化工设备反应釜课程设计课件

绪论一、化工设备课程设计的目的和要求(1)课程设计的目的化工设备课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学环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工程实际问题的能力。当学生完成课程设计后，应达到下列目的：1)通过课程设计，能够将化工设备课程和有关先修课程所学的知识，在设计中综合地加以运用，使学到的知识得到巩固、加深和提高。2)初步培养学生独立进行工程设计的工作能力，树立正确的设计思想，掌提化工容器及设备设计的基本方法和程序，为今后从事工程设计打下良好的基础。3)使学生能够熟悉和运用设计资料，如有关国家（部颁）标准，以完成作为工程技术人员在机械设计方面所必备的基本训练。(2)化工设备课程设计的要求通过课程设计应达到以下要求：1)树立正确的设计思想能够结合生产实际综合地考虑先进、安全、经济、可靠和实用等方面的要求，严肃认真地进行设计。2)具有积极主动的学习态度在课程设计中遇到的问题，要随时查阅有关教科书或文献，通过积极思考，提出个人见解尽可能自己解决，不要太多地依靠指导老师帮助解决问题。3)正确处理好几个关系①继承和发展的关系强调独立思考，并不等于设计者凭空假想，不依靠设计资料和继承前人经验，这样是得不出高质量设计的。对于初学设计的人来说，学会收集、理解、熟悉和使用各种资料，正是培养设计能力的重要方面。因此正确处理好继承和发展条件下的抄、搬、套问题，正是设计能力强的重要表现。②正确使用标准规范化工设备设计非常强调标准规范。但是并不是限制设计的创造和发展，因此遇到与设计要求有矛盾时，经过必要的手续可以放弃标准而服从设计要求。但非标准件中的参数，一般仍宜按标准选用。③学会统筹兼顾、抓主要矛盾ⅰ)计算结果要服从结构设计的要求：对初学设计者，最易把设计片面划解为就是理论上的强度、刚度、稳定性等计算，认为这些计算结果不可更改，实际上，对一个合理的设计，这些计算结果只对零件尺寸提供某一个方面的依据。而部件实用尺寸一定要符合结构等方面的要求。ⅱ)按几何等式关系计算而得的尺寸，一般不能随意圆整变动；按经验公式得来的尺寸一般应圆整使用。ⅲ)处理好计算与绘图的关系：设计中要求算、画、选、改同时进行，但零件的尺寸以最后图样确定的为准。对尺寸作出修改后，有时并不一定要求再对零件强度等进行计算，可以据修改幅度、计算准确程度等来判断是否有必要再行计算。二、化工设备课程设计的内容和步骤(1)课程设计的内容根据设计任务书的要求和设计条件单的内容，在二周的时间内，完成一种典型钢制容器或设备(如贮罐、反应釜)的机械设计。绘制设备总装图一张、重要部件图一张；书写设计说明书一份。(2)课程设计的一般步骤1)准备阶段①设计前应准备好有关的设计资料、手册、图册。②认真研究设计条件单，分析设计条件单中的技术特性参数、接管表中各接管的规格和用途、设备示意图，明确设计要求和设计内容。③设计前应认真复习教科书的内容、熟悉有关的设计资料和设计步骤。④结合实验室的现有实验设备（如列管式换热器、填料塔、精馏塔、反应釜等），熟悉典型设备的结构，为设计做准备。2)机械设计阶段化工容器及设备的机械设计是在设备的工艺设计后进行的。其内容和任务是根据设备的工艺条件（如工作压力、温度、介质腐蚀性、结构形式和尺寸、接管方位标高等），围绕着确定壳体壁厚这一尺寸进行的强度、刚度和稳定性的设计或校核计算；对设备内、外附件进行机械结构设计和选型。这一过程往往通过“边算、边选、边画、边改”的作法来实现，没有一次成功完成整个设计的做法。①选材当设计条件单中没有提供使用的材料牌号时，通常先按压力因素进行选材。当操作温度高于200℃或低于一40℃时，温度就是选材的决定因素；在腐蚀强烈或对物料的污染有特定要求的，腐蚀因素是选材的主要依据。当设计条件单中提供了使用的材料牌号时，按要求使用，不需要另行选材。②外载荷的计算外载荷的计算包括内压、外压、设备自重，零部件的偏载、风载载、地震载荷等，常用列表法，分项统计的方法来进行。③强度、刚度、稳定性设计或校核计算根据结构形式、受力条件和材料的力学性能、耐腐性能等进行强度、刚度和稳定性计算，最后确定出合理的结构尺寸。④选用零部件设备的附件结构，一般由工艺设计确定，附件的结构形式在满足工艺要求的条件下，由受力条件、制造、安装等因素决定。如法兰、支座、人孔、视镜、液面计等附件。⑤传动装置的选型与计算对带有机械传动、液压传动的设备，这部分零部件大都标准化、可参考有关手册（如机械零件设计手册）进行计算、选型。三、绘制设备装配图(1)选择主视图根据设备设计条件单中的图示特点，采用全剖视的表达方法，用以表达设备上各零部件之间的装配关系。(2)确定其它视图主视图确定后，选择俯视（或侧视）图，以表达设备上各接管周向方位及支座的数量、外形及周向方位，补充了主视图对这些部分表达的不足。(3)选择辅助图及各种表达方法根据设备的结构特点，采用局部放大图等表达方法来补充基本视图的不足，可用若干个局部放大图，分别表达设备与工艺接管、筒体与封头等连接情况和焊缝结构。(4)提出技术要求对设备制造、装配、检验和试车等工序提出合理的要求，以文字的形式标注在总装图上。四、绘制零部件图对于标准零部件，有专门厂家生产的，可以不绘制零部件图；对于具有独立结构的零部件需要绘图，以便加工制造。五、设计计算说明书设计计算说明书是图纸设计的理论依据，是设计计算的整理和总结，是审核设计的技术文件之一。其内容一般有以下部分：(1)设计任务书；(2)前言；(3)目录；(4)设计条件单；(5)设计方案的分析和拟定；(6)各部分结构尺寸的确定和设计计算；(7)设备装配图；(8)设备部件图；(9)鸣谢；(10)参考文献设计计算说明书要求计算结果正确，论述清楚、文字精练，插图简明，体式符合学校的有关规定，装订成册。立式带夹套的反应釜设计带有搅拌装置的釜式反应器是化工、医药、染料、涂料等行业生产中常用的典型设备，它们的机械设计除涉及到化工设备机械基础教材中化工容器设计的内容外，还有不同的设计和计算要求。右图为一台典型的带搅拌及夹套传热的反应釜。由图可知，反应釜通常由釜体、传热、搅拌、传动、密封等装置及有关附件组成。搅拌轴夹套釜体机架减速器电动机密封装置搅拌桨温度计釜体是物料进行反应的空间，由筒体及上、下封头组成。传热装置是为了提供化学反应所需的热量或带走反应生成的热量。除了图中所用的夹套传热外，还有蛇管形式的传热装置。搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其作用是迅速、均匀地混合物料，强化传质传热过程，从而加快反应速率。为使搅拌器能够以一定的转速转动，需要设置与之配套的由电动机和减速机等组成的传动装置。反应釜上除了有设备法兰、管法兰等静密封结构外，还有保证转轴密封的动密封装置。可采用填料密封或机械密封。此外，根据工艺和维修要求，反应釜釜体上还设置了工艺接口管、人（手）孔、视镜、支座等许多附件。反应釜的机械设计就是根据工艺设计所确定的操作容积、工作压力、工作温度、介质情况、传热面积、搅拌形式、转速和功率、以及管口尺寸和方位等工艺条件，选择各零部件的材料，确定反应釜釜体、夹套的结构型式和尺寸。通过强度、刚度和稳定性计算确定反应釜壳体、夹套壳体的壁厚和搅拌抽直径，并根据有关的标准对搅拌器、传动装置、密封装置和各种附件进行选型，然后绘出所需的装配图与必要的零部件图。一、釜体的结构型式反应釜的釜体由圆筒形壳体、上封头和下封头组成。封头型式多为椭球形，但对于含有固体颗粒或粘度较大物料的釜体，其下封头常采用便于出料的锥型封头；筒体与下筒体与下封头一般采用焊接。上封头与筒体的连接方式由釜体的直径确定。当釜体直径＜800时，人在釜内的活动空间较小，故一般采用法兰联接。当釜体直径＞800时，封头与筒体也可焊接。内件的装拆可通过封头上的人孔进入釜内来完成，有时为方便装拆和检修，既用法兰来连接封头和筒体，又在封头上开设人孔。(1)筒体的直径和高度反应釜的外形尺寸如图所示，其中筒体的内径和长度可如下确定。iDiDDiDjHHjiDH反应釜的外形①筒体直径的确定立式反应釜釜体的容积通常是指圆柱形筒体和下封头包含的容积，即：将釜体视为圆柱形筒体，初步估算釜体的内径，取将选定的值代入上式，可初步估算出釜体的内径。考虑到釜体的内径应符合压力容器公称直径的标准。②筒体的长度的确定筒体的长度可由下式确定iDTFVVViD24iVDH34iiVDHD/iHDHHTFVVVTFVVV24iFDHVV24FiVVHD二、釜体壁厚的设计(1)内压筒体壁厚的设计①设计参数的确定根据设备设计条件单中提供的有关技术特性参数和要求，确定设计参数。设计压力：无安全装置取＝1.1；装安全阀取＝(1.05～1.1)；装爆破膜取；计算压力：，＜5％，可以忽略；设计温度：取操作介质的最高温度；焊缝系数：根据筒体纵向焊缝的结构和无损探伤的要求由教材中的焊缝系数表确定（见教材中表14-5）壁厚附加量：＝0.25mm；取值见有关文献pp(1.151.3)WpppWpWpcpcLppp/LppLptC1C2C②筒体壁厚的设计碳钢、低合金制筒体壁厚的设计采用试差法；高合金制筒体的壁厚由壁厚计算公式确定。③筒体的刚度校核碳钢和低合金钢制容器≤3800mm，≥2/1000且不小于3mm另加并圆整至。3800mm，=/1000+4mm(2)内压封头壁厚的设计①封头的选型釜体的上下封头一般采用椭球型或碟型，且尽可能选用标准封头。当釜内有固体物料或物料粘度较大，下封头可选用锥形封头，以便卸料。iDiDminSminSiDiDnS②设计参数的确定见筒体设计参数的确定。但焊缝系数的取法与筒体略有不同，即当封头的内径≤1200mm时，采用整板冲压成型，焊缝系数取1。③封头壁厚的计算设计方法与内压筒体壁厚的设计方法相同。当封头壁厚小于筒体壁厚时，将封头的壁厚调整至与筒体的壁厚一致；当封头壁厚大于筒体壁厚时，将封头的直边部分进行加工，以便等壁厚焊接和降低边缘应力。三、外压釜体壁厚的设计当夹套内介质的工作压力高于釜内压力时，被夹套包覆的釜体为外压容器，为防止釜体发生失稳，需要对其进行稳定性计算。(1)外压圆筒壁厚的计算------简化公式设计法①设计外压的确定根据设计条件单中釜体和夹套内介质的工作压力，确定设计外压。②圆筒壁厚的计算假设圆筒的壁厚为，由=–C、分别计算出、由公式计算出临界长度值由或计算出筒体的计算长度将与进行比较，若＞，筒体为长圆筒；若＜，筒体为短圆筒pnSeSnS2oinDDSeSoD1.17ooeDLcrDSLcrL13iLHh23iLHhLLLLcrLcrLcr长圆筒临界压力：短圆筒临界压力：由计算出[p]，对于圆筒m=3。将p与[p]进行比较，若p≤[p]，则假设合理；反之不合理，重新设计，直至满足p≤[p]为止。(2)图算法外压圆筒所需的壁厚可利用教材中外压容器设计一章中的图15-4～15-7进行计算，过程如下：假设圆筒的壁厚为，由、，分别计算出、32.2()tecrOSpED22.6tecrOOeESpDLDS[]crppmnSnSenSSC2oinDDS/oLD/oeDSLL在图15-4的坐标中找到的值，将此点沿水平方向右移与对应的/线相交，当＞50时取50；＜0.05时取0.05。过此交点向下作垂直线与水平轴相交，找到交点的系数A值。根据圆筒的材料选用图15-