化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì)—反應(yīng)釜

1、 湖北理工學(xué)院 大型作業(yè) 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)大型作業(yè)題 目： 反應(yīng)釜 教 學(xué) 院： 化 學(xué) 與 材 料 工 程 專 業(yè)： 應(yīng) 用 化 工 技 術(shù) 學(xué) 號(hào)： 19 20 21 22 學(xué)生姓名：馬耀溪 亢新榮 王中磊 王高飛 指導(dǎo)教師： 夏 賢 友 胡燕輝 2014年6 月 15日21 湖北理工學(xué)院 大型作業(yè) 大型作業(yè)任務(wù)書5 20132014 學(xué)年第2學(xué)期學(xué)生姓名： 亢 新 榮 專業(yè)班級(jí)：應(yīng)用化工技術(shù)（專）2012（1）指導(dǎo)教師： 夏賢友 工作部門： 化工教研室 一、大型作業(yè)題目：反應(yīng)釜二、大型作業(yè)內(nèi)容（含技術(shù)指標(biāo)）1反應(yīng)介質(zhì)：25m3的水乳膠涂料；2. 容器內(nèi)壓：常壓；3. 反應(yīng)溫度：8010；

2、4. 電機(jī)功率：10KW；5. 攪拌轉(zhuǎn)速：50rpm。6. 作業(yè)成果：計(jì)算書1份，設(shè)備圖1張（A2圖紙手工繪制）。三、進(jìn)度安排16月9日：分配任務(wù)；26月9日-6月12日：查詢資料、初步設(shè)計(jì)；36月12日-6月20日：設(shè)計(jì)計(jì)算，完成報(bào)告。四、基本要求1設(shè)計(jì)方案：根據(jù)給定的條件合理選擇設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及合適的材料，立式容器或臥式容器的筒體和封頭、鋼板卷制焊接結(jié)構(gòu)接頭、鋼板材料的型號(hào)及熱處理?xiàng)l件等；2設(shè)計(jì)計(jì)算：依據(jù)材料的性能，對(duì)選用設(shè)備的壁厚進(jìn)行計(jì)算、穩(wěn)定性進(jìn)行校核；3輔助設(shè)備的選型：包括典型輔助設(shè)備的主要尺寸計(jì)算及型號(hào)規(guī)格：人孔或手孔設(shè)計(jì)、法蘭的型號(hào)規(guī)格、接管開孔結(jié)構(gòu)、視鏡或液面鏡以及容器的支座選型

3、等。 教研室主任簽名： 2014年6月 15日目 錄概 述5 0.1 設(shè)計(jì)說(shuō)明書主要內(nèi)容5 0.2 水乳膠51反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì)61.1釜體的DN、PN的確定61.2 釜體筒體壁厚的設(shè)計(jì)71.3 釜體封頭的設(shè)計(jì)7 1.4筒體長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)81.5 外壓筒體壁厚的設(shè)計(jì)82反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì)92.1 夾套的、的確定92.2 夾套筒體的設(shè)計(jì)102.3 夾套封頭的設(shè)計(jì)103反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗(yàn)113.1釜體的水壓試驗(yàn)123.2夾套的液壓試驗(yàn)134反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計(jì)134.1釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)144.2工藝接管的設(shè)計(jì)145攪拌軸及漿的設(shè)計(jì)155.1攪拌軸直徑的初步計(jì)算15 5.2直葉槳式攪拌器尺

4、寸的設(shè)計(jì)156傳動(dòng)裝置的選型和尺寸計(jì)算166.1電動(dòng)機(jī)的選型166.2減速機(jī)的選型166.3反應(yīng)釜的軸封裝置設(shè)計(jì)167焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)177.1 釜體上主要焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)機(jī)177.2夾套上的焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)188設(shè)計(jì)評(píng)論299參考文獻(xiàn)205概 述0.1設(shè)計(jì)內(nèi)容介紹及內(nèi)容分析由設(shè)計(jì)條件單可知，設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜體積為 （=0.85），圓整V=30m3；攪拌軸的轉(zhuǎn)速為50r/min,電機(jī)功率10kW（1=0.9），軸的功率為P=P01=0.5kW;攪拌槳的形式為推進(jìn)式；裝置上設(shè)有3個(gè)工藝接管、2個(gè)視鏡、4個(gè)耳式支座、1個(gè)溫度計(jì)管口，1個(gè)人孔。0.2水乳膠由于水性涂料不用有機(jī)溶劑，對(duì)人體無(wú)毒害，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，固

5、而近年來(lái)發(fā)展十分迅速。凡是用水作溶劑或者分散在水中的涂料部可稱之為水性涂料。水性涂料包括水溶性涂料和水膠乳涂料兩種，采用乳液聚合工藝制備成合成樹脂水膠乳，膠粒徑0.1-10。在合成樹脂水膠乳中，加入顏料、體質(zhì) 顏料、保護(hù)膠體、各種添加劑后，經(jīng)過(guò)研磨或 分散處理，即成為水乳膠涂料。 目前，世界上使用較廣的水膠乳涂料有聚醋酸乙烯水膠乳涂料、聚丙烯酸酯水膠乳涂料、醇酸樹脂水膠乳涂料和偏氯乙烯共聚樹脂水膠乳涂料。水乳膠可用：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、 而烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸2乙基 己酯 2一甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯，苯乙 烯、氯乙烯和丙烯腈。以上這些單律在使用時(shí)不少于一種 使用量

6、最好為單體總量的4-45%。在進(jìn)行操作時(shí)可將水乳膠的密度近似于水的密度進(jìn)行計(jì)算。1 反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì)1.1釜體的DN、PN的確定1.1.1釜體DN的確定將釜體視為筒體，取L/D=1.4,V=30m3。由 V=(/4) （1-1）式中 V操作體積，m3; D釜體的直徑，m； L釜體的長(zhǎng)度，m。L=1.4，則 ，圓整得釜體的DN=5000mm。1.1.2釜體PN的確定由設(shè)計(jì)說(shuō)明書知常壓反應(yīng)，所以釜體的設(shè)計(jì)壓力0.2MPa。1.2 釜體筒體壁厚的設(shè)計(jì)1.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)壓力P1： P10.2MPa；液柱靜壓力P1H：P1H=10(-6)1.81.410310=0.0252MPa 計(jì)算壓力P1c

7、： P1c= P1+ P1H =0.2+0.0252=0.2252MPa；設(shè)計(jì)溫度t1： t1 100 ；焊縫系數(shù)： 0.85許用應(yīng)力： 根據(jù)材料Q235-B、設(shè)計(jì)溫度 ；該筒體為短圓筒。圓筒的臨界壓力為： (1-6)式中 Pcr臨界壓力，kPa； L筒體的計(jì)算長(zhǎng)度，mm；D0筒體外徑，mm； E設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量，MPae有效厚度，mm；m穩(wěn)定系數(shù)。E=2.0105MPa，Pcr對(duì)于圓筒m=3 , P=0.5554/3=0.185MPa故 P=1.01 P；所以假設(shè)n=8mm滿足穩(wěn)定性要求。 2 反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì)2.1 夾套的、的確定2.1.1夾套的確定由夾套的筒體內(nèi)徑與釜體筒體內(nèi)徑之間的

8、關(guān)系可知：5000+100=5100（mm）考慮到5100mm一般不再取值范圍，故取=5000mm。2.1.2 夾套PN的確定由設(shè)備設(shè)計(jì)條知，夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為常壓，取0.25MPa。2.2 夾套筒體的設(shè)計(jì)2.2.1夾套筒體壁厚的設(shè)計(jì)由公式（1-2） 得：圓整 剛度校核：碳素鋼的，筒體的壁厚取。2.2.2夾套筒體長(zhǎng)度H筒的初步設(shè)計(jì)由 H筒= （2-1）式中 H筒夾套的筒體長(zhǎng)度，m;V操作體積，m3;V封內(nèi)徑封頭體積，m3；S筒體截面積，m2。圓整后 H筒=1600mm。2.3 夾套封頭的設(shè)計(jì)2.3.1 封頭的選型夾套的下封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球型，內(nèi)徑與筒體相同（Dj5000mm）。代號(hào)EHA，標(biāo)準(zhǔn)

9、JB/T47462002。夾套的上封頭選帶折邊錐形封頭，且半錐角。2.3.2 橢球形封頭壁厚的設(shè)計(jì)因?yàn)镻W為常壓0.3MPa，所以需要根據(jù)剛度條件設(shè)計(jì)封頭的最小壁厚。 取2 Di /1000且不小于3 mm 另加， 所以 min3+3=6（mm），圓整=10mm。對(duì)于碳鋼制造的封頭壁厚取=10mm。2.3.3橢球形封頭結(jié)構(gòu)尺寸的確定夾套封頭的尺寸見圖2-1 表 2-1 夾套封頭的尺寸直邊高度h1曲面高度h2容 積VF質(zhì) 量?jī)?nèi)表面積25mm500mm1.126m386.49kg4.493m2封頭的下部結(jié)構(gòu)如圖 2-1 圖 2-1 封頭的下部結(jié)構(gòu)圖由設(shè)計(jì)條知：下料口的50mm，封頭下部結(jié)構(gòu)的主要結(jié)

10、構(gòu)尺寸146mm。2.3.4帶折邊錐形封頭壁厚的設(shè)計(jì)考慮到封頭的大端與夾套筒體對(duì)焊，小端與釜體筒體角焊，因此取封頭的壁厚與夾套筒體的壁厚一致，即8mm。2.3.5 封頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 表 2-2 封頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表公稱直徑DN/mm總深H/mm內(nèi)表面積A/m2容積V/m350002001.22460.3232.3.6 帶折邊錐形封頭壁厚的設(shè)計(jì)由于封頭過(guò)渡部分與錐體部分受力情況不同，分兩部分計(jì)算過(guò)渡部分：， K=0.8181 ， f=0.645 ，選型為CHB，由式（1-2）： （2-2）式中 受力物體的厚度，mm；Pc計(jì)算的壓力，KPa；K過(guò)渡區(qū)形狀系數(shù)；焊縫系數(shù)；f椎體形狀系數(shù)；Di釜體的直徑

11、，m；許用應(yīng)力，MPaC腐蝕裕量，mm。 錐體部分： 考慮到與夾套筒體的焊接，故圓整。 3 反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗(yàn)3.1釜體的水壓試驗(yàn)3.1.1水壓試驗(yàn)壓力的確定水壓試驗(yàn)的壓力： (3-1)式中 PT水中壓力，MPa； P 設(shè)計(jì)壓力，MPa； 水中應(yīng)力，MPa；t許用應(yīng)力，MPa。查.0， 。 3.1.2水壓試驗(yàn)的操作過(guò)程操作過(guò)程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.25MPa，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.2MPa，保壓足夠長(zhǎng)時(shí)間，檢查所有焊縫和連接部位有無(wú)泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將釜體內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。

12、若質(zhì)量不合格，修補(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓試驗(yàn)。3.2夾套的液壓試驗(yàn)3.2.1液壓試驗(yàn)的操作過(guò)程 在保持夾套表面干燥的條件下，首先用水將夾套內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.3125MPa，保壓不低于30min，然后將壓力緩慢降至0.3MPa，保壓足夠。長(zhǎng)時(shí)間，檢查所有焊縫和連接部位有無(wú)泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將夾套內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干。若質(zhì)量不合格，修補(bǔ)后重新試壓直至合格為止。4 反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計(jì)4.1釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：法蘭的設(shè)計(jì)、密封面形式的選型、墊片設(shè)計(jì)、螺栓和螺母的設(shè)計(jì)。4.1.1密封面形式的選型根據(jù)0.6M

13、Pa1.6MPa、介質(zhì)溫度100和介質(zhì)的性質(zhì)，由文獻(xiàn)知密封面形式為光滑面。4.1.2螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格及材料的選擇本設(shè)計(jì)選用六角頭螺栓（雙頭螺柱B級(jí)、GB90188）、型六角螺母（A級(jí)和B級(jí)、GB/T61712000）。平墊圈（100HV、GB/T95-2002）。螺栓長(zhǎng)度L的計(jì)算：螺栓4的長(zhǎng)度由法蘭的厚度（）、墊片的厚度（S）、螺母的厚度（H）、墊圈厚度（h）、螺栓伸出長(zhǎng)(0.30.5d)確定。其中=80mm、S=3mm、H=21.5mm、h=3.2mm、螺栓伸出長(zhǎng)度取0.3d=0.333.7。螺栓的長(zhǎng)度為： =201.01 mm取L200mm螺柱標(biāo)記： 螺柱 M24200 GB 9

14、0188螺母標(biāo)記： 螺母 M24 GB/T61702000 墊圈標(biāo)記： 墊片 24-100HV GB/T952002 根據(jù)乙型平焊法蘭、工作溫度t200r/min時(shí)，都應(yīng)做臨界轉(zhuǎn)速校核。由于反應(yīng)釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速=50，故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。5.2直葉槳式攪拌器尺寸的設(shè)計(jì)由于攪拌軸轉(zhuǎn)速=50，選擇直葉槳式攪拌器。查工具書1,6可知直葉槳式攪拌器的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：DJ=(0.25-0.75)DN , b=(.01-0.25)DJ, h=(0.2-1)DJ, Z=2直葉槳的直徑：DJ=0.5DN=900mm槳底距槽底： h=0.8DJ=720mm槳葉厚度： b=0.15DJ=135mm 6 傳動(dòng)裝置的

15、選型和尺寸計(jì)算6.1電動(dòng)機(jī)的選型由于反應(yīng)釜里的物料腐蝕情況微弱且沒(méi)有防爆要求，所以可選擇最常用的Y系列全封閉自扇冷式三相異步電動(dòng)機(jī)。電機(jī)功率必須滿足攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)功率與傳動(dòng)系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮到有時(shí)在攪拌操作中會(huì)出現(xiàn)不利條件造成功率過(guò)大。6.2減速機(jī)的選型反應(yīng)釜用的立式減速機(jī)，主要類型有諧波減速機(jī)、擺線針輪行星減速機(jī)、二級(jí)齒輪減速機(jī)和V帶傳動(dòng)減速機(jī)。根據(jù)電機(jī)的功率P=10kW、攪拌軸的轉(zhuǎn)速n=50 r/min，查文獻(xiàn)可選用BLD行星減速機(jī)，其型號(hào)尺寸從HG 574578標(biāo)準(zhǔn)中查得BLD5029。6.3反應(yīng)釜的軸封裝置設(shè)計(jì)軸封是攪拌設(shè)備的一個(gè)重要組成部分，其任務(wù)是保證攪拌設(shè)備內(nèi)處于

16、一定的正壓和真空狀態(tài)及防止反應(yīng)物料逸出和雜質(zhì)的滲入。鑒于攪拌設(shè)備以立式容器中心頂插式攪拌為主，很少滿釜操作，軸封的對(duì)象主要為氣體；而且攪拌設(shè)備由于工況復(fù)雜，軸的偏擺振動(dòng)大，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，故不是所有形式的軸封都能用于攪拌設(shè)備上。反應(yīng)釜攪拌處的軸封，屬于動(dòng)密封，常用的軸封結(jié)構(gòu)主要有兩大類，填料箱密封和機(jī)械密封。填料密封式攪拌設(shè)備最早采用的一種軸封結(jié)構(gòu)，它的基本結(jié)構(gòu)是由填料、填料箱、壓蓋、壓緊螺栓及油杯等組成。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造，在攪拌設(shè)備上曾得到廣泛應(yīng)用。一般用于常壓、低壓、低轉(zhuǎn)速及允許定期維護(hù)的攪拌設(shè)備。機(jī)械密封是一種功耗小、泄漏率低，密封性能可靠，使用壽命長(zhǎng)的轉(zhuǎn)軸密封。主要用于腐蝕

17、、易燃、易爆、劇毒及帶有固體顆粒的介質(zhì)中工作的有壓和真空設(shè)備。由設(shè)計(jì)任務(wù)書知，釜內(nèi)介質(zhì)的腐蝕性微弱，釜內(nèi)壓力較低，所以可以選擇應(yīng)用廣泛的填料密封。 7 焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)7.1 釜體上主要焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 釜體的主要焊接結(jié)構(gòu)圖如下 圖7-1 圖7-2 圖 7-3 圖 7-4 圖 7-5 圖 7-6 圖 7-1 筒體的縱向焊縫 圖 7-2 筒體與下封頭的環(huán)向焊縫 圖 7-3 固體物料進(jìn)口與封頭的焊縫 圖 7-4 進(jìn)料管與封頭的焊縫 圖 7-5 溫度計(jì)接管與封頭的焊縫 圖 7-6 出料口接管與封頭的焊縫 7.2夾套上的焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 焊縫結(jié)構(gòu)如下 圖7-7 圖7-8 圖7-8 圖7-9 圖7-10 圖7

18、-11 圖 7-7 夾套的縱向焊縫 圖 7-8 夾套與封頭的橫向焊縫 圖 7-9進(jìn)水口接管與筒體的焊縫 圖 7-10出水口接管與筒體的焊縫圖 7-11 釜體與夾套的焊縫 8 設(shè)計(jì)評(píng)論經(jīng)過(guò)兩周的時(shí)間，終于完成了課程設(shè)計(jì)，有那么一點(diǎn)點(diǎn)心得。為了使設(shè)計(jì)合理要進(jìn)行大量的工藝計(jì)算和設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算。本設(shè)計(jì)包括塔板結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)備的結(jié)構(gòu)計(jì)算。工程設(shè)計(jì)表達(dá)能力。工程設(shè)計(jì)完成后，往往要交付他人實(shí)施或與他人交流。在工程設(shè)計(jì)和完成過(guò)程中，都必須將設(shè)計(jì)理念、理想、設(shè)計(jì)過(guò)程和結(jié)果用文字、圖紙和表格的形式表達(dá)出來(lái)。本大型作業(yè)中，我作為組長(zhǎng)，主要把任務(wù)分配給大家，組織大家一起討論，負(fù)責(zé)把大家計(jì)算的結(jié)果統(tǒng)計(jì)檢查，并打在WPS上面，在其中我們遇到了種種超自己所學(xué)的知識(shí)能夠解決的問(wèn)題，但是我們通過(guò)不斷的查找細(xì)料，翻閱相關(guān)的工具書，最終將困難一一擊破。同樣團(tuán)隊(duì)的協(xié)作也是很重要的，我們的團(tuán)隊(duì)合理分工，各司其職，同時(shí)又相互幫助，最終完成了本次課程設(shè)計(jì)。我們學(xué)會(huì)了把平時(shí)所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐上面，使得我們體會(huì)到了理論知識(shí)對(duì)