夾套反應釜課程設計課程

1、.有攪拌裝置的夾套反應釜前言化工設備機械基礎化學工程、制藥工程類專業(yè)以及其他相近的非機械類專業(yè)， 對化下設備的機械知識和設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計理論并具有設計鋼制的、典型的中、低、常壓化工容器的設計和必要的機械基礎知識?；ぴO備機械基礎課程設計是 化工設備機械基礎 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計?；ぴO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

2、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。化工設備課程設計是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐教學環(huán)節(jié)。在教師指導下，通過裸程設計， 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)，同時還

3、要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護的有效措施。 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。化工設備機械基礎課程設計是一項很繁瑣的設計工作， 而且在設計中除了要考慮經(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)。. .162. 反應釜釜體的設計62.162.272.2.172.2.272.2.3Hi82.382.492 4.192.4.292.4.3102.4.411113123.1123.2134144.114. .4.214

4、4.3154.4154.5154.6165166166.1166.2176.317717. .課程設計任務書設計目的： 把所學化工設備機械基礎及相關知識，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： 設計時要有較精確的設計容和步驟，一份設計計算說明書， ( 設計計算說明書是圖紙設計的理論依據(jù)，是設計計算的整理和總結，是審核設計的技術文件之一。主要容有：1 .目錄； 2 .設計任務書；3. 設計方案的分析和擬定； 4. 各部分結構尺寸的確定和設計計算； 5. 設計小結 ； 6. 參考資料。 )CAD圖紙一，用 A2 紙打

5、印。設計容： 設計一帶有攪拌裝置的夾套反應釜。第三組組長：定成設計人：定成設計任務書設計參數(shù)要求容器夾套工作壓力，Mpa設計壓力，Mpa0.70.9工作溫度，設計溫度，<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。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

6、次設計攪拌器為漿式攪拌器；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。在閱讀了設計任務書后, 按以下容和步驟進行夾套反應釜的機械設計。（1）總體結構設計。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構形式。（2）攪拌器的設計。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. 反應釜釜體的設計. .反應釜

7、是有罐體和夾套兩部分構成，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 罐體和夾套的結構設計罐體采用立式的圓筒形容器，有筒體和封頭構成。通過支座安裝在基礎平臺上。封頭一般采用橢圓形封頭。由于筒體徑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罐體幾何尺寸計算確定筒體徑34V一般有工藝條件給定容積DiiiV、筒體徑 D 估算：H ii式中 i 為長徑比即：Di，有表 4-2 選取。根據(jù)題意取i=1.0 ，已知 V=1.0, 則 Di

8、=1084mm, 將 Di 圓整到公稱直徑系列，則Di=1000(mm).確定封頭尺寸（1）橢圓封頭選取標準件，它的徑與筒體徑相同，標準橢圓封頭尺寸見附表4-2. 即 DN=Di =1000（mm）曲邊高度 h i =250mm直邊高度 h2=25mm容積 V=0.1505m3（2）封頭厚度計算spc Dit由公式20.5 pc. .其中 P =0.2t9 查的)=113MP ( 由參考文獻附表c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

9、偏差 C1=0.5mm由參考文獻一表4-11 查得：腐蝕裕量C2=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h 2 =25mm有附表 4-223知封頭表面積 A=2.2346m容積 V=0.3977m2.2.3 確定筒體的厚度iH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=(V V 封)/V im式中 V 封 -封頭容積： 0.3997 m 3Vim -1m高筒體容積（見附表 4-1 ）：Vim =1.539 m 3 /m得 H

10、i= (2.5-0.3977)/1.539=1.3660m圓整后的 Hi=1.4m=1400mm按筒高圓整后修正實際容積：V= V im×Hi + V 封 =1.4*1.539+0.3977=2.55 m 3>2.5 m 32.3夾套幾何尺寸計算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。 夾套的安裝尺寸見圖4-6 ，夾套徑 D2 可根據(jù)筒體徑 D1 按表 4-3選?。?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 /

11、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： 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=H×F21m故 F 封F 筒 =2.2346 4.40 ×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=1530mmD1=1490mmD2=1455mm D3=1441mmD4=1438mmS=46mmd=23mm2.

12、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。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壓圓筒和外壓圓筒計算，取其中較大值，其余部分按壓圓筒設. .計。按壓對圓筒和封頭進行強度計算（1）筒體強度計算t已知： Tc=110 Pc=0.7Mpa113Mpa= 0.85PcDi5.1mmSt2負偏差C2=1.5mm腐蝕裕量 C2=1.5 名義厚度 Sn=SC1C

13、2=8 (2) 封頭厚度計算StPcDi5.1mm0.5Pc2同理名義厚度 ： Sn=S C1C2=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 Sn=14mm令 Se=Sn-2=12mmD0=Di +2Sn=1428mm 則 L/D 0=1400÷1428=0.98D0/Se=119D 0>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=&

14、lt; Sn2=14mm封頭厚度確定為14mm(2) 外壓封頭強度計算設封頭的厚度Sn=14mm 計算有效厚度 Se=Sn-C=12mmR0=K1 D0式中 K1 =0.9 D0 =Di+2Sn=1428mmR0 =0.9 ×1428=1285mm計算系數(shù) AA0.1250.0011R0Se查參考文獻 1 中圖 5-8T=<150 查的系數(shù) B=120Mpap=B1MpaR0Sep>p c所以封頭厚度確定Sn=14mm2.4.4夾套厚度計算(1) 夾套筒體部分厚度計算t由 P c 2 =0.9MpaT c 2 =<140113Mpa=0.85p2c D 27.03m

15、mS22 t負偏差C 1=0.5mm腐蝕裕量C 2=1.5mm則 Sn 2=S2C1 =10mm（2）夾套封頭厚度計算. .S2p2c D27.0mm2 t0.5 p2c同理 ：則 Sn 2=S2C1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 p =1.25p=1.25Pc=0.875MpaTpT ( DiSe)61.7MpaT2Se材料屈服點應力s=235Mpa0.9 s =179.8MpaT 0.9 s所以罐體水壓試驗強度足夠（2）由于 t故 p T=1.25p=1.25P c2 =1.125MpapT ( D 2Se2 )T2

16、Se2106Mpa材料屈服點應力s=235Mpa0.9 s =179.8MpaT 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)任務說明書的要求，本次設計采用的是漿式攪拌器。其機械設計的主要容是：確定攪拌器直徑、攪拌器與攪拌軸的連接結構。 、進行攪拌軸的強度設計和臨界轉(zhuǎn)速校核、選擇軸的支撐結構。由表 4-4 查的 D1/DJ 取 1.25 ：12：1H 0/DJ=1:1 2:1. .有實際情況取 D1/DJ=1.5 ：1H0/D J=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

17、連接的結構設計槳式攪拌器結構如圖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：d J=900mmd=50mm螺栓： d0 :M16數(shù)量 4螺釘： d1 :M16數(shù)量 1S=16 b=90c=150m=110f=45 e=53.2攪拌軸設計攪拌軸的機械設計容同一般傳動軸，主要是結構設計和強度校核（1）攪拌軸的材料：選用Q 235-A（2）攪拌軸的結構：用實心直軸，因是連接的為槳式攪拌器，故采用光軸即可。（3）攪拌軸強度校核max軸扭轉(zhuǎn)的強度條件是：公式 9-5 ）T kW p（參考文獻 1.對 Q235-A k=

18、1220Mpa33對實心軸 Wp=d /16=24531mmT =9.55 ×106 p/n=133700N? mm則： max 5.5Mpa k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的一對軸承支承。當攪拌軸較長時，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應滿足以下關

19、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。傳動裝置設置在釜頂封頭的上部，其設計容一般包括：電機；減速機的選型；選擇聯(lián)軸器；選用和設計機架和底座等。4.1常用電機及其連接設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容。最常用的為 Y 系列全封閉自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

20、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。. .Pd電機功率可按下式確定：PPm式中： p=1.4KW=0.95 0.96 (有表 4-8 選取 )設計采用機械軸封，功率消耗小，Pm=0.6KW則： P d=2.2KW4.2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 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/mi

21、n4.3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=400mmd1=410mm d2=565mmk=515mm d3=430mmd4=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 4-8 ，容如下 ( 單位： mm)：DN=400, d2=565 k=515d

22、5=16-26 d6=415 s=50 d9=176 k2=210 d10=8-M164.5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=40mmH2=25H3=7 H4=8 D1=400D2=450D3=490 D4=430 D5=515D6 =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。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

23、 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備的一個重要組成部分。其任務是保證攪拌設備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(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。這次設計選用機械軸封。機械軸封是一種功耗小，泄露率低，密封性能可靠，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

24、有固體顆粒的介質(zhì)中工作的有壓和真空設備。由于機械軸封的結構形式很多。且大都有標準。附圖5-9 和附表 5-15 給出了 202 型標準機械密封結構及尺寸。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/T4725-92）分為 A 型和 B 型兩種。當設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 人孔人孔的設置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設備部的裝置。設備的直徑大于900mm，

25、應開設人孔。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。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設備接口化工容器及設備，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)，化工設備機械基礎，：理工大學，2006， 122吳宗澤，機械設計師手冊上M ，