本科毕业设计--反应釜.doc

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1、反应釜设计的有关内容一、设计条件及设计内容分析由设计条件单可知，设计的反应釜体积为1.0；搅拌轴的转速为200,轴的功率为4kw;搅拌桨的形式为推进式；装置上设有5个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、1个温度计管口。反应釜设计的内容主要有：（1） 釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计；（2） 夹套的的强度、刚度计算和结构设计；（3） 设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰；（4） 人孔的选型及补强计算；（5） 支座选型及验算；（6） 视镜的选型；（7） 焊缝的结构与尺寸设计；（8） 电机、减速器的选型；（9） 搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计；（10）选择联轴器；（11）设计机架结构及尺寸；（

2、12）设计底盖结构及尺寸；（13）选择轴封形式；（14）绘总装配图及搅拌轴零件图等。第一章 反应釜釜体的设计1.1 釜体 、的确定1.1.1 釜体的确定将釜体视为筒体，取L/D=1.1由V=(/4)，L=1.1则，圆整由314页表16-1查得釜体的1.1.2釜体PN的确定由设计说明书知釜体的设计压力0.21.2 釜体筒体壁厚的设计1.2.1设计参数的确定设计压力p1：p10.2MPa；液柱静压力 p1H=10(-6)1.0103101.1=0.011MPa 计算压力p1c： p1c=p1+p1H=0.2+0.011=0.211MPa；设计温度t1： 100 ；焊缝系数： 0.85许用应力：根据

3、材料Q235-B、设计温度100，由参考文献知113；钢板负偏差：0.6（GB6654-96）；腐蚀裕量：3.0。1.2.2 筒体壁厚的设计由公式 得：+0.6+3.0=4.7mm圆整 刚度校核：碳素钢的考虑筒体的加工壁厚不小于5mm，故筒体的壁厚取1.3 釜体封头的设计1.3.1 封头的选型 釜体的下封头选标准椭球型，代号EHA、标准JB/T47462002。1.3.2 设计参数的确定 设计压力p1：p10.2MPa；液柱静压力 p1H=10(-6)1.0103101.1=0.011MPa 计算压力p1c： p1c=p1+p1H=0.2+0.011=0.211MPa；设计温度t1： 100

4、；焊缝系数： 0.85许用应力：根据材料Q235-B、设计温度100，由参考文献知113；钢板负偏差：0.6（GB6654-96）；腐蚀裕量：3.0。1.3.3 封头的壁厚的设计 由公式得 = 4.7圆整得1.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定根据，由参考文献附表4-2知：直边高度h2： 25容 积V： 0.1505曲边高度h1： 250内表面积A： 1.1625 质 量m: 53.78kg1.4 筒体长度1的设计1.4.1筒体长度H的设计筒体高度H1=（V-V封)/V1m=(1-0.1505)/0.785=1.082m圆整H1至1100mm 1.4.2釜体长径比的复核L /Di=H1/D

5、i =1100 / 1000 = 1.1 在11.3的范围内，故所求长径比满足要求。1.5 外压筒体壁厚的设计1.5.1设计外压的确定 由设计条任务书可知，夹套内介质的压力为0.3MPa，取设计外压=0.3。 1.5.2 图算法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚8，则： =8-3.8 = 4.2， =1016，。 在参考文献图4-5中的坐标上找到1.012的值，由该点做水平线与对应的线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为：0.OOO4。再由参考文献图4-6中选取，在水平坐标中找到=2.810-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数的值为：

6、155MPa、=2.00105。 根据=得： =0.64（）因为0.3 0.64，所以假设8合理，取筒体的壁厚8。1.6 外压封头壁厚的设计1.6.1 设计外压的确定 封头的设计外压与筒体相同，即设计外压=0.1。1.6.2 封头壁厚的计算设封头的壁厚=8，则: =8-3.8 = 4.2，对于标准椭球形封头=0.9，0.91000=900（）， =900/4.2= 241.29计算系数：= 5.1810-4在参考文献图4-5中选取，在水平坐标中找到=5.1810-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数的值为值为：78、=2.00105根据=得：

7、 =0.322（）因为0.3 0.322，所以假设8合理，考虑到与筒体的焊接，符合封头的壁厚与筒体一致，故取8。由JB/T 473795知釜体封头的结构如下图，封头质量：72.05（）下表为釜体封头的尺寸：第二章 反应釜夹套的设计2.1 夹套的、的确定2.1.1夹套的确定 由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知：1000+100=1100（） 故取=1100mm2.1.2 夹套的确定由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力为0.3，取0.32.2 夹套筒体的设计 2.2.1 夹套筒体壁厚的设计由公式 得：+0.6+3.0=4.8mm圆整 刚度校核：碳素钢的考虑夹套筒体与釜体筒体壁厚一致，

8、故筒体的壁厚取 2.2.2 夹套筒体长度的初步设计 H筒=0.827m=827mm 圆整后 H筒=900mm2.3 夹套封头的设计 2.3.1 封头的选型夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同（1400）。代号EHA，标准JB/T47462002。夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角。 2.3.2 椭球形封头壁厚的设计因为为常压0.3，所以需要根据刚度条件设计封头的最小壁厚。 11003800，取2/1000且不小于3 另加， min3+3=6（），圆整=8。对于碳钢制造的封头壁厚取=8。 2.3.3椭球形封头结构尺寸的确定夹套封头的尺寸见下表：直边高度深 度容 积质 量252750.19

9、8086.49封头的下部结构如下图：由设备设计条件单知：下料口的40，封头下部结构的主要结构尺寸116。2.3.4带折边锥形封头壁厚的设计考虑到封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体的壁厚一致，即8。2.3.5 封头结构的设计公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m311004002.55680.8602.3.6 带折边锥形封头壁厚的设计 由于封头过渡部分与锥体部分受力情况不同，分两部分计算 过渡部分： K=0.68 f=0.554 ，选型为CHA。 锥体部分： 考虑到与夹套筒体的焊接，故圆整2.4 传热面积的校核 =1000mm釜体下封头的

10、内表面积 = 1.1625=1000mm筒体（1高）的内表面积= 3.142夹套包围筒体的表面积= = 3.140.9=2.826（2）+=1.1625 + 2.826=3.9885 釜内进行的反应是吸热反应，则需进行传热面积的校核，即：将+ = 5.6429 2与工艺需要的传热面积进行比较。+=3.98853，满足要求。第三章 反应釜釜体及夹套的压力试验3.1釜体的水压试验3.1.1水压试验压力的确定 水压试验的压力：，查.0 。 3.1.2液压试验的强度校核 由 得： 0.9 =0.92350.85=179.8（）由29.88 0.9 =179.8 故液压强度足够3.1.3压力表的量程、水

11、温及水中浓度的要求 压力表的最大量程：P表=2=20.25=0.5 或1.5PT P表4PT 即0.375MPa P表1 水温15 水中浓度253.1.4水压试验的操作过程操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.25，保压不低于30，然后将压力缓慢降至0.2，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。3.2夹套的液压试验3.2.1液压试验压力的确定 液压试验的压力：，查=1.0 =1.250.31

12、.0=0. 375，取=0.3753.2.2液压试验的强度校核 由得： =49.3（） 49.3 0.9 =0.923510.85=179.8（） 液压强度足够3.2.3压力表的量程、水温的要求 压力表的量程：P表= 2=20.375=0.75或1.5PT P表4PT 即 0.5625MPa P表1.5MPa水温5。3.2.4液压试验的操作过程 在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.375，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.3，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干

13、。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。第四章 反应釜附件的选型及尺寸设计4.1釜体法兰联接结构的设计设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。4.1.1法兰的设计 (1)根据1000mm、0.6，由参考文献附表4-4，确定法兰的类型为甲型平焊法兰。标记：法兰RF1000-0.6 JB/T4701-2000材料：20锻(2)法兰的结构如下图：具体的结构尺寸见下表：公称直径DN/法兰/螺栓D规格数量1000113010901055104510424823M20364.1.2密封面形式的选型根据0.61.6、介质温度100和介质的性质，由参考文献知密封面形式为光滑

14、面。4.1.3垫片的设计 由参考文献表16-14得垫片选用耐油橡胶石棉垫片，材料为耐油橡胶石棉板（GB/T539），结构及尺寸如下：1045100044.1.4螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格 本设计选用六角头螺栓（A级和B级、GB/T5782-2000）、型六角螺母（A级、GB/T6172.1-2000）。 平垫圈（100HV、GB/T95-2002）。螺栓长度的计算： 螺栓的长度由法兰的厚度（）、垫片的厚度（）、螺母的厚度（）、垫圈厚度（）、螺栓伸出长度确定。 其中=48、=4、=10、=1、螺栓伸出长度取=0.323 螺栓的长度为： =120.9（）取120 螺栓标记： GB/T5782-20

15、00 M20120 螺母标记： GB/T6172.1-2000M20垫圈标记： GB/T95-2002 24-100HV （5）法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料 根据甲型平焊法兰、工作温度200r/min时，都应做临界转速校核。由于反应釜的搅拌轴转速=200，故不作临界转速校核计算。5.2联轴器的型式及尺寸的设计联轴器的型式选用刚性凸缘联轴器（GT45），标记为：GT45。由参考文献确定联轴器的结构和尺寸如下：GT型凸缘联轴器的刚性及尺寸表标定符号孔径dg（H7）MnmaxNm主要尺寸,mm质量kgDD1D0HH1H2H3d0ndmrGT4545160014511575162852025M1

16、24M1248.3165.3推进式搅拌器尺寸的设计推进式搅拌器的直径Dj常取罐体内径D1的1/51/2，以Dj=0.33 D1最为常见，Dj=0.331000=330mm,由参考文献表4-6，可将其圆整至300mm.推进式搅拌器如下图所示，类似风扇扇叶结构。它与轴的连接是通过轴套用平键或紧定螺钉固定，轴端加固定螺母。推进式搅拌器的尺寸见下表：(mm)Djdd1d0键槽H质量，kgN/nbt不大于3004080M121243.6653.620.025.4搅拌轴的结构及尺寸的设计5.4.1搅拌轴结构的设计搅拌轴成阶梯形，其主要目的是便于轴上零件的装拆、区分加工表面和利用轴肩定位等。搅拌轴的结构型式

17、应根据轴上安装的搅拌器类型、支承的结构和数量、以及与联轴器的连接要求而定，还要考虑腐蚀等因素的影响。具体的结构见零件图5.4.2搅拌轴的尺寸设计(1)加固定螺母的轴端直径为M36，长度L1=182+=50mm。(2)安装搅拌器的轴段由搅拌器的尺寸参数确定此段轴的直径为40，长度L2=H-3=65-3=62mm。(3)釜内的主体轴段此处轴径变化主要是为了搅拌器的安装和定位，通常取半径差a(0.070.1)d，所以此处轴径为45，长度L3=1135-65/2+4+15.5=1122mm。(4)安装分半环的轴段为便于分半环的安装，可取直径40，L4=12。(5)安装填料密封的轴段考虑到填料密封的尺寸

18、参数，取此处轴径为50，长度L5=340-4-(22.752-3)+14.5=308mm。(6)安装轴承的轴段考虑到所选的30211型轴承，此处轴径为55，长度L6=2T-3=222.75-3=42.5mm。(7)安装轴承压盖并定位轴承的轴段此处轴径的变化是为了轴承的定位和轴承压盖的安装，通常取半径差a(0.070.1)d，所以此处轴径可取60，取长度L7=56mm。(8)安装联轴器的轴段此处轴径变化是为了联轴器的定位和安装，考虑到联轴器的尺寸参数，此处轴径为55，长度L8=72mm。(9)安装螺母的轴段此处轴径为M36，长度L9=18+2=20mm。所以搅拌轴的总长 L= L1+L2+L3+

19、L4+L5+L6+L7+L8+L9 =50+62+1122+12+308+42.5+56+72+20=1744.5mm5.4.3轴上键的选择与设计安装搅拌器的轴段：键1256 GB/T 10962003；安装联轴器的轴段：键1665 GB/T 10962003。 第六章 传动装置的选型和尺寸计算6.1电动机的选型由于反应釜里的物料腐蚀情况微弱且没有防爆要求，所以可选择最常用的Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机。电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，还要考虑到有时在搅拌操作中会出现不利条件造成功率过大。电机功率可按下式确定：Pd=(P+Pm)/式中Pd电机功率； P搅

20、拌器功率（已经给出为4kw）；Pm轴封系统的摩擦损失；传动系统的机械效率（由参考文献表4-8，可取0.992）。所以Pd=（4+）/0.9924kw由参考文献附表5-4，选用Y132M1-6型电动机，额定功率为4kw，满载转速为960r/min。6.2减速机的选型反应釜用的立式减速机，主要类型有谐波减速机、摆线针轮行星减速机、二级齿轮减速机和V带传动减速机。根据电机的功率P=4kw、搅拌轴的转速n=200 r/min，查参考文献表4-11，可选用LC齿轮减速机，其型号尺寸从HG 574678标准中查得为LC100-11。在相同速比范围内，较之于其他传动来说，两级齿轮减速机传动具有体积小、效率高

21、、制造成本低、结构简单、装配检修方便等，传动比准确，寿命长。减速机的外形安装尺寸见参考文献。6.3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刚性凸缘联轴器，且反应釜使用不带内置轴承的机械密封，故选用WJ型单支点机架（HG2156695）。机架代号为DJ35。机架的结构如下图所示：DJ单支点机架的主要尺寸见下表：机架代号H2H3H4H5H6输入端接口输出端接口H质量，kgD1D2D3n1-MD4D5D6n2-DJ353401524561702002306-M1026032036012-14600786.4反应釜的轴封装置设计6.4.1 反应釜的轴封装置的选型轴封是搅拌设备的一个重要

22、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及防止反应物料逸出和杂质的渗入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式搅拌为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于工况复杂，轴的偏摆振动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于搅拌设备上。反应釜搅拌处的轴封，属于动密封，常用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。填料密封式搅拌设备最早采用的一种轴封结构，它的基本结构是由填料、填料箱、压盖、压紧螺栓及油杯等组成。特点是结构简单、易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用。一般用于常压、低压、低转速及允许定期维护的搅拌设备。机械密封是一种功耗小、泄漏率低，密封性能可靠

23、，使用寿命长的转轴密封。主要用于腐蚀、易燃、易爆、剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备。由设计任务书知，釜内介质的腐蚀性微弱，釜内压力较低，所以可以选择应用广泛的填料密封。6.4.2 填料密封的结构及尺寸根据轴径50，选择公称压力PN0.6的填料密封。填料密封的结构如下图：填料密封的主要尺寸参数见下表：釜用机械密封的主要尺寸（）轴径dD1D2D3HPN0.6法兰螺栓孔填料规格质量Kgn50240210176156818101015.4第七章 焊缝结构的设计7.1.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）出料口接管与封头的焊缝 7.2夹套上的焊缝结构的设计 （a）夹套的纵向焊缝 （b）夹套与封头的横向焊缝 （c）蒸汽入口接管与夹套筒体的焊缝 （f）釜体与夹套的焊缝第 28 页 共 28 页