夾套反應(yīng)釜課程設(shè)計(jì)

1、目錄摘要 （3）abstract （4)引言 （5）設(shè)計(jì)任務(wù)書 （6）1.設(shè)計(jì)方案的分析與擬定 （8）2.罐體和夾套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （8）3.罐體幾何尺寸計(jì)算 （9）4.確定封頭尺寸 （10）5.確定筒體高度 （10）6.夾套幾何尺寸計(jì)算 （10）7.夾套的連接形式 （11）8.強(qiáng)度計(jì)算 （13）9.穩(wěn)定性校核 （15） 10.水壓試驗(yàn)校核 （19）11.攪拌器類型 （19）12.傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) （20）13.機(jī)架的選用 （21）14.甲型平焊法蘭選取 （22）15.擋板 （22）16.安裝底蓋的選取 （23）17.凸緣法蘭的選取 （24）18.攪拌軸設(shè)計(jì) （24）19.凸緣聯(lián)軸器 （29）20.支座

2、 （30）21.設(shè)備接口 （30）22.接管與法蘭 （31）23.視鏡 （32）24.手孔與人孔 （32）25.反應(yīng)釜的軸封裝置 （32）參考文獻(xiàn) （34）設(shè)計(jì)小結(jié) （35）摘要 本論文先介紹了反應(yīng)釜的概況，然后簡要地說明了設(shè)計(jì)方法、理論依據(jù)及設(shè)計(jì)思路。論文在計(jì)算方面主要介紹了強(qiáng)度計(jì)算。強(qiáng)度計(jì)算主要包括由給定工藝參數(shù)進(jìn)行的筒體和夾套的力學(xué)分析，反應(yīng)釜液壓試驗(yàn)校核，支座、視鏡的選擇及強(qiáng)度校核，攪拌裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算及攪拌器的選型和攪拌軸長度的確定。本文最后進(jìn)行了反應(yīng)釜的優(yōu)缺點(diǎn)分析及改進(jìn)方面分析，指出了反應(yīng)釜設(shè)計(jì)中需要改進(jìn)和優(yōu)化的一些方面。關(guān)鍵詞：壓力容器 反應(yīng)釜 攪拌設(shè)備 abstractthis

3、study first introduces the general reaction kettle, the reaction kettle design background and purpose, the reaction kettle of domestic and foreign development situation, and then explain briefly the design method, the theoretic basis and design ideas.in the aspect of calculation it introduces the te

4、chnical calculation and strength calculation. strength calculation by a given process parameters include the mechanical analysis of the cylinder and clip , the respective reaction kettle hydraulic test , the choice and strength check of bearing and lens , mixing device design calculation and blender

5、 selection and determination of stirring shaft length.finally, the study mainly discusses the advantages and disadvantages of the analysis and the reaction kettle improvements in analysis, and it points out the reaction kettle design needs to be improved and optimized in some aspects.keywords: press

6、ure vessel reaction kettle mixing equipment 引言課程設(shè)計(jì)是本專業(yè)教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是學(xué)生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性，學(xué)習(xí)嘗試化工機(jī)械設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要同學(xué)獨(dú)立自主的解決所遇到的問題、自己做出決策，根據(jù)老師給定的設(shè)計(jì)要求自己選擇方案、查取數(shù)據(jù)、進(jìn)行過程和設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的比較分析，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在教師指導(dǎo)下，通過課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立地運(yùn)用所學(xué)到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的知識，綜合地分析

7、和解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。因此，當(dāng)學(xué)生該課程設(shè)計(jì)后，應(yīng)達(dá)到一下幾個(gè)目的： 熟練掌握查閱文獻(xiàn)資料、收集相關(guān)數(shù)據(jù)、正確選擇公式，當(dāng)缺乏必要的數(shù)據(jù)時(shí)，尚需要自己通過實(shí)驗(yàn)測定或到生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際查定。 在兼顧技術(shù)先進(jìn)性、可行性、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，綜合分析設(shè)計(jì)任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進(jìn)行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全可行所需的檢測和計(jì)量參數(shù)。 準(zhǔn)確而迅速的進(jìn)行過程計(jì)算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算及選型。 用精煉的語言、簡潔的文字、清晰地圖表來表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想和計(jì)算結(jié)果。課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很繁瑣的設(shè)計(jì)工作。除此之外，還要考慮諸多的政策、法規(guī)，因此在課程設(shè)計(jì)中要有耐心，注意多專業(yè)、多學(xué)科的綜合和相互協(xié)調(diào)。

8、設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)目的：把所學(xué)化工設(shè)備及技術(shù)及相關(guān)知識，在課程設(shè)計(jì)中綜合運(yùn)用，把化工工藝條件與化工設(shè)備設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合起來，鞏固和強(qiáng)化有關(guān)機(jī)械課程的基本理論和基本知識。設(shè)計(jì)要求： (1)進(jìn)行罐體和夾套設(shè)計(jì)計(jì)算 (2)進(jìn)行攪拌傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)a.進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì); b.做傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算; c.進(jìn)行上軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核; d.選擇聯(lián)軸器; e.進(jìn)行罐內(nèi)攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì); f.選擇軸封的型式 (3)設(shè)計(jì)機(jī)架結(jié)構(gòu) (4)選擇凸緣法蘭結(jié)構(gòu) (5)選擇接管管法蘭設(shè)備法蘭試鏡等容器附件 (6)繪總裝配圖(紙) 設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一臺夾套反應(yīng)釜。 設(shè)計(jì)參數(shù)要求容器內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力 ，0.

9、40.5設(shè)計(jì)壓力 ，0.440.55工作溫度 ，100130設(shè)計(jì)溫度 ，120150介質(zhì)染料及有機(jī)溶劑冷卻水或蒸汽全容積v ，m0.9傳熱面積 ，m3.5175腐蝕情況微弱推薦材料q345r攪拌器型式推進(jìn)式攪拌軸轉(zhuǎn)速 ，r/min200軸功率 ，kw4接管表符號公稱尺寸連接面形式用途a25pl/rf蒸汽入口b65pl/rf加料口c1、c2c2cc100視鏡d25pl/rf溫度計(jì)管口e25pl/rf壓縮空氣入口f40pl/rf放料口g25pl/rf冷凝水出口1設(shè)計(jì)方案的分析和擬定 根據(jù)任務(wù)書中的要求，一個(gè)夾套反應(yīng)釜主要有攪拌容器、攪拌裝置、傳動(dòng)裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管等一些附件構(gòu)成。

10、而攪拌容器又可以分為罐體和夾套兩部分。攪拌裝置分為攪拌器和攪拌軸，根據(jù)任務(wù)說明書的要求本次設(shè)計(jì)攪拌器為推進(jìn)式攪拌器；考慮到填料軸封的實(shí)用性和應(yīng)用的廣泛性，所以軸封采用填料軸封。在閱讀了設(shè)計(jì)任務(wù)書后,按以下內(nèi)容和步驟進(jìn)行夾套反應(yīng)釜的機(jī)械設(shè)計(jì)。（1）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括進(jìn)行罐體和夾套設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)工藝的要求，并考慮到制造安裝和維護(hù)檢修的方便來確定各部分結(jié)構(gòu)形式。（2）攪拌器傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 根據(jù)工藝參數(shù)確定各部幾何尺寸； 考慮壓力、溫度、腐蝕因素，選擇釜體和夾套材料； 對罐體、夾套進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算、校核；（3）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括選擇電機(jī)、確定傳動(dòng)類型、選擇聯(lián)軸器等。（4）決定并選擇軸封類型及有關(guān)

11、零部件。（5）繪圖，包括總圖、部件圖。（6）編制技術(shù)要求，提出制造、裝配、檢驗(yàn)和試車等方面的要求。2罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)罐體一般采用立式的圓筒形容器，有頂蓋，筒體和罐體構(gòu)成。通過支座安裝在基礎(chǔ)平臺上。封頭一般采用橢圓形封頭。頂蓋在受壓狀態(tài)下操作常選用橢圓形封頭，對于常壓或操作壓力不大而直徑較大的設(shè)備，頂蓋可采用薄鋼板制造的平蓋，并在薄鋼板上加設(shè)型鋼制的橫梁，用以支撐攪拌器及其傳動(dòng)裝置。頂蓋與罐體分別于筒體相連。罐體與筒體的連接常采用焊接連接，頂蓋與筒體的連接形式分為可拆和不可拆兩種。由于筒體內(nèi)徑di1200mm，因此下封頭與筒體的連接采用焊接連接。而為了拆卸清洗方便，上封頭采用法蘭與筒體連接。

12、夾套型式與罐體大體一致。3罐體幾何尺寸計(jì)算1. 確定筒體內(nèi)徑一般由工藝條件給定容積v、筒體內(nèi)徑，已知v=1.0m3 將di 圓整到公稱直徑系列式中i為長徑比即： ，由表4-2選取。常用攪拌容器的高徑比種類筒體內(nèi)物料類型高徑比i反應(yīng)釜、混合槽、溶解槽液-液或液-固體系1-1.3反應(yīng)釜、分散槽氣-液體系1-2聚合釜懸浮液、乳化液2.08-3.85攪拌發(fā)酵罐氣-液體系1.7-2.54.確定封頭尺寸橢圓封頭選取標(biāo)準(zhǔn)件，它的內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑相同，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭尺寸見附表4-2.即dn=d1 =1000（mm） 橢圓封頭選取標(biāo)準(zhǔn)件見圖2-1，它的內(nèi)徑于筒體內(nèi)徑相同，其厚度計(jì)算并向上圓整，常用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭尺寸見

13、表d-2，質(zhì)量見表d-3.準(zhǔn)可知：曲邊高度，直邊高度5.確定筒體高度圓整驗(yàn)算 在11.3之間查表得實(shí)際容積 6.夾套幾何尺寸計(jì)算 1. 夾套和筒體的連接常焊接成封閉結(jié)構(gòu)，夾套的結(jié)構(gòu)尺寸常根據(jù)安裝和工藝兩方面的要求而定。夾套的安裝尺寸，夾套內(nèi)徑d2可根據(jù)筒體內(nèi)徑d1按下表4-3選取，夾套下封頭型式同筒體封頭，直徑d2與夾套筒體相同。 夾套直徑d 單位mmd500600700180020003000dd+50d+100d+200 2. 夾套高h(yuǎn)2有傳熱面積而決定，不能低于料液高，裝料系數(shù) ： =操作容積/全容積因物料反應(yīng)較平靜，取較大值夾套高h(yuǎn)2 計(jì)算：h2 = （v-v封）/v1m 代入數(shù)值計(jì)算

14、 7.夾套的連接形式 整體夾套和罐體有兩種連接型式，即可拆卸式和不可拆卸式。而不可拆卸式夾套連接型式有多種，考慮到罐體材質(zhì)是不銹鋼，而夾套是普通碳鋼，在結(jié)構(gòu)上避免不銹鋼罐體與碳鋼的夾套直接焊接，以防止在焊縫處滲入過量碳元素使不銹鋼產(chǎn)生局部腐蝕。選用如下結(jié)構(gòu)型式： 1.內(nèi)筒及夾套的受力分析 工藝提供的條件為：釜體內(nèi)筒中設(shè)計(jì)壓力為0.385mp，夾套內(nèi)設(shè)計(jì)壓力為0.495mp，則夾套筒體和夾套封頭承受0.495mp內(nèi)壓：而內(nèi)筒的筒體和下封頭既承受0.385mp內(nèi)壓，同時(shí)又承受0.495mp外壓，其最惡劣的工作條件為：停止操作時(shí)，內(nèi)筒無壓而夾套內(nèi)仍有蒸汽壓力，此時(shí)內(nèi)筒承受0.495mp外壓。2.夾套

15、反應(yīng)釜的強(qiáng)度計(jì)算 夾套反應(yīng)釜幾何尺寸確定后，要根據(jù)已知的公稱直徑，設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算確定罐體及夾套的筒體和封頭的厚度。3. 強(qiáng)度計(jì)算的原則及依據(jù)強(qiáng)度計(jì)算中各參數(shù)的選取及計(jì)算，均應(yīng)符合gb150-1998鋼制壓力容器的規(guī)定。（1）圓筒內(nèi)為常壓外帶套時(shí)當(dāng)圓筒公稱直徑時(shí)，被夾套包圍部分的筒體按外壓（指夾套壓力）圓筒設(shè)計(jì)，其余部分按常壓設(shè)計(jì)；（2）圓筒內(nèi)為真空外帶夾套時(shí)當(dāng)圓筒公稱直徑時(shí)，被夾套包圍部分的筒體按外壓（指夾套壓力）圓筒設(shè)計(jì)，其余部分按真空設(shè)計(jì)；當(dāng)圓筒公稱直徑時(shí)，全部筒體按外壓（指夾套壓力）筒體設(shè)計(jì)；（3）圓筒內(nèi)為正壓外帶夾套時(shí)當(dāng)圓筒公稱直徑時(shí)，被夾套包圍部分的筒體分別按內(nèi)壓圓筒

16、和外壓圓筒計(jì)算，取其中較大值；其余部分按內(nèi)壓圓筒設(shè)計(jì)。當(dāng)圓筒公稱直徑時(shí)，全部筒體按內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒計(jì)算，取其中最大值。8. 強(qiáng)度計(jì)算(按內(nèi)壓對筒體和封頭進(jìn)行強(qiáng)度校核) 罐體和夾套材料選用,設(shè)計(jì)溫度t1=170（容器內(nèi)），t2=200(夾套內(nèi)）；設(shè)計(jì)壓力0.33mp（容器內(nèi)），0.44mp（夾套內(nèi)）。焊接接頭系數(shù)取材料16mnr在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力為（假設(shè)厚度在6-7mm） 罐體簡體計(jì)算厚度 筒體設(shè)計(jì)厚夾套度 罐體封頭厚度 夾套封頭 16mnr為低合金鋼，其最小厚度 腐蝕裕量 罐體筒體設(shè)計(jì)厚度 夾套筒體 罐體封頭 夾套封頭 查表得：（鋼板厚度6-7mm） 罐體簡體名義厚度 夾套封頭名義厚度 罐

17、體簡體名義厚度 夾套封頭名義厚度 對低合金鋼制的容器，規(guī)定不包括腐蝕裕量的最小厚度應(yīng)不小于，若加上的腐蝕裕量，名義厚度至少應(yīng)取。由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，名義厚度取為。9.穩(wěn)定性校核 1. 罐體筒體名義厚度厚度附加量 罐體筒體有效厚度 罐體筒體外徑 筒體計(jì)算厚度 查表得 許用外壓力 計(jì)算失穩(wěn)，重設(shè)名義厚度2. 罐體筒體名義厚度 （假設(shè)）鋼板厚度負(fù)偏差 厚度附加量 罐體筒體有效厚度 罐體筒體外 筒體計(jì)算長度 查表得 a=0.0068 b=82許用外壓 計(jì)算失穩(wěn)，重設(shè)名義厚度3.罐體筒體名義厚度 （假設(shè)）鋼板厚度負(fù)偏差 厚度附加量 罐體筒體有效厚度 罐體筒體外 筒體計(jì)算長度 查表得 a=0.0011 b=1

18、30許用外壓 穩(wěn)定性滿足要求假設(shè)厚度滿足要求， 4.設(shè)計(jì)封頭的厚度（1）橢圓封頭 封頭名義厚度 封頭鋼板厚度負(fù)偏差 封頭厚度附加量 罐體封頭有效厚度 罐體封頭外徑 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭當(dāng)量球殼外半徑 穩(wěn)定性滿足要求罐體封頭最小厚度 （2）平板封頭 查表得 平蓋系數(shù)平板形封頭的焊接接頭系數(shù) 平板形封頭計(jì)算厚腐蝕余量 設(shè)計(jì)厚度 所以平板封頭厚度 10.水壓試驗(yàn)校核 罐體試驗(yàn)壓力 夾套水壓試驗(yàn)壓力 查表得 材料屈服點(diǎn)應(yīng)力 罐體圓筒應(yīng)力 263.93mpa所以罐體水壓強(qiáng)度足夠夾套內(nèi)壓試驗(yàn)壓 44-5014936-1605.53.80.25-0.47.軸的校核1.強(qiáng)度校核 其中： 截面上最大剪切應(yīng)力，pa； 軸

19、傳遞的扭矩，nm； 抗扭斷面系數(shù)， ； 降低后的扭轉(zhuǎn)許用剪應(yīng)力，m mm 即強(qiáng)度符合要求 查表知：表 3-1 常用軸材料的許用切應(yīng)力軸的材料q235/20275/3545（調(diào)質(zhì)）（退火）（調(diào)質(zhì)）/mpa12-2020-3030-4040-5218-2440-5015-25 注：表中是考慮了彎曲等影響后的許用應(yīng)力。轉(zhuǎn)動(dòng)中彎矩較小的取較大值，彎矩大的取較小值；軸徑大的取較小值，軸徑小的取較大值；操作條件好的取教大值，操作條件差的取較小值；采用20、35鋼時(shí)可取較大值。 2.剛度校核 由式中 剪切彈性模量，對于碳鋼及合金鋼在精密穩(wěn)定的傳動(dòng)中，可?。灰话銈鲃?dòng)和攪拌軸的計(jì)算可選；對精度要求低的傳動(dòng)可選。

20、 得： =39.1mm 因 39.1 mm =25=50=100d175+dn100+dn160+dn22.接管與法蘭接管和法蘭是用來與管道和其他設(shè)備連接的。標(biāo)準(zhǔn)管法蘭的主要參數(shù)是公稱直徑和公稱壓力。管子的公稱直徑和與鋼管的外徑的關(guān)系見表d-12。.公稱直徑1015202540506580100125鋼管外徑1418253245577689108133公稱直徑150200250300350400450500600鋼管外徑159219273325377426480530630接管的伸長度一般為從法蘭密封面到殼體外徑為150mm。當(dāng)考慮設(shè)備保溫等要求時(shí)，可取伸出長度為180mm。 液體進(jìn)料管一般從

21、頂蓋引入。進(jìn)料管應(yīng)伸進(jìn)罐體內(nèi)并且下端的開口截成45角，開口方向朝著設(shè)備中心，以防止沖刷罐體，減少物料對壁面的腐蝕。液體出料管的設(shè)計(jì)主要從無料易放盡、阻力小和不易堵塞等原因考慮。另外還要考慮溫差應(yīng)力的影響。23.視鏡視鏡主要用來觀察設(shè)備內(nèi)物料及其反應(yīng)情況，也可以作為料面指示鏡，一般稱對使用，當(dāng)視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較大時(shí)，采用帶頸視鏡。24.手孔和人孔手孔和人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備的內(nèi)部裝置。手孔直徑一般為150-250mm，應(yīng)使工人戴上手套并握有工具的手能方便的通過。當(dāng)設(shè)備的直徑大于900mm時(shí)，應(yīng)開設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。圓形人孔制作方便，應(yīng)用較為廣泛。人孔的

22、大小及位置用以人進(jìn)出設(shè)備為原則，對于反應(yīng)釜還要考慮攪拌器的尺寸，以便攪拌軸及攪拌器能通過人孔放進(jìn)罐體內(nèi)。25 反應(yīng)釜的軸封裝置軸封式攪拌設(shè)備的一個(gè)重要組成部分。其任務(wù)是保證攪拌設(shè)備內(nèi)處于一定的正壓和真空狀態(tài)以及防止物料溢出和雜質(zhì)的摻入。鑒于攪拌設(shè)備以立式容器中心頂插式為主，很少滿釜操作，軸封的對象主要為氣體；而且攪拌設(shè)備由于反應(yīng)工況復(fù)雜，軸的偏擺震動(dòng)大，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，故不是所有形式的軸封都能用于攪拌設(shè)備上。反應(yīng)釜攪拌軸處的密封，屬于動(dòng)密封，常用的有填料密封和機(jī)械密封兩種形式。他們都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)要求直接選用。填料密封是攪拌設(shè)備最早采用的一種軸封結(jié)構(gòu)，它的基本結(jié)構(gòu)由填料、填料箱、壓蓋

23、、壓緊螺栓及油環(huán)等組成。結(jié)構(gòu)簡單易于制造，一般用于常壓、低壓、低轉(zhuǎn)速及允許定期維護(hù)的攪拌設(shè)備當(dāng)采用填料密封時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)填料箱。因?yàn)檩S徑d=60mm，所以選擇填料密封，其主要尺寸見表e-13. 表e-13，標(biāo)準(zhǔn)填料箱主要尺寸 /mm軸徑dd1d2d3h60240210176156參考文獻(xiàn)1刁玉瑋、王立業(yè)，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，大連：大連理工大學(xué)出版社，2006.122 吳宗澤，機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊上m，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.13 吳宗澤，機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊m，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.74 余國琮，化工機(jī)械手冊m，天津：天津大學(xué)出版社，1991.55 魏崇光、鄭曉梅，化工工程制圖，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994.36 巨勇智、勒士蘭，過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，北京：國防工業(yè)出版社，2005.47 朱有庭、曲文海、于浦義，化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.58湯善甫、朱思明