夹套反应釜课程设计

夹套传热式带搅拌的反应釜设计说明书组员：姚源学号：3099990054刘勇华学号：3099990055陈叙学号：3090343125黄承标学号：3090343108专业班级：化学工程与工艺09-1班指导老师：张淑华设计时间：2011年12月19日至2011年12月30日有搅拌装置的夹套反应釜前言《化工设备机械基础》化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化下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具有设计钢制的、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，通过裸程设计，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，应达到一下几个目的：⑴熟练掌握查阅文献资料、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。⑵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。⑶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。⑷用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表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。目录1设计方案的分析和拟定………………………………………………………（6）2.反应釜釜体的设计………………………………………………………（6）2.1罐体和夹套的结构设计……………………………………………………（6）2.2罐体几何尺寸计算…………………………………………………………（7）2.2.1确定筒体内径……………………………………………………………（7）2.2.2确定封头尺寸……………………………………………………………（7）2.2.3确定筒体的厚度Hi………………………………………………………（8）2.3夹套几何尺寸计算…………………………………………………………（8）2.4夹套反应釜的强度计算…………………………………………………（9）2．4.1强度计算的原则及依据……………………………………………（9）2.4.2按内压对圆筒和封头进行强度计算……………………………………（9）2.4.3按外压对筒体和封头进行强度校核……………………………………（10）2.4.4夹套厚度计算……………………………………………………………（11）2.4.5水压试验校核计算………………………………………………………（11）3反应釜的搅拌装置……………………………………………………………（12）3.1搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计……………………………（12）3.2搅拌轴设计…………………………………………………………………（13）4反应釜的传动装置……………………………………………………………（14）4.1常用电机及其连接…………………………………………………………（14）4.2釜用减速机类型，标准及其选用……………………………………………（14）4.3凸缘法兰……………………………………………………………………（15）4.4安装底盖……………………………………………………………………（15）4.5机架………………………………………………………………………（15）4.6联轴器………………………………………………………………………（16）5反应釜的轴封装置…………………………………………………………（16）6反应釜的其他附件……………………………………………………………（16）6.1支座…………………………………………………………………………（16）6.2人孔…………………………………………………………………………（17）6.3设备接口……………………………………………………………………（17）7设备总质量…………………………………………………………………（17）８反应釜的装配图……………………………………………………………(18)９参考文献……………………………………………………………………(19)设计任务书设计目的：把所学《化工设备机械基础》及相关知识，在课程设计中综合运用，把化工工艺条件与化工设备设计有机地结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。设计要求：(1)进行罐体和夹套设计计算(2)进行搅拌传动系统设计a.进行传动系统方案设计(指定用V带传动);b.做带传动设计计算(指定用电机Y132M2-6,转速960r/min,功率5.5kw);c.进行上轴的结构设计和强度校核;d.选择轴承并进行轴承寿命校核;e.选择联轴器;f.进行罐内搅拌轴的结构设计及搅拌器与搅拌轴的连接结构设计;g.选择轴封的型式(3)设计机架结构(4)选择凸缘法兰及安装底盖结构(5)选择接管\管法兰\设备法兰\手孔\试镜等容器附件(7)绘总装配图(A2纸)(8)绘传动系统部件图设计内容：设计一台夹套传热式带有搅拌装置的反应釜。设计任务书设计参数要求容器内夹套内工作压力，Mpa0.200.25设计压力，Mpa0.220.3工作温度，℃100130设计温度，℃120150介质有机溶剂蒸汽全容积V，m³0.8操作容积V1，m³0.64传热面积，m³3腐蚀情况微弱推荐材料Q345-A搅拌器型式推进式搅拌轴转速，r/min200轴功率，KW4接管表符号公称尺寸连接面形式用途A25PL/RF蒸汽入口B65加料口C12100PL/RF视镜D25PL/RF温度计管口E25PL/RF压缩空气入口F40PL/RF放料口G25PL/RF冷凝水出口1设计方案的分析和拟定根据任务书中的要求，一个夹套反应釜主要有搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管等一些附件构成。而搅拌容器又可以分为罐体和夹套两部分。搅拌装置分为搅拌器和搅拌轴，根据任务说明书的要求本次设计搅拌器为推进式搅拌器；考虑到填料轴封的实用性和应用的广泛性，所以轴封采用填料轴封。在阅读了设计任务书后,按以下内容和步骤进行夹套反应釜的机械设计。（1）总体结构设计,包括进行罐体和夹套设计计算。根据工艺的要求，并考虑到制造安装和维护检修的方便来确定各部分结构形式。（2）搅拌器传动系统的设计。①根据工艺参数确定各部几何尺寸；②考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；③对罐体、夹套进行强度和稳定性计算、校核；（3）传动系统设计，包括选择电机、确定传动类型、选择联轴器等。（4）决定并选择轴封类型及有关零部件。（5）绘图，包括总图、部件图。（6）编制技术要求，提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。2.反应釜釜体的设计反应釜是有罐体和夹套两部分构成，罐体是反应的核心，为物料完成搅拌过程提供一个空间。夹套为反应的操作温度提供保障，是一个套在罐体外的密封空间容器。2．1罐体和夹套的结构设计罐体采用立式的圆筒形容器，有筒体和封头构成。通过支座安装在基础平台上。封头一般采用椭圆形封头。由于筒体内径Di1200mm，因此下封头与筒体的连接采用焊接连接。而为了拆卸清洗方便，上封头采用法兰与筒体连接。夹套型式与罐体大致一致。2.2罐体几何尺寸计算2.2.1确定筒体内径一般有工艺条件给定容积V、筒体内径Di估算：34iVDi式中i为长径比即：iiHiD，由表4-2选取。根据题意取i=1.0，已知V=0.8m3,则Di=1006mm,将Di圆整到公称直径系列，则Di=1000(mm).2.2.2确定封头尺寸（1）椭圆封头选取标准件，它的内径与筒体内径相同，标准椭圆封头尺寸见附表4-2.即DN=Di=1000（mm）曲边高度hi=250mm直边高度h2=25mm容积V封=0.1505m3（2）封头厚度计算由公式Di20.5ctcpsp其中Pc=0.228t=189MP(由参考文献附表9查的)封头焊接采取双面焊、全焊透，局部无损伤，则φ=0.85计算S=0.228×1000/(2×189×0.85-0.5×0.228)=0.710mm由参考文献一表4-9查得：负偏差C1=0.25mm由参考文献一表4-11查得：腐蚀裕量C2=2mm计算名义厚度Sn=S+C1+C2=0.710+0.25+2=2.960mm故封头厚度取2.960mm（3）由于S10mm则封头的直边高度h2=25mm有附表4-2知封头内表面积F封=1.1625m2容积V封=0.1505m32.2.3确定筒体的厚度Hi反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度Hi按下式计算并进行圆整：Hi=(V－V封)/Vim式中V封------------封头容积：0.1505m3Vim------------1m高筒体容积（见附表4-1）：Vim=0.785m3/m得Hi=(0.8-0.1505)/0.785=0.8274m圆整后的Hi=0.9m=900mm按筒高圆整后修正实际容积：V=Vim×Hi+V封=0.9*0.785+0.1505=0.857m30.64m32.3夹套几何尺寸计算夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套的安装尺寸，夹套内径D2可根据筒体内径D1按表4-3选取：D2=D1+100=1100mm夹套下封头型式同筒体封头，直径D2与夹套筒体相同。夹套高H2有传热面积而决定，不能低于料液高，装料系数：η=操作容积/全容积=0.64÷0.8=0.8夹套高H2计算：H2=（ηV-V封）÷Vim代入数值计算得：H2=0.6816m夹套所包围的罐体的表面积，一定要大于工艺要求的传热面积F，即：F封＋F筒=F其中F筒=H2×F1m故F封＋F筒=1.1625＋3.14×0.6816=3.30m23m2所以换热要求满足。筒体和上封头的连接采用甲型平焊法兰连接，选取凹凸密封面法兰，其尺寸见附图4-2，主要尺寸由附表4-4查的，其中：D=1530mmD1=1490mmD2=1455mmD3=1441mmD4=1438mmS=46mmd=23mm2.4夹套反应釜的强度计算夹套反应釜几何尺寸确定后，要根据已知的公称直径，设计压力和设计温度进行强度计算确定罐体及夹套的筒体和封头的厚度。2．4.1强度计算的原则及依据强度计算中各参数的选取及计算，均应符合GB150-1998《钢制压力容器》的规定。圆筒为正压外带夹套时：当圆筒的公称直径DN=600㎜时，被夹套包围部分的圆筒分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值，其余部分按内压圆筒设计。2.4.2按内压对圆筒和封头进行强度计算（1）筒体强度计算已知：Tc=120℃Pc=0.22Mpat=189MPφ=0.85S=(PcDi)/(2tφ-Pc)=0.71负偏差C2=0.25mm腐蚀裕量C2=2㎜名义厚度Sn=S＋C1＋C2=2.96㎜(2)封头厚度计算S=(PcDi)/(2tφ-0.5Pc)=0.71同理名义厚度：Sn=S＋C1＋C2=2.96㎜2.4.3按外压对筒体和封头进行强度校核（1）筒体图算法强度校核计算由于D0/Se=1012/3.75=270①当罐体筒体名义厚度Sn=6mm令Se=Sn-C=3.75