課程設(shè)計 設(shè)計一臺夾套傳熱式帶攪拌的配料罐

1、過程裝備課程設(shè)計說明書班 級 設(shè)計者 學 號 指導(dǎo)老師 日 期 2005/9/18夾套反應(yīng)釜的設(shè)計過程一 設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計一臺夾套傳熱式帶攪拌的配料罐。二 設(shè)計參數(shù)和技術(shù)特性指標簡 圖設(shè) 計 參 數(shù) 及 要 求容器內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力，MPa設(shè)計壓力，MPa 0.25 0.3工作溫度，設(shè)計溫度，100150介質(zhì)有機溶劑蒸汽全容積，m3 2.2 操作容積，m3 1.76傳熱面積，m23腐蝕情況微弱推薦材料Q235A攪拌器型式推進式攪拌軸轉(zhuǎn)速250 r/min軸功率4 kW接 管 表符號公稱尺寸DN連接面形式用途a25蒸汽入口b25加料口c80視鏡d70溫度計管口e25壓縮空氣入口f40放料口g25冷凝

2、水出口3.設(shè)計要求（1）進行罐體和夾套設(shè)計計算；（2）選擇接管、管法蘭、設(shè)備法蘭；（3）進行攪拌傳動系統(tǒng)設(shè)計；（4）設(shè)計機架結(jié)構(gòu)；（5）設(shè)計凸緣及選擇軸封形式；（6）繪制配料反應(yīng)釜的總裝配圖；（7）從總裝圖中測繪一張零件圖或一張部件圖。1罐體和夾套的設(shè)計1.1 確定筒體內(nèi)徑 表4-2 幾種攪拌釜的長徑比i值攪拌釜種類設(shè)備內(nèi)物料類型長徑比i值 一般攪拌釜液-固相或液-液相物料 i11.3氣-液相物料 i12發(fā)酵罐類 I1.72.5 當反應(yīng)釜容積V小時，為使筒體內(nèi)徑不致太小，以便在頂蓋上布置接管和傳動裝置，通常i取小值，此次設(shè)計取i1.1。一般由工藝條件給定容積V、筒體內(nèi)徑按式4-1估算：得D=1

3、366mm.式中 V工藝條件給定的容積，； i長徑比，（按照物料類型選取，見表4-2） 由附表4-1可以圓整1400，一米高的容積1.539 1.2確定封頭尺寸 橢圓封頭選取標準件，其形式選取化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書圖4-3，它的內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑相同，釜體橢圓封頭的容積由附表4-2 0.4362，（直邊高度取50mm）。1.3確定筒體高度反應(yīng)釜容積V按照下封頭和筒體兩部分之容積之和計算。筒體高度由計算H1=（2.2-0.4362）/1.539=1.146m，圓整高度1100mm。按圓整后的修正實際容積由式V=V1m×H1+V封=1.539×1.100+0.4362=2.

4、129式中 ； 一米高的容積/m 圓整后的高度，m。1.4夾套幾何尺寸計算 夾套的結(jié)構(gòu)尺寸要根據(jù)安裝和工藝兩方面的要求。夾套的內(nèi)徑可根據(jù)內(nèi)徑由500600700180020003000+50+100+200選工藝裝料系數(shù)=0.60.85選取，設(shè)計選取0.80。1.4.1夾套高度的計算H2=（V-V封）/V1m=0.755m1.4.2.夾套筒體高度圓整為800mm。1.4.3罐體的封頭的表面積由化工設(shè)備機械基礎(chǔ)附表4-2查的F封=2.345。1.4.4一米高的筒體內(nèi)表面由化工設(shè)備機械基礎(chǔ)附表4-1查的。F1m=4.401.4.5實際的傳熱面積F=5.6665>3，由化工設(shè)備機械基礎(chǔ)式4-5

5、校核5.66653所以傳熱面積合適。2夾套反應(yīng)釜的強度計算 強度計算的參數(shù)的選取及計算均符合GB150-1998鋼制壓力容器的規(guī)程。此次設(shè)計的工作狀態(tài)已知時，圓筒為外壓筒體并帶有夾套，由筒體的公稱直徑mm，被夾套包圍的部分分別按照內(nèi)壓和外壓圓筒計算，并取其中較大者。2.1設(shè)備選用Q-235-A優(yōu)質(zhì)沸騰碳素鋼。2.2設(shè)計的設(shè)備有工藝參數(shù)給定的內(nèi)壓為0.25MPa。2.3夾套內(nèi)的設(shè)計壓力由工藝參數(shù)給定為0.30MPa。2.4罐體內(nèi)的設(shè)計溫度。2.5夾套內(nèi)的設(shè)計溫度。2.6在加壓和工作狀態(tài)下要考慮液柱的高度由化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書式P1h=0.01MPa2.7計算壓力2.8 夾套的液柱靜壓力

6、P1c=P1+P1h=0.25+0.01=0.26MPa。2.9 計算壓力2.10通過焊接的容器，其焊縫中可能存在一定的缺陷，而且在焊縫附近會由于受熱而引起組織結(jié)構(gòu)的變化，從而成為薄弱環(huán)節(jié)，因此在計算是要加入焊縫系數(shù)可按過程設(shè)備設(shè)計表4-5選取0.85做為其接頭系數(shù)。2.11設(shè)計溫度下的材料許用應(yīng)力由化工設(shè)備機械基礎(chǔ)表9-5查取113。2.12罐體的筒體的計算厚度。1=P1cD1/（2t-P1c） =0.26×1300/（2×113×0.85-0.26） =1.897mm2.13夾套的筒體的計算厚度 2=P2cD2/（2t-P2c） =0.3×1400/

7、（2×113×0.85-0.3） =2.346mm。2.14罐體封頭的計算厚度1=P1cD1/（2t-0.5P1c） =0.26×1300/（2×113××0. 26） =1.896mm2.15夾套封頭的計算厚度2=P2cD2/（2t-0.5P2c） =0.3×1400/（2×113××0.5） =2.344mm2.16鋼板的厚度負偏差由過程設(shè)備設(shè)計表4-2取。2.17腐蝕裕量 C2=2.0mm2.18由此的厚度附加量。C=C1+C2=2.6mm2.19則罐體筒體的設(shè)計厚度1c=1+C2=3.8

8、79mm2.20則夾套筒體的設(shè)計厚度2c=2+C2=4.436mm2.21罐體封頭的設(shè)計厚度1c=1+C2=3.389mm2.23夾套封頭的設(shè)計厚度2c=2+C2=4.344mm2.24對于碳素鋼或是低合金鋼規(guī)定筒體的最小厚度不應(yīng)小于，若加上腐蝕裕量，則名義厚度至少應(yīng)取，由鋼板的標準規(guī)格名義厚度取為。2.25罐體筒體的名義厚度取。2.26夾套筒體的名義厚度取。2.27罐體封頭的名義厚度取。2.28夾套封頭的名義厚度取。3穩(wěn)定性計算各國的設(shè)計規(guī)范均推薦采用圖算法，此次設(shè)計的也采用圖算法。由罐體圓筒168所以是薄壁圓筒，僅需進行穩(wěn)定性校核。3.1假設(shè)罐體筒體的名義厚度為8mm。3.2在內(nèi)壓計算時由

9、過程設(shè)備設(shè)計表4-2可以查6mm的鋼板厚度負偏差C1=0.6mm，腐蝕裕量主要是防止容器在受壓的條件下由于均勻腐蝕，機械磨損而導(dǎo)致的厚度消弱減薄，筒體和封頭都要考慮，對于碳素鋼和底合金鋼不小于1.0。此處取，C=C1+C2=2.6mm。3.3罐體筒體的有效厚度1e=1n-C=8-2.6=5.4mm。3.4罐體筒體的外徑 D1o=1416mm3.5由化工設(shè)備機械基礎(chǔ)查橢圓封頭的曲邊高度h1=350mm，直邊高度h2=50mm，筒體的計算L=H2+1/3h1+h2=966.7mm。3.6計算系數(shù)L/D10=0.683。3.7計算系數(shù)D10/1e=262.23.8以和的值由過程設(shè)備設(shè)計圖4-7做為計

10、算圖查得A值A(chǔ)0.00045。3.9由所選的材料為碳素鋼由過程設(shè)備設(shè)計查4-6做為計算圖查B的值B88。3.10由過程設(shè)備設(shè)計的式4-26計算許用壓力p，P=B/ D1o/1e=88/197.2=0.33>0.3MPa3.11假設(shè)罐體封頭的名義厚度為8mm。3.12在內(nèi)壓計算時由過程設(shè)備設(shè)計表4-2可以查8mm的鋼板厚度負偏差，腐蝕裕量主要是防止容器在受壓的條件下由于均勻腐蝕，機械磨損而導(dǎo)致的厚度消弱減薄，筒體和封頭都要考慮，對于碳素鋼和底合金鋼不小于1.0。此處取，。3.13罐體封頭的有效厚度1e=1n-C=8-2.8=5.2mm。3.14罐體筒體的外徑D1o=1416mm。3.15筒

11、體的計算L=H2+1/3h1+h2=966.7mm。3.16可以由過程設(shè)備設(shè)計式4-89得 A=0.0007。3.17由過程設(shè)備設(shè)計圖4-7可以查的相應(yīng)的。3.18許用外壓力P=B/ D1o/1e=98/197.2=0.36>0.3MPa罐體封頭的名義厚度取為為8mm。4水壓試驗校核 出材料本身的缺陷外，壓力容器在制造過程中由于焊縫的存在可能會有缺陷存在，為了考察缺陷對壓力容器的影響，壓力容器完成后要進行壓力試驗。對于內(nèi)壓容器耐壓試驗的目的是為了在超壓的情況下缺陷是不是會迅速擴展開了，釀成事故，同時檢測密封結(jié)構(gòu)的密封性能。4.1內(nèi)壓容器圓筒試驗壓力按過程設(shè)備設(shè)計式4-87 P1T=0.3

12、125MPa。4.2夾套的水壓試驗壓力按過程設(shè)備設(shè)計式4-87 P2T=0.375MPa。4.3材料在屈服點的應(yīng)力s=235MPa。4.4 T=179.8MPa。4.5罐體圓筒的應(yīng)力1T=P1T（D1+1e）/21e =40.7MPa179.8MPa。4.6夾套圓筒的應(yīng)力 2T=P2T（D2+2 e）/22 e =88.4MPa179.8MPa。所以壓力試驗合格，所選的厚度合適。5 攪拌軸的設(shè)計 攪拌軸的設(shè)計與一般的機械軸的設(shè)計方法與一般的傳動軸相同。此處選軸的材料為45鋼。5.1軸的功率p為4kw。5.2軸的轉(zhuǎn)速為。5.3軸的材料為45。5.4軸所傳遞的扭矩。5.5所選的45鋼的許用剪切應(yīng)力

13、為35MP。5.6系數(shù)A。取為112。5.7軸端直徑5.8開1 個鍵槽軸徑擴大5過程設(shè)備設(shè)計：28.22×（10.05）29.63mm5.9圓整軸徑，即直徑d40mm5.10連軸器選用6 V帶輪的設(shè)計計算內(nèi)容和步驟6.1傳動的額定功率P為5.5KW6.2查附表54則取Y132M1-6型電機6.3小帶輪轉(zhuǎn)速n1=960r/min6.4大帶輪轉(zhuǎn)速6.5工況系數(shù)KA1.26.6設(shè)計功率Pd=1.2×5.5=6.6KW6.7選V帶型號B型帶6.8傳動比i=960/250=3.846.9小皮帶計算直徑選160mm6.10驗證代速v=D1n1/60×1000=8.04m/s&

14、gt;5m/s6.11所選定速度應(yīng)在最大2530和最小5之間，正好符合要求。所以選小帶輪的直徑為160mm。6.12 滑動率取0.02。6.13大帶輪的計算直徑D2=（n1/n2）D1（1-） =960/250×160×（1-0.01） =602.1mm所以取大帶輪的直徑為630mm。6.14 初定中心距由所以取1000。6.15 可以計算帶的基準長度為可以有式計算得到并且要在最大最小距離之間，=2a+/2（D1+D2）+（D2-D1）（D2-D1）/4a =2×1000+3.14/2（160+630）+（630-160）（630-160）/4×1000

15、 在最大最小距離之間。選取基準長度Ld=3550mm6.16確定中心距a確定帶按裝時的最大最小距離之間，a=ao+（Ld-Ldo）/2 =1000+（3550-3295.5）/2 =1127mm6.17小帶輪包角，=180°-（D2-D1）/a×57.3° =180°-（630-160）/1000×57.3° =156°120，大于120度。6.18單根V帶的額定功率Po=1.66kw。P=0.17KW6.19包角修正系數(shù)6.21帶長修正系數(shù)6.22V帶根數(shù)z=Pc/（Po+P）Ka KL =6.6/（1.66+0.17）×0.98×1.11 =3