完整版反应釜毕业课程设计.docx
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完整版反应釜毕业课程设计
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;
(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LD=1.1
由V=(π4),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=0.2
1.2釜体筒体壁厚的设计
1.2.1设计参数的确定
设计压力p1:
p1=0.2MPa;
液柱静压力p1H=10^(-6)×1.0×10^3×10×1.1=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:
根据材料Q235-B、设计温度<100℃,由参考文献知=113;
钢板负偏差:
=0.6(GB);
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JBT4746—2002。
1.3.2设计参数的确定
设计压力p1:
p1=0.2MPa;
液柱静压力p1H=10^(-6)×1.0×10^3×10×1.1=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:
根据材料Q235-B、设计温度<100℃,由参考文献知=113;
钢板负偏差:
=0.6(GB);
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:
53.78kg
1.4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
LDi=H1Di
=11001000=1.1
在1~1.3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=2.8×10-4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:
≈155MPa、=2.00×105。
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,=0.9×1000=900(),=9004.2=241.29
计算系数:
=
=5.18×10-4
在参考文献图4-5中选取,在水平坐标中找到=5.18×10-4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、=2.00×105
根据=得:
=
=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JBT4737——95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=1100mm
2.1.2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=0.3
2.2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,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=900mm
2.3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JBT4746—2002。
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。
∵=1100<3800,取=21000且不小于3另加,
∴min=3+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
25
275
0.1980
86.49
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DNmm
总深度Hmm
内表面积Am2
容积Vm3
1100
400
2.5568
0.860
2.3.6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=0.68f=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=×=3.14×0.9=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+=5.64292与工艺需要的传热面积进行比较。
+=3.9885≥3,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=0.9×235×0.85=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、水温及水中浓度的要求
压力表的最大量程:
P表=2=2×0.25=0.5
或1.5PTP表4PT即0.375MPaP表1
水温≥15℃
水中浓度≤25
3.1.4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
=1.25×0.3×1.0=0.375,
取=0.375
3.2.2液压试验的强度校核
由得:
==49.3()
∵=49.3<0.9=0.9×235×10.85=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=2×0.375=0.75
或1.5PTP表4PT即0.5625MPaP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。
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RF1000-0.6JBT
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
1000
1130
1090
1055
1045
1042
48
23
M20
36
4.1.2密封面形式的选型
根据=0.6<1.6、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(GBT539),结构及尺寸如下:
1045
1000
4
4.1.4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、GBT)、Ⅰ型六角螺母(A级、GBT6172.1-2000)。
平垫圈(100HV、GBT)。
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=0.3×23
螺栓的长度为:
=120.9()
取=120
螺栓标记:
GBT——M20×120
螺母标记:
GBT6172.1-2000——M20
垫圈标记:
GBT24-100HV
(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<100℃的条件,由参考文献附录8法兰、垫片、螺栓、螺母材料匹配表进行选材,结果如下表所示。
法兰、垫片、螺栓、螺母的材料
法兰
垫片
螺栓
螺母
垫圈
20锻
耐油橡胶石棉
35
20
100HV
4.2工艺接管的设计
由参考文献附录六查无缝钢管
蒸汽入口
采用¢32×3.0无缝钢管,罐内的接管与夹套内表面磨平。
配用突面板式平焊管法兰:
法兰PL25—0.6RFHG20592——97。
加料口
采用¢32×3.0无缝钢管,管的一端切成45,伸入罐内一定长度。
配用突面板式平焊管法兰:
法兰PL25—0.6RFHG20592——97。
(3)温度计接口
采用¢76×3.0无缝钢管,伸入釜体内一定长度。
配用突面板式平焊管法兰:
HG20592——97法兰PL65-0.6RF0Cr18Ni10Ti。
(5)放料口
采用¢45×3.0无缝钢管,接管与封头内表面磨平。
配用突面板式平焊管法兰:
HG20592——97法兰PL40-0.6RF0Cr18Ni10Ti。
与其配套的是手动下展式铸不锈钢放料阀,标记:
放料阀6-100HG.
(6)冷凝水出口
采用¢32×3.0无缝钢管,接管与封头内表面磨平。
配用突面板式平焊管法兰:
HG20592——97法兰PL25-0.6RF20。
(7)视镜
采用¢89×4.0无缝钢管,接管与封头内表面磨平。
配用突面板式平焊管法兰:
HG20592——97法兰PL80-0.6RF0Cr18Ni10Ti。
4.3管法兰尺寸的设计
工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的结构如图。
由参考文献得并根据PN=0.6MPa、和接管的公称直径,由板式平焊管法兰标准(HG20592)确定法兰的尺寸。
管法兰的尺寸见下表:
板式平焊管法兰的尺寸(HG20592)
接管名称
公称直径
接管外径
连接尺寸
法兰厚度
密封面
法兰内径
坡口宽度
厚度
蒸汽入口
25
32
100
75
11
4
10
14
60
2
33
—
加料口
25
32
100
75
11
4
10
14
60
2
33
—
视镜
80
89
190
150
18
4
16
18
128
3
91
—
温度计接口
65
76
160
130
14
4
12
16
110
3
78
—
压缩空气入口
25
32
100
75
11
4
10
14
60
2
33
—
放料口
40
45
130
100
14
4
12
16
80
3
46
—
冷凝水出口
25
32
100
75
11
4
10
14
60
2
33
—
4.4垫片尺寸及材质
工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的垫片尺寸、材质见参考文献。
4.4.1垫片的结构
4.4.2密封面形式及垫片尺寸
密封面形式及垫片尺寸
接管名称
密封面型式
垫片尺寸()
垫片材质
外径
内径
厚度
蒸汽入口
RF
71
34
2
耐油石棉橡胶板
加料口
RF
71
34
2
耐油石棉橡胶板
视镜
RF
142
89
2
耐油石棉橡胶板
温度计接口
RF
273
220
2
耐油石棉橡胶板
压缩空气入口
RF
71
34
2
耐油石棉橡胶板
放料口
RF
107
61
2
耐油石棉橡胶板
冷凝水出口
RF
71
34
2
耐油石棉橡胶板
4.5视镜的选型
由于釜内介质压力较低(Pc=0.2MPa),且考虑DN=1000,本设计选用两个DN=100、PN=0.6MPa的带颈视镜,其结构如下:
由参考文献附表,确定视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料。
标记:
视镜ⅡPN0.6,DN100
标准图号:
HG。
视镜的尺寸见下表:
DN
视镜玻璃
dH×S
双头螺柱
数量
直径×长度
100
108×4
180
150
24
24
84
108
140
8
133×4
视镜的材料见下表:
序号
名称
数量
材料
序号
名称
数量
材料
1
视镜玻璃
1
硼硅玻璃(SJ-6)
4
压紧环
1
Q235-A
2
衬垫
2
石棉橡胶板
5
双头螺柱
8
Q235-A
3
接缘
1
1Cr18Ni9Ti
6
螺母
16
Q235-A
4.6支座的选型及设计
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(JBT)分为A型和B型两种。
当设备需要保温或支承在楼板上时选B型,否则选A型。
4.6.1支座的选型及尺寸的初步设计:
这里初步将支座定为B型耳式支座,数目为4个。
每台反应釜常用4个支座,但作承重计算时,考虑到安装误差造成的受力情况变坏,应按两个支座计算。
(1)粗略估算反应釜的总质量m0
①釜体筒体质量m1
DN=1000㎜,=8的筒节,每米的质量q1=199㎏
所以m1=q1×H1=199×1.1=218.9㎏
②釜体封头的质量m2
DN=1000㎜,=8,直边高度h=25㎜的标准椭圆形封头,
其质量m2=74.1㎏
③夹套筒体质量m3
m3=160㎏
④夹套封头质量m4
由参考文献查得m4=86.49㎏
⑤物料质量m5
m5=0.8×1.0×103×1=0.8×103㎏
⑥附件质量m6
m6=70㎏
所以反应釜的总质量m0=m1+m2+m3+m4+m5+m6
=218.9+74.1+160+86.49+800+70
=1409.49㎏
(2)粗选耳式支座的型号
每个支座承受的重量
Q=mg2=1409.49×9.82=6906.5N
根据DN=1000Q=6.9065KN由参考文献附表4-9初选B型耳式支座,支座号为2。
标记:
JBT耳座B2
材料:
Q235-B
B型耳座的尺寸参数见下表:
H
底板
筋板
垫板
地脚螺栓
支座
重量
规格
160
125
80
8
40
180
100
6
200
160
6
24
24
20
4.3
结构形状见下图:
4.6.2支座载荷的校核计算
耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算:
式中D=
=1144,=9.8,
Ge=0,=5300,,=4,=0,
将已知值代入得
=5.01KN
因为=5.01KN<[Q]=20KN,所以选用的耳式支座满足要求。
5.1搅拌轴直径的初步计算
5.1.1搅拌轴直径的设计
轴的功率=4,搅拌轴的转速=200,材料为45,[]=35,系数C=112,剪切弹性模量=2×105,许用单位扭转角[]=0.35°m。
。
轴所传递的扭矩T=9.55×106Pn=()
=191×10³()
搅拌轴为实心轴,
开一个键槽,轴径扩大5%,
d=30.4×1.05=31.92㎜
(2)搅拌轴刚度的校核
≤[]
其中IP=d432
搅拌轴的直径应同时满足强度和刚度两个条件,故取两者中的较大值,圆整后得d=36㎜;
考虑到推进式搅拌器的尺寸选择,可将轴端直径圆整至40㎜
5.1.2搅拌抽临界转速校核计算
由参考文献知,搅拌轴的转速n>200rmin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:
GT—45。
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)
Mnmax
Nm
主要尺寸,mm
质量
kg
D
D1
D0
H
H1
H2
H3
d0
n
dm
r
GT—45
45
1600
145
115
75
162
85
20
25
M12
4
M12
48.3
16
5.3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15~12,以Dj=0.33D1最为常见,
Dj=0.33×1000=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)
Dj
d
d1
d0
键槽
H
质量,kg
Nn
b
t
不大于
300
40
80
M12
12
43.6
65
3.62
0.02
5.4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=18×2+△=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≥(0.07~0.1)d,所以此处轴径为¢45,长度L3=+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参数,取此处轴径为¢50,
长度L5=340-4-(22.75×2-3)+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=2×T-3=2×22.75-3=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≥(0.07~0.1)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+L4+L5+L6+L7+L8+L9
=50+62+1122+12+308+42.5+56+72+20=1744.5mm
5.4.3轴上键的选择与设计
安装搅拌器的轴段:
键12×56GBT1096——2003;
安装联轴器的轴段:
键16×65GBT1096——2003。
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)η
式中Pd——电机功率;
P——搅拌器功率(已经给出为4kw);
Pm——轴封系
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