夾套反應釜課程設計

1、目錄摘要 （3）abstract （4)引言 （5）設計任務書 （6）1.設計方案的分析與擬定 （8）2.罐體和夾套結構設計 （8）3.罐體幾何尺寸計算 （9）4.確定封頭尺寸 （10）5.確定筒體高度 （10）6.夾套幾何尺寸計算 （10）7.夾套的連接形式 （11）8.強度計算 （13）9.穩(wěn)定性校核 （15） 10.水壓試驗校核 （19）11.攪拌器類型 （19）12.傳動裝置設計 （20）13.機架的選用 （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.攪拌軸設計 （24）19.凸緣聯(lián)軸器 （29）20.支座

2、 （30）21.設備接口 （30）22.接管與法蘭 （31）23.視鏡 （32）24.手孔與人孔 （32）25.反應釜的軸封裝置 （32）參考文獻 （34）設計小結 （35）摘要 本論文先介紹了反應釜的概況，然后簡要地說明了設計方法、理論依據(jù)及設計思路。論文在計算方面主要介紹了強度計算。強度計算主要包括由給定工藝參數(shù)進行的筒體和夾套的力學分析，反應釜液壓試驗校核，支座、視鏡的選擇及強度校核，攪拌裝置的設計計算及攪拌器的選型和攪拌軸長度的確定。本文最后進行了反應釜的優(yōu)缺點分析及改進方面分析，指出了反應釜設計中需要改進和優(yōu)化的一些方面。關鍵詞：壓力容器 反應釜 攪拌設備 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 引言課程設計是本專業(yè)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，學習嘗試化工機械設計。課程設計不同于平時的作業(yè)，在設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)老師給定的設計要求自己選擇方案、查取數(shù)據(jù)、進行過程和設備的設計計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，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計。課程設計是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐教學環(huán)節(jié)。在教師指導下，通過課程設計，培養(yǎng)學生獨立地運用所學到的基本理論并結合生產(chǎn)實際的知識，綜合地分析

7、和解決生產(chǎn)實際問題的能力。因此，當學生該課程設計后，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。 在兼顧技術先進性、可行性、經(jīng)濟合理的前提下，綜合分析設計任務要求，確定化工工藝流程，進行設備選型，并提出保證過程正常、安全可行所需的檢測和計量參數(shù)。 準確而迅速的進行過程計算及主要設備的工藝設計計算及選型。 用精煉的語言、簡潔的文字、清晰地圖表來表達自己的設計思想和計算結果。課程設計是一項很繁瑣的設計工作。除此之外，還要考慮諸多的政策、法規(guī)，因此在課程設計中要有耐心，注意多專業(yè)、多學科的綜合和相互協(xié)調(diào)。

8、設計任務書設計目的：把所學化工設備及技術及相關知識，在課程設計中綜合運用，把化工工藝條件與化工設備設計有機地結合起來，鞏固和強化有關機械課程的基本理論和基本知識。設計要求： (1)進行罐體和夾套設計計算 (2)進行攪拌傳動系統(tǒng)設計a.進行傳動系統(tǒng)方案設計; b.做傳動設計計算; c.進行上軸的結構設計和強度校核; d.選擇聯(lián)軸器; e.進行罐內(nèi)攪拌軸的結構設計及攪拌器與攪拌軸的連接結構設計; f.選擇軸封的型式 (3)設計機架結構 (4)選擇凸緣法蘭結構 (5)選擇接管管法蘭設備法蘭試鏡等容器附件 (6)繪總裝配圖(紙) 設計內(nèi)容：設計一臺夾套反應釜。 設計參數(shù)要求容器內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力 ，0.

9、40.5設計壓力 ，0.440.55工作溫度 ，100130設計溫度 ，120150介質染料及有機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攪拌器型式推進式攪拌軸轉速 ，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溫度計管口e25pl/rf壓縮空氣入口f40pl/rf放料口g25pl/rf冷凝水出口1設計方案的分析和擬定 根據(jù)任務書中的要求，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)任務說明書的要求本次設計攪拌器為推進式攪拌器；考慮到填料軸封的實用性和應用的廣泛性，所以軸封采用填料軸封。在閱讀了設計任務書后,按以下內(nèi)容和步驟進行夾套反應釜的機械設計。（1）總體結構設計,包括進行罐體和夾套設計計算。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構形式。（2）攪拌器傳動系統(tǒng)的設計。 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

11、零部件。（5）繪圖，包括總圖、部件圖。（6）編制技術要求，提出制造、裝配、檢驗和試車等方面的要求。2罐體和夾套的結構設計罐體一般采用立式的圓筒形容器，有頂蓋，筒體和罐體構成。通過支座安裝在基礎平臺上。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備，頂蓋可采用薄鋼板制造的平蓋，并在薄鋼板上加設型鋼制的橫梁，用以支撐攪拌器及其傳動裝置。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反應釜、混合槽、溶解槽液-液或液-固體系1-1.3反應釜、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=d1 =1000（mm） 橢圓封頭選取標準件見圖2-1，它的內(nèi)徑于筒體內(nèi)徑相同，其厚度計算并向上圓整，常用標準橢圓封頭尺寸見

13、表d-2，質量見表d-3.準可知：曲邊高度，直邊高度5.確定筒體高度圓整驗算 在11.3之間查表得實際容積 6.夾套幾何尺寸計算 1. 夾套和筒體的連接常焊接成封閉結構，夾套的結構尺寸常根據(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h2有傳熱面積而決定，不能低于料液高，裝料系數(shù) ： =操作容積/全容積因物料反應較平靜，取較大值夾套高h2 計算：h2 = （v-v封）/v1m 代入數(shù)值計算

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，考慮到罐體材質是不銹鋼，而夾套是普通碳鋼，在結構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。選用如下結構型式： 1.內(nèi)筒及夾套的受力分析 工藝提供的條件為：釜體內(nèi)筒中設計壓力為0.385mp，夾套內(nèi)設計壓力為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，同時又承受0.495mp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0.495mp外壓。2.夾套

15、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，設計壓力和設計溫度進行強度計算確定罐體及夾套的筒體和封頭的厚度。3. 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。（1）圓筒內(nèi)為常壓外帶套時當圓筒公稱直徑時，被夾套包圍部分的筒體按外壓（指夾套壓力）圓筒設計，其余部分按常壓設計；（2）圓筒內(nèi)為真空外帶夾套時當圓筒公稱直徑時，被夾套包圍部分的筒體按外壓（指夾套壓力）圓筒設計，其余部分按真空設計；當圓筒公稱直徑時，全部筒體按外壓（指夾套壓力）筒體設計；（3）圓筒內(nèi)為正壓外帶夾套時當圓筒公稱直徑時，被夾套包圍部分的筒體分別按內(nèi)壓圓筒

16、和外壓圓筒計算，取其中較大值；其余部分按內(nèi)壓圓筒設計。當圓筒公稱直徑時，全部筒體按內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒計算，取其中最大值。8. 強度計算(按內(nèi)壓對筒體和封頭進行強度校核) 罐體和夾套材料選用,設計溫度t1=170（容器內(nèi)），t2=200(夾套內(nèi)）；設計壓力0.33mp（容器內(nèi)），0.44mp（夾套內(nèi)）。焊接接頭系數(shù)取材料16mnr在設計溫度下許用應力為（假設厚度在6-7mm） 罐體簡體計算厚度 筒體設計厚夾套度 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 罐體筒體設計厚度 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不小于，若加上的腐蝕裕量，名義厚度至少應取。由鋼材標準規(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 筒體計算厚度 查表得 許用外壓力 計算失穩(wěn)，重設名義厚度2. 罐體筒體名義厚度 （假設）鋼板厚度負偏差 厚度附加量 罐體筒體有效厚度 罐體筒體外 筒體計算長度 查表得 a=0.0068 b=82許用外壓 計算失穩(wěn)，重設名義厚度3.罐體筒體名義厚度 （假設）鋼板厚度負偏差 厚度附加量 罐體筒體有效厚度 罐體筒體外 筒體計算長度 查表得 a=0.0011 b=1

18、30許用外壓 穩(wěn)定性滿足要求假設厚度滿足要求， 4.設計封頭的厚度（1）橢圓封頭 封頭名義厚度 封頭鋼板厚度負偏差 封頭厚度附加量 罐體封頭有效厚度 罐體封頭外徑 標準橢圓封頭當量球殼外半徑 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) 平板形封頭計算厚腐蝕余量 設計厚度 所以平板封頭厚度 10.水壓試驗校核 罐體試驗壓力 夾套水壓試驗壓力 查表得 材料屈服點應力 罐體圓筒應力 263.93mpa所以罐體水壓強度足夠夾套內(nèi)壓試驗壓 44-5014936-1605.53.80.25-0.47.軸的校核1.強度校核 其中： 截面上最大剪切應力，pa； 軸

19、傳遞的扭矩，nm； 抗扭斷面系數(shù)， ； 降低后的扭轉許用剪應力，m mm 即強度符合要求 查表知：表 3-1 常用軸材料的許用切應力軸的材料q235/20275/3545（調(diào)質）（退火）（調(diào)質）/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力。轉動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)定的傳動中，可?。灰话銈鲃雍蛿嚢栎S的計算可選；對精度要求低的傳動可選。

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。當考慮設備保溫等要求時，可取伸出長度為180mm。 液體進料管一般從

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

22、大小及位置用以人進出設備為原則，對于反應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罐體內(nèi)。25 反應釜的軸封裝置軸封式攪拌設備的一個重要組成部分。其任務是保證攪拌設備內(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的摻入。鑒于攪拌設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；而且攪拌設備由于反應工況復雜，軸的偏擺震動大，運轉穩(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，設計時可根據(jù)要求直接選用。填料密封是攪拌設備最早采用的一種軸封結構，它的基本結構由填料、填料箱、壓蓋

23、、壓緊螺栓及油環(huán)等組成。結構簡單易于制造，一般用于常壓、低壓、低轉速及允許定期維護的攪拌設備當采用填料密封時，應優(yōu)先選用標準填料箱。因為軸徑d=60mm，所以選擇填料密封，其主要尺寸見表e-13. 表e-13，標準填料箱主要尺寸 /mm軸徑dd1d2d3h60240210176156參考文獻1刁玉瑋、王立業(yè)，化工設備機械基礎，大連：大連理工大學出版社，2006.122 吳宗澤，機械設計師手冊上m，北京：化學工業(yè)出版社，2002.13 吳宗澤，機械設計實用手冊m，北京：化學工業(yè)出版社，1998.74 余國琮，化工機械手冊m，天津：天津大學出版社，1991.55 魏崇光、鄭曉梅，化工工程制圖，北京：化學工業(yè)出版社，1994.36 巨勇智、勒士蘭，過程設備機械基礎，北京：國防工業(yè)出版社，2005.47 朱有庭、曲文海、于浦義，化工設備設計手冊，北京：化學工業(yè)出版社，2006.58湯善甫、朱思明