反应釜的设计要求.docx

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1、化工设备机械基础课程设计目录一、关于夹套反应釜设计任务说明（2）二、夹套反应釜设计（3）1. 夹套反应釜的总体结构（3）2. 罐体和夹套的设计（3）3. 反应釜的搅拌装置（13）4. 反应釜的传动装置（16）5 反应釜的轴封装置（22）6 反应釜其它附件（23） 三 、 附表（28）1 筒体的容积、面积和质量（28）2 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸（28） 四 、 参 考 （29） 五 、 附 图 （30）第 1 页 共30 页化工设备机械基础课程设计关于夹套反应釜设计任务说明本设计根据化工设备的机械理论知识，参照给顶工艺参数，科学合理地设计出符合要求的夹套反应釜，其涉及的内容如下：

2、一总体结构设计。根据工艺要求并考虑制造安装和维护检修的方便，确定各部分结构形式。二搅拌容器的设计； 三传动系统的设计；四决定并选择轴封类型及有关零部件；五绘图；六编制技术要求，提出制造、装机、检验和试车方面的要求。应用标准技术条件的可标注文件号。设计中需注意以下几点：一对相关的数据进行正确的计算和校核； 二需查获资料的数据必须精确可靠；三读图正确，构想主体模型；四对工艺给定外的隐含条件必需考虑，如环境因素等； 五对构件的形式进行合理的选择；六制图时比例适当，数据精确，符合要求；在化工、石油化工、炼油、轻工、制药、食品等工业领域中采用大量的设备。但这些设备由于生产过程中所起的作用及工作原理不同，

3、要求设备的形状、尺寸、结构型式也不同，所以对化工容器进行设计是必需的一个过程。在设计中不仅要熟练掌握化工设备的基础知识，还要正确把握其工艺特性及工程的定量、定性地核算第 8 页 共30 页夹套反应釜设计1. 夹套反应釜的总体结构带搅拌的夹套反应釜是化学、医药及食品等工业中常用的典型反应设备之一。它是一种在一定压力和温度下，借助搅拌器将一定容积的两种（或多种）液体以及液体与固体或气体物料混匀，促进其反应的设备。一台带搅拌的夹套反应釜。它主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器； 搅拌装

4、置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；封头装置为动密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。2. 罐体和夹套的设计夹套式反应釜是由罐体和夹套两大部分组成。罐体和夹套的设计主要包括其结构设 计，各部件几何尺寸的确定和强度的计算与校核。罐体在规定的操作温度和操作压力下， 为物料完成其搅拌过程提供了一定的空间。夹套传热是一种应用最普遍的外部传热方 式。它是一个套在罐体外面能形成密封空间的容器，既简单又方便。2.1 罐体和夹套的结构设计罐体一般是立式圆筒形容器，有顶盖、筒体和罐底，通过支座安装

5、在基础或平台上。罐底通常为椭圆形封头，对于常压或操作压力不大而直径较大的设备，顶盖可采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢制的横梁，用以支承搅拌器及其传动装置。顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种筒体内径 D11200mm，宜采用可拆连接。当要求可拆时做成法兰连接。夹套的形式与罐体相同。2.2 罐体几何尺寸计算2.2.1 确定筒体内径一般由工艺条件给定容积 V、筒体内径 D 按式 1 估算：134 3 .03 .14 1 .133 .47424V1D 3m p i1 1 .151式式中 V工艺条件给定容积，m3;i长径比， i =H 1 =1.1（按物料的类型选取，见表 1）D1当 D

6、 估算值圆整到公称直径系列，见附表 1。1表 1种类设备内物料类型I一般搅拌釜液-固相或液-液相物料11.3气-液相物料12发酵罐类1.72.52.2.2 确定封头尺寸椭圆封头选标准件， 它的内径与筒体内径相同 D =1500mm 、 封头厚度1PDd = i因为钢号为 Q所以s t= 113 MPa 、 f = 0 .8、 P = 0 .3 MPa ，封22s t f - P235-A头厚度d =0.4860m3封0 .3 15002 113 0 .8 0 .3= 2 .5 mm 5由工艺条件决定1-4釜体形式圆筒形常用结构1-5封头形式椭圆形常用结构1-6长径比i = H/ D111.1按

7、表 1 选取1-74V1p i1.515按式 1 选取1-8圆整筒体内径 D ,11500按附表 1 选取1-9一米高的容积 V,m31.778按附表 1 选取1-10釜体封头容积 V,m30.486按附表 2 选取1-17圆整夹套筒体高度 H ,mm1100选取1-18罐体封头表面积 F,m21 封2.5568按附表 2 选取步骤项目及代号参数及结备注果初算筒体内径 D 3, m1 m1 封1-11釜体高度 H =(VV11 封)/V1 m,m1.414按式 2 计算1-12圆整釜体高度 H ,mm11400选取1-13实际容积 V=VH +V1 m11 封,m32.975按式 3 计算1-

8、14夹套筒体内径 D ,mm21600按表 2 选取1-15装料系数 =V /V 或按 =0.60.85 选取操0.8计算1-16夹套筒体高度 H ( VV2)/V ,m1.076按式 4 计算1 封1m21-19一米高筒体内表面积 F1m,m24.715按附表 1 选取1-20实际总传热面积 F=F1m2H +F1 封，m27.74335按式 5 校核2.5.2 强度计算（按内压计算厚度） 表 4第 9 页 共30 页化工设备机械基础课程设计2-2设计压力（罐体内）p ,MPa10.3由工艺条件给定2-3设计压力（夹套内）p ,MPa20.35由工艺条件给定2-4设计温度（罐体内）t ,11

9、00由工艺条件给定2-5设计温度（夹套内）t ,2120由工艺条件给定2-6液柱静压力 p=10-6 gh,MPa1H0.0147按参考文献 1 第八章计算2-7计算压力 p=p +p,MPa0.3147计算2-8液柱静压力 p,MPa2H0忽略2-9计算压力 p=p2c20.35计算2-10罐体及夹套焊接接头系数0.85那参考文献 1 表 9-6 选取2-11设计温度下材料许用应力 t,MPa113按参考文献 1 表 9-4 或 9-52-1 设备材料Q-A据工艺条件或腐蚀情况确定2351c11h2-12罐体筒体计算厚度d=p 1cD 1, mm2.46选取12-13夹套筒体计算厚d 22s

10、 t f - p=p 2 c D 22s t f - p 2 c1c, mm2.92按参考文献 1 第九章计算按参考文献 1 第九章计算2-14罐体封头计算厚度d1 =p1c D 1, mm2.462s t f2-15夹套封头计算厚度- 0 .5 p1c2.918按参考文献 1 第十章计算2-162-172s t f - 0 .5 p 2 c2.02-18钢板厚度负偏差 C ,mm2.6按参考文献 1 表 9-109-112-19腐蚀裕量 C ,mm5.06选取2-20厚度附加量 C=C +C5.52按参考文献 1 第九章计算d 2 / =p 2 c D 2, mm0.6按参考文献 1 第十章

11、计算122-21 罐体筒体设计厚度2-22 夹套筒体设计厚度1=1c1=2c22+C ,mm1+C ,mm15.525.518按参考文献 1 第九章计算按参考文献 1 第九章计算2-23罐体封头设计厚度/1c=/ +C ,mm6按参考文献 1 第九章计算2-24夹套封头设计厚度/2c=/ +C ,mm216按参考文献 1 第十章计算第 10 页共23-205页罐体筒体名义厚度,mm1n6按参考文献 1 第十章计算2-26夹套筒体名义厚度,mm2n6圆整选取罐体封头名义厚度 /,mm1n圆整选取11化工设备机械基础课程设计2.5.3 稳定性校核（按外压校核厚度）表 5序号项目及代号参数及结果备注

12、3-1罐体筒体名义厚度,mm1n8假设第 14 页共 30 页3-23-3厚度附加量 C=C +C12罐体筒体有效厚度=-C,mm1e1n2.85.2按参考文献1 表 9-109-11 选取按参考文献 1 第十一章计算3-43-53-6罐体筒体外径 D=D +21O1筒体计算长度 L=H +1/3h21系数 L/D1O,mm1n+h ,mm2151612500.8245按参考文献 1 第十一章计算按参考文献 1 第十一章计算按参考文献 1 第十一章计算3-73-8系数 D/1O系数 A291.541e0.00032按参考文献 1 第十一章计算查参考文献 1 图 11-53-9系数 BDd许用外

13、压力 p =B4, MPa查参考文献 1 图 11-83-10/1O1 e0.1410.35按参考文献1 第十一章计算稳定罐体封头名义厚度 /,mm1n3-21厚度附加量 C=C +C1210确定3-22罐体封头有效厚度 /=-C,mm/1e1n10假设3-23罐体封头外径 D/=D/ +2,mm/1O11n2.8按参考文献1 表 9-109-11 选取3-24标 准 椭 圆 封 头 当 量 球 壳 外 半 径7.2按参考文献 1 第十一章计算3-25R/1O=0.9D/1O,mm1520按参考文献 1 第十一章计算3-26系 数 A =0 .125按参考文献 1 第十一章计算( R / 1O

14、 / d / 1e )1368系数 B3-270.00066许用外压力 p =B查参考文献 1 图 11-5, mmR /O/ d /1 e3-28罐体封头名义厚度 /,mm1n91查参考文献 1 图 11-83-290.4770.35按参考文献1 第十一章计算稳定3-3010确定序号项目及代号参数及结果备注4-1罐体实验压力 p1T= 1 .25 ps , MPa1 s t0.25按参考文献 1 第九章计算4-2夹套水压实验压力 p0.2922 Ts = 1 .25 p, MPa2 s t按参考文献 1 第九章计算4-3材料屈服点应力,MPa235按参考文献 1 第九章计算S4-4o0.9

15、,MPa179.8按参考文献 1 第九章计算TS2.5.4 水压实验校核表 64-5罐体圆筒应力s=p( D+ d26.17179.8按参考文献 1 第九章计算1T11 e)1T2d, MPa1 e4-6夹套内压实验应力32.59178.8按参考文献 1 第九章计算s2 T=p 2 T ( D 2 + d 2 e ) , MPa2d2 e3. 反应釜的搅拌装置搅拌装置由搅拌器、轴及其支承组成。搅拌器的型式主要有：桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式等。根据设计任务书及搅拌器型式选用表选取。工艺过程类别控制因素适用搅拌器型式D /D1JH /D0J调和（低粘度均容积循环速率推进式、涡轮式推

16、进式：4:13:1不限相液体混合）涡轮式：6:13:1分散（非均相液液滴大小（分涡轮式3.5:13:11:11:2体混合）散度）容积循环速率搅拌器型式选用表（摘自 HG/T2056994） 表 73.1 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计推进式搅拌器类似风扇扇形结构。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。为防螺纹腐蚀可加轴头保护帽见附图 1、2。推进式搅拌器 DJ常取内径 D1的 1/5 1/2 ， D =0.25 1500=375mm ，JN/n=4/300=0.0133200r/min 的，还要进行临界转速的校核。（1） 搅拌轴的材料：用 45 号钢。（2） 搅拌

17、轴的结构：常用实心或空心直轴，其结构型式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。介质为盐类无腐蚀性。轴上安装一层搅拌器。搅拌器的轴头需车削台肩，开键槽，轴端还要车螺纹。2表 9机 架代号搅拌轴轴端尺寸hhhhd12340d1dM21d3dR41t1DJ 型bH1H质量，kgDJ3511331524354242.8M45 1.54550146860034078（3） 搅拌器强度校核通常搅拌轴强度校核计算与轴结构设计同时进行，边画图、边计算、边修改。（4） 搅拌轴的形位公差和表面积粗糙程度要求：一般搅拌轴要求运转平稳，为防止轴的弯曲对轴封处

18、的不利影响， 因此轴安装和加工要控制轴的直度。 当转速化工设备机械基础课程设计n=300r/min 时，直线度允差 1000:0.1。轴的配合面的配合公差和表面粗糙度可按所配零件的标准要求选取。（5） 搅拌轴的支承，一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。为保证搅拌轴悬臂稳定性没，轴的悬臂长 L 、轴径 d 和两轴承间距B 应满足下列关系：1第 18 页共 30 页L /B45；L11/d4050L 4050L1112801600所以 L1=1280H符合要求11280/B45B256320所以 B 取 260mm若轴封处能起支承作用，B 应算至轴封处，当d 的裕量较小和轴转速较高的 L /B

19、1及 L /d 取偏小值。1反应釜搅拌轴的滚动轴承，通常根据转速、载荷的大小及轴径 d 选择，高转速、轻载荷可选用角接触球轴承。低速、重载荷可选用圆锥滚子轴承。常用轴承型号及主要尺寸见附表 3附表 5。安装轴承的公差带常采用 K6，外壳孔的公差带长采用 H7。安装轴承处的轴配合表面粗糙度 Ra 取 0.81.6，外壳孔与轴承配合表面粗糙度取 16。成对安装的轴承，当温度变化较大时，应优先采用背对背安装。（6） 搅拌器的临界转速校核计算。搅拌轴上装有搅拌器，往往由于结构不对称，加工安装有误差等原因，使回转中心离开其几何轴线而产生回转离心力，使轴受到周期性载荷干扰。当周期载荷的频率与搅拌轴的自然频

20、率接近时，轴便发生剧烈振动，这种现象称为轴的共振。产生共振时，搅拌轴的转速称为临界转速。一般搅拌轴常设计呈刚性轴，使 n（0.750.8）n 。c1当轴上装有单层且经过很好平衡的搅拌器时，其一阶临界转速 n为：c16 02p3 E I gW L 2 ( L + B )d 11nc1 =其中 E=2.01105106PaW =4.59Nn=300r/min 则有1602 3 .143 2 .01 10 5 10 6 p (0 .032 ) 44 .59 (1 .28 ) 2 (1 .28 + 0 .26 )64nc1 = 4 9 4.50.75 n=370.1r/minn0.75 n搅拌轴符合要

21、求c1c1式中E轴材料弹性模量，Pa； I轴的惯性矩，I=1/64（ d）2，m4； d 轴 径 ，m；0.032； B两支点间距离，m；0.26；W 搅拌器重，N；1L 搅拌器外伸端长度，m。1T = 9 .55 10 6 P , N mmn0轴端直径 d A 0 3n, mm17-2 计算8开一个键槽，轴径扩大 5%，mm28.35按参考文献 1 第 17 章计算9圆整轴端直径 d，mm32圆整选取搅拌轴的强度计算步骤一览表见下表：表 10步骤项目及代号参数及结果备注1轴功率 P,kW4由工艺条件确定2轴转数 n,r/min300由工艺条件确定3轴材料45常用4轴所传动的扭矩127.33按

22、参考文献 1 第 17 章计算5材料许用扭转剪应力,MPa35按参考文献1第 17章表17-36系数 A112按参考文献17-31第 17章表7P27按参考文献1第 17章式4. 反应釜的传动装置反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置通常设置在釜顶封头的上部。4.1 常用电机及其连接尺寸搅拌设备选用电动机问题，主要是确定系列、功率、转速以及安装形式和防爆要 求等几项内容。电动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。电机功率按下式计算P= P + Pm dh已知 Pd=5.5kWP=4kW =0.9则 P=0.95kWm式中P 电机功率，kW；dP搅拌器功率，kW；P

23、 轴封系统的摩擦损失，kWm类别传动形式效率圆柱齿轮传动开式传动、铸齿（考虑轴承损失）0.90.93 传动系统的机械效率。表 11 传动机械效率4.2 釜用减速机类型、标准及其选用 反应釜用 V 带传动减速机，见下表。表 12 标准减速机的功率、转速范围、类型代号及特性参数序号标准号减速机类型转速范围r/min电机功率范围kW类型代号特性参数1HG5-747-78V 带传动减速3200.65.5P三角皮带机500型号及根数特性三角皮带减速机减速比范围4.532.9输出轴转速范围，r/min320500功率范围，kW0.65.5效率主要特点本级为单级三角皮带传动的减速装置，结构简单，过载时会产生打滑现象，因此嫩起到安全保护作用，但由于皮带滑动不能保持精确的传动比特性参数三角皮带型号及根数应用条件允许正反旋转， 本系列采用夹壳联轴节（HG5-213-65）与搅拌轴连接，搅拌器和轴的重量均由本机轴承承受，本机不能用于有防爆要求的场合标定符号P 三角皮带型号、三角皮带根数顺序号标准图号HG 5-7