化工机械与设备课程设计任务书反应釜设计.docx

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化工机械与设备课程设计任务书反应釜设计

化工机械与设备课程设计

学院：

化学工程学院

班级：

化工12-2班

姓名：

XXX

学号：

XXXXXXXX

指导教师：

田小宁

2015年6月16日

《化工机械与设备》课程设计任务书

班级化工12-2班姓名XXX

一、设计题目：

夹套反应釜设计

二、设计参数与技术指标

夹套反应釜设计任务书

简图

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

0.55

0.65

工作温度/℃

100

130

设计温度/℃

120

150

介质

染料及有机溶剂

蒸汽

全容积/m3

1

操作容积/m3

0.8×全容积

传热面积/m2

>3

腐蚀情况

微弱

推荐材料

Q345R

搅拌器型式

推进式

搅拌轴转速/（r/min）

200

轴功率/kW

4

接管表

符号

公称尺寸DN

连接面形式

用途

A

25

PL/RF

蒸汽入口

B

65

PL/RF

加料口

C1,2

100

-

视镜

D

25

PL/RF

温度计口

E

25

PL/RF

压缩空气入口

F

40

PL/RF

放料口

G

25

PL/RF

冷凝水出口

三、设计项目

1.进行罐体和夹套设计

2.进行搅拌传动系统设计

进行传动方案设计计算（指定用V带传动）。

作带传动设计计算。

进行上轴的结构设计及强度校核。

选择轴承、进行轴承寿命校核。

选择联轴器。

进行罐内搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的链接结构设计。

选择轴封形式。

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（A3纸张），图纸包括：

技术要求、技术特性表、接管表、标题栏、明细表。

四、设计说明书内容

1.封面

2.任务书

3.目录

4.文本（设计项目计算、选型、参考文献等）

5.装配图（附录）

成绩评定指导教师田小宁

2015年06月16日

1罐体和夹套设计

反应釜是有罐体和夹套两部分构成，罐体是反应的核心，为物料完成搅拌过程提供一个空间。

夹套为反应的操作温度提供保障，是一个套在罐体外的密封空间容器。

1.1罐体和夹套的结构设计

罐体采用立式的圆筒形容器，有筒体和封头构成。

通过支座安装在基础平台上。

封头一般采用椭圆形封头。

由于筒体内径Di<1200mm，因此下封头与筒体的连接采用焊接连接。

而为了拆卸清洗方便，上封头采用法兰与筒体连接。

夹套型式与罐体大致一致。

1.2罐体几何尺寸计算

1.2.1确定筒体内径

一般有工艺条件给定容积V、筒体内径D1估算

式中i为长径比即：

由参考文献2中表4-2选取。

根据题意取i=1.0，已知V=1.0m3，则D1=1084mm,将D1圆整到公称直径系列，则

D1=1100（mm）.

1.2.2确定封头尺寸

（1）椭圆封头选取标准件，它的内径与筒体内径相同，标准椭圆封头尺寸见附表4-2.即DN=D1=1000（mm）

由附表4-2知曲边高度hi=250mm直边高度h2=25mm容积V封=0.1505m3

（2）封头厚度计算

由公式

其中Pc=0.55=170MP（由参考文献附表9查的）

封头焊接采取双面焊、全焊透，局部无损伤，则φ=0.85

计算S=0.55×1000/（2×170×0.85-0.5×0.55）=1.90mm

由参考文献一表4-9查得：

负偏差C1=0.25mm

由参考文献一表4-11查得：

腐蚀裕量C2=2mm

计算名义厚度Sn=S+C1+C2=1.90+0.25+2=4.15mm

故封头厚度取4.15mm

（3）由于S<10mm则封头的直边高度h2=25mm

有附表4-2知封头内表面积F封=1.1625m2容积V封=0.1505m3

1.2.3确定筒体的高度Hi

反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。

则筒体高度Hi按下式计算并进行圆整：

Hi=（V－V封）/Vim

式中V封------------封头容积：

0.1505m3

V1m------------1m高筒体容积（见附表4-1）：

V1m=0.785m3/m

得H1=（1-0.1505）/0.785=1.082m

圆整后的H1=1100mm

按筒高圆整后修正实际容积：

V=V1m×H1+V封=0.785×1.1+0.1505=1.014m3>1m3

复核结果符合规定范围

1.3夹套几何尺寸计算

夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。

夹套的安装尺寸，夹套内径D2可根据筒体内径D1按表4-3选取：

D2=D1+100=1100mm

夹套下封头型式同筒体封头，直径D2与夹套筒体相同。

夹套高H2有传热面积而决定，不能低于料液高，

装料系数：

η=操作容积/全容积=0.8÷1=0.8

夹套高H2计算：

H2=（ηV-V封）÷Vim代入数值计算

得：

H2=0.7617m圆整后H2=800mm

夹套所包围的罐体的表面积，一定要大于工艺要求的传热面积F，即：

F封＋F筒>=F其中F筒=H2×F1m

故F封＋F筒=1.1625＋3.14×0.7617=3.55m2>3m2

所以换热要求满足。

筒体和上封头的连接采用甲型平焊法兰连接，选取凹凸密封面法兰，其尺寸见附图4-2（参考文献【3】P111页），主要尺寸由附表4-4查的，其中：

D=1530mmD1=1490mmD2=1455mmD3=1441mm

D4=1438mmS=46mmd=23mm

1.4夹套反应釜的强度计算

夹套反应釜几何尺寸确定后，要根据已知的公称直径，设计压力和设计温度进行强度计算确定罐体及夹套的筒体和封头的厚度。

1.4.1强度计算的原则及依据

强度计算中各参数的选取及计算，均应符合GB150-1998《钢制压力容器》的规定。

圆筒为正压外带夹套时：

当圆筒的公称直径DN>=600㎜时，被夹套包围部分的圆筒分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值，其余部分按内压圆筒设计。

1.4.2按内压对圆筒和封头进行强度计算

（1）筒体强度计算

已知：

Tc=120℃Pc=0.55Mpa=170MPφ=0.85

S=（PcDi）/（2φ-Pc）=1.90mm

负偏差C1=0.25mm

腐蚀裕量C2=2mm

名义厚度Sn=S＋C1＋C2=4.15mm

（2）封头厚度计算

S=（PcDi）/（2φ-0.5Pc）=1.90同理

名义厚度：

Sn=S＋C1＋C2=4.15mm

1.4.3按外压对筒体和封头进行强度校核

（1）筒体图算法强度校核计算

1当罐体筒体名义厚度Sn=14mm令Se=Sn-C=11.75mm，D0=Di+2Sn=1020mmL=H2+1/3h1=883mm

2则L/D0=883÷1028=0.860，D0/Se=1028/11.75=87.5

3查图5-5得A=0.0025

4查图5-9由于Tc=120℃则B=169Mpa

计算许应外压力[p][p]=B/（D0/Se）=0.621Mpa

所以[p]>0.62故筒体厚度Sn取14mm

（2）外压封头强度校核计算

①设封头名义厚度Sn=8mm计算有效厚度Se=Sn-C=5.75mm

R0=K1D0式中K1=0.9D0=Di+2Sn=1016mm

R0=0.9×1016=914.4mmRo/Se=159.0

②计算系数A

A=0.125/（Ro/Se）=0.00078

③查参图5-9T=<120℃查的系数B=100

[p]=B/（Ro/Se）=0.629Mpa>0.62Mpa

所以封头厚度确定Sn=8mm

1.4.4夹套厚度计算

（1）夹套筒体部分厚度计算

由Pc2=0.65MpaTc2=<150℃=170MPφ=0.85

S2=（Pc2Di）/（2φ-Pc2）=2.15mm不满足刚度条件

所以取最小厚度作为计算厚度S=3mm

腐蚀裕量C2=2mm

则夹套筒体设计厚度Sn2=S＋C2=5mm

（2）夹套封头厚度计算

同理：

S2`=（Pc2Di）/（2φ-0.5Pc2）=2.15mm

不满足刚度条件,所以取最小厚度作为计算厚度S=3mm

则Sn2`=S3＋C2=5mm

1.4.5水压试验校核计算

夹套反应釜应对罐体和夹套分别进行水压试验，并校核圆筒应力σT

罐体水压试验

由于[σ]≈[σ]t故pT=1.25p=1.25Pc=0.65MpaDi+Se=1011.75

=27.98Mpa

材料屈服点应力σs=345Mpa

0.9σsφ=263.9Mpa≦0.9σsφ所以罐体水压试验强度足够

（2）由于[σ]≈[σ]t故pT=1.25p=1.25Pc2=0.775MpaDi+Se=1005.75

67.78Mpa

材料屈服点应力σs=345Mpa

0.9σsφ=263.9Mpa≦0.9σsφ所以夹套水压试验强度足够

2反应釜的搅拌装置

搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。

搅拌器的形式很多，根据任务说明书的要求，本次设计采用的是推进式搅拌器。

其机械设计的主要内容是：

确定搅拌器直径、搅拌器与搅拌轴的连接结构、进行搅拌轴的强度设计和临界转速校核、选择轴的支撑结构。

由表4-4查的D1/DJ取推进式D1/DJ=0.2-0.5H0/DJ不限

则可以取搅拌器直径DJ=300mm

液面高度：

H0=300mm

2.1搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计

桨式搅拌器，其桨叶为三叶。

轴转速为200r/min,采用单层桨安装在与下封头焊缝等高的位置。

搅拌器与轴的连接是通过套用平键或紧定螺钉固定.轴端加固定螺母。

搅拌器主要尺寸有表4-5查的：

DJ=300mmD=50mmd1=80mmH=65mmN/n不大于0.02

Do:

M12键槽B:

12mm键槽t:

43.6mm质量为3.62Kg

2.2搅拌轴设计

搅拌轴的机械设计内容同一般传动轴，主要是结构设计和强度校核

2.2.1搅拌轴的结构

用实心直轴，V带传动的上轴一端安装大带轮,另一端安装刚性联轴器,带轮和联轴器均采用平键传动,考虑到带轮和联轴器的轴向定位均加轴肩,并在轴端采用挡圈轴向固定.

2.2.2确定最小轴径

轴功率P＝4KW，搅拌轴的转速n＝200r/min，材料为45钢,[]＝35，剪切弹性模量G＝8×104MPa，许用单位扭转角[]＝1.0°/m，系数A取112。

则轴端直径d>=Ao×（p/n）1/3=30.4mm,轴所传递的转矩T=9500p/n=191N.m

考虑开键槽和物料对轴的腐蚀,轴径扩大7%,即d=32.528mm.圆整取较大值,所以d=40mm.由结构确定其他各段轴径:

带轮和联轴器轴向定位的轴肩d2=45mm,取轴端挡圈公称直径50mm.

2.2.3搅拌轴强度校核

轴扭转的强度条件是：

（参考文献1.公式9-5）

对45刚[τ]k=35Mpa

对实心轴Wp=πd3/16=12560mm3

Tθ=9.55×106p/n=1