安徽理工大學制藥工程化工設備立式反應釜課程設計方案內(nèi)容朱文權

1、反應釜設計的有關內(nèi)容由設計條件單可知，設計的反應釜體積為1.2 m3 、操作體積為 0.96 m3 ；攪拌裝置配制的電機功率為 1.5 KW 、攪拌軸的轉速為100 r / min 、攪拌槳的形式為 槳式 ；加熱的方式為用夾套內(nèi)的導熱油進行電加熱；裝置上設有7 個工藝接管、 2 個視鏡、 4 個耳式支座、 8個電加熱器套管、1 個人孔、 2 個測控接管。反應釜設計的內(nèi)容主要有：（ 1）釜體的強度、剛度、穩(wěn)定性計算和結構設計；（ 2）夾套的的強度、剛度計算和結構設計；（ 3）設計釜體的法蘭聯(lián)接結構、選擇接管、管法蘭；（ 4）人孔的選型及補強計算；（ 5）支座選型及驗算；（ 6）視鏡的選型；（ 7

2、）焊縫的結構與尺寸設計；（ 8）電機、減速器的選型；（ 9）攪拌軸及框式攪拌槳的尺寸設計；（ 10）選擇聯(lián)軸器；（ 11）設計機架結構及尺寸；（ 12）設計底蓋結構及尺寸；（ 13）選擇軸封形式；（ 14）繪總裝配圖及攪拌軸零件圖等。1第一章反應釜釜體的設計1.1 釜體 DN 、 PN 的確定1.1.1 釜體 DN 的確定已知L/D2L， L=1.2 D，得i=1.2，由 V=( /4)D iiDi34V341.2Di1.08m ，圓整取 Di 1100mm1.21.2，3.14由文獻【 1】表 16-1查得釜體的 DN 1200mm1.1.2 釜體 PN 的確定由于操作壓力p 0.3 MPa

3、 故： PN 0.6 MPaW1.2 釜體筒體壁厚的設計1.2.1 設計參數(shù)的確定設計壓力 p ： p （ 1.051.1） pW ，取 p 1.1 pW =1.10.3MPa；液體靜壓 pL：由筒體高度L D i =1.2 錯誤！未找到引用源。1.2=1.44m ,取液體物料的D平均密度為 860kg/ m 3,若按釜內(nèi)全部充滿料液計算液相靜壓強，則有pL gh = 8609.807 1.44=12145Pa0.0121MPa0.0121.3.14% 5，故可以忽略pL ；因 pL / p =0.03141.10.3計算壓力 pc ：pc ppL =p = 1.1 錯誤！未找到引用源。MPa

4、 ；設計溫度 t ： 65 ；焊縫系數(shù)： 0.85（局部無損探傷） ；許用應力 t ：根據(jù)材料 0Cr18Ni10Ti 、設計溫度 65，由文獻 【 1】表 14-4 知 t 137 MPa ；鋼板負偏差 C1： C1 0.25 mm（查文獻【 1】表 14-6， GB6654-96 ）；腐蝕裕量 C2 ： C2 1.0 mm（尚耐腐蝕材料，單面腐蝕；查文獻【1】表 14-7）。1.2.2 筒體壁厚的設計2由公式 Snpc DiC 得：2pcSn1.10.31200+0.25+1.0=2.95mm1370.851.120.3圓整Sn3mm剛度校核：不銹鋼的Smin3mm考慮筒體的加工壁厚不小于

5、5mm，故筒體的壁厚取Sn5mm1.3 釜體封頭的設計1.3.1 封頭的選型由文獻【 1】表 16-4 選釜體的封頭選標準橢球型，代號EHA 、標準 JB/T4746 2002。1.3.2 設計參數(shù)的確定p 1.1 pW =1.1 錯誤！未找到引用源。MPa ；pcppL = p =1.1 錯誤！未找到引用源。MPa ；由于封頭 Di1200mm，故可用整板沖壓成型， 1.0；C1 0.25 mm （ GB6654-96 ）；C2 1.0 mm。1.3.3 封頭的壁厚設計由公式 Snpc DiC 得t20.5 pcSn1.10.312000.25 1.0 =2.70 mm13710.51.12

6、0.3圓整得 Sn3mm根據(jù)規(guī)定，取封頭壁厚與筒體壁厚一致Sn5mm1.3.4 封頭的直邊尺寸、體積及重量的確定根據(jù) DN1200 mm ，由文獻【 1】表 16- 5 知：直邊高度 h1 ： 25 mm3容積 VF： 0.1980 m3總 深 度H =300 mm內(nèi)表面積 A ： 1.3980 m2質(zhì)量 m ： 53.7kg1.4 筒體長度 H 的設計1.4.1 筒體長度 H 的設計V VTVF ，VTV VF ， Di 2 H V VF4HVVF =4 (1.20.1980)=1.055 m23.141.124D i圓整得 : H =1055 mm1.4.2 釜體長徑比 L / Di的復核

7、L / Di (H h2 )/ Di =10553001.232；滿足要求11001.5 外壓筒體壁厚的設計1.5.1 設計外壓的確定由設計條件單可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的壓力為常壓，取設計外壓p =0.1 MPa 。1.5.2 試差法設計筒體的壁厚設筒體的壁厚 Sn 5 mm，則 : Se = Sn C =5-1.25=3.75 mm，Do Di2Sn =1110 mm，由 Lcr1.17DoDo 得： Lcr =1.17 11101110=22343.7 mmSe3.75筒體的計算長度L=H1h1）1（3h 2 =1055+300=1155 mm3Lcr =22343.7 mm L ；故該筒體為短

8、圓筒。圓筒的臨界壓力為：4pcr2.59ESe22.591.87 1053.752D 011100.309MPa11551110L D03.75Se由P=/m，m=3 得crP =0.309/3=0.103 MPa因 P =0.1 MPaP =0.103 MPa ；所以假設 Sn 5 mm滿足穩(wěn)定性要求。故筒體的壁厚Sn 5 mm。1.5.3 圖算法設計筒體的壁厚設筒體的壁厚Sn 5 mm，則： Se = SnC =5-1.25 = 3.75 mm， DoDi2Sn=1110 mm， D0 / Se1110/ 3.75296 。1筒體的計算長度L = H（ h1h 2）=1055+300/3=

9、11553L / D01155 /11101.041在文獻【 1】圖 15- 4 中的 L / Do 坐標上找到0.780 的值，由該點作水平線與對應的D0 / Se296 線相交，沿此點再作豎直線與橫坐標相交，交點的對應值為：A 000026.。由文獻【 1】圖 15-7 中選取，在水平坐標中找到A =2.6 10-4 點，由該點作豎直線與對應的材料溫度線相交，沿此點再作水平線與右方的縱坐標相交，得到系數(shù)B 的值為：B 33MPa、 E =1.87 105 MPaB得：根據(jù) p =Do / Se33=0.111（ MPa ） p =1110 / 3.75因為 p 0.1 MPa p 0.11

10、1MPa ，所以假設 Sn 5 mm合理， 取封頭的壁厚Sn 5 mm。由文獻【 1】表 16-3 知：DN=1100 mm ，Sn =5 mm的筒體單位高筒節(jié)質(zhì)量約為136kg/m ，則筒體質(zhì)量為136 1.055=143.48kg51.6 外壓封頭壁厚的設計1.6.1 設計外壓的確定封頭的設計外壓與筒體相同，即設計外壓p =0.1 MPa 。1.6.2 封頭壁厚的計算設封頭的壁厚Sn =5 mm，則： Se = Sn C = 5-1.25=3.75 （ mm），對于標準橢球形封頭K =0.9， RiKDi 0.9 1100=990 mm， Ri / Se =990/3.75A0.1250.

11、125-4查文獻【 1】式（ 15-6）可得，計算系數(shù)：=990/3.75 = 4.735 10R / Sie由文獻【 1】圖 15- 7 的水平坐標上找到 A =4.735 10-4點，由該點作豎直線與對應的材料溫度線相交，沿此點再作水平線與右方的縱坐標相交，得到系數(shù)B 的值為值為：B 5MPa 、 E =1.87 105 MPaB55根據(jù) p =得： p =Ri / Se990/3.75=0.208 MPa 因為 p 0.1 MPa 1.8 時取 1.8pT 1.25 0.33 10.413MPa ， p +0.1= 0.43MPa ， 取 pT =0.43 MPa3.1.2 液壓試驗的強

12、度校核由pT( DiSnC )max2( SnC )得：0.43（11005-1-0.25）max2 （5 - 1- 0.25）63.3 MPa因max 63.3 MPa 1.8 時取 1.8。ttpT =1.25 0.11 1.0=0.138 MPa ， p +0.1= 0.21 MPa11取 pT =0.21 MPa3.3.2 液壓試驗的強度校核由pT ( DiSnC )maxC )得：2( Sn因max 31.05 MPa 0.9s=0.9 235 0.85=179.7（ MPa ）故液壓強度足夠3.3.3 壓力表的量程、水溫的要求壓力表的量程：P 表 = 2 pT =20.21=0.4

13、2 MPa 或 0.315 0.84MPa，水溫 5。3.3.4 液壓試驗的操作過程在保持夾套表面干燥的條件下，首先用水將夾套內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至 0.21 MPa ，保壓不低于30min ，然后將壓力緩慢降至0.105 MPa ，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將夾套內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干。若質(zhì)量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。12第四章反應釜附件的選型及尺寸設計4.1 釜體法蘭聯(lián)接結構的設計設計內(nèi)容包括：法蘭的設計、密封面形式的選型、墊片設計、螺栓和螺母的設計。4.1.1 法蘭的設計(1)根據(jù) DN 1100mm、

14、PN 0.6 MPa ，由文獻【 1】表 16-9 確定法蘭的類型為甲型平焊法蘭。標記：法蘭FF1200-0.6JB/T4701-2002查文獻【 1】表 16-12 可知，材料： 16MnR查文獻【 1】表 16-13 可知，螺栓規(guī)格：M20 ；螺栓數(shù)量： 48（ 2）查文獻【 1】圖 16-7 可確定法蘭的結構，表16-3 可確定法蘭的主要尺寸，法蘭的結構和主要尺寸如圖41 如表 4 1圖 4 1 甲型平焊法蘭表 4 1 法蘭結構尺寸13公稱直徑DN/ mm法蘭 / mm螺栓DD1D2 D3D4d規(guī)格數(shù)量1100123011901155114111385523M20484.1.2 密封面形

15、式的選型根據(jù) PN 0.6 MPa 1.6 MPa 、介質(zhì)溫度 65和介質(zhì)的性質(zhì)，由文獻【1】表 1614 可知密封面型式為光滑面。4.1.3 墊片的設計由文獻【 1】表 331 頁 16-14 得墊片選用耐油橡膠石棉墊片，材料為耐油橡膠石棉板（ GB/T539 ），文獻【 2】表 8-5 可確定其結構及尺寸，見圖42 和表 4-2圖 4-2墊片的結構表 4-2墊片的尺寸D0 / mmdi / mm/ mm1140110034.1.4 螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格及材料本設計選用六角頭螺栓（C 級、GB/T5780-2000）、型六角螺母 （ C 級、GB/T41-2000 ）平墊圈（ 100H

16、V 、 GB/T95-2002 ）螺栓長度 L 的計算：螺栓的長度由法蘭的厚度（）、墊片的厚度 （ S ）、螺母的厚度 （ H ）、墊圈厚度 （ h ）、螺栓伸出長度 0.3 0.5d 確定。其中 =58 mm、S =3mm、H =30 mm、h =3 mm、螺栓伸出長度取 0.4d =0.427.7 mm螺栓的長度 L 為： L2SH2h0.4d258330230.427.7 =166.08 mm取 L 170 mm螺栓標記：GB/T5780-2000M 2013014螺母標記：GB/T41-2000M 20墊圈標記：GB/T95-200224-100HV法蘭、墊片、螺栓、螺母、墊圈的材料根

17、據(jù)甲型平焊法蘭、工作溫度t =130的條件，由文獻【3】附錄 8 法蘭、墊片、螺栓、螺母材料匹配表進行選材，結果如表4 3 所示。表 4 3 法蘭、墊片、螺栓、螺母的材料法蘭墊片螺栓螺母墊圈16MnR耐油橡膠石棉3520100HV4.2 工藝接管的設計在文獻【 2】表 8-2 對應無縫鋼管的公稱直徑DN 可查其外徑D0、壁厚 Sn.。（ 1）導熱油進口接管采用錯誤！未找到引用源。473.5 無縫鋼管，罐內(nèi)的接管與夾套內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL40-0.1RF20。（ 2） N 2（g）進口采用錯誤！未找到引用源。32 3.5 無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用

18、突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL25-0.6RF0Cr18Ni10Ti 。（ 3）工藝物料進口采用錯誤！未找到引用源。 47 3.5 無縫鋼管， 管的一端切成45 ，伸入罐內(nèi)一定長度。配用的突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL40-0.6RF0Cr18Ni10Ti 。（ 4）放料口采用錯誤！未找到引用源。108 4.0 無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL100-0.6RF0Cr18Ni10Ti 。與其配套的是手動下展式鑄不銹鋼放料閥，標記：放料閥6-100HG5-11-81-3.（ 5）導熱油出口采用錯誤！未找到引用源。47 3.5

19、無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL40-0.1RF 20。（ 6）安全閥接口采用錯誤！未找到引用源。32 3.5 無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL25-0.6RF0Cr18Ni10Ti 。15（ 7）冷凝器接口采用錯誤！未找到引用源。 108 4.0 無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭： HG20592 法蘭 PL100-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti 。（ 8）加熱器套管采用錯誤！未找到引用源。無縫鋼管，罐內(nèi)的接管與下封頭內(nèi)表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592法

20、蘭PL50-0.1RF20。（ 9）固體物料進口采用錯誤！未找到引用源。12 6 無縫鋼管，罐內(nèi)的接管與下封頭內(nèi)表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭PL200-0.1RF20。（ 10）視鏡采用 88 4 無縫鋼管， 接管與封頭內(nèi)表面磨平。 配用突面板式平焊管法蘭： HG20592 法蘭 PL80-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti 。4.3 管法蘭尺寸的設計工藝接管配用的突面板式平焊管法蘭的結構如圖。由文獻【 4】表 3-2-3 并根據(jù)PN0.1MPa 、 0.6MPa 和接管的 DN ，由板式平焊管法蘭標準（HG20592 ）確定法蘭的尺寸。管法蘭的結構和尺寸見圖4-

21、3 和表 4-4。圖 4 3板式平焊管法蘭表 4-4板式平焊管法蘭的尺寸（HG20592 ）公 稱連接尺寸法蘭密封面法蘭接 管厚接管名稱直 徑外 徑厚度內(nèi)徑nDNADKLThd度BCf16安全閥接口、 N 2 接口253210075114工藝物料進口4045130100144導熱油進口4045130100144固體物料進口200219320280188冷凝器接口、放料口100108210170188導熱油出口4045130100144加熱器套管50571401101444.4 墊片尺寸及材質(zhì)MMMMMMM101458233121688246121688246162225422221618144

22、21101216882461216124259工藝接管配用的突面板式平焊管法蘭的墊片的結構如圖4-4 所示，查文獻【2】表 7-8可確定其尺寸，尺寸、材質(zhì)表4-5 所示。4.4.1 墊片的結構圖 4-4 管道法蘭用軟墊片4.4.2 密封面形式及墊片尺寸表 4-5密封面形式及墊片尺寸墊片尺寸 ( mm)接管名稱密封面型式外徑 DO內(nèi)徑 di厚度安全閥接口、 N2 接口RF63322工藝物料進口RF86452導熱油進口RF86452固體物料進口RF2732192冷凝器接口、放料口RF1521082導熱油出口RF86452加熱器套管RF96572墊片材質(zhì)耐油石棉橡膠板耐油石棉橡膠板耐油石棉橡膠板耐油

23、石棉橡膠板耐油石棉橡膠板耐油石棉橡膠板耐油石棉橡膠板4.5 人孔的設計由于釜體的內(nèi)徑Di =1100mm900mm，因此需要在釜體的封頭上設置人孔，以便于安裝、維修、檢查釜體的內(nèi)部結構，本設計選用PN 0.6、 DN 450 不銹鋼 A 型回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔，其結構尺寸如圖4-5 所示。由文獻 【 4】表 3-4-1 查得其尺寸見表4-6、材料見表 4-7。17圖 4-5A 型回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔結構1- 人孔接管； 2- 螺母； 3-螺栓； 4- 法蘭； 5-墊片； 6-手柄； 7- 法蘭蓋； 8-銷軸； 9-開口銷； 10-墊圈； 11、12、13、14-軸耳表 4-6 回轉蓋平焊法

24、蘭進料口的尺寸公稱壓力密封面公稱直徑d wSDD 1AB螺栓（MPa）形式DN規(guī)格數(shù)量4504806590550325150M2075160.6突面LH1H 2bb1b2d重量 (kg)20022010228/3022262088.9表 4-7物料進口 PN 0.6 DN 450 的明細表件號名稱數(shù)量材料1接管10Cr18Ni10Ti2螺母8253螺栓8354法蘭11Cr18Ni9Ti5墊片1耐油石棉橡膠板6法蘭蓋11Cr18Ni9Ti7手柄2Q235-A4.6 視鏡的選型4.6.1 視鏡的選型由于釜內(nèi)介質(zhì)壓力較低（pW 0.3 MPa ）且考慮 DN1100mm ，本設計選用兩個DN =80

25、mm 的不帶頸視鏡。該類視鏡具有結構簡單，不易結料，窺視范圍大等優(yōu)點，4.6.2 視鏡的結構其結構見圖4-6。18圖 4-6 視鏡的結構型式4.6.3 視鏡的規(guī)定標記、標準圖號、視鏡的尺寸及材料查文獻 【 4】可確定視鏡的規(guī)定標記、標準圖號,文獻【 4】表 3-5-2 確定其尺寸，表3-5-4 確定其材料見圖4-6，尺寸見表4-7，材料見表4-8，視鏡在封頭上對稱布置。標記：視鏡PN 0.6， DN 80標準圖號： HGJ501-86-14 。質(zhì)量： 6.8kg表 4-7視鏡的尺寸DN視鏡玻璃DD1b1b2H1雙頭螺柱d n S數(shù)量直徑長度801601303624868M12 40表 4-8視

26、鏡的材料件號名稱數(shù)量材料件號名稱數(shù)量材料1視鏡玻璃1鋼化硼硅玻璃4壓緊環(huán)1Q235-A(HGJ501-86-0)2襯 墊2石棉橡膠板5雙頭螺柱8353接 緣11Cr18Ni9Ti6螺母82519第五章攪拌裝置的選型與尺寸設計5.1 攪拌軸直徑的初步計算5.1.1 攪拌軸直徑的設計電機的功率 P 1.5 KW，攪拌軸的轉速 n 100r / min ，根據(jù)文獻【 1】表 11-1 選擇攪拌軸材料為1Cr18Ni9Ti，25MPa，剪切彈性模量G 4MPa ，許用單位扭轉8 10角 1.0 /m。由 m9.553106P 得： m =9.5331061.5Nmmn100利用截面法得：M T max

27、m = 9.533 1061.5Nmm100由 maxM T得：W9.553106 P =9.5331061.5Wn2500拌軸為實心軸，由：W0.2d3 = 9.533 1061.52500解得 d 30.60mm ，取 d 32mm5.1.2 攪拌軸剛度的校核由文獻【 2】式（ 8-13）： xamM Txam180103 得：GJ209.55310 61.51803=0.98 / mmax1043241080.1100因為最大單位扭轉角max 0.98/ m 1.0/ m ，所以圓軸的剛度足夠?？紤]到攪拌軸與聯(lián)軸器配合，d 32 mm 可能需要進一步調(diào)整。5.2 攪拌抽臨界轉速校核計算由于反應釜的攪拌軸轉速n 200 r / min ，故無需做臨界轉速校核計算。5.3 聯(lián)軸器的型式及尺寸的設計由于選用擺線針齒行星減速機，所以聯(lián)軸器的型式選用立式夾殼聯(lián)軸節(jié)（ D 型）。標記為： DN 40 HG 21570 95，結構如圖5-1。由文獻 【 5】表 5-3-16 可確定聯(lián)軸節(jié)的尺寸，如表 5-1，由文獻 【 4】表 3-5-37 可查得零件及材料，如表5-2 所示。由于聯(lián)軸節(jié)軸孔直徑DN =40 mm，因此攪拌軸的直徑d 調(diào)整至 40 mm。圖 5-1立式夾殼聯(lián)軸節(jié)1-夾殼； 2-懸吊環(huán)； 3-墊圈； 4-螺母； 5- 螺