化工設(shè)備課程設(shè)計

化工設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計教學大綱課程設(shè)計名稱： 夾套反應(yīng)釜設(shè)計英 文 名 稱： Jacketed Reactor Design課程設(shè)計編號：編 寫 人：審 核 人：課程設(shè)計指導書：化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導書 蔡紀寧 張秋翔 化學工業(yè)出版社 2001.6一、周數(shù)學分周數(shù)：1 周 學分：1 二、先修課程化工制圖、物理化學、化學反應(yīng)工程、化工設(shè)備基礎(chǔ)三、適用專業(yè)化學工程與工藝四、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)：本課程為專業(yè)必修課，課程設(shè)計的目的是：1、培養(yǎng)學生把所學化工設(shè)備基礎(chǔ)及其相關(guān)課程的理論知識，在課程設(shè)計中加以綜合運用，把化工工藝條件和化工設(shè)備設(shè)計有機地結(jié)合起來，鞏固和強化有關(guān)課程的基本理論和基本知識。2、培養(yǎng)學生對化工工程設(shè)計的技能以及獨立分析問題、解決問題的能力。樹立正確的設(shè)計思想，掌握化工單元設(shè)備設(shè)計的基本方法和步驟，為今后創(chuàng)造性地設(shè)計化工設(shè)備及機械打下一定的基礎(chǔ)。3、培養(yǎng)學生熟悉、查閱并綜合運用各種有關(guān)的設(shè)計手冊、規(guī)范、標準、圖冊等設(shè)計技術(shù)資料；進一步培養(yǎng)學生識圖、制圖、運算、編寫設(shè)計說明書等基本技能，完成作為工程技術(shù)人員在機械設(shè)計方面所必備的設(shè)計設(shè)計能力的基本訓練。本課程設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計帶蛇管的夾套反應(yīng)釜。五、具體內(nèi)容及基本要求：具體內(nèi)容包括：完成典型的化工用夾套反應(yīng)釜的相關(guān)設(shè)計，釜體容積計算，攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔工藝接管和附件的選型，工作量包括設(shè)備總裝圖 1 張，零部件圖 12 張，設(shè)計說明書 1 份?；疽螅壕哂姓_的設(shè)計思想，用積極主動的學習態(tài)度和進取精神，學會正確使用標準和規(guī)范，使設(shè)計有法可依，有章可循。設(shè)計中注意處理好尺寸的圓整，強度、剛度等計算結(jié)果要從安全性出發(fā)，同時兼顧經(jīng)濟性。六、學時分配 ：周一，準備階段：設(shè)計資料、手冊、圖冊、計算和繪圖工具、圖紙及報告紙的準備；認真研究設(shè)計任務(wù)書，分析設(shè)計題目的原始數(shù)據(jù)和工藝條件，明確設(shè)計要求和設(shè)計內(nèi)容；復習有關(guān)教科書、熟悉有關(guān)資料和設(shè)計步驟；讀懂幾張典型設(shè)備圖。周二周四，機械設(shè)計階段：計算，選材，繪圖，編制設(shè)計說明書。周五，收尾階段：審查圖紙，總結(jié)材料，上交成果。七、考核方式：設(shè)計方案 15，說明書 15，圖紙、程序、計算、作品等的完成質(zhì)量 30，創(chuàng)新與發(fā)揮情況 10，答辯（口試）情況 20，出勤率 10。說明：夾套（蛇管）反應(yīng)釜設(shè)計任務(wù)書前言1容積：1m 3、2 m 3、3 m 3、4 m 3、5 m 3；2反應(yīng)及介質(zhì)：酸堿反應(yīng)、酯化反應(yīng)、高分子聚合；3壓力、材料：根據(jù)介質(zhì)和反應(yīng)溫度確定；一、設(shè)計內(nèi)容 1設(shè)計一臺夾套傳熱式帶攪拌的反應(yīng)釜；2設(shè)計一臺蛇管傳熱式帶攪拌的反應(yīng)釜。二、設(shè)計參數(shù)和技術(shù)特性指標 1反應(yīng)釜的操作容積及全體積2反應(yīng)釜內(nèi)及夾套內(nèi)（蛇管）的工作壓力、工作溫度、工作介質(zhì)、腐蝕情況、傳熱面積；3反應(yīng)釜的攪拌器型式、轉(zhuǎn)速及軸功率；4攪拌釜的推薦材料；5不銹鋼反應(yīng)釜裝配哪些接口管等。由工藝設(shè)計定機械設(shè)計的任務(wù)是對工藝設(shè)計條件表的各項內(nèi)容進行分析研究，并對攪拌器型式、傳動裝置、軸封裝置以及其它零部件標準進行合理選擇、校驗。6、釜的加熱形式：電加熱、蒸汽加熱、熱介質(zhì)循環(huán)加熱三、設(shè)計目錄 1 反 應(yīng) 釜 釜 體 的 設(shè) 計 ；2 反 應(yīng) 釜 夾 套 （ 蛇 管 ） 的 設(shè) 計 ；3 反 應(yīng) 釜 釜 體 及 夾 套 的 壓 力 試 驗 ；4 反 應(yīng) 釜 附 件 的 選 型 及 尺 寸 設(shè) 計 ；5 攪 拌 裝 置 的 選 型 與 尺 寸 設(shè) 計 ；6 傳 動 裝 置 ：7 反 應(yīng) 釜 的 軸 封 裝 置 設(shè) 計 ；8 支 座 的 選 型 及 設(shè) 計 ；9 焊 縫 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 ；10. 人 孔 的 開 孔 及 補 強 計 算11. 反 應(yīng) 釜 的 裝 配 圖四 、 設(shè) 計 要 求1. 設(shè) 計 文 本 用 學 校 規(guī) 定 的 課 程 設(shè) 計 稿 紙 手 寫 ；2 設(shè) 計 所 需 數(shù) 據(jù) 參 數(shù) 在 圖 書 館 查 取 ；3. 設(shè) 計 過 程 可 參 照 課 本 第 六 、 七 、 八 章 最 后 的 設(shè) 計 過 程 進 行 ；4. 裝 配 圖 可 分 為 多 頁 手 繪 ；目 錄前 言1.反 應(yīng) 釜 釜 體 的 設(shè) 計 1.1 釜 體 封 頭 厚 度 的 確 定1.2 釜 體 筒 體 壁 厚 的 設(shè) 計 1.3 釜 體 封 頭 的 設(shè) 計 1.4 筒 體 長 度 的 設(shè) 計 1.5 外 壓 筒 體 壁 厚 的 設(shè) 計 1.6 外 壓 封 頭 壁 厚 的 設(shè) 計 2 . 反 應(yīng) 釜 夾 套 （ 蛇 管 ） 的 設(shè) 計 2.1 夾 套 厚 度 的 確 定 2.2 夾 套 筒 體 的 設(shè) 計 2.3 夾 套 封 頭 的 設(shè) 計 2.4 傳 熱 面 積 的 校 核 3.反 應(yīng) 釜 釜 體 及 夾 套 的 壓 力 試 驗 3.1 釜 體 的 水 壓 試 驗 3.2 釜 體 的 氣 壓 試 驗 3.3 夾 套 的 液 壓 試 驗 4.反 應(yīng) 釜 附 件 的 選 型 及 尺 寸 設(shè) 計 4.1 釜 體 法 蘭 聯(lián) 接 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 4.2 工 藝 接 管 的 設(shè) 計 4.3 管 法 蘭 尺 寸 的 設(shè) 計 4.4 墊 片 尺 寸 及 材 質(zhì) 4.5 人 孔 的 設(shè) 計 4.6.視 鏡 的 選 型 5.攪 拌 裝 置 的 選 型 與 尺 寸 設(shè) 計 5.1 攪 拌 軸 直 徑 的 初 步 計 算 5.2 攪 拌 抽 臨 界 轉(zhuǎn) 速 校 核 計 算 5.3 聯(lián) 軸 器 的 型 式 及 尺 寸 的 設(shè) 計 5.4.攪 拌 槳 尺 寸 的 設(shè) 計 5.5 攪 拌 軸 的 結(jié) 構(gòu) 及 尺 寸 的 設(shè) 計 6. 傳 動 裝 置 6.1.電 動 機 的 選 型 ： 6.2.減 速 器 的 選 型 6.3.機 架 的 設(shè) 計 6.4.底 座 的 設(shè) 計 7.反 應(yīng) 釜 的 軸 封 裝 置 設(shè) 計 8.支 座 的 選 型 及 設(shè) 計 8.1.支 座 的 選 型 及 尺 寸 的 初 步 設(shè) 計 8.2.支 座 載 荷 的 校 核 計 算 9.焊 縫 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 9.1.釜 體 上 主 要 焊 縫 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 9.2 夾 套 上 的 焊 縫 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 10.人 孔 的 開 孔 及 補 強 計 算 10.1 封 頭 開 人 孔 后 被 削 弱 的 金 屬 面 積 的 計 算 10.2 有 效 補 強 區(qū) 內(nèi) 起 補 強 作 用 的 金 屬 面 積 的 計 算 10.3 判 斷 是 否 需 要 補 強 的 依 據(jù) 10.4 反 應(yīng) 釜 的 裝 配 圖 夾套反應(yīng)釜設(shè)計書目 錄第一章 夾套反應(yīng)釜技術(shù)要求4第二章 夾套反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計的內(nèi)容4第三章 筒體和夾套的設(shè)計53.1 筒體和夾套的設(shè)計53.2 罐體幾何尺寸計算63.3 夾套反應(yīng)釜的強度計算 63.4 穩(wěn)定性校核73.5 水壓校核83.6 反應(yīng)釜攪拌器93.7 反應(yīng)釜傳動裝置103.8 反應(yīng)釜的其他附件10數(shù)據(jù)表格12設(shè)計小結(jié)18參考文獻14第一章 夾套反應(yīng)釜技術(shù)要求1.本設(shè)備按照 GB 1501998鋼制壓力容器進行制造、實驗和驗收，并接受國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督規(guī)程的監(jiān)督。2.焊接采用電弧焊。3.焊接接頭型式及尺寸處圖中注明外，按 GB 98588 規(guī)定；角焊縫的腰高按薄板的厚度；法蘭焊接按相應(yīng)的法蘭的標準中的規(guī)定。4.筒體、封頭及其相連接的對接焊接接頭應(yīng)進行 X 射線探傷檢查，檢測長度不得少于各條焊接接頭長度的 20%，且不小于 250mm，級為合格。5.設(shè)備制造完畢后，設(shè)備內(nèi)以 0.55Mpa（表壓）進行水壓試驗，合格后焊接夾套，夾套以 0.65Mpa（表壓）進行水壓試驗。6.設(shè)備上凸緣與安裝底座的連接表面，應(yīng)在組焊后加工。7.設(shè)備組裝后，在攪拌軸上端軸封處測定軸的徑向擺動量不得大于 0.5mm，攪拌軸軸向竄動量不得大 3 mm。8. 設(shè)備組裝后，低于臨界轉(zhuǎn)速時，先運轉(zhuǎn)十五分鐘后，以水代料，并使設(shè)備內(nèi)達到工作壓力；超過臨界轉(zhuǎn)速時，直接以水代料，嚴禁空遠轉(zhuǎn)，并使設(shè)備內(nèi)達到工作壓力，進行試運轉(zhuǎn)，時間不少一小時。在運轉(zhuǎn)過程中，不得有不正常的噪音和振動燈不良現(xiàn)象。10.管口及支座方位按本圖（或管口及支座方位見管口方位圖）第二章 夾套反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計的內(nèi)容在閱讀了設(shè)計任務(wù)書之后，按一下內(nèi)容和步驟進行夾套反應(yīng)負的設(shè)計。（1） 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)工藝要求并考慮制造、安裝和維護檢修的方便，確定各部分結(jié)構(gòu)形式，如封頭型式、傳熱面積、攪拌類型、傳動形式、軸封和各種附件的結(jié)構(gòu)形式。（2） 容器的設(shè)計 其主要內(nèi)容有：a) 根據(jù)工藝參數(shù)確定各部分幾何尺寸；b) 考慮壓力、溫度、腐蝕因素，選擇釜體和夾套材料；c) 對罐體、夾套等進行強度和穩(wěn)定性計算、校核；（3） 攪拌器設(shè)計 根據(jù)攪拌器類型確定相關(guān)位置和尺寸（4） 傳動系統(tǒng)設(shè)計 包括選擇電動機、確定傳動類型、選擇減速機、聯(lián)軸器、機座設(shè)計等。 （5） 選擇軸封 選擇并確定軸封及相關(guān)零部件。 （6） 繪圖 包括裝配圖、部件圖和零件圖。如標準零件、部件，寫出標準號及標記，不必繪圖。 （7） 編制技術(shù)要求 提出制造、裝配、檢驗和試車等方面的要求。采用標準技術(shù)條件標注文號。 第三章 筒體和夾套的設(shè)計3.1 罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計罐體采用立式圓形容器，有頂蓋、罐體和罐底，通過支座安裝在基礎(chǔ)或平臺上。罐底和頂蓋采用標準橢圓形封頭，罐體和封頭均用 20R 鋼制作。罐底和筒體采用焊接連接，頂蓋和筒體采用可拆卸式的法蘭連接。3.2 罐體幾何尺寸計算3.2.1 確定筒體內(nèi)徑給定操作容積 ，裝料系數(shù)取 ，所以 。32.0Vm操 =0.832.5Vm筒體內(nèi)徑 （長徑比 ）3314.5184.Di 1/.iHD圓整罐體筒體內(nèi)徑 103.2.1 封頭的確定封頭選用橢圓封頭，型號是 JB/T 4746-2002公稱直徑 /DNm總深度H/mm內(nèi)表面積 2/Am容積 V/ 3直邊高度 /hm1400 375 1.9340 0.3977 253.2.2 確定筒體高度反應(yīng)釜容積 V 按照封頭和筒體兩部分容積之和計算，筒體高度 按式(4-2)1H計算，并進行圓整：式中 （ 封頭容積 高筒體容積 ）11m()/,4-2H封 （ ） V封 1mV，圓整筒體高度(.50397)/1.536封 140m按照圓整后筒體高度修正實際容積 3=2.5.mH封3.2.3 夾套幾何尺寸計算取裝料系數(shù) ，夾套高度 按式 計算0.8221m()/V封，圓整夾套筒體高度20.85-.397/14H（ ） 20H夾套筒體內(nèi)徑 2105(708)i iDmD:在 之 間罐體封頭表面積 ，一米高筒體內(nèi)表面積2.346F封 214.mF實際傳熱面積 2121=.mH封3.3 夾套反應(yīng)釜的強度計算按內(nèi)壓計算筒體及夾套厚度：由工藝條件及微弱的腐蝕情況，確定設(shè)備的材料為 20R，由工藝知罐體內(nèi)的設(shè)計壓力，夾套內(nèi)的設(shè)計壓力 罐體的設(shè)計溫度 ，夾套的設(shè)計溫10.2pMPa20.3pMPa160Ct度 t=C液柱靜壓力 6631019.814.0Hgha計算壓力 P+.202c P液柱將壓力 ，由于小于設(shè)計壓力的 5%，故 可忽略不計。故計算壓力2H2H由雙面焊接局部無損傷20.3cMa.85由 20R 材料在溫度低于 下查表得設(shè)計溫度下的材料許用應(yīng)力10C13tMPa罐體圓體的計算厚度 110.214.292385ctPDm夾套筒體的計算厚度 2.ct 罐體封頭的計算厚度 11 0.3141.2390.5285.ctcPDm夾套封頭的計算厚度 22 . .0ctc 取最小厚度 作為計算厚度 ，由于雙面腐蝕切微腐蝕性，故min3m2C罐體筒體的設(shè)計厚度 ，罐體封頭的設(shè)計厚度125dC15dm夾套筒體的計算厚度 ，夾套封頭的設(shè)計厚度2 22由參考文獻可知鋼板的厚度負偏差則罐體筒體的名義厚度 15ndmin1 13.5640.C夾套筒體的名義厚度 2i2罐體封頭的名義厚度 1n min1 1.夾套封頭的名義厚度 25i23406C故強度檢驗合格。3.4 穩(wěn)定性校核1.由強度計算可得罐體名義厚度 5nm查表得 4.5-5.5 是鋼板的厚度負偏差 則10.C120.5Cm罐體筒體外徑 01244nD筒體計算長度 5