化工容器搅拌反应釜设计说明书.docx
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化工容器搅拌反应釜设计说明书
<<化工容器>>课程设计
—搅拌反应釜设计
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一设计内容概述
1.1设计要求
1.2设计步骤
1.3设计参数
二罐体和夹套的结构设计
2.1几何尺寸
2.2厚度计算
2.3最小壁厚
2.4应力校核
三传动部分的部件选取
3.1搅拌器的设计
3.2电机选取
3.3减速器选取
3.4传动轴设计
3.5支撑与密封设计
四参考文献
一设计内容概述
(一)设计要求:
压力容器的基本要求是安全性和经济性的统一。
安全是前提,经济是目标,在充分保证安全的前提下,尽可能做到经济。
经济性包括材料的节约,经济的制造过程,经济的安装维修。
搅拌容器常被称为搅拌釜,当作反应器用时,称为搅拌釜式反应器,简称反应釜。
反应釜广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、农药、化肥等行业。
反应釜由搅拌器、搅拌装置、传动装置、轴封装置及支座、人孔、工艺接管等附件组成。
压力容器的设计,包括设计图样,技术条件,强度计算书,必要时还要包括设计或安装、使用说明书。
若按分析设计标准设计,还应提供应力分析报告。
强度计算书的内容至少应包括:
设计条件,所用规范和标准、材料、腐蚀裕度、计算厚度、名义厚度、计算应力等。
设计图样包括总图和零部件图。
设计条件,应根据设计任务提供的原始数据和工艺要求进行设计,即首先满足工艺设计条件。
设计条件常用设计条件图表示,主要包括简图,设计要求,接管表等内容。
简图示意性地画出了容器的主体,主要内件的形状,部分结构尺寸,接管位置,支座形式及其它需要表达的内容。
(二)设计步骤:
1.进行罐体和夹套设计计算;
2.搅拌器设计;
3.传动系统设计;
4.选择轴封;
5.选择支座形式并计算;
6.手孔校核计算;
7.选择接管,管法兰,设备法兰。
设计参数及要求
容器内
夹套内
工作压力,MPa
0.18
0.25
设计压力,MPa
0.2
0.3
工作温度,℃
100
130
设计温度,℃
120
150
介质
染料及有机溶剂
冷却水或蒸汽
全容积,
1.0
操作容积,
0.80
传热面积,
3
腐蚀情况
微弱
推荐材料
Q235--A
接管表
符号
公称尺寸DN
连接面形式
用途
A
25
蒸汽入口
B
25
加料口
C
80
视镜
D
65
温度计管口
E
25
压缩空气入口
F
40
放料口
G
25
冷凝水出口
H
100
手孔
(三)设计参数:
设计一台夹套传热式配料罐
二、罐体和夹套的结构设计
(一)几何尺寸
1-1全容积V=1.0m3
1-2操作容积V1=0.80m3
1-3传热面积F=3m2
1-4釜体形式:
圆筒形
1-5封头形式:
椭圆形
1-6长径比i=H1/D1=1.6
1-7初算筒体内径
带入计算得:
0.9267m
1-8圆整筒体内径
=1000mm
1-91米高的容积
按附表D-1选取
=0.785m3
1-10釜体封头容积
按附表D-2选取
=0.1505m3
1-11釜体高度
=(V-
)/
=1.08m
1-12圆整釜体高度
=1100mm
1-13实际容积V=
*
+
=0.636*1.4
+0.1113
=1.014
1-14夹套筒体内径
按表4-3选取得:
=
+100=1100mm
1-15装料系数
=
/V=0.8
1-16操作容积
=0.8
1-17夹套筒体高度
(
V-
)/
=0.827
1-18圆整夹套筒体高度
=900mm
1-19罐体封头内表面积
按附表D-2选取F1封=1.1625
1-20一米高筒体内表面积
按附表D-1选取F1m=3.14
1-21实总传热面积按式4-5校核F=F1m*H2+F1封=3.14*0.9+1.1625=3.625
>3
。
(二)厚度计算(按内压进行强度计算)
2-1设备材料Q235-A
2-2设计压力(罐体内)P1=0.2MPa
2-3设计压力(夹套内)P2=0.3MPa
2-4设计温度(罐体内)t1=120℃
2-5设计温度(夹套内)t2=150℃
2-5液柱静压力P1H=10-6ρgh=0.014MPa
2-6计算压力P1C=P1=0.214MPa
2-7液柱静压力P2H=0MPa
2-8计算压力P2C=P2=0.3MPa
2-9罐体及夹套焊接系数采用双面焊,局部无损探伤φ=0.85
2-10设计温度下材料许用应力[σ]t=113Mpa
2-11罐体筒体计算厚度
=1.12mm,按最小壁厚原则取为3mm
2-12夹套筒体计算厚度
=1.72mm,按最小壁厚原则取为3mm
2-13罐体封头计算厚度
,按最小壁厚原则取为3mm
2-14夹头封头计算厚度
,按最小壁厚原则取为3mm
2-15取最小厚度δmin=3mm作为计算厚度δ,mm
2-16取钢板厚度负偏差C1=0.6mm
2-17腐蚀裕度C2=2.0mm
2-18厚度附加量C=C1+C2=2.6mm
2-19罐体筒体设计厚度δ1c=δ+C2=3+2.6=6mm
2-20夹套筒体设计厚度δ2C=δ+C2=3+2.6=6mm
2-21罐体封头设计厚度δ1Cʹ=δ+C2=3+2.6=6mm
2-22夹套封头设计厚度δ2Cʹ=δ+C2=3+2.6=6mm
2-23罐体筒体名义厚度δ1n=6mm
2-24夹套筒体名义厚度δ2n=6mm
2-25罐体封头名义厚度δ1nʹ=6mm
2-26夹套封头名义厚度δ2nʹ=6mm
(三)最小壁厚(按外压校核厚度)
3-1罐体筒体名义厚度δ1n=6mm(假设)
3-2厚度附加量C=C1+C2=0.6+2.0=2.6mm
3-3罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C=3.4mm
3-4罐体筒体外径D1O=
+2δ1n=1000+2*6=1012mm
3-5筒体计算长度L=H2+1/3h1+h2=900+1/3*275=992mm
3-6系数L/D1O=1012/992=1.021
3-7系数D1O/δ1e=992/3.4=292
3-8系数查参考文献1图11-5得:
A=0.0003
3-9系数查参考文献1图无法查出B,因此需按照其他公式计算
3-10需用外压力[P]=
=0.28Mpa<0.3MPa
3-11罐体筒体名义厚度
δ1n=8mm(假设)
3-12厚度附加量C=C1+C2=0.8+2.0=2.8mm
3-13罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C=8-2.8=5.2mm
3-14罐体筒体外径D1O=D1+2δ1n=1000+2*8=1016mm
3-15筒体计算长度L=H2+1/3h1=992mm
3-16系数L/D1O=1016/992=1.024
3-17系数D1O/δ1e=992/5.2=191
3-18系数A=0.0004
3-19系数无法查出,因此需要按照其他公式计算
3-20许用外压力
=
=0.43Mpa>0.3Mpa所以稳定。
3-21筒体罐体名义厚度δ1n=8(确定)
3-22筒体封头名义厚度δ1nʹ=8(假设)
3-23厚度附加量C=C1+C2=0.8+2.0=2.8mm
3-24罐体封头有效厚度δ1eʹ=δ1nʹ-C=8-2.8=5.2mm
3-25罐体封头外径D1Oʹ=D1ʹ+2*δ1nʹ=1000+2*16=1012mm
3-26标准椭圆封头当量球壳外半径R1Oʹ=0.9*D1Oʹ=0.9*992=892.8mm
3-27系数A=
=0.0006
3-28系数查参考文献1图11-8得:
B=101
3-29许用外压力
=0.43MPa>0.3MPa
3-30罐体封头名义厚度δ1nʹ=8mm(确定)
(四)水压试验校核
4-1罐体试验压力P1T=1.25P1
=1.25*0.2=0.56MPa
4-2夹套水压试验压力P1T=1.25P2
=1.25*0.3=0.78Mpa
4-3材料屈服点应力σs=235MPa
4-4
0.9
=0.9*0.85*235=179.8MPa
4-5罐体圆筒应力
=
=82.6<179.8MPa
4-6夹套内压试验应力
=
=126.6<179.8MPa
三传动部分的部件选取
3.1搅拌器的设计
在本课程设计中,选择推进式搅拌器,它类似风扇扇叶结构。
推进式搅拌器直径Dj=0.33D1,即为300mm,转速为200r/min。
故所选的推进式搅拌器的主要尺寸为Dj=300mm,D=40mm,d1=80mm,Do=M12,H=65。
3.2电机选取
根据功率选取Y132M2-6型电动机,P=5.5KW,n=960r/min。
3.3减速器选取
根据反应釜的特点选取P系列带传动减速机,单级。
3.4搅拌轴校核
3.4.1轴功率P=5.5KW×85.3%=4.69KW;
3.4.2轴转数n=200r/min;
3.4.3轴材料45钢;
3.4.4轴所传递转矩
3.4.5材料许用扭转切应力[τ]=35N/mm2;
3.4.6轴的扭转强度校核公式:
3.4.7
3.4.7轴的临界转速公式:
r/min=
r/min
取
r/min
3.4.7搅拌器转速为
=200r/min
3.5支撑与密封设计
反应釜是立式安装,故采用耳式支座,并选择B型筋板。
选择的耳式支座支座号为3,允许载荷30KN,高度200mm,地脚螺栓30-M24。
反应釜搅拌轴处的密封,属于动密封,选用填料密封。
用PN=0.6MPa,轴颈d=40mm,D1=175mm,D2=145mm,H=147mm。
四参考文献
1、《化工设备机械基础》(第二版)
赵军张有忱段成红编
化学工业出版社
2、《化工设备机械基础课程设计指导书》
蔡纪宁张秋翔编
化学工业出版社
3、《化工机械手册》
化工机械手册编辑委员会编
天津大学出版社2012.7.12
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- 化工 容器 搅拌 反应 设计 说明书