夾套式加氫攪拌反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)課程名稱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)題目名稱夾套反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)專業(yè)班級化學(xué)工程與工藝(2班學(xué)生姓名李洋學(xué)號 50905032003指導(dǎo)教師秦英月二O 一三年一月十二日蚌埠學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2009屆 應(yīng)用化學(xué)與環(huán)境工程系 化學(xué)工程與工藝(2班專業(yè)(班級學(xué)生姓名 李洋 學(xué) 號 50905032003課題名稱夾套反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)加氫反應(yīng)釜1.1任務(wù)書1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)任務(wù)書要求,設(shè)計(jì)夾套反應(yīng)釜的主要攪拌容器、攪拌裝置、傳動裝置、支座、人孔和工藝接管。1.3 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)可查相關(guān)教材或工具手冊設(shè)計(jì)參數(shù)要求容器內(nèi) 夾套內(nèi) 盤管工作壓力,MPa 3.0 0.58 0.4 設(shè)計(jì)壓力,MPa 3.4 0.

2、6 0.5 工作溫度, 120 120 <100 設(shè)計(jì)溫度,150160 150 介質(zhì)乙醇,癸二腈、氫氣等蒸汽,冷卻水 全容積,m3 2.8 操作容積,m3 焊接系數(shù) 1.0 0.85 1.0 腐蝕情況 弱 推薦材料 Q345R ,022Cr17Ni12Mo2攪拌形式 攪拌軸轉(zhuǎn)速,r/min軸功率,KW1.4 工作計(jì)劃1、領(lǐng)取設(shè)計(jì)任務(wù)書,查閱相關(guān)資料(3天;2、確定設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算(5天;3、校核驗(yàn)算,獲取最終的設(shè)計(jì)結(jié)果(2天;4、編寫課程設(shè)計(jì)說明書(論文,繪制草圖等(3天。1.5 設(shè)計(jì)成果要求1、通過查閱資料、設(shè)計(jì)計(jì)算等最終提供課程設(shè)計(jì)說明書(論文電子稿及打印稿1份,設(shè)計(jì)結(jié)

3、果的A1圖紙一張。2、課程設(shè)計(jì)結(jié)束時,將按以下順序裝訂的設(shè)計(jì)成果材料裝訂后交給指導(dǎo)教師:(1封面(具體格式見附件1(2課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(3目錄(4課程設(shè)計(jì)說明書(論文(具體格式見附件2(5參考文獻(xiàn)(6課程設(shè)計(jì)圖紙(可不裝訂,另交(7對設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題的討論。1.6幾點(diǎn)說明1、本設(shè)計(jì)任務(wù)適用班級:08應(yīng)用化學(xué)(本精細(xì)化工方向;2、課程設(shè)計(jì)說明書(論文格式也可參閱蚌埠學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文成果撰寫規(guī)范中的相關(guān)內(nèi)容。任務(wù)書審定日期:年月日指導(dǎo)教師任務(wù)書批準(zhǔn)日期:年月日教研室主任任務(wù)書下達(dá)日期:年月日學(xué)生目錄一、加氫反應(yīng)釜設(shè)計(jì) .- 1 -1.1、加氫反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu).- 1 -1.2、反應(yīng)釜

4、釜體的一些相關(guān)計(jì)算.- 2 -1.3 反應(yīng)釜的攪拌裝置.- 4 -1.4 攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .- 4 -1.5 反應(yīng)釜的傳動裝置.- 5 -1.6 常用電機(jī)及其連接.- 5 -1.7釜用減速機(jī)類型,標(biāo)準(zhǔn)及其選用 .- 6 -1.8 反應(yīng)釜的一些常用慣量.- 6 -1.9 反應(yīng)釜的其他附件.- 7 -一、加氫反應(yīng)釜設(shè)計(jì)1.1、加氫反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu)加氫反應(yīng)釜的主要部分是容器,其筒體是圓柱形的,封頭是橢圓形的,附體結(jié)構(gòu)與傳熱面積有關(guān),加氫反應(yīng)釜是將夾套與蛇管聯(lián)合起來使用的,釜體上按工藝要求還需要安裝各種接口。因此,反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì)要確定如下內(nèi)容:釜體的結(jié)構(gòu)型式和各部分尺寸,傳熱

5、形式和結(jié)構(gòu),工藝管口的安排和設(shè)計(jì)等。筒體的基本尺寸首先決定于工藝要求。在確定反應(yīng)釜直徑及高度時,還應(yīng)根據(jù)反應(yīng)釜操作時所允許的裝滿程度裝料系數(shù)等予以綜合考慮,通常裝料系數(shù)可取0.60.85。如反應(yīng)時易起泡沫或呈沸騰狀態(tài),應(yīng)取低值,如取0.60.7;反應(yīng)狀態(tài)穩(wěn)定,可取0.80.85(物料粘度較大時,可取最大值。因此設(shè)備容積V與操作容積V0應(yīng)有如下關(guān)系:V0=·V,在生產(chǎn)重要合理選用裝料系數(shù),以盡量提高設(shè)備效率。夾套傳熱結(jié)構(gòu)簡單,基本上不需要進(jìn)行維修,采用夾套傳熱時,因夾套向外有熱量散失,故需要在夾套體外包以保溫材料。本設(shè)計(jì)僅圓筒和下封頭部分有夾套,夾套頂端的封閉結(jié)構(gòu)通常是由夾套筒體扳邊而

6、成,再焊在金壁上。當(dāng)夾套中用蒸汽作為載熱體時,一般從上端進(jìn)入夾套,凝液從夾套底部排出;如用液體作為冷卻液時則相反,采取下端進(jìn)、上端出,以使夾套中經(jīng)常充滿液體,充分利用傳熱面積,加強(qiáng)傳熱效果。夾套直徑Dj與筒體直徑Di的關(guān)系D i500600 7001800 20003000D j D i+50 D i +100 D i+200夾套的下封頭根據(jù)直徑及所選形式,按標(biāo)準(zhǔn)選取。中低壓反應(yīng)釜釜體部分和夾套厚度,基本上按容器設(shè)計(jì)方法來確定。反應(yīng)釜在壓力狀態(tài)下操作,如不帶夾套,則筒體及上、下封頭均按內(nèi)壓容器設(shè)計(jì),以操作時釜內(nèi)最大壓力為工作壓力;如帶夾套,則反應(yīng)釜筒體及下封頭應(yīng)按內(nèi)壓和外壓分別計(jì)算,并取兩者中

7、的壁厚較大值。按內(nèi)壓計(jì)算時,最大壓力差為釜內(nèi)工作壓力;按外壓計(jì)算時,最大壓力差為夾套內(nèi)工作壓力或夾套內(nèi)工作壓力加0.1MPa。上封頭如不包在夾套內(nèi),則不承受外壓作用,只按內(nèi)壓計(jì)算,但常取與下封頭相同的厚度。、夾套筒體及夾套封頭則以夾套內(nèi)的最大工作壓力按內(nèi)壓容器設(shè)計(jì),真空時接受外壓進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常封頭與筒體取相同的厚度,必要時還得考慮內(nèi)、外筒體膨脹差的影響。當(dāng)夾套上有支承件時,還應(yīng)考慮容器和所裝物料的質(zhì)量。當(dāng)所需傳熱面積較大,而夾套傳熱不能滿足要求時,可采用蛇管傳熱。它沉浸在物料中時,熱量損失小,傳熱效果好,但檢修較麻煩。蛇管很長是不適宜的,因?yàn)槟嚎赡軙e聚,使這部分傳熱面積降低傳熱作用,而且從

8、很長的蛇管中排出蒸汽中所夾帶的惰性氣體也是很困難的。如要求蛇管傳熱面積很大時,可做成幾個并聯(lián)的同心圓蛇管組。蛇管的管徑通常選用DN25DN70之間。管長與管徑的比值,蛇管的進(jìn)出口結(jié)構(gòu),蛇管排列的定位尺寸及定位結(jié)構(gòu)等可參閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊。反應(yīng)釜上工藝管口,包括進(jìn)出料口、溫度計(jì)口、壓力計(jì)口及其他儀表管口等,其結(jié)構(gòu)和容器上的管口基本相同。管口的管徑及方位布置由工藝要求確定。1.2、反應(yīng)釜釜體的一些相關(guān)計(jì)算從要求單上所列的工作壓力及溫度以及改設(shè)備之工藝性質(zhì),可以看出它是屬于帶攪拌的低壓力反應(yīng)釜類型,一類低壓容器。根據(jù)慣例,選擇圓柱形筒體和橢圓形封頭。(1確定筒體尺寸a 筒體內(nèi)徑反應(yīng)物料為氣液相類型,可知

9、H/D i 為12,設(shè)備容積為2.8m 3,考慮到容器不大,可取H/D i 為1,這樣可使直徑不至太小。又已知裝料系數(shù)=0.85,可得 筒體直徑3/4i i D H V D = , H/D i =1,V=2.8則D i =1528mm.圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列,取D i =1500mmb 筒體高度當(dāng)DN=1500mm,從書本上表中差得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的容積V 封=0.486m 3,在從另一表中差得筒體每一米高的容積V 1m =1.767m 3/m,則筒體高估算為(2 確定夾套尺寸a 夾套直徑由上述表中可知D j =D i +100=1500+100=1600mm,夾套封頭也采用橢圓形,并與夾套筒體

10、取相同直徑。b 夾套高度夾套筒體的高度估算如下:(3 校核傳熱面積當(dāng)DN=1500m 時,由書中表中查得封頭內(nèi)表面積F 封=2.56m 2,筒體1米高內(nèi)表面積F 1m =4.71m 2,則、(4 內(nèi)筒及夾套的受力分析工藝提供的條件為:釜體內(nèi)筒中工作壓力3.0MPa ,夾套內(nèi)工作壓力0.58 MPa ,則夾套筒體和夾套封頭為承受0.58MPa 內(nèi)壓,而內(nèi)筒的筒體和下封頭為既承受3.0MPa 內(nèi)壓,同時又承受0.58MPa 外壓,其最惡劣的工作條件為:停止操作時,內(nèi)筒無壓而夾套內(nèi)仍有蒸汽壓力,此時內(nèi)筒承受0.58MPa 外壓。(5計(jì)算夾套筒體、封頭厚度夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫,因檢測困難,故取=0.

11、6,從安全計(jì)夾套上所有焊縫均取=0.6,封頭采用Q345R ,022Cr17Ni12Mo2,操作容積C 2=夾套厚度計(jì)算如下:夾套封頭厚度計(jì)算如下:圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標(biāo)準(zhǔn),夾套筒體與封頭厚度均取為10mm.筒體的厚度Hi 計(jì)算如下:反應(yīng)釜容積V 通常按下封頭和筒體兩部分容積之和計(jì)算。則筒體高度H i 按下式計(jì)算并進(jìn)行圓整:H i =(V -V 封/V im式中V 封 -封頭容積:0.486 m 3V im -1m 高筒體容積(見附表4-1:V im =1.767 m 3 /m圓整后的H i =1.3m=1300mm按筒高圓整后修正實(shí)際容積: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)

12、尺寸常根據(jù)安裝和工藝兩方面的要求而定。夾套內(nèi)徑D i 可根據(jù)筒體內(nèi)徑D j 按上表選取:D 2 =D 1+100=1600mm夾套下封頭型式同筒體封頭,直徑D 2與夾套筒體相同。夾套高H 2有傳熱面積而決定,不能低于料液高,裝料系數(shù) :=0.85夾套高H 2 計(jì)算:H 2 =(V-V 封÷V im 代入數(shù)值計(jì)算得:H 2 =1.07 m夾套所包圍的罐體的表面積,一定要大于工藝要求的傳熱面積F ,即:F 封+F 筒>=F 其中 F 筒=H 2 ×F 1m故 F 封+F 筒 =2.56+4.71×1.07=7.60>7所以換熱要求滿足。筒體和上封頭的連接采

13、用甲型平焊法蘭連接,選取凹凸密封面法蘭,主要尺寸由書上附表查得,其中:D=1530mm D1=1490mm D2=1455mm D3=1441mmD4=1438mm S=46mm d=23mm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。(1 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。圓筒為正壓外帶夾套時:當(dāng)圓筒的公稱直徑DN>=600時,被夾套包圍部分的圓筒分別按內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒計(jì)算,取其中較大值,其余部分按內(nèi)壓圓筒設(shè)計(jì)。(2 水壓試驗(yàn)校核計(jì)算夾套反應(yīng)釜應(yīng)對罐體和

14、夾套分別進(jìn)行水壓試驗(yàn),并校核圓筒應(yīng)力T罐體水壓試驗(yàn)由于t 故 p T =1.25p=1.25Pc=0.875Mpa(61.72T T p Di Se M pa Se +=材料屈服點(diǎn)應(yīng)力 s =235Mpa0.9 s =179.8MpaT 0.9 s 所以罐體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠 (2由于t 故 p T =1.25p=1.25P c2=1.125Mpa 22(21062T T p D Se M pa Se +=材料屈服點(diǎn)應(yīng)力 s =235Mpa 0.9 s =179.8Mpa T 0.9 s 所以夾套水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠1.3 反應(yīng)釜的攪拌裝置攪拌裝置由攪拌器、軸及其支撐組成。攪拌器的形式很多,根據(jù)任務(wù)

15、說明書的要求,本次設(shè)計(jì)采用的是漿式攪拌器。其機(jī)械設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是:確定攪拌器直徑、攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)。、進(jìn)行攪拌軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)和臨界轉(zhuǎn)速校核、選擇軸的支撐結(jié)構(gòu)。由表查的D 1/D J 取1.25:12:1 H 0/D J =1:12:1有實(shí)際情況取D 1/D J =1.5:1 H 0/D J =1:1則: 攪拌器直徑 D J =900mm液面高度: H 0=900mm1.4 攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)槳式攪拌器結(jié)構(gòu)如圖4-7所示,其槳葉為兩葉。軸轉(zhuǎn)速為50r/min ,采用雙層槳安裝。攪拌器與軸的連接常用螺栓對夾。器主要尺寸有表查的:d J=900mm d=50mm螺栓:d0

16、:M16 數(shù)量4 螺釘:d1 :M16 數(shù)量 1S=16 b=90 c=150 m=110 f=45 e=5攪拌軸的機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容同一般傳動軸,主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核(1攪拌軸的材料:選用Q 235-A(2攪拌軸的結(jié)構(gòu):用實(shí)心直軸,因是連接的為槳式攪拌器,故采用光軸即可。(3攪拌軸強(qiáng)度校核軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件是:m ax kpTW=(參考文獻(xiàn)1.公式9-5對Q235-A k=1220Mpa對實(shí)心軸Wp=d3/16=24531mm3T=9.55×106 p/n=133700Nmm則:5.5 m ax M pa k=故d=50mm 強(qiáng)度足夠(4攪拌軸的形位公差和表面粗糙度的要求:一般攪拌軸要

17、求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),為防止軸的彎曲對軸封處的不利影響,因此軸安裝和加工要控制軸的直度。當(dāng)轉(zhuǎn)速n<100r/min 時直度允許誤差:1000:0.15。軸的表面粗糙度可按所配零件的標(biāo)準(zhǔn)要求選取。(5攪拌軸的支撐一般攪拌軸可依靠減速器內(nèi)的一對軸承支承。當(dāng)攪拌軸較長時,軸的剛度條件變壞。為保證攪拌軸懸臂穩(wěn)定性,軸的懸臂長L1,軸徑d 和兩軸承間距B 應(yīng)滿足以下關(guān)系:L1/B45; L1/d4050攪拌軸的支承常采用滾動軸承。安裝軸承處的公差帶常采用K6.外殼孔的公差帶常采用H7 。安裝軸承處軸的配合表面粗糙度Ra取0.8 1.6 外殼孔與軸承配合表面粗糙度Ra取1.61.5 反應(yīng)釜的傳動裝置反應(yīng)釜的攪

18、拌器是由傳動裝置來帶動。傳動裝置設(shè)置在釜頂封頭的上部,其設(shè)計(jì)內(nèi)容一般包括:電機(jī);減速機(jī)的選型;選擇聯(lián)軸器;選用和設(shè)計(jì)機(jī)架和底座等。1.6 常用電機(jī)及其連接設(shè)備選用電機(jī)主要是考慮到它的系列,功率,轉(zhuǎn)速,以及安裝形式和防爆要求等幾項(xiàng)內(nèi)容。最常用的為Y系列全封閉自扇冷式三相異步電動機(jī)。電機(jī)功率必須滿足攪拌器運(yùn)軸功率與傳動系統(tǒng),軸封系統(tǒng)功率損失的要求,還要考慮到又時在攪拌過程操造作中會出現(xiàn)不利條件造成功率過大。電機(jī)功率可按下式確定:m dP P P+=式中:p=1.4KW =0.85 (有表可知設(shè)計(jì)采用機(jī)械軸封,功率消耗小,P m=0.6KW則:P d=2.2KW1.7釜用減速機(jī)類型,標(biāo)準(zhǔn)及其選用反應(yīng)

19、釜的立式減速機(jī)的選用根據(jù):軸轉(zhuǎn)速n=50r/min 電機(jī)功率為2.2KW 查表可選:BLD擺線針輪行星減速機(jī),其尺寸從HG 5-745-78 標(biāo)準(zhǔn)中選取。由表選的:電動機(jī)功率為 2.2kw 轉(zhuǎn)速為1430r/min查附表選取電動機(jī)型號為:Y112M-4 額定功率為4KW滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min1.8 反應(yīng)釜的一些常用慣量凸緣法蘭一般焊接于攪拌器封頭上,用于連接攪拌傳動裝置。設(shè)計(jì)采用R 型突面凸緣法蘭,其形式見附圖,其尺寸有附表查找。選擇R型突面凸緣法蘭,其尺寸如下:DN=400mm d1=410mm d2=565mm k=515mm d3=430mm d4=455mm螺栓數(shù)量:16 ,螺紋

20、:M24 。質(zhì)量:46Kg安裝底蓋采用螺栓等緊固件,上與機(jī)架連接,下與凸緣法蘭連接。是整個攪拌傳動裝置與容器連接的主要連接件。設(shè)計(jì)選取了RS型安裝底蓋。其主要尺寸查圖和附表,內(nèi)容如下(單位:mm:DN=400, d2=565 k=515 d5=16-26 d6=415 s=50 d9=176 k2=210 d10=8-M16機(jī)架是安裝減速機(jī)用的,它的尺寸應(yīng)與減速機(jī)底座尺寸相匹配。其選用類型有三種,本次選用無支點(diǎn)機(jī)架。常用的無支點(diǎn)機(jī)架見附圖5-1,尺寸見附表5-6.選用WJ90型無支點(diǎn)機(jī)架,H1=40mm H2=25 H3=7 H4=8 D1=400 D2=450 D3=490 D4=430 D5=515 D6 =565 H=660 質(zhì)量:170Kg常用的電機(jī)和減速機(jī)輸出軸與傳動軸之間及傳動軸與攪拌軸之間的連接,都是通過聯(lián)軸器連接的。常用的類型很多,選取剛性凸緣聯(lián)軸器。主要尺寸見附表. 選用GT-45 質(zhì)量:17K