夹套反应釜设计书

1摘要《化工设备机械基础》是针对化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化学设备的机械知识和设计能力的要求而编写的。通过此课程的学习，是通过学习使同学掌握基本的设计理论并且具有设计钢制典型的中、低、常压化工容器的设计和必要的机械基础知识。化工设备机械基础课程设计是《化工设备机械基础》课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试化工机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。化工设备课程设计师培养学生设计能力的重要事件教学环节。在教师指导下，通过课程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。因此，当学生首次完成该课程设计后应达到以下几个目的：(1)熟练掌握查血文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。(2)在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证该过程正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。(3)准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。(4)用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图标来表达自己的设计思想和计算结果。化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。2目录第一章夹套反应釜技术要求······························4第二章夹套反应釜的总体结构和设计的内容················4第三章筒体和夹套的设计·······························53.1筒体和夹套的设计···································53.2罐体几何尺寸计算···································63.3夹套反应釜的强度计算······························63.4稳定性校核········································73.5水压校核···········································83.6反应釜搅拌器·······································93.7反应釜传动装置····································103.8反应釜的其他附件··································10数据表格···············································12设计小结···············································18参考文献···············································143第一章夹套反应釜技术要求1.本设备按照GB150—1998《钢制压力容器》进行制造、实验和验收，并接受国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监督规程》的监督。2.焊接采用电弧焊。3.焊接接头型式及尺寸处图中注明外，按GB985—88规定；角焊缝的腰高按薄板的厚度；法兰焊接按相应的法兰的标准中的规定。4.筒体、封头及其相连接的对接焊接接头应进行X射线探伤检查，检测长度不得少于各条焊接接头长度的20%，且不小于250mm，Ⅲ级为合格。5.设备制造完毕后，设备内以0.55Mpa（表压）进行水压试验，合格后焊接夹套，夹套以0.65Mpa（表压）进行水压试验。6.设备上凸缘与安装底座的连接表面，应在组焊后加工。7.设备组装后，在搅拌轴上端轴封处测定轴的径向摆动量不得大于0.5mm，搅拌轴轴向窜动量不得大3mm。8.设备组装后，低于临界转速时，先运转十五分钟后，以水代料，并使设备内达到工作压力；超过临界转速时，直接以水代料，严禁空远转，并使设备内达到工作压力，进行试运转，时间不少一小时。在运转过程中，不得有不正常的噪音和振动灯不良现象。10.管口及支座方位按本图（或管口及支座方位见管口方位图）第二章夹套反应釜的总体结构和设计的内容在阅读了设计任务书之后，按一下内容和步骤进行夹套反应负的设计。（1）总体结构设计根据工艺要求并考虑制造、安装和维护检修的方便，确定各部分结构形式，如封头型式、传热面积、搅拌类型、传动形式、轴封和各种附件的结构形式。（2）容器的设计其主要内容有：a)根据工艺参数确定各部分几何尺寸；b)考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；c)对罐体、夹套等进行强度和稳定性计算、校核；（3）搅拌器设计根据搅拌器类型确定相关位置和尺寸（4）传动系统设计包括选择电动机、确定传动类型、选择减速机、联轴器、机座设计等。（5）选择轴封选择并确定轴封及相关零部件。（6）绘图包括装配图、部件图和零件图。如标准零件、部件，写出标准号及标记，不必绘图。（7）编制技术要求提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。采用标准技术条件标注文号。4第三章筒体和夹套的设计3.1罐体和夹套的结构设计罐体采用立式圆形容器，有顶盖、罐体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。罐底和顶盖采用标准椭圆形封头，罐体和封头均用20R钢制作。罐底和筒体采用焊接连接，顶盖和筒体采用可拆卸式的法兰连接。3.2罐体几何尺寸计算3.2.1确定筒体内径给定操作容积32.0Vm操，装料系数取=0.8，所以32.5Vm。筒体内径331442.51384.51.2VDmmi（长径比11/1.1iHD）圆整罐体筒体内径11400Dmm3.2.2封头的确定封头选用椭圆封头，型号是JB/T4746-2002公称直径/DNmm总深度H/mm内表面积2/Am容积V/3m直边高度/hmm14003751.93400.3977253.2.3确定筒体高度反应釜容积V按照封头和筒体两部分容积之和计算，筒体高度1H按式(4-2)计算，并进行圆整：11m()/,4-2HVVVm封（）式中（V封——封头容积1mV——m1高筒体容积）11m()/(2.50.3977)/1.5391366HVVVmm封，圆整筒体高度11400Hmm按照圆整后筒体高度修正实际容积3311=2.55m2.5mmVVHV封3.2.4夹套几何尺寸计算取装料系数0.8，夹套高度2H按式21m()/HVVV封计算20.82.5-0.3977/1.5391041Hmm（），圆整夹套筒体高度21100Hm5夹套筒体内径21001500(700800)iiDDmmD在之间罐体封头表面积212.2346Fm封，一米高筒体内表面积214.4mFm实际传热面积21221=7.0746m7mmFFHF封3.3夹套反应釜的强度计算按内压计算筒体及夹套厚度：由工艺条件及微弱的腐蚀情况，确定设备的材料为20R，由工艺知罐体内的设计压力10.2pMPa，夹套内的设计压力20.3pMPa罐体的设计温度°160Ct，夹套的设计温度°2t=100C液柱静压力66311010109.81.40.014HPghMPa计算压力11P+P0.20.0140.214cHPMPa液柱将压力2HP，由于小于设计压力的5%，故2HP可忽略不计。故计算压力20.3cPPMPa由双面焊接局部无损伤0.85由20R材料在温度低于°100C下查表得设计温度下的材料许用应力[]133tMPa罐体圆体的计算厚度110.214001.2392[]21330.850.2ctcPDmmP夹套筒体的计算厚度220.315001.9922[]21330.850.2ctcPDmmP罐体封头的计算厚度'110.314001.2392[]0.521330.850.50.2ctcPDmmP夹套封头的计算厚度'220.315001.992[]0.521330.850.50.2ctcPDmmP取最小厚度min作为计算厚度3mm，由于双面腐蚀切微腐蚀性，故22Cmm6罐体筒体的设计厚度125dCmm，罐体封头的设计厚度'125dCmm夹套筒体的计算厚度225dCmm，夹套封头的设计厚度'225dCmm由参考文献可知钢板的厚度负偏差则罐体筒体的名义厚度115ndmmmin1131.561.440.6C夹套筒体的名义厚度25nmmmin2132.350.650.6C罐体封头的名义厚度'15nmm'min1132.350.650.6C夹套封头的名义厚度'25nmm'min2132.340.660.6C故强度检验合格。3.4稳定性校核1.由强度计算可得罐体名义厚度5nmm查表得4.5-5.5是钢板的厚度负偏差10.5Cmm则1220.52.5CCCmm罐体筒体外径012140020.51410nDDmm筒体计算长度21112253LHhmm系数计算0/1225/14100.869LD0/1410/2.5564eD当00/0.863,/564eLDD时，查的A=0.000093许用外压50220.0000932.010[]0.0220.33(/)3564eAEPD所以5mm的钢板不能用。2.假设名义厚度为10mm，由表可知10.8Cmm，则1220.82.8CCCmm则罐体的有效厚度102.87.2enCmm罐体筒体外径01214002101420nDDmm7此时筒体的计算长度21112253LHhmm系数计算0/1225/14200.863LD0/1420/2.5568eD由表可知00/0.863,/568eLDD时对应的A=0.0006MPa，B=83MPa故许用外压083[]0.420.3/197.2eBPMPaD故容器稳定性满足要求3.假设罐体封头的名义厚度'10nmm，则10.8Cmm1220.82.8CCCmm罐体封头的有效厚度''102.87.2enCmm罐体封头外径'''01214002101420nDDmm标准椭圆封头当量球壳半径''000.90.914201278RDmm系数计算00.1250.1250.0007/1278/7.2eAR当0.0007A时由表得B=98MPa许用外压098[]0.4970.3/1420/7.2eBPMPaD01420Rmm故椭圆形封头满足稳定性要求罐体封头的最小厚度min0.15%14002.17.2emmmm满足要求3.5水压校核罐体的试验压力11[]1.251.250.20.25[]TtPPMPa夹套水压试验压力22[]1.251.250.30.375[]TtPPMPa8查文献得245sMPa，0.9Ts罐体圆通应力111()0.25(14007.2)24.4227.2TeTePDMPa0.90.90.85245187.43sMPa，10.9Ts故筒体水压校核合格夹套内试验压力