化工设备机械基础课程设计

1化工设备机械基础课程设计说明书题目：夹套反应釜的设计院（系）：资源与环境工程学院班级：化工08-1姓名：苏晓晓学号：19号指导教师：钟乃良设计成绩：设计日期：2010年12月31日至2011年1月7日2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。3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.筒体和夹套几何尺寸计算······················53.2夹套反应釜的强度计算···························63.3稳定性校核···································63.4水压试验校核··································93.5反应釜的搅拌装置·······························103.6反应釜的传动装置·······························113.7反应釜的轴封装置······························133.6反应釜的其他附件······························13第四章设计小结····································14第五章参考文献····································154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主要是由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。搅拌装置分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成；搅拌装置主要由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，只要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；他们与支座、人孔、工艺接管等附加一起，构成完整的夹套的反应釜。反应釜的机械设计是在工艺设计之后进行的，设计依据是工艺提出的要求和条件。工艺条件一般包括：全容积、最大工作压力、工作温度、介质腐蚀性、传热面积、搅拌形式、转速和功率、工艺接管尺寸方位等。5第三章筒体和夹套的设计3.1筒体和夹套的尺寸计算步骤项目及代号参数及结果备注1-1全容积V,m31.8由工艺条件给定1-2操作容积m31.44由工艺条件给定1-3传热面积m24.2由工艺条件给定1-4釜体形式圆筒形常用结构1-5封头形式椭圆形常用结构1-6长径比i=H1/D11.1按表4-2选取1-7初算筒体内径1.277计算1-8圆整筒体内径D1,mm1200按附表4-1选取1-9一米高的容积V1m,m31.131按附表4-1选取1-10釜体封头容积V1封，m30.2545按附表4-2选取1-11釜体高度H1=(V-V1封)/V1m1.375计算1-12圆整釜体高度H1,mm1400选取1-13实际容积V=V1m*H1+V1封m31.84计算1-14夹套筒体内径D2,mm1300按表4-3选取314V3.14×1.1Di3m61-15装料系数按0.80.8计算1-16夹套筒体高度21m()/HVVV封1.05按式4-4计算1-17圆整筒体夹套高度,mm1100选取1-18罐体封头表面积，F1封，m21.6652按附表4-2选取1-19一米高筒体内表面积F1m，m23.77按附表4-2选取1-20实际总传热面积F=F1m*H2+F1封，m25.814.2按式4-2校核3.2夹套反应釜的强度计步骤项目及代号参数及结果备注2-1设备材料Q-235A据工艺条件腐蚀情况确定2-2设计压力(罐体内)p1,Mpa0.5由工艺条件给定2-3设计压力(夹套内)p2,Mpa0.6由工艺条件给定2-4设计温度(罐体内)t1,℃170由工艺条件给定2-5设计温度(夹套内)t2,℃230由工艺条件给定2-6液柱静压力MPaghpH,10610.014按参考文献1第八章计算2-7计算压力111,cHpppMPa0.514计算2-8液柱静压力22cpp0忽略72-9计算压力12c0.6计算2-10罐体及夹套焊接接头系数0.85按参考文献1表9-6选取2-11设计温度下材料许用应力[],tMPa94按参考文献1表9-4或表9-5选取2-12罐体筒体计算厚度1111,2[]ctcpDmmp3.77按参考文献1第九章计算2-13夹套筒体计算厚度2222,2[]ctcpDmmp4.90按参考文献1第九章计算2-14罐体封皮计算厚度1111,2[]0.5ctcpDmmp3.76按参考文献1第十间计算2-15夹套筒体计算厚度2222,2[]0.5ctcpDmmp4.89按参考文献1第十间计算2-16钢板厚度负偏差1,Cmm0.6按参考文献1表9-10~9-11选取2-17腐蚀裕量2,Cmm2.0按参考文献1第九章计算2-18厚度附加量12C=C+C2.6按参考文献1第九章计算2-19罐体筒体设计厚度112,cCmm5.77按参考文献1第九章计算2-20夹套筒体设计厚度222,cCmm6.90按参考文献1第九章计算2-21罐体封头设计厚度112,cCmm5.76按参考文献1第十章计算2-22夹套筒体设计厚度222,cCmm4.89按参考文献1第十章计算2-23罐体筒体名义厚度1,nmm8圆整选取2-24夹套筒体名义厚度2,nmm8圆整选取2-25罐体封头名义厚度1,nmm8圆整选取2-26夹套封头名义厚度2n8圆整选取83.3.稳定性校核3-1罐体筒体名义厚度1,nmm10假设3-2厚度附加量12CCC2.8按参考文献1表9-10~9-11选取3-3罐体筒体有效厚度11,enCmm7.2按参考文献1第十一章计算3-4罐体筒体有外径1112,OnDDmm1210按参考文献1第十一章计算3-5筒体计算长度2121/3,LHhhmm1225按参考文献1第十一章计算3-6系数1/OLD1.004按参考文献1第十一章计算3-7系数11/OeD169.4按参考文献1第十一章计算3-8系数A0.00068查参考文献1图11-53-9系数B95查参考文献1图11-83-10许用外压力11[],/aOeBpMPD0.5610.5按参考文献1第十一章计算3-11罐体筒体名义厚度1,nmm10确定3-12罐体封头名义厚度1,nmm10假设3-13厚度附加量12CCC2.8按参考文献1表9~10选取3-14罐体封头有效厚度11,enCmm7.2按参考文献1第十一章选取3-15罐体封头有外径1112,OnDDmm1220按参考文献1第十一章选取3-16标准椭圆封头当量球壳外半径R1O1=0.9D1O1，mm1098按参考文献1第十一章选取3-17系数A0.0008按参考文献1图11-593-18系数B94按参考文献1图11-83-19许用外压力[p]=B*δ1e/R1O10.6160.6按参考文献1第十一章计算稳定3-20罐体封头名义厚度1,nmm10确定3.4水压试验校核序号项目及代号参数及结果备注4-1罐体试验压力P1T=1.25P1[σ]/[σ]t0.625按参考文献1第九章计算4-2夹套水压试验压力P2T=1.25P2[σ]/[σ]t0.75按参考文献1第九章计算4-3材料屈服应力点σS，MPa58.75按参考文献1第九章计算4-4σT≤0.9ФσS，MPa179.8按参考文献1第九章计算4-5罐体圆筒应力σT1=P1T（D1+δ1e）/2δ1e，MPa52.40179.8按参考文献1第九章计算4-6夹套内压试验应力σT1=P2T（D1+δ2e）/2δ2e，MPa68.08179.8按参考文献1第九章计算103.5反应釜的搅拌装置搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。搅拌器主要有：桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式。它的选型通常是工艺设计的任务。3.5.1搅拌器的选型根据任务书的要求，结合表4-4选取推进式搅拌器。3.5.2搅拌轴设计搅拌轴的机械设计内容同一般传动轴主要是结构设计和强度校核，对于转速大于200转每分钟的要进行临界转速的校核。由于本设计转速是200转每分钟，所以不必进行临界转速的校核。搅拌轴的支撑常采用滚动轴承，参考文献1地十八章计算、选择。本设计选用圆锥滚动轴承。根据任务书，轴的强度与尺寸计算步骤具体如下：步骤项目及代数参数及结果备注1轴功率P,kW4由工艺条件确定2轴转数n,r/min200由工艺条件确定3轴材料45常用4轴所传递的扭矩6T=9.5510,,PNmmn191按参考文献1第17章计算5材料许用扭转剪应,MPa35按参考文献1第17章表17-36