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化工机械基础课程设计

化工机械设计

（2009级）

题目夹套反应釜设计

学院医药化工学院

专业化学工程与工艺

班级09化工1

学号

学生姓名

指导教师

完成日期2011年11月15日

1.夹套反应釜设计任务书…………………………………………………………2

2.设计方案分析和拟定……………………………………………………………3

3．罐体和夹套设计………………………………………………………………4

3.1几何尺寸…………………………………………………………………4

3.2强度计算……………………………………………………………………4

3.3稳定性校核（按内压校核厚度）…………………………………………5

3.4水压试验校核………………………………………………………………6

3.5支座形式的选择……………………………………………………………7

3.6接管、管法兰及设备法兰的选择…………………………………………7

3.6.1管口表………………………………………………………………7

3.6.2管法兰表……………………………………………………………7

3.6.3设备法兰的选择……………………………………………………8

3.7搅拌传动系统设计…………………………………………………………8

3.7.1搅拌器选择…………………………………………………………8

3.7.2搅拌轴设计…………………………………………………………8

3.8传动系统……………………………………………………………………9

3.8.1电动机………………………………………………………………9

3.8.2V带减速机…………………………………………………………9

3.8.3轴承、联轴器的选择………………………………………………10

3.9凸缘法兰及安装底盖………………………………………………………11

3.9.1凸缘法兰……………………………………………………………11

3.9.2安装底盖……………………………………………………………11

3.10轴封形式的选择…………………………………………………………11

3.11总装配图的绘制（见附图）

4.参考文献…………………………………………………………………………11

5.设计总结…………………………………………………………………………11

1、夹套反应釜设计任务书

一、设计内容

设计一台夹套传热式带搅拌的反应釜。

二、设计参数和技术特性指示

三、设计要求

1、进行罐体和夹套设计计算。

2、选择搅拌传动系统设计。

（1）进行传动系统方案设计（指定用V带传动）。

（2）作带传动设计计算：

定出带型，带轮相关尺寸（指定选用库存电机Y132M2-6,转速960r/min，功率5.5KW）。

（3）进行上轴的结构设计及强度校核。

（4）选择轴承、进行轴承寿命校核。

（5）选择联轴器。

（6）进行罐内搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计。

（7）选择轴封型式。

3、设计机架结构。

4、选择凸缘法兰及安装底盖结构。

5、选择支座形式并进行计算。

6、选择接管、管法兰、设备法兰、手孔、视镜等容器附件。

7、绘制装配图（A1图纸）。

2、设计方案的分析和拟定

一、夹套反应釜的总体结构

主要由：

搅拌容器：

罐体和夹套，主要由封头和筒体组成

搅拌装置：

搅拌器和搅拌轴

传动装置：

为带动搅拌装置设置的，由电动机、减速机、联轴器和传动轴等组合而成

轴封装置：

动密封，一般采用机械密封或填料密封

支座接管及一些附件

二、夹套反应釜机械设计步骤

先阅读任务书，然后设计

1.罐体和夹套的设计

⑴结构设计⑵罐体几何尺寸设计

⑶夹套几何尺寸设计⑷强度校核

2.反应釜的搅拌装置

确定搅拌的形式：

推进式，与轴的连接是通过轴套用平键或是深定螺钉固定

搅拌轴设计：

⑴搅拌轴的材料

⑵结构

⑶校核强度

⑷支承

⑸轴的临界转变校核计算

3.反应釜的传动装置

电机、减速器的选型，选择联轴器，选用和设计机桨和底座

主要是设计V带，根据选用的功率、转速

4.反应釜的轴封装置

填封密封是由填料箱、压盖、压紧螺栓及油杯等组成。

一般用于常压、低压、低转速及允许定期维护的搅拌装置。

机械密封的搅拌装置：

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。

三、反应釜的其他附件

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

支座分为A型和B型两种，当设备需要保温或直接支承在楼板上时选B型，否则选A型，每台反应釜常用4个支座。

2.设备接口：

⑴接管与管法兰⑵补强圈⑶液体出料口

⑷过夹套的物料进出口⑸夹套进气管

3.视镜：

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。

3、夹套反应釜设计计算

3.1几何尺寸：

步骤

项目及代号

参数及结果

备注

1-1

全容积V，m3

2.2

由工艺条件给定

1-2

操作容积V1,m3

1.8

由工艺条件给定

1-3

传热面积F,㎡

3

由工艺条件给定

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=H1/D1

1.3

按参考文献2表4-2选取

1-7

初算筒体内径

1.292

按参考文献2式4-1选取

1-8

圆整筒体内径D1,㎜

1300

按参考文献2表D-1选取

1-9

一米高的容积V1m,m3

1.327

按参考文献2表D-1选取

1-10

釜体封头容积V1封,m3

0.3208

按参考文献2表D-2选取

1-11

釜体高度H1=（V—V1封）/V1m,m

1.416

按参考文献2式4-2选取

1-12

圆整釜体高度H1,mm

1500

选取

1-13

实际容积V=V1m×H1+V1封,m3

2.311

按文献2式4-3计算

1-14

夹套筒体内径D2,mm

1400

按文献2表4-3选取

1-15

装料系数η=V操/V或按η=0.6～0.85选取

0.78

计算或选取

1-16

夹套筒体高度H2≥（ηV－V1封）/V1m,m

1.117

按文献2式4-4计算

1-17

圆整夹套筒体高度H2,mm

1200

选取

1-18

罐体封头表面积F1封,m2

1.9340

按文献2表D-2选取

1-19

一米高筒体内表面积F1m,m2

4.09

按文献2表D-1选取

1-20

实际总传热面积F=F1m×H2+F1封，m2

6.842>3

按文献2式4-5校核

3.2强度计算（按内压计算厚度）

步骤

项目及代号

参数及结果

备注

2-1

设备材料

Q235-A

据工艺条件或腐蚀情况确定

2-2

设计压力（罐体内）p1,MPa

0.2

由工艺条件给定

2-3

设计压力（夹套内）p2,MPa

0.3

由工艺条件给定

2-4

设计温度（罐体内）t1,℃

<100

由工艺条件给定

2-5

设计温度（夹套内）t2,℃

<150

由工艺条件给定

2-6

液柱静压力p1H=10-6ρghMPa

0.015

按参考文献1计算

2-7

计算压力p1c=p1+p1H,MPa

0.215

计算

2-8

液柱静压力p2H,MPa

0

忽略

2-9

计算压力p2c=p2

0.3

计算

2-10

罐体及夹套焊接接头系数φ

0.85

按参考文献1表10-9选取

2-11

设计温度下材料许用应力[σ]t,MPa

113

按参考文献1附表6选取

2-12

罐体筒体计算厚度

1.46

按参考文献1式10-12选取

2-13

夹套筒体计算厚

2.19

按参考文献1式10-12选取

2-14

罐体封头计算厚度

1.46

按参考文献1式10-32选取

2-15

夹套封头计算厚

2.19

按参考文献1式10-32选取

2-16

钢板厚度负偏差C1,mm

3

按参考文献1式10-10选取

2-17

腐蚀裕量C2,mm

2.0

按双面腐蚀

2-18

厚度附加量C=C1+C2

5

按参考文献1第十章选取

2-19

罐体筒体设计厚度δ1c=δ1+C2,mm

5

按参考文献1式10-12选取

2-20

夹套筒体设计厚度δ2c=δ2+C2,mm

5

按参考文献1式10-12选取

2-21

罐体封头设计厚度δ/1c=δ/1+C2,mm

5

按参考文献1式10-12选取

2-22

夹套封头设计厚度δ/2c=δ/2+C2,mm

0.5

按参考文献1式10-12选取

2-23

罐体筒体名义厚度δ1n,mm

6

圆整取数

2-24

夹套筒体名义厚度δ2n,mm

6

圆整取数

2-25

罐体封头名义厚度δ/1n,mm

6

圆整取数

2-26

夹套封头名义厚度δ/2n,mm

6

圆整取数

3.3稳定性校核（按外压校核厚度）

步骤

项目及代号

参数及结果

备注

3-2

罐体筒体名义厚度δ1n,mm

6

假设

3-2

厚度附加量C=C1+C2

2.5

按参考文献1表10-10选取

3-3

罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C,mm

3.5

按参考文献1第十章计算

3-4

罐体筒体外径D1O=D1+2δ1n,mm

1312

按参考文献1第十章计算

3-5

筒体计算长度L=H2+1/3h1+h2,mm

1308

按参考文献1第十章计算

3-6

系数L/D1O

0.997

按参考文献1第十章计算

3-7

系数D1O/δ1e

375

按参考文献1第十章计算

3-8

系数A

0.0002

查参考文献1图10-15

3-9

系数B

-

查参考文献1图10-17

3-10

许用外压力

0.068

按参考文献1式10-25计算

3-11

罐体筒体名义厚度δ1n,mm

10

假设

3-12

厚度附加量C=C1+C2

2.8

按参考文献1图10-10

3-13

罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C,mm

7.2

按参考文献1第十章计算

3-14

罐体筒体外径DO=D1+2δ1n,mm

1320

按参考文献1第十章计算

3-15

筒体计算长度L=H2+1/3h1+h2,mm

1308

按参考文献1第十章计算

3-16

系数L/D1O

0.991

按参考文献1第十章计算

3-17

系数DO/δ1e

183.3

按参考文献1第十章计算

3-18

系数A

0.00055

查参考文献1图10-15

3-19

系数B

68

查参考文献1图10-17

3-20

许用外压力

0.37>0.3

按参考文献1式10-25计算

3-21

罐体筒体名义厚度δn,mm

10

确定

3-22

罐体封头钢板厚度负偏差C1,mm

0.8

假设

3-23

厚度附加量C=C1+C2

2.8

按参考文献1表10-9，10-10选取

3-24

罐体封头有效厚度δ/e=δ/n-C,mm

7.2

按参考文献1第十章计算

3-25

罐体封头外径D/O=D/1+2δ/n,mm

1320

按参考文献1第十章计算

3-26

标准椭圆封头当量球壳外半径R/O=0.9D/O,mm

1188

按参考文献1第十章计算

3-27

系数

0.000758

按参考文献1第十章计算

3-28

系数B

87

查参考文献1图10-17

3-29

许用外压力

0.41>0.3

按参考文献1式10-34计算

3-30

罐体封头最小厚度δmin=15%D1,mm

1.95

δmin≤δe，满足要求

3.4水压试验校核

步骤

项目及代号

参数及结果

备注

4-1

罐体实验压力

0.25

按参考文献1式10-17计算

4-2

夹套水压实验压力

0.375

按参考文献1式10-17计算

4-3

材料屈服点应力σS,MPa

235

按参考文献1附录6计算

4-4

σT≤0.9ΦσS,MPa

179.8

按参考文献1式10-19计算

4-5

罐体圆筒应力

26.3<179.8

按参考文献1式10-19计算

4-6

夹套内压实验应力

34.02<178.8

按参考文献1式10-19计算

3.5支座形式的选择

由于立式反应釜为夹套传热带搅拌的配料罐，属于保温型所以选择标准耳式A型，标准号为JB/T4712.3-2007，材料为Q235-A，由容器公称直径DN=1300mm

查参考文献2附录D-9得如下主要尺寸：

允许载荷

Q，kN

适用容器公称直径

DN

高度H

底板

垫板

l1

b1

δ1

s1

l3

b3

δ3

e

30

700~1400

200

160

105

10

50

250

200

8

30

允许载荷

Q，kN

支座

数

A型筋板

地脚螺栓

支座质量，kg

A型

l2

b2

δ2

d

M

30

4

125

110

6

30

24

6.0

3.6接管、管法兰及设备法兰的选择

3.6.1管口表

符号

公称直径

连接尺寸标准

连接面形式

用途和名称

A

25

PL25-1.0RFHG20592-2009

PL/RF

蒸汽入口

B

65

PL65-1.0RFHG20592-2009

PL/RF

加料口

C

100

—

—

视镜

D

25

PL25-1.0RFHG20592-2009

PL/RF

温度计接口

E

25

PL25-1.0RFHG20592-2009

PL/RF

压缩空气入口

F

40

PL40-1.0RFHG20592-2009

PL/RF

放料口

G

25

PL25-1.0RFHG20592-2009

PL/RF

冷凝水出口

3.6.2管法兰参考文献2附录4-12

符号

公称直径DN

管子外径

A

连接尺寸

六角螺栓、螺栓

密封尺寸

法兰厚度

C

法兰内径

B

法兰近似质量

Kg

法兰外径

D

螺栓孔中心圆直径K

螺栓孔直径L

螺栓孔数量

n

螺栓

Th

螺栓长度

l

螺柱长度

l

突台直径

d

突台高度

f1

A

25

33.7

115

85

14

4

M12

50

70

68

2

16

33

1.0

B

65

76.1

185

145

18

8

M16

65

70

122

2

20

78

3.0

C

100

114.3

220

180

18

8

M16

70

95

158

2

22

110

4.5

D

25

33.7

115

85

14

4

M12

50

70

68

2

16

33

1.0

E

25

33.7

115

85

14

4

M12

50

70

68

2

16

33

1.0

F

40

48.3

150

110

18

4

M16

60

85

88

2

18

46

2.0

G

25

33.7

115

85

14

4

M12

50

70

68

2

16

33

1.0

3.6.3设备法兰的选择

查参考文献1表11-2可知乙型平焊法兰可满足工艺条件，法兰材料取Q235-A，由参考文献1表11-1可餐区凹凸面密封面，垫片材料选用耐油石油橡胶板，螺栓材料GB700Q235-A，螺母材料为Q235-A查阅相关文献可得乙型平焊法兰尺寸如下：

PN=0.6MPa

公称直径DN

法兰

螺栓

法兰质量，Kg

D

D1

D2

D3

D4

δ

d

规格

数量

凹面

凸面

1300

1430

1390

1355

1341

1388

46

23

M20

40

97.5

99.8

3.7搅拌传动系统设计

3.7.1搅拌器选择

搅拌装置：

由工艺条件可知搅拌器采用推进式搅拌器，其直径DJ常取罐体内经D1的0.2-0.5，以DJ=0.33*D1最为常见，常用与n=100～500r/min的场合。

推进式搅拌器的主要尺寸见参考文献2表4-6

DJ

D

d1

D0

键槽

H

质量/Kg

N/n

B

t

不大于

500

65

110

M16

18

70.6

105

10.42

0.05

3.7.2搅拌轴设计

搅拌器的机械设计酮一般转动轴。

搅拌轴材料选用45号钢，搅拌轴转速200r/min。

（1）搅拌轴轴的强度校核，步骤如下：

（见参考文献2表4-7）

步骤

项目及代号

参数及结果

备注

5-1

轴功率P,kW

4

由工艺条件确定

5-2

轴转数n,r/min

200

由工艺条件确定

5-3

轴材料

45

常用

5-4

轴所传动的扭矩

191

按参考文献1第五章计算

5-5

材料许用扭转剪应力[τ],MPa

35

按参考文献1第十七章17-1选取

5-6

系数A

112

按参考文献1第十七章17-1选取

5-7

轴端直径

30.4

按参考文献1第十七章式17-3计算

5-8

开一个键槽，轴径扩大5%，mm

31.92

按参考文献1第17章计算

5-9

圆整轴端直径d，mm

40

圆整选取

（2）搅拌轴的结构：

实心直轴，与联轴器配合使用，搅拌器与轴的连接是通过轴套用平键或紧钉固定，轴端加固定螺母。

（3）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，设计转速为200r/min，则直线允差1000：

0.1

3.8V带减速机

3.8.1电动机

电动机型号

额定功率Kw

减载转速r/min

堵转转矩

最大转矩

额定转矩

额定转矩

Y132M2-6

5.5

960

2.0

2.0

3.8.2V带减速机

（1）特点：

结构简单，制造方便，价格低廉，能防止过载，噪声小。

（2）减速机的基本形式和主要尺寸。

（3）减速机的设计重点是V带轮的设计计算。

V带轮的设计计算和步骤如下：

（见参考文献2表4-22）

步骤

设计项目

单位

公式及数据

备注

6-1

传动的额定功率P

KW

5.5

已知电机功率

6-2

小皮带轮转速n1

r/min

960

已知电机转速

6-3

大皮带轮转速n2

r/min

200

已知搅拌机转速

6-4

工况系数Ka

1.3

由参考文献1表14-4选出

6-5

设计功率Pd

kW

Pc=Ka*P=7.15

计算

6-6

选V带型号

根据Pd和n，选A型带

根据参考文献1图14-5选取

6-7

传动速比i

I=n1/n2=4.8

计算

6-8

小皮带轮计算直径d1

mm

75

按参考文献1表14-5初选

6-9

验算带速v

m/s

V=π*d1*n1/（60*1000）=3.77

vmax=25-30m/s

vmin=5m/s

6-10

小皮带轮计算直径d1

mm

100

按参考文献1表14-5初选

6-11

验算带速v

m/s

V=π*d1*n1/（60*1000）=5.02

Vmin

vmax=25-30m/s

vmin=5m/s

6-12

滑动率ε

0.02

选取

6-13

大皮带轮计算直径d2

mm

d2=id1（1-ε）=470.4

圆整，取d2=500

计算后按参考文献1表14-5圆整

6-14

初定中心距a0

mm

0.7（d1+d2）

可根据结构要求定

6-15

带的基准长度Ld0

mm

Ld0≈2a0+π/2（d1+d2）+（d2-d1）2/4a0=3178.84

圆整，取Ld=3550

计算后按参考文献1表14-2圆整

6-16

确定中心距a（确定安装V带时所需最小中心距amin和最大中心距amax）

mm

A=a0+（Ld-Ld0）/2=1285.6

amin=a-0.015Ld

amax=a+0.03Ld

按参考文献1式14-12计算

6-17

小皮带轮包角α1

（º）

α1=180°-57.3°（d2-d1）/a=159.16°

按参考文献1式14-13计算

6-18

单根V带额定功率P1

kW

0.98

由参考文献1表14-6选取

6-19

i≠1时，单根V带额定功率增量△P1

kW

0.1214

由参考文献1表14-6选取

6-20

包角修正系数Kα

0.95

由参考文献1表14-7选取

6-21

带长修正系数KL

1.17

由参考文献1表14-8选取

6-22

V带根数z

Z=pd/[Kα*KL（p1+△P1）]=5.84圆整，取z=6

计算后圆整

3.8.3轴承、联轴器的选择

（1）有工艺条件可知，轴承选用较接触球轴承

角接触球轴承的主要尺寸如下：

（按参考文献2附录E-1选取）

轴承型号

尺寸，mm

安装尺寸，mm

基本额定载荷，KN

极速转速K，r/min

d

D

B

rmin

r1min

a

damin

Damax

ramax

Cr

C0r

脂

油

50

90

20

1.1

0.6

19.4

57

83

1

42.8

32.0

6300

5800

（2）连州器选用GYS6型凸缘连轴器

型号

公称转矩Tn/N·m

许用转矩[n]/r·min-1

轴孔长度L

D

D1

b

b1

S

转动惯量I/kg·m2

质量m/kg

Y型

J1型

GYS6

900

6800

112

84

140

80

40

56

8

0.015

7.59

3.9凸缘法兰及安装底盖

3.9.1凸缘法兰：

DN≈D1/4

选用R型凸缘法兰，标准号HG-21564-95，参考文献2附录D-6，尺寸如下：

公称直径DN

d1

d2

k

d3

d4

h1