120夹套：120介质罐内：染料及有机溶剂夹套：水蒸汽腐蚀性：微弱设备安装场合：室内搅拌为桨式：P=1.2Kw n=150r/min工艺接管表：a蒸汽人口：573.5 b冷凝水出

5、口：57c人孔： d温度计入口：32e进料口：573.5 f出料口：57g视镜： h放空管：1831）设计温度:T=1202) 设计压力：此设备的工作压力为0.2MPa，故P0=Mpa，原因是因为容器上装有安全阀时，可取1.05到1.11倍的最高工作压力作为设计压力，这里取最高设计压力为1.10倍。液柱静压力为Pi=DNg=110009.8110-60981Mpa5P，所以静压力可忽略不计，可取计算压力pc3)材料选择：由操作条件分析，该容器属于低压容器。在常温下材料的组织和力学性能没有明显变化。根据化工设备机械基础(董大勤编，p167)表93钢板选用表，筒体和封头的材料选择钢号为Q235-B

6、的钢板，使用状态为热轧 (钢板标准GB3276)，接管材料选用10号钢管（许用应力：=t=112Mpa）,法兰材料选择16Mn(锻)，鞍座底板材料选用16MnR，鞍座其余材料选用Q235-AF。4)钢板厚度负偏差：由化工设备机械基础（董大勤编）表811知钢板厚度在8.025mm时钢板负偏差C1=0.8mm。5)腐蚀裕量：根据化工设备机械基础（董大勤编） 知腐蚀余量有介质对材料的均匀腐蚀速率与容器的设计寿命决定。腐蚀裕量C2=n ，其中为腐蚀速率；n为容器的设计寿命。设备中筒体为双面腐蚀，故取C2=2.0mm。封头与夹套为单面腐蚀，故取C2=1.0mm。6)焊接头系数：该设备为低压容器，要保证设

7、备密封性能良好，故筒体焊接结构采用双面焊或相当于双面的全焊透的对接接头，故取焊接头系数=0.85。7）许用应力：对于本设计是用钢板卷焊的筒体以内径作为公称直径DN=D1=1000mm。假设Q235-B钢在120下，根据化工设备机械基础（董大勤编）表86，设计温度下钢板的许用应力t =113Mpa。常温强度指标b=375Mpa、s=235Mpa。第2章 工艺计算材料的选择由操作条件P=0.2MPa，T=120分析，该容器属于低压容器。在操作温度下材料的组织和力学性能没有明显变化。根据化工设备机械基础(董大勤编，p167)表93钢板选用表，筒体的材料选择钢号为Q235-B的钢板，使用状态为热轧 (

8、钢板标准GB3276)已知 C2=2mm，Di=1000mm，=0.85 t =113Mpa工作压力：PW =0.2 MPa计算压力：Pc由于筒体受内压的同时还受外压按内压计算 计算厚度： =3mm名义厚度：n=C1C2 =3+0.8+2+=6mm 按外压计算设定Pc=0.22MPa，n=8mm，C2=2mm，Di=1000mm有效厚度：e=nC1C2=80.82.0=mm由，查得A=0.00046，B=65得，所以内筒n=8mm由于椭圆封头厚度的筒体厚度的计算公式几乎一样，说明圆筒体采用标准椭圆封头，其封头厚度近似等于筒体厚度，这样筒体和封头可采用同样厚度的钢板来制造。故采用标准椭圆型封头。

9、由化工设备机械基础（董大勤编）知， 当DN2hi=2时，椭圆封头的形状系数。封头的设计厚度为：=1000（2113）2.0=mm考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，需圆整，封头的名义厚度：n=dC1=0.8=4mm。圆整后取n=4mm厚的Q235-B钢板制作封头。由化工设备机械基础（董大勤编）查得标准椭圆封头的直边高度h0=25mm。根据化工机械基础公式 式中 pt试验压力（Mpa）；e有效厚度（mm）；s强度指标（Mpa）。其中pt=1.25p=1.25=Mpa e=4mm s=235Mpa于是=s=0.9235 =179 MPa水压试验满足强度要求。已知 C2=1mm，Di=1000mm，=0

10、.85 t =113Mpa工作压力：PW =0.2 MPa计算压力：Pc由于夹套承受内压计算厚度： =3mm名义厚度：n=C1=3+1+=4mm1）根据DN=1000mm，p=0.2MPa可知应选用甲型平焊法兰。2）根据p=0.2MPa，t=120,查表可得：法兰材料用16MnR，定PN=0.25MPa时，1203）根据确定的DN=1000mm，PN=0.25MPa，查表得：压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。根据贮罐是在120及最高工作压力为0.22MPa的条件下，人孔标准应按公称压力为0.6MPa的等级

11、选取。由化工设备机械基础查得受压设备的人孔盖较重，一般选取吊盖式人孔或回转盖式人孔，吊盖式人孔使用方便垫片压紧较好，回转盖式人孔结构简单，转动时所占空间平面较小，如布置水平位置时，开启时较为费力。故选水平吊盖人孔。该人孔为板式平焊法兰人孔，标记为：HG215231995人孔RF（AG）450其中：RF突面封闭，接管于法兰的材料为20R，AG用普通石棉橡胶板垫片，450视镜是用来观察设备内部情况的。由于设备的直径较小，可以选用带颈的视镜HGJ 502-86，公称压力Pg10，公称直径Dg100，材料为碳素钢带颈视镜，其标记为：带颈视镜 Pg10 Dg100，HGJ 502-86-51、补强圈的尺

12、寸：由于人孔的筒节不是采用无缝钢管，故不能直接选用补强圈标准,由化工设备机械基础（董大勤编）查表得人孔的尺寸为4808，标准补强圈尺寸为内径Di=466mm，外径D0=760mm。本设计选用C型20（C=10）。因此内径为：Di=d0+ (1216)于是内径为Di=d0（1216）=45016=466mm2、补强计算：1）相关符号的含义被开孔的封头上的各种尺寸如下。n封头的名义厚度。n =4mme封头的有效厚度。e =3mm封头的理论计算厚度。0在开孔处封头承受应力所必须的最小的厚度。当开孔不在筒体焊缝上，且筒体的焊接接头系数=0.85时 0d0开孔的直径，可以认为等于接管外径。c封头壁厚的附

13、加量，c=c1+c2接管各部分尺寸do接管外直径。do=450mmdi接管内直径。di =434mmd去掉接管壁厚附加量后的接管内直径，d=di+2ct=di+2（ct1+ct2ct接管的壁厚附加量，ct=（ct1+ct2tn接管壁厚的名义厚度。tn =8mmte接管壁厚的有效厚度。tet接管壁厚的计算厚度。t=6mm补强有效区的范围B有效宽度，B=2d=mmB=d +2n +2tn即B=mmh1外侧有效高度，=接管实际外伸长度即=59mmh2内侧有效高度=接管实际内伸长度即=02）在封头上被削去的金属截面面积A=d02.66=mm23）在有效补强范围内可以用来补强的金属截面面积 mm2=25

14、9（6.2-6）=11.8 mm2焊接金属截面面积于是需要用补强圈补强的金属截面面积应该是：=-(148.784-11.8-200)=803.4 mm2 故需要用补强圈补强的金属截面面积为 mm2采用无缝钢管。管伸入贮罐内少许。根据化工设备机械基础查得配用具有突面密封的平焊管法兰，法兰标记：HG20594法兰SO50 RF 16MnR。接管公称直径小于80mm，故不用补强。采用无缝钢管。管伸入贮罐内少许。根据化工设备机械基础查得配用具有突面密封的平焊管法兰，法兰标记：HG20594法兰SO50 RF 16MnR。接管公称直径小于80mm，故不用补强。采用无缝钢管。管的一端切成45，伸入贮罐内少

15、许。根据化工设备机械基础查得配用具有突面密封的平焊管法兰，法兰标记：HG20594法兰SO500.25 RF 16MnR。接管公称直径小于80mm，故不用补强。采用可拆的压出管，将它用法兰套在接口管57内，罐体的接口管法兰采用法兰HG 20594 法兰SO500.25 RF 16MnR。与该法兰相配并焊接在压出管的法兰上，其连接尺寸和厚度与HG 20594法兰SO500.25 RF 16MnR相同，但其内径为50mm。采用32mmmm无缝钢管，将它用法兰套在接口管内，釜体的接口管法兰采用法兰HG 20594 法兰SO320.25 RF 16MnR。与该法兰相配并焊接在无缝钢管的法兰上，其连接尺

16、寸和厚度与HG 20594法兰SO320.25 RF 16MnR相同，但其内径为32mm。采用183mm无缝钢管，法兰为HG 20594 法兰SO150.25 RF 16MnR。由于釜体为立式容器，可以采用耳式支座。根据化工设备机械基础查表得，DN=1000mm，壁厚n=8mm条件下筒节钢板质量q1=199kgm，故W1=q1L0 于是W1=q1L0=1991=199kg根据化工设备机械基础查表得，DN=1000mm，壁厚n=4mm，h0=25mm条件下椭圆型封头质量q2=54kgm，故W2=2q2 于是W2=2q2=254=108kgW3=V 式中 V主管容积（m3）；水的密度（kgm3）。

17、其中根据化工设备机械基础查表得，DN=1000mm，壁厚n=8mm，h0=25mm条件下1m高筒体的体积V1=m3，椭圆型封头的容积V2=m3，故V=V封V筒 于是V=V封V筒=2V2L0V1=21=m3由于釜内溶液密度和水的密度相当，故质量按水考虑。即=1000kgm3。所以W3= V=1000=1087kg根据化工设备机械基础查表得，DN=1300mm，壁厚n=4mm条件下筒节钢板质量q2=129kgm，故W4=q2L1 于是W1=q1L0=199=kg人孔约重200kg，其他管的总和安300kg计算，故W5=200+300=500kg设备总质量为：W= W1+W2+W3+W4+W5 =1

18、99+108+1087+109.65+500=kg设耳式支座选用B型，支座数为3个。当采用3个耳式支座来承受这台容器时，每个支座实际承受的载荷应按下式计算。式中m0设备总质量g2Ge偏心载荷k不均匀系数，当n=3时，k=1；当n3时，n支座数目h水平力作用点至支座地板之间的距离，mmSe偏心距，mm螺栓分布直径。可用公式=1310P水平力，取水平地震力Pe和水平风载荷Pw二者中的大值 Pw=0a0地震系数，对7、8、9度的地震分别取0.23、0.45、0.9；计算得：Q=7.12 kNQ=20 Kn校核支座反力Q对器壁作用的外力矩MNm kNm故采用3个支座能够达到要求。 已知搅拌为桨式 P=

19、1.2Kw n=150r/min 搅拌轴直径50mm 扭转角1/m，=40MPam=9550最大扭矩=9550=1/m所以 搅拌轴在刚度上是不安全的设计总汇符号代表参数符号代表参数DN筒体直径Hs鞍座设计高度L0筒体长度（不含封头）s屈服极限T温度V体积P设计压力Pt试验压力Pc计算压力t管件应力t许用应力m质量腐蚀速率L两封头切线间距离n设计年限h封头直边高C2腐蚀裕量F支座反力P1液柱静压力H鞍座高度焊接接头系数A鞍座中心线与封头切线间的距离密度Rm椭圆封头外径计算厚度hi封头曲面深度d设计厚度M弯矩n名义厚度p轴向应力e有效厚度R封头内径K有效厚度封头形状系数剪应力C1厚度负偏差b2筒体有效宽度参考文献1董大勤.化工设备机械基础.北京.化工工业出版社，2002贺匡国. 化工容器及设备简明设计手册.北京：化工工业出版社，20023余国琮.化工机械工程手册（上卷）.第一版.北京.化学工业出版社，20034丁伯民，黄正林. 化工容器.北京：化学工业出版社，2002