化工設備機械基礎課程設計-夾套反應釜

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上廣州大學化學化工學院 本科學生化工設備機械基礎課程設計實驗課程 化工設備機械基礎課程設計 實驗項目 夾套反應釜設計 專業(yè) 班級 學號 姓名 指導教師及職稱 開課學期 2013 至 2014 學年 第一 學期 時 間 2014 年 1 月 6 日 1 月 17 日專心-專注-專業(yè)夾套反應釜設計任務書設計者姓名: 班級： 學號：指導老師姓名： 日期：2014年01月10號一、 設計內(nèi)容設計一臺夾套傳熱式的反應釜二、 設計參數(shù)和技術特性指標簡圖與說明比例設計參數(shù)及其要求容器內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力/MPa設計壓力/MPa0.20.4工作溫度/設計溫度/110150介質(zhì)染料及有溶劑冷

2、卻水或蒸汽全容積/m35操作容積/m34傳熱面積/m29腐蝕情況微弱推薦材料Q235B（316）攪拌器型式槳式攪拌軸轉(zhuǎn)速/（r/min)50軸功率/kW1.4條件內(nèi)容修改接管表修改標記修改內(nèi)容簽字日期符號公稱尺寸 DN連接面型式用途A25RF蒸汽入口B100RF加料口C100RF視鏡D25RF溫度計接口單位名稱E25RF壓縮空氣接口工程名稱F80RF加料口設計項目G25 RF冷凝水出口條件標號H設備圖號M位號/臺數(shù)N提出人日期備注三、 設計要求1、 進行罐體和夾套設計計算。2、 選擇支座形式并進行計算。3、 選擇接管、管法蘭、設備法蘭、手孔、視鏡等容器附件。4、 繪總裝配圖參考圖見插頁附圖前

3、言 化工設備機械基礎是針對化學工程、制藥工程類專業(yè)以及其他相近的非機械類專業(yè)，對化學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且具有設計鋼制典型的中、低、常壓化工容器的設計和必要的機械基礎知識。 化工設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，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過

4、反復的比較分析，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設計。 化工設備課程設計師培養(yǎng)學生設計能力的重要事件教學環(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以下幾個目的：(1)熟練掌握查血文獻資料、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。(2)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，并提出保證該過程正常、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)境保護的有效措

5、施。(3)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。(4)用精煉的語言、簡潔的文字、清晰地圖標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)。目 錄概述-5第一章 罐體和夾套的設計-61、 罐體和夾套的結構設計-62、 罐體的幾何尺寸-6（1） 確定筒體內(nèi)徑-6（2） 確定封頭尺寸-6（3） 確定筒體高度-63、 夾套的幾何尺寸-7（1） 確定夾套內(nèi)徑-7（2） 確定夾套高度-74、 夾

6、套反應釜的強度計算-8（1） 強度計算的原則及依據(jù)-8（2） 按內(nèi)壓對筒體和封頭進行強度計算-8（3） 按外壓對筒體和封頭進行強度校核-9（4） 水壓試驗校核計算-105、 夾套反應釜設計計算數(shù)據(jù)一覽表-10（1） 幾何尺寸-10（2） 強度計算-11（3） 穩(wěn)定性校核（按外壓校核厚度）-12（4） 水壓試驗校核-13第二章 反應釜其它附件-141、 支座-142、 手孔和人孔-153、 設備接口-15（1） 設備法蘭-15（2） 接管和管法蘭-16（3） 補強圈-16（4） 液料出料管和過夾套的物料進出口-164、 視鏡-17參考文獻-18概 述本設計根據(jù)化工設備的機械理論知識，參照給頂工藝

7、參數(shù)，科學合理地設計出符合要求的夾套反應釜，其涉及的內(nèi)容如下：（1） 總體結構設計 根據(jù)工藝要求并考慮制造、安裝和維護檢修的方便，確定各部分結構形式，如封頭型式、傳熱面積、攪拌類型、傳動形式、軸封和各種附件的結構形式。（2） 容器的設計 其主要內(nèi)容有：a) 根據(jù)工藝參數(shù)確定各部分幾何尺寸；b) 考慮壓力、溫度、腐蝕因素，選擇釜體和夾套材料；c) 對罐體、夾套等進行強度和穩(wěn)定性計算、校核；（3） 相關附件的選擇 包括視鏡、法蘭手孔和人孔。 （4） 繪圖 包括裝配圖、部件圖和零件圖。如標準零件、部件，寫出標準號及標記，不必繪圖。 （5）編制技術要求 提出制造、裝配、檢驗和試車等方面的要求。采用標準

8、技術條件標注文號。本設備按照GB 1501998鋼制壓力容器進行制造、實驗和驗收，并接受國家質(zhì)量技術監(jiān)督局頒發(fā)的壓力容器安全技術監(jiān)督規(guī)程的監(jiān)督。2.焊接采用電弧焊。3.焊接接頭型式及尺寸處圖中注明外，按GB 98588規(guī)定；角焊縫的腰高按薄板的厚度；法蘭焊接按相應的法蘭的標準中的規(guī)定。4.筒體、封頭及其相連接的對接焊接接頭應進行X射線探傷檢查，檢測長度不得少于各條焊接接頭長度的20%，且不小于250mm，級為合格。5.設備制造完畢后，設備內(nèi)以0.55Mpa（表壓）進行水壓試驗，合格后焊接夾套，夾套以0.65Mpa（表壓）進行水壓試驗。6.設備上凸緣與安裝底座的連接表面，應在組焊后加工。7.設備

9、組裝后，在攪拌軸上端軸封處測定軸的徑向擺動量不得大于0.5mm，攪拌軸軸向竄動量不得大3 mm。8. 設備組裝后，低于臨界轉(zhuǎn)速時，先運轉(zhuǎn)十五分鐘后，以水代料，并使設備內(nèi)達到工作壓力；超過臨界轉(zhuǎn)速時，直接以水代料，嚴禁空遠轉(zhuǎn)，并使設備內(nèi)達到工作壓力，進行試運轉(zhuǎn)，時間不少一小時。在運轉(zhuǎn)過程中，不得有不正常的噪音和振動燈不良現(xiàn)象。10.管口及支座方位按本圖（或管口及支座方位見管口方位圖）第一章 罐體和夾套的設計1、 罐體和夾套的結構設計罐體一般是立式圓筒形容器，有頂蓋、筒體和罐底，通過支座安裝在基礎或平臺上。罐底通常為橢圓形封頭，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

10、在薄鋼板上加設型鋼制的橫梁，用以支承攪拌器及其傳動裝置。頂蓋與筒體的連接形式分為可拆和不可拆兩種筒體內(nèi)徑D11000mm，宜采用可拆連接。當要求可拆時做成法蘭連接。夾套的形式與罐體相同。2、 罐體幾何尺寸計算（1）、確定筒體內(nèi)徑將釜體視為圓柱形筒體， 一般由工藝條件給定容積V、筒體內(nèi)徑D1按式1估算： 式1式中V工藝條件給定容積，m3; i長徑比， i=H1/D1=1.1（按物料的類型選取，見表1）當D1估算值圓整到公稱直徑系列，見附表D-1。取D1=1700mm表1種 類設備內(nèi)物料類型I一般攪拌釜液-固相或液-液相物料11.3氣-液相物料12發(fā)酵罐類1.72.5（2）、確定封頭尺寸封頭選用橢

11、圓封頭，型號是JB/T 4746-2002公稱直徑總深度H/mm內(nèi)表面積容積V/ 直邊高度17004503.26620.699925（3）、確定筒體高度 立式反應釜釜體的容積通常是指圓柱形筒體和下封頭包含的容積，即：V=V筒+V封。DN=1800mm時，查表得V封=0.6999m3,V1m=2.270m3 式2式中V封封頭容積（見附表D-2），m3；V1m1米高的筒體容積（見附表D-1），m3/m。當筒體高度確定后，應按圓整后的筒體高度修正實際容積，則圓整后的釜體高度H1=1900mm。 式3式中V封封頭容積（見附表D-2），m3；V1m1米高筒體容積（見附表D-1），m3/m。H1圓整后的筒

12、體高度,m。3、夾套幾何尺寸計算（1）夾套內(nèi)徑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。夾套的內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1選取D2=D1+100=1800mm表2 夾套直徑D2 （mm）D1500600700180020003000D2D1+50D1+100D1+200夾套下封頭型式同罐體封頭，其直徑D2與夾套筒體相同。（2）夾套高度夾套高H2由傳熱面積決定，不能低于料液高。通常由工藝給定裝料系數(shù)，或根據(jù)已知操作容積和全容積進行計算，即=操作容積/全容積。裝料系數(shù)沒有給定，則應合理選用裝料系數(shù)的值，盡量提高設備利用率。通常取=0.60.85。如物料在反應過

13、程中要起泡或呈沸騰狀態(tài)，應取低值，=0.60.7；如物料反應平穩(wěn)或物料粘度較大時，應取大值，=0.80.85所以取0.8。夾套高H2按下式估算。 式4式中V封封頭容積（見附表D-2），m3；V1m1米高筒體容積（見附表D-1），m3/m。夾套所包圍的罐體的表面積（筒體表面積F筒+封頭表面積F封）一定要大于工藝要求的傳熱面積F，即 式中F筒筒體表面積，F(xiàn)筒=H2F1m=1.55.34=8.01F封封頭表面積（見附表D-2），F(xiàn)封=3.2662F1m1m高內(nèi)表面積（見附表D-1），/m，F(xiàn)=F封+F筒=3.2662+8.01=11.27629滿足要求。 式5當筒體與上封頭用法蘭連接時，常采用甲型平

14、焊法蘭連接，這是壓力容器法蘭中的一種，甲型平焊法蘭密封面結構常用平密封面和凹凸密封面兩種。平密封面法蘭見附圖1。4、夾套反應釜的強度計算（1）強度計算的原則及依據(jù)當夾套的反應釜幾何尺寸確定后，則根據(jù)已知的公稱直徑、設計壓力和設計溫度進行強度計算，確定罐體及夾套和封頭的厚度。強度計算應考慮以下幾種情況。a.圓筒內(nèi)為常壓外帶夾套時：當圓筒的公稱直徑DN600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；b.圓筒內(nèi)為真空外帶夾套時：當圓筒的公稱直徑DN600時，被夾套包圍部分的筒體按外壓（指夾套壓力+0.1MPa）圓筒設計，其余部分按真空設計；當圓筒的公稱直徑DN600時

15、，全部筒體按外壓（指夾套壓力+0.1MPa）圓筒設計；c.圓筒內(nèi)為正壓外帶夾套時：當圓筒體的公稱直徑DN600時，被夾套包圍部分的筒體分別按內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒計算，取其中較大值；其余部分按內(nèi)壓圓筒設計。當圓筒的公稱直徑DN600時，全部筒體按內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒計算，取其中最大值。（2）按內(nèi)壓對筒體和封頭進行強度計算由工藝條件及微弱的腐蝕情況，確定設備的材料為Q235R(3-16)，由工藝知罐體內(nèi)的設計壓力，夾套內(nèi)的設計壓力p2=0.4MPa罐體的設計溫度t1120，夾套的設計溫度t20.5=C1夾套筒體名義厚度2n=2d=5.5mm min-1=4.5-4.0=0.50.5=C1 罐體封頭名義

16、厚度/1n=/1d=4.4mm min-2 =3.4-2.06=1.340.5=C1夾套封頭名義厚度/2n=/2d=5.5mm min-2=4.5-4.0=0.50.5=C1 (3)按外壓對筒體和封頭進行強度校核罐體筒體名義厚度1n=1d=4.4mm厚度附加量C=C1+C2=0.50+1=1.50mm罐體筒體有效厚度1e=1n-C=4.4-1.5=2.9mm罐體筒體外徑D0=D1-21n=1700+24.4=1708.8mm筒體計算長度L=H2+1/3h1=1500+1/3450=1650mm系數(shù)L/D0=1650/1708.8=0.966系數(shù)D0/e=1708.8/2.9=589系數(shù)A=0.

17、系數(shù)B，無數(shù)據(jù)許用外壓0.02150.4所以4.4mm的鋼板不能用。假設名義厚度為12mm，由表可知 ，則厚度附加量C=C1+C2=0.80+1=1.80mm罐體筒體的有效厚度1e=1n-C=12-1.8=10.2mm罐體筒體外徑D0=D1-21n=1700+212=1724 mm 筒體計算長度L=H2+1/3h1=1500+1/3450=1650mm系數(shù)L/D0=1650/1724=0.957系數(shù)D0/e=1724/10.2=169系數(shù)A=0.00066MPa系數(shù)B=92MPa許用外壓故容器穩(wěn)定性滿足要求假設罐體封頭的名義厚度為12mm，由表可知，則厚度附加量C=C1+C2=0.80+1=1

18、.80mm罐體封頭的有效厚度1e=1n-C=12-1.8=10.2mm罐體封頭外徑D0=D1-21n=1700+212=1724 mm 標準橢圓封頭當量球殼半徑R0=0.9DO=0.91724=1552mm系數(shù)MPa系數(shù)B=112MPa許用外壓故橢圓形封頭穩(wěn)定性滿足要求罐體封頭的最小厚度min=0.15%D1=0.15%1700=2.55mme=10.2mm滿足要求。（4）水壓試驗校核計算罐體試驗壓力夾套水壓試驗壓力查文獻得s=235MPa,T0.9s=169.2MPa罐體圓筒應力169.2MPa故筒體水壓校核合格夾套內(nèi)壓試驗應力9按公式5計算（2）強度計算強度計算（按內(nèi)壓計算罐體及夾套厚度）

19、步驟項目代號參數(shù)及結果備注2-1設備材料Q235R（316）根據(jù)工藝條件或者腐蝕情況確定2-2設計壓力（罐體內(nèi)）p1，MPa0.3由工藝條件決定2-3設計壓力（夾套內(nèi)）p2，Mpa0.4由工藝條件決定2-4設計溫度（罐體內(nèi)）t1，110由工藝條件決定2-5設計溫度（夾套內(nèi)）t2，C12-24夾套筒體名義厚度2n,mm5.5min-2=4.5-4.0C12-25罐體封頭名義厚度2n,mm4.4min-3=3.4-2.06C12-26夾套封頭名義厚度2n,mm5.5min-4=4.5-4.0C1(3)穩(wěn)定性校核穩(wěn)定性校核（按外壓校核罐體厚度）步驟項目及代號參數(shù)及結果備注3-1罐體筒體名義厚度,mm

20、4.4根據(jù)計算結果假設3-2厚度附加量C=C1+C21.5根據(jù)文獻1第九章計算3-3罐體筒體有效厚度e=n-C,mm2.9根據(jù)文獻1第九章計算3-4罐體筒體外徑D0=D1+2n,mm1708.8根據(jù)文獻1第十一章計算3-5筒體計算長度L=H2+1/3h1,mm1650根據(jù)文獻1第十一章計算3-6系數(shù)L/D00.966根據(jù)文獻1第十一章計算3-7系數(shù)D0/e589根據(jù)文獻1第十一章計算3-8系數(shù)A0.根據(jù)文獻1圖11-53-9系數(shù)B-根據(jù)文獻1圖11-83-10許用外壓p=B/(D0/e)或p=2AE/(3D0/e),MPa0.4根據(jù)文獻1第十一章計算穩(wěn)定性滿足要求3-22罐體封頭名義厚度n,m

21、m12假設3-23罐體封頭鋼板厚度負偏差C1,mm0.8根據(jù)文獻1表9-10選取3-24罐體封頭厚度附加量C=C1+C21.8根據(jù)文獻1第九章計算3-25罐體封頭有效厚度e=n-C,mm10.2根據(jù)文獻1第九章計算3-26罐體封頭外徑D0=D1+2n,mm1724根據(jù)文獻1第十一章計算3-27標準橢圓封頭當量球殼外半徑R0=0.9D0,mm1552根據(jù)文獻1第十一章計算3-28系數(shù)A=0.125/(R0/e)0.00082根據(jù)文獻1第十一章計算3-29系數(shù)B112查文獻1圖11-83-30許用外壓p=B/(R0/e),MPa0.7360.4根據(jù)文獻1第十一章計算穩(wěn)定性滿足要求3-31罐體封頭最

22、小厚度min=0.15%D1,mm2.55mine滿足要求（4）水壓試驗校核水壓試驗校核步驟項目及代號參數(shù)及結果4-1罐體試驗壓力p1T=1.25p1/t,MPa0.254-2夾套水壓試驗壓力p2t=1.25p2/t,MPa0.54-3材料屈服點應力s，MPa2354-4T0.9s,MPa169.24-5罐體圓筒壓力1T=p1T(D1+e)/2e,MPa20.96169.24-6夾套內(nèi)壓試驗應力2T=p2T(D2+e)/2e,MPa44.37169.2第二章 反應釜其他附件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/T472592）分為A型和B型兩種。當設備需要

23、保溫或直接支承在樓板上時選B型，否則選A型。本設計選B型。其主要尺寸見下表：允許載荷Q，kN適用容器公稱直徑DN高度H底板墊板l1b11s1l3b33e60100020002502001401470315250840允許載荷Q，kN支座號A型筋板B型筋板地腳螺栓A型蓋板B型蓋板支座質(zhì)量/kgl2b22l2b22dMb4b4A型B型60416014082901401030M24307011.115.7每臺反應釜常用4個支座，但承重計算時，考慮安裝誤差造成的受力情況變壞，應按兩個支座計算。耳式支座實際承受載荷是近似計算： =52kN式中 Q支座實際承受的載荷，kN；D支座安裝尺寸，mm；g重心加速

24、度，取g=9.8m/s2；Ge偏心載荷，N；h水平力作用點至底板高度，mm；h=250mmk不均勻系數(shù)，安裝3個支座時，取k=1，安裝3個以上時，取k=0.83；m0設備總質(zhì)量（包括殼體及其附件，內(nèi)部介質(zhì)及保溫層的質(zhì)量），kg；m0=8200kgn支座數(shù)量；n=2Se偏心距，mm；P水平力，取pe和pw的大值，N。p=18081當容器高徑比不大于5，且總高度H0不大于10m時，pe和pw可按下式計算，超出此范圍的容器不推存使用耳座。水平地震力pe：式中 e地震系數(shù)。水平風載荷pw：式中 D0容器外徑，有保溫層時取保溫層外徑，mm；D0=1824mm fi風壓高度變化系數(shù)，按設備質(zhì)心所處高度取；

25、fi=1.00 H0容器總高度，mm；H0=H1+h1=1900+450+450=2800mm q010m高度處的基本風壓值，N/m2。q0=550所以p=pe Q=52kN60kN小于允許載荷，所選支座符合要求。2、手孔和人孔手孔和人孔的設置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設備內(nèi)部的裝置。手孔直徑一般為150250mm，應使工人帶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。人孔的形狀有橢圓形和圓形兩種。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內(nèi)。手孔和人孔的種類

26、較多，且大部分有標準。本設計采用人孔，為回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔，其主要尺寸見下表：密封面形式公稱壓力PNMPa公稱直徑DNdWSDD1bb1b2H1H2螺柱螺母螺柱總質(zhì)量/kg數(shù)量直徑長度突面（RF型）1.045018086155652826282301082040M241251303、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。（1）、設備法蘭 容器法蘭有甲型平焊法蘭（JB/T47012000）、乙型平焊法蘭（JB/T 47022000）、長頸法蘭（JB/T 47032000）三種，設計時首先由法蘭的公稱壓力PN、公稱直徑DN由教材中的壓力容器法蘭分

27、類及參數(shù)表確定確定其型式，然后根據(jù)法蘭型式及其PN 、 DN ，由對應的容器法蘭標準設計出法蘭的結構和尺寸。 容器法蘭的密封面形式有平面密封面、凹凸密封面、榫槽密封面、環(huán)密封面。密封面的形式可根據(jù)操作介質(zhì)、法蘭的公稱壓力PN 、工作溫度由教材中的壓力容器法蘭墊片選用表確定。根據(jù)材質(zhì)的不同，墊片分為非金屬墊片、組合式墊片和金屬墊片三種，墊片的形式可根據(jù)操作介質(zhì)、法蘭的公稱壓力PN 、工作溫度、法蘭的型式由壓力容器法蘭墊片選用表確定。墊片的尺寸由法蘭的公稱壓力、公稱直徑根據(jù)墊片的標準確定。壓力容器法蘭非金屬軟墊片的結構見圖、尺寸查壓力容器法蘭非金屬軟墊片的標準。 根據(jù)設計溫度及所用材料，選用公稱壓力0.6MPa，公稱直徑1700mm的平密封面乙型平焊法蘭。 法蘭PI 1700-0.6 JB/T 4702-2000 法蘭公稱直徑公稱壓力墊片螺柱材料螺母材料乙型法蘭1700mm0.6MPa非金屬墊片（GB/T 539-1995）耐油石油橡膠板35Q235-A (2)接管和管法蘭接管和管法蘭是用來與管道或其他設備連接的。標準管法蘭的主要參數(shù)是公稱直徑（DN）和公稱壓力（PN）。公稱直徑DN鋼管外徑10141518202525624045505765768089100108125133公稱直徑DN鋼管外徑1501