反应釜课件

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立式带夹套的反应釜设计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
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