夹套反应釜设计

20.95m3夹套反应釜设计计算说明书一、罐体和夹套设计计算1.1罐体几何尺寸计算1.1.1选择筒体和封头的形式选择圆柱筒体及椭圆形封头。1.1.2确定筒体内径已知设备容积要求0.95m3，按式（4-1）初选筒体内径：式中，V=0.95m3，根据【2】38页表4-2，常反应物料为液-液类型，i=H1/D1=1～1.3，取i=1.3，代入上式，计算得331440.95==1.032i3.141.1VD将D1的估算值圆整到公称直径系列，取D1=1100mm，1.1.3确定封头尺寸标准椭圆形封头尺寸查附表4-2，DN=1100mm，选取直边高度h2=25mm。1.1.4确定筒体高度当D1=1100mm,h2=25mm时，由【2】附表D-2查得椭圆形封头的容积V封=0.1980m3，由附表D-1查得筒体1m高的容积V1m=0.950m3，按式（4-2）:H1=(V-V封)/V1m=（0.950-0.198）/0.95=0.7916m考虑到安装的方便，取H1=0.9m，则实际容积为V=V1m×H1+V封=0.950×0.9+0.198=1.053m31.2夹套几何尺寸计算1.2.1选择夹套结构选择【2】39页图4-4(b)所示结构。1.2.2确定夹套直径查【2】表4-3,D2=D1+100=1100+100=1200mm。套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。1.2.3确定夹套高度装料系数η=操作容积/全容积=0.9/0.95=0.85按式4-4计算夹套高度：H2≥(ηV-V封)/V1m=(0.85×1.053-0.198)/0.95=0.734m取H2=750mm。选取直边高度h2=25mm。1.2.4校核传热面积查【2】附表D-2，由D1=1100mm，得罐体封头表面积F1封=1.3980m2查【2】附表D-1，一米高筒体内表面积F1m=3.46m2314iVD罐体结构示意图3校核传热面积：实际总传热面积F=F筒+F1封=F1m×H2+F1封=3.46×0.75+1.398=3.99m23.8m2，可用。1.3罐体及夹套的强度计算1.3.1确定计算压力按工艺条件，罐体内设计压力P1=0.2MPa；夹套内设计压力P2=0.3MPa液体静压力P1H=ρgH2×10-6=1000×9.8×0.75×10-6=0.007MPa，取P1H=0.01MPa计算压力P1c=P1+P1H=0.18+0.01=0.19MPa夹套无液体静压，忽略P2H，故P2c=P2。1.3.2选择设备材料分析工艺要求和腐蚀因素，决定选用Q235-A热轧钢板，其中100℃-150℃下的许用应力为：[ó]t=113Mpa。1.3.3罐体筒体及封头壁厚计算罐体筒体壁厚的设计厚度为采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查，按教材表10-9，取焊缝系数φ=0.85，C2=2mm，则1c1d1210.191100=21.0923.0921130.850.192tcpDCp查教材表10-10，取钢板负偏差C1=0.25mm，则δd1+C1=3.34，考虑到最小厚度mim为3mm，取名义厚度δn=5mm罐体封头壁厚的设计厚度为11d110.191100=21.0923.0921130.850.50.1920.5ctcPDP‘查教材表10-10，取钢板负偏差C1=0.25mm，则δd1’+C1=3.34mm，考虑到最小厚度mim为3mm，取名义厚度δn’=5mm1.3.4夹套筒体及封头壁厚计算夹套筒体壁厚的设计厚度为采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查，按【1】161页表10-9，取焊缝系数φ=0.85（夹套封头用钢板拼焊），C2=2mm，则2c22220.251200=21.5623.5621130.850.252dtcpDCmmp查【1】161页表10-10，取钢板负偏差C1=0.3mm，则δd1+C1=3.86，考虑到最小厚度mim为3mm，取名义厚度δn=5mm夹套封头壁厚的设计厚度为22d220.251200=21.5623.5621130.850.50.2520.5ctcPDP‘22cidtcpDCp22cidtcpDCp4查【1】161页表10-10，取钢板负偏差C1=0.3mm，则δd1+C1=3.86，考虑到最小厚度mim为3mm，取名义厚度δn=5mm为照顾到筒体和封头焊接和取材的方便取δ封夹=δ夹=6mm。1.3.5釜体的筒体壁厚δ筒1.3.5.1按承受0.18Mpa的内压设计12tPDCP筒式中，设计压力P=0.18Mpa；筒体内径D1=1100mm；许用应力[ó]=113Mpa(同夹套材料)；焊缝同夹套，故φ=0.85，壁厚附加量C=C1+C2+C3=0.5+2+0=2.5mm；上述各值代入上式：13.592tPDCP筒1.3.5.2按承受0.25Mpa的外压设计设罐体筒体的名义厚度δ1n=5mm厚度附加量C=C1+C2+C3=0.5+2+0=2.5mm罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C=5-2.5=2.5mm罐体筒体外径D10=D1+2δ1n=1100+2ⅹ5=1110mm筒体计算长度L=H2+1/3h1=750+1/3(300-25)=842mm系数L/D0=842/1110=0.759系数D0/δe=1110/2.5=444由【1】168页图10-15，查得：系数A=0.00019；由【1】170页图10-17，查得：系数B=27则许用外压[P]=Bδe/D=（27ⅹ2.5）/1110=0.063Mpa因此壁厚5mm不能满足外压稳定要求，需增大壁厚重新计算。现重新假设δ1n=8mm厚度附加量C=C1+C2+C3=0.8+2+0=2.8mm罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C=8-2.8=5.2mm罐体筒体外径D10=D1+2δ1n=1100+2ⅹ8=1116mm筒体计算长度L=H2+1/3h1=750+1/3(300-25)=842mm系数L/D0=842/1116=0.754系数D0/δe=1116/5.2=215由参考资料图9-7，查得：系数A=0.0006，系数B=81则许用外压[P]=Bδe/D=81ⅹ5.2/1116=0.380.25Mp故δe=5.2mm满足外压稳定性要求,其圆整到标准钢板厚度规格取δe=8mm.1.3.6釜体的封头壁厚计算1.3.6.1按内压计算δ封:1t20.5PDCP封式中,P=0.18Mpa,D1=1100mm,φ=0.85,[ó]=113Mpa,C=C1+C2+C3=0.5+2+0=2.5mm,代入上式:1t3.5920.5PDCP封考虑到封头与筒体的焊接方便取封头与筒体等壁厚δ封=8mm.1.3.6.2按外压校核δ封,采用图算法:封头有效壁厚δ0=δ-C=8-2.8=5.2mm椭圆封头的计算当量半径Rv=K1D0,由设计规定或查资料知K1=0.9,故Rv=0.9ⅹ1116=1005mm;系数A=0.125ⅹδ0/Rv=0.125ⅹ5.2/1005=0.00065,由【1】170页图10-17，查得B=84,则许用外压[P]:5[P]=B(δ0/Rv)=84ⅹ(4.9/1116)=0.391Mpa大于水压实验时的压力0.25Mpa,故用δ封=8mm,外压稳定安全.1.3.7水压实验校核1.3.7.1确定实验水压Pr,根据设计规定知:釜体水压取11t1131.25=1.250.18=0.23113TPP夹套水压取22t1131.25=1.250.25=0.32113TPP1.3.7.2内压实验时:釜体筒壁内压应力11e1e0.2311005.2()24.4a225.2TTPDMP夹套筒壁内压应力21e2e0.3212003.4()56.6a223.4TTPDMP釜体封头壁内应力111ne1ep220.230.91100280.55.2==22.2a225.2TTKDPM封=夹套封头壁内应力212ne2eKD20.50.320.91200260.53.451.4a223.4TTPMP封因Q235-A常温σ=235Mpa,看出σr,σr夹,σr夹,σr封夹都小于0.9φσs=179.8Mpa,故水压实验安全.1.3.7.3外压水压实验釜体筒体外压校核:δ0=δ-C=8-2.8=5.2mm,L/D0=842/1110=0.759D0/δe=1110/5.2=215由【1】168页图10-15查得A=0.0006,由【1】170页10-17查得B=81,故许用外压[P]=BS0/D0=81ⅹ5.2/1116=0.38Mpa水压压力Pr=0.32Mpa,故在0.32Mpa外压水压实验时应可以不在釜体内充压,以防釜体筒体失稳.釜体底封头外压校核因其允许外压[P]=0.501Mpa外压Pr=0.4Mpa,故安全.表1-1釜体夹套厚度计算结果釜体夹套筒体8mm6mm封头8mm6mm6二、进行搅拌传动系统设计2.1.进行传动系统方案设计和作带传动设计计算此搅拌釜采用V带推进搅拌器，选用库存电机Y160M2-8，转速n1=720r/min,功率5.5KW,搅拌轴转速n2=200r/min,轴功率4.7KW，设计V带。表2-1V型带的型号选择与计算步骤设计项目单位公式及数据1传动的额定功率PKW5.52小皮带轮转速n1r/min7203大皮带轮转速n2r/min2004工况系数KA1.35设计功率PdKWPd=KAⅹP=1.3ⅹ5.5=7.15取Pd=7.26选V带型号根据Pd和n1选取B型带7速比ii=n1/n2=720/200=3.68小皮带轮计算直径d1mm1409验算带速Vm/sV=лd1n1/60ⅹ1000=5.310大皮带轮计算直径d2mmd2=id1(1-ε)=50011初定中心距a0mm0.7(d1+d2)a02(d1+d2)取a0=50013V带的基准长度Ld0mmLd0≈2a0+л/2(d1+d2)+(d2-d1)/4a0=2070取Ld=200014确定中心距d确定安装V带时所需最小中心amin和最大中心距amaxmma=a0+(Ld-Ld0)/2=500+（500-140）/2=46515小皮带轮包角α1(°)α1=180°-(d2-d1)/aⅹ57.3°=136°120°16单根V带额定功率P1KW1.63717i≠1时，单根V带额定功率增量Δp1KW0.2318包角修正系数Ka0.8819带长修正系数KL0.9820V带根数ZZ=Pd/{(P1+Δp1)ⅹKaKL}=7.2/{(1.63+0.23)x0.93ⅹ1.13}=4.49取Z=52.2搅拌轴的设计由于搅拌轴的长度较大，考虑加工的方便，将搅拌轴设计成两部分2.2.1进行上轴的结构设计及强度校核上轴材料选用常用材料45钢，结构如图4-17.由于上轴只要受转矩，故按转矩初估最小轴径，轴上开有一个键槽，轴径扩大并圆整后，取最小轴径为40mm。表2-2上轴的计算步骤项目及代号参数及结果1轴功率P，Kw4.72轴转数n,r/min2003轴材料454轴所传递的转矩T=9550P/n，N`m224.45材料许用扭转切应力[t],N/mm2357轴端直径d=365（P/n[t]）1/3328开一个键槽，轴径扩大5%，mm35.79圆整轴端直径d，mm4010长度l，mm5302.2.2搅拌轴直径的设计2.2.2.1取用材料为45钢，[]＝40MPa，剪切弹性模量G＝8.1×104MPa，许用单位扭转角[]＝1°/m。P4.7M=9550=9550=224.4Nmn200利用截面法得：maxTMM由max