夾套反應釜課程設(shè)計課程

1、有攪拌裝置的夾套反應釜前言化工設(shè)備機械基礎(chǔ)化學工程、制藥工程類專業(yè)以及其他相近的非機械類專業(yè)，對化下設(shè)備的機械知識和設(shè)計能力的要求而編寫的。通過此課程的學習，是通過學習使同學掌握基本的設(shè)計理論并具有設(shè)計鋼制的、典型的中、低、常壓化工容器的設(shè)計和必要的機械基礎(chǔ)知識?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計是化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程教學中綜合性和實踐性較強的教學環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是學生體察工程實際問題復雜性，學習初次嘗試化工機械設(shè)計。化工設(shè)計不同于平時的作業(yè)，在設(shè)計中需要同學獨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)計要求自己選擇方案、查取數(shù)據(jù)、進行過程和設(shè)備的設(shè)計計算，并要對自己的選擇做出

2、論證和核算，經(jīng)過反復的比較分析，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計。化工設(shè)備課程設(shè)計是培養(yǎng)學生設(shè)計能力的重要實踐教學環(huán)節(jié)。在教師指導下，通過裸程設(shè)計，培養(yǎng)學生獨立地運用所學到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實際的知識，綜合地分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力。因此，當學生首次完成該課程設(shè)計后，應達到一下幾個目的： 熟練掌握查閱文獻資料、收集相關(guān)數(shù)據(jù)、正確選擇公式，當缺乏必要的數(shù)據(jù)時，尚需要自己通過實驗測定或到生產(chǎn)現(xiàn)場進行實際查定。 在兼顧技術(shù)先進性、可行性、經(jīng)濟合理的前提下，綜合分析設(shè)計任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全可行所需的檢測和計量參數(shù)，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護的

3、有效措施。 準確而迅速的進行過程計算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算及選型。 用精煉的語言、簡潔的文字、清晰地圖表來表達自己的設(shè)計思想和計算結(jié)果。化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計是一項很繁瑣的設(shè)計工作，而且在設(shè)計中除了要考慮經(jīng)濟因素外，環(huán)保也是一項不得不考慮的問題。除此之外，還要考慮諸多的政策、法規(guī)，因此在課程設(shè)計中要有耐心，注意多專業(yè)、多學科的綜合和相互協(xié)調(diào)。目錄1 設(shè)計方案的分析和擬定（6）2. 反應釜釜體的設(shè)計（6）2.1罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計（6）2.2 罐體幾何尺寸計算（7）確定筒體內(nèi)徑 （7） 確定封頭尺寸（7） 確定筒體的厚度Hi（8）2.3 夾套幾何尺寸計算（8）2.4 夾套反應釜的強度計算 （

4、9）24.1 強度計算的原則及依據(jù)（9） 按內(nèi)壓對圓筒和封頭進行強度計算（9） 按外壓對筒體和封頭進行強度校核（10） 夾套厚度計算 （11） 水壓試驗校核計算（11）3反應釜的攪拌裝置（12）3.1 攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計（12）3.2 攪拌軸設(shè)計（13）4 反應釜的傳動裝置（14）4.1 常用電機及其連接（14）4.2 釜用減速機類型，標準及其選用（14）4.3 凸緣法蘭（15）4.4 安裝底蓋（15）4.5 機架 （15）4.6 聯(lián)軸器（16）5 反應釜的軸封裝置 （16）6 反應釜的其他附件（16）6.1 支座 （16）6.2人孔 （17）6.3 設(shè)備接口 （17）7

5、反應釜的裝配圖 （17）課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計目的：把所學化工設(shè)備機械基礎(chǔ)及相關(guān)知識，在課程設(shè)計中綜合運用，把化工工藝條件與化工設(shè)備設(shè)計有機地結(jié)合起來，鞏固和強化有關(guān)機械課程的基本理論和基本知識。設(shè)計要求：設(shè)計時要有較精確的設(shè)計內(nèi)容和步驟，一份設(shè)計計算說明書，(設(shè)計計算說明書是圖紙設(shè)計的理論依據(jù)，是設(shè)計計算的整理和總結(jié)，是審核設(shè)計的技術(shù)文件之一。主要內(nèi)容有： 1 . 目錄； 2 . 設(shè)計任務(wù)書； 3. 設(shè)計方案的分析和擬定； 4. 各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定和設(shè)計計算； 5. 設(shè)計小結(jié) ； 6. 參考資料。)CAD圖紙一張，用A2紙打印。設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計一張帶有攪拌裝置的夾套反應釜。第三組 組長：張定成設(shè)

6、計人： 張定成設(shè)計任務(wù)書設(shè)計參數(shù)要求容器內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力 ，Mpa設(shè)計壓力 ，Mpa0.70.9工作溫度 ，設(shè)計溫度 ，<110<140介質(zhì)染料及有機溶劑冷卻水或蒸汽全容積 ，m³2.5操作容積 ，m³2傳熱面積 ，m³7腐蝕情況微弱推薦材料Q235-A攪拌器型式漿式攪拌軸轉(zhuǎn)速 ，r/min50軸功率 ，KW1.41 設(shè)計方案的分析和擬定 根據(jù)任務(wù)書中的要求，一個夾套反應釜主要有攪拌容器、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管等一些附件構(gòu)成。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)計攪拌器

7、為漿式攪拌器；考慮到機械軸封的實用性和應用的廣泛性，所以軸封采用機械軸封。在閱讀了設(shè)計任務(wù)書后,按以下內(nèi)容和步驟進行夾套反應釜的機械設(shè)計。（1）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)工藝的要求，并考慮到制造安裝和維護檢修的方便來確定各部分結(jié)構(gòu)形式。（2）攪拌器的設(shè)計。 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、夾套進行強度和穩(wěn)定性計算、校核；（3）傳動系統(tǒng)設(shè)計，包括選擇電機、確定傳動類型、選擇聯(lián)軸器等。（4）決定并選擇軸封類型及有關(guān)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、檢驗和試車等方面的要求。2. 反應釜釜體的設(shè)計反應釜是有罐體和夾

8、套兩部分構(gòu)成，罐體是反應的核心，為物料完成攪拌過程提供一個空間。夾套為反應的操作溫度提供保障，是一個套在罐體外的密封空間容器。21罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計罐體采用立式的圓筒形容器，有筒體和封頭構(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。由于筒體內(nèi)徑Di<1200mm，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。夾套型式與罐體大致一致。2.2 罐體幾何尺寸計算2.2.1確定筒體內(nèi)徑 一般有工藝條件給定容積V、筒體內(nèi)徑Di 估算： 式中i為長徑比即： ，有表4-2選取。根據(jù)題意取i=1.0，已知V=1.0,則Di =1084mm, 將Di 圓整到

9、公稱直徑系列，則Di =1000(mm).2.2.2 確定封頭尺寸 （1）橢圓封頭選取標準件，它的內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑相同，標準橢圓封頭尺寸見附表4-2.即DN=Di =1000（mm） 曲邊高度 hi =250mm 直邊高度h2=25mm 容積V=0.1505m3 （2）封頭厚度計算 由公式 其中Pc =0.2 =113MP (由參考文獻附表9查的)封頭焊接采取雙面焊、全焊透，局部無損傷 ，則=0.85計算S=0.7×1400/(2113×0.85-0.5×0.7)=5.1 mm由參考文獻一 表4-9查得：負偏差 C1=0.5mm由參考文獻一表4-11查得：腐蝕裕量C

10、2=1.5mm計算名義厚度 Sn=S+C1+C2+=5.1+1.5+0.5+0.9=8mm故封頭厚度取8mm（3）由于S<10mm 則封頭的直邊高度 h2 =25mm有附表4-2 知封頭內(nèi)表面積A=2.2346m2 容積V=0.3977m3 2.2.3 確定筒體的厚度Hi 反應釜容積V通常按下封頭和筒體兩部分容積之和計算。則筒體高度Hi按下式計算并進行圓整：Hi=(VV封)/Vim 式中V封 -封頭容積：0.3997 m3Vim -1m高筒體容積（見附表4-1）：Vim =1.539 m3 /m 得 Hi= (2.5-0.3977)/1.539=1.3660m圓整后的Hi=1.4m=14

11、00mm按筒高圓整后修正實際容積： V= Vim×Hi + V封 =1.4*1.539+0.3977=2.55 m3 >2.5 m32.3 夾套幾何尺寸計算 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。夾套的安裝尺寸見圖4-6，夾套內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1按表4-3選取：D2 =D1+100=1500mm 夾套下封頭型式同筒體封頭，直徑D2與夾套筒體相同。 夾套高H2有傳熱面積而決定，不能低于料液高，裝料系數(shù) ： y=操作容積/全容積=2÷2.5=0.8夾套高H2 計算：H2 = （V-V封）÷Vim 代入數(shù)值計算得：

12、H2 =1.04 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=H2 ×F1m 故 F封F筒 =2.23464.40×1.04=7.07>=7所以換熱要求滿足。筒體和上封頭的連接采用甲型平焊法蘭連接，選取凹凸密封面法蘭，其尺寸見附圖4-2，主要尺寸有附表4-4查的，其中：D=1530mm D1=1490mm D2=1455mm D3=1441mmD4=1438mm S=46mm d=23mm 2.4 夾套反應釜的強度計算 夾套反應釜幾何尺寸確定后，要根據(jù)已知的公稱直徑，設(shè)計壓力和設(shè)計溫度進行強度計算確定罐體及夾套的

13、筒體和封頭的厚度。24.1 強度計算的原則及依據(jù)強度計算中各參數(shù)的選取及計算，均應符合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算，取其中較大值，其余部分按內(nèi)壓圓筒設(shè)計。 按內(nèi)壓對圓筒和封頭進行強度計算（1）筒體強度計算已知：Tc=110 Pc=0.7Mpa = 0.85 負偏差 C2=1.5mm腐蝕裕量 C2=1.5 名義厚度 Sn=SC1C2=8(2)封頭厚度計算 同理名義厚度 ： Sn=SC1C2=8 按外壓對筒體和封頭進行強度校核（1）筒體圖算法 由于D0/Se>=20 假設(shè)

14、 Sn=14mm 令Se=Sn-2=12mmD0=Di+2Sn=1428mm 則 L/D0=1400÷1428=0.98D0/Se=119 D0>20 查圖5-5得 A=0.0012 查圖5-7 由于Tc =<140 則B=125Mpa計算許應外壓力p p=B/( D0/Se)=1.05Mpa所以 p>=pc 故筒體厚度Sn2取14mm由Sn1=8mm=< Sn2=14mm 封頭厚度確定為14mm(2)外壓封頭強度計算設(shè)封頭的厚度 Sn=14mm 計算有效厚度Se=Sn-C=12mmR0=K1D0 式中K1 =0.9 D0 =Di+2Sn=1428mmR0 =

15、0.9×1428=1285mm 計算系數(shù)A 查參考文獻1中圖5-8 T=<150 查的系數(shù)B=120Mpa p>pc 所以封頭厚度確定 Sn=14mm 夾套厚度計算 (1)夾套筒體部分厚度計算由 P c 2=0.9Mpa T c 2=<140 =0.85 負偏差 C1=0.5mm腐蝕裕量 C2=1.5mm則 Sn2=S2C1=10mm（2）夾套封頭厚度計算 同理 ： 則 Sn2=S2C1=10mm 水壓試驗校核計算夾套反應釜應對罐體和夾套分別進行水壓試驗，并校核圓筒應力T（1） 罐體水壓試驗由于t 故 pT=1.25p=1.25Pc=0.875Mpa材料屈服點應力

16、s=235Mpa 0.9 s=179.8Mpa 0.9 s 所以罐體水壓試驗強度足夠（2）由于t 故 pT=1.25p=1.25Pc2=1.125Mpa材料屈服點應力 s=235Mpa 0.9 s=179.8Mpa 0.9 s 所以夾套水壓試驗強度足夠3 反應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)說明書的要求，本次設(shè)計采用的是漿式攪拌器。其機械設(shè)計的主要內(nèi)容是：確定攪拌器直徑、攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)。、進行攪拌軸的強度設(shè)計和臨界轉(zhuǎn)速校核、選擇軸的支撐結(jié)構(gòu)。由表4-4 查的D1/DJ取1.25：12：1 H0/DJ=1:12:1有實際情況取D1/DJ=1.5：

17、1 H0/DJ=1:1則： 攪拌器直徑 DJ=900mm 液面高度： H0=900mm3.1 攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計 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4-5查的： dJ=900mm d=50mm螺栓：d0 :M16 數(shù)量 4 螺釘：d1 :M16 數(shù)量 1 S=16 b=90 c=150 m=110 f=45 e=5 3.2 攪拌軸設(shè)計攪拌軸的機械設(shè)計內(nèi)容同一般傳動軸，主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核（1） 攪拌軸的材料：選用 Q 235-A（2） 攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實心直軸，因是連接的為槳

18、式攪拌器，故采用光軸即可。（3） 攪拌軸強度校核 軸扭轉(zhuǎn)的強度條件是： （參考文獻1.公式9-5） 對Q235-A k=1220Mpa 對實心軸 Wp=d3/16=24531mm3 T=9.55×106 p/n=133700Nmm 則： 故 d=50mm 強度足夠（4） 攪拌軸的形位公差和表面粗糙度的要求： 一般攪拌軸要求運轉(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準要求選取。（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。當攪拌軸較

19、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1.64 反應釜的傳動裝置 反應釜的攪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)計內(nèi)容一般包括：電機；減速機的選型；選擇聯(lián)軸器；選用和設(shè)計機架和底座等。4.1 常用電機及其連接設(shè)備選用電機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內(nèi)容。最常用的為Y系列全封閉自

20、扇冷式三相異步電動機。電機功率必須滿足攪拌器運軸功率與傳動系統(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。電機功率可按下式確定：式中：p=1.4KW =0.95 0.96 (有表4-8選取)設(shè)計采用機械軸封，功率消耗小，Pm=0.6KW 則： Pd=2.2KW 4.2 釜用減速機類型，標準及其選用 反應釜的立式減速機的選用根據(jù)：軸轉(zhuǎn)速 n=50r/min 電機功率為2.2KW 查表 4-11 可選 ：BLD擺線針輪行星減速機，其尺寸從HG 5-745-78 標準中選取。 由表4-11 選的：電動機 功率為 2.2kw 轉(zhuǎn)速為 1430r/min 查附表

21、5-4 選取電動機型號為：Y112M-4 額定功率為4KW 滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min 4.3 凸緣法蘭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)計采用R型突面凸緣法蘭，其形式見附圖4-4，其尺寸有附表4-6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：M24 。質(zhì)量：46Kg4.4 安裝底蓋安裝底蓋采用螺栓等緊固件，上與機架連接，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)計選取了RS型安裝底蓋。其主要尺寸查圖4-15和附表4-7 和4-

22、8，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 4.5 機架機架是安裝減速機用的，它的尺寸應與減速機底座尺寸相匹配。其選用類型有三種，本次選用無支點機架。常用的無支點機架見附圖5-1，尺寸見附表5-6.選用WJ90型無支點機架，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：170Kg4.6 聯(lián)軸器常用的電機和減速機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

23、。常用的類型很多，選取剛性凸緣聯(lián)軸器。主要尺寸以及型式見附圖5-5，尺寸見附表5-10. 選用GT-45 質(zhì)量：17K g.5 反應釜的軸封裝置軸封式攪拌設(shè)備的一個重要組成部分。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)備由于反應工況復雜，軸的偏擺震動大，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點，故不是所有形式的軸封都能用于攪拌設(shè)備上。反應釜攪拌軸處的密封，屬于動密封，常用的有填料密封和機械密封兩種形式。他們都有標準，設(shè)計時可根據(jù)要求直接選用。這次設(shè)計選用機械軸封。機械軸封是一種功耗小，泄露率低，密

24、封性能可靠，使用壽命長的轉(zhuǎn)軸密封。主要用于腐蝕、易燃、易爆、劇毒及帶有固體顆粒的介質(zhì)中工作的有壓和真空設(shè)備。由于機械軸封的結(jié)構(gòu)形式很多。且大都有標準。附圖5-9和附表5-15給出了202型標準機械密封結(jié)構(gòu)及尺寸。6 反應釜的其他附件6.1 支座夾套反應釜多為立式安裝，最常用的支座為耳式支座。標準耳式支座（JB/T 4725-92）分為A型和B型兩種。當設(shè)備需要保溫或直接支撐在樓板上時選用B型，否則選擇A型。設(shè)計中選取B型，支座數(shù)為4個。允許載荷為100KN 型式見附圖4-9 ，尺寸見附表4-9.支座質(zhì)量為：28.7Kg 地腳螺栓： M24.6.2人孔人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)

25、部的裝置。設(shè)備的直徑大于900mm，應開設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。圓形人孔制造方便。應用較為廣泛。人孔的大小及位置應以人進出設(shè)備方便為原則，對于反應釜，還要考慮攪拌器的尺寸，一便攪拌軸及攪拌器能通過人孔放入罐體內(nèi)。其主要尺寸見附表4-11 ，型式見附圖4-11.密封面型式：突面（RF型） 公稱壓力：1.0Mpa 公稱直徑 ：DN=450mm總質(zhì)量：125Kg 螺柱：20個 螺栓：40個。 螺柱：M24-1256.3 設(shè)備接口化工容器及設(shè)備，往往由于工藝操作等原因，在筒體和封頭上需要開一些各種用途的孔。接管和法蘭是用來與管道和其他設(shè)備連接的。標準管法蘭的主要參數(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4-13.接管的伸長度一般為從法蘭密封面到殼體外徑為150mm。液體出料管的設(shè)計主要從無聊易放盡、阻力小和不易堵塞等原因考慮。另外還要考慮溫差應力的影響。7 反應釜的裝配圖附圖一參考文獻1刁玉瑋、王立業(yè)，化工設(shè)備機械基礎(chǔ)，大連：大連理工大學出版社，2006，122 吳宗澤，機械設(shè)計師手冊上M，北京：化學工業(yè)出版社，2002，13 吳宗澤，機械設(shè)計實用手冊M，北京：化學