搅拌釜式反应器课程设计书

第1页共16页4/23/20201大连民族学院生命科学学院化工设备课程设计题目：搅拌反应釜课程设计姓名：王睿学号：2014034113系部：化学工程系专业班级：化工142指导教师：赵明举时间：2016.11.21至2016.11.28第2页共16页4/23/20202搅拌釜式反应器课程设计任务书一、设计内容安排1.釜式反应器的结构设计包括：设备结构、人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。2.设备壁厚计算及其强度、稳定性校核3.筒体和裙座水压试验应力校核4.编写设计计算书一份5.绘制装配图一张（电子版）二、设计条件工作压力釜内0.1MPa夹套pa6.03.0M）（工作温度釜内80℃夹套C）（160140工作介质釜内溶液夹套水、蒸汽腐蚀情况轻微搅拌型式平桨式转速85r/min功率1.4Kw设备容积V9.35m3推荐材料Q235－A三、设计要求1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计；2.根据设计计算书、图纸及平时表现综合评分。四、设计说明书的内容1.符号说明2.前言（1）设计条件；（2）设计依据；（3）设备结构形式概述。3.材料选择（1）选择材料的原则；（2）确定各零、部件的材质；（3）确定焊接材料。第3页共16页4/23/202034.绘制结构草图（1）按照工艺要求，绘制工艺结构草图；（2）确定裙座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示；（3）标注形位尺寸。5.标准化零、部件选择及补强计算：（1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。（2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。（3）其它标准件选择。6.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。7.主要参考资料。第4页共16页4/23/20204目录搅拌釜式反应器设计条件...........................................11确定筒体的直径和高度...........................................22.确定夹套的直径和高度..........................................23.确定夹套的材料和壁厚..........................................34.确定内筒的材料和壁厚..........................................35.水压试验及其强度校核..........................................56.选择釜体法兰..................................................67.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器....................................68.选择搅拌传动装置和密封装置....................................79.校核L1/B和L1/d.............................................810.容器支座的选用计算...........................................811.选用手孔、视镜、温度计和工艺接管.............................912参考资料.....................................................1013设计感想.....................................................11第1页共16页4/23/20201搅拌釜式反应器设计条件工艺条件Fegihbc2c1degfhi工作压力釜内pa1.0M夹套pa3.0M工作温度釜内80℃夹套140℃工作介质釜内溶液夹套水、蒸汽腐蚀情况轻微搅拌型式平桨式转速85r/min功率1.4Kw设备容积V9.35m3推荐材料Q235－A编号名称DNa进蒸汽25b压力表25c手孔250d温度计40e进物料25f安全阀40g出料40h排凝液25i视镜80备注夹套加热蒸汽系统装上安全阀，釜外保温，反应釜安装在楼板上。管口工艺条件图第2页共16页4/23/202021确定筒体的直径和高度根据反应釜的设计要求，对于液－液相类型H/Di=1～1.3，选取H/Di=1.3得，由Di≈3/4DiHV=33.135.94＝2.09m；圆整（间隔100mm）到标准公称直径系列，选取筒体直径Di＝2100mm。查标准封头参数资料得DN＝2100mm时，标准椭圆封头高度h1=565mm，直边高度h2=40mm，内表面积Fn=5.04m2，容积Vh=1.41m3。计算得每米高圆筒的体积V1＝1/4π*2.12=3.46m3H=1VVVh=46.304.535.9=2.392m筒体高度圆整为H＝2400m于是H/D=2400/2100=1.142核查结果符合原定范围内。2.确定夹套的直径和高度夹套的内径Dj=Di+100=2200mm,投料系数0.85，则直筒夹套高度：Hj=44.158.185.0*35.92=1.820m圆整夹套高度，选取Hj=1900mm则间隙H0=H－Hj=2400-1900=500mm这样便于筒体法兰螺栓的装拆验算夹套传热面积F＝L1Hj+Fn=12.747.1m2即夹套传热面积符合设计要求第3页共16页4/23/202033.确定夹套的材料和壁厚（内压式容器）夹套选取Q235－A（又称为A3钢）的材质，可以知道板厚在4～20mm，设计温度在150℃时Q235－A的许用应力[]t=113MPa，因为有夹套有安全阀，所以P＝1.1Pw那么Pj＝0.33MPa，因为内部夹套无法探伤，故取＝0.60根据夹套的钢板厚度负偏差c1=0.6mm，单面腐蚀取腐蚀余量c2=1.0mm。则c=c1+c2=0.6+1.0=1.6直筒夹套的壁厚计算如下:td=PDjPt][2+C=33.0-6.01132220033.0+1.6=6.967mm标准椭圆形夹套封头的壁厚为:t=PDjPt5.0][2+C=6.133.05.06.01132220033.0=6.960mm圆整至钢板规定尺寸，选取夹套的筒体和封头壁厚均为6mm。夹套最大允许工作压力（MPa）MPatDjtP455.06220066.011322maxmaxtmax夹套安全系数=0.455/0.33=1.378（符合要求）4.确定内筒的材料和壁厚（外压式容器）设筒体厚度t(mm)，初步取负偏差c1=0.8mm，腐蚀裕度c2=2mm则筒体有效壁厚：12ettcc（mm）圆筒外径：)8.2(22200)(*2*221i0tcctDtDDi（1）第4页共16页4/23/20204短筒式外压圆筒壁厚公式：0.432.59eoopLtDED（2）式中：内筒受外压长度L≈Hj+h2+31h=2100+25+565/3≈2313E：弹性模量，在本设计条件下，Q235A取206000MPap：工作压力的1.1倍，即0.33MPa联立（1）和（2），通过迭代法计算出te=8.8mm则，壁厚mmcctt6.1128.08.821，圆整至钢板规定尺寸12mm，负偏差c1=0.8mm，腐蚀裕度c2=2mm也在合适的范围，则新的''12120.829.2ettccmmmtDDi21241222100*20089.12124/2313/0DL，16712/2124t/0D式（2）变形，圆筒外压临界压力公式：'''2.52.59[]3(/)(/)ooeEPLDDta453.0)167(*089.1*3206000*59.25.2MPP37.133.0453.0安全系数（满足设计要求）为了制造方便，内筒、上封头和下封头的厚度也设计为12mm，以下计算时验证封头是否满足要求。取c1=0.8mm，c2=2mm则，te=12-2.8＝9.2mm标准椭圆形封头的外压计算当量球面半径:Ro=KDo=0.9(2100+12)=1900.8mm许用外压力MPatREp466.0)2.9/8.1900(20600*833.0)/(0833.0220第5页共16页4/23/20205412.133.0466.0安全系数（完全满足实际要求1.4～1.6）5.水压试验及其强度校核内筒水压试验压力PT=0.1*1.1+0.1=0.21MPaPT=1.25*0.1=0.125MPa取二者最大值PT=0.21MPa夹套水压试验压力PT＝0.3*1.1+0.1＝0.43MPa，PT=1.25*0.3=0.375MPa取夹套水压试验PTj=0.43MPa内筒水压试验时壁内应力：MPactcDPnnTT32.2885.0*)8.212(2)]8.212(2100[21.0)(2)]t([a04.366.0*)8.212(*2)]8.212(*5.02100*9.0[21.0)(2)]t(5.0[MPctcKDPnnTTf夹套水压试验时壁内应力MPactctDPnnTT525.1796.0*)6.16(*2)]6.16(2200[*43.0)(2)]([ja43.1616.0*)6.16(*2)]6.16(*5.02200*9.0[*43.0)(2)](5.0[MPctctKDPnnjTfTjf由于Q235－A在常温时s＝235MPa0.9s＝211.5MPa水压试验时内筒夹套都小于０.９s,故水压试验安全。筒体许用压力0.21MPa,夹套水压试验时MPaPTj43.0故夹套在进行水压时筒体内需要充压才能保持筒体稳定。第6页共16页4/23/202066.选择釜体法兰根据DN=1400mm，p=0.3MPa由于PN不会超过0.6Mpa，可以选用甲型平焊法兰。确定为RF型、甲型平焊法兰。其尺寸为D=2330D1=2290D2=2255D3=2241D4=2238垫片材料为石棉橡胶板，选用垫片为1440*1440*3，JB/T4704-20007.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器根据工艺条件要求，查阅《桨式搅拌器》（HG/T2501.4－1991）选取搅拌器外径500mm，搅拌轴直径d＝50mm的平桨式搅拌器，标记为：搅拌器500－50HG/T2501.4－1991选择搅拌轴材料为45钢，钢的许用扭应力为[]=30～40MPa，计算系数A＝118～107,则搅拌轴的直径为d=A3nP(118～107)3854(42.6～38.6)mm表3－11几种常用轴材料的[]及A值轴的材料Q2,35,2035,1Cr18Ni9Ti4540Cr,35SiMn,40mNb,38SiMnMo,3Cr13[T]/MPa12～2020～3030～4040～52A160～135135～118118～107107～98考虑到键槽可能对轴的强度的削弱和物料对轴的腐蚀，并可以取搅拌轴的d＝50mm。查阅标准《搅拌传动装置——联轴器》，（HG21570－1995）中夹壳式第7页共16页4/23/20207联轴器形式、尺寸、技术要求、选用立式夹壳联轴器。公称直径50mm的联轴器的最大扭矩[nM]≈515N•m。验算联轴器的扭矩，查表3－12，选取工作情况系数K＝1.5，联轴器的计算扭矩[njM]为：253850.495505.1nnjKMMN•m[nM]表3－12工作情况系数K原动机工作机扭矩变化很小的机械扭矩变化很小的机械扭矩变化中等的机械扭矩变化和冲击载荷中等的机械扭矩变化和冲击载荷很大的机械电动机1.31.51.71.92.