化工機械基礎(chǔ)課程設(shè)計夾套反應釜設(shè)計書

1、摘 要 化工設(shè)備機械基礎(chǔ)是針對化學工程、制藥工程類專業(yè)以及其他相近的非機械類專業(yè)，對化學設(shè)備的機械知識和設(shè)計能力的要求而編寫的。通過此課程的學習，是通過學習使同學掌握基本的設(shè)計理論并且具有設(shè)計鋼制典型的中、低、常壓化工容器的設(shè)計和必要的機械基礎(chǔ)知識。 化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計是化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程教學中綜合性和實踐性較強的教學環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是學生體察工程實際問題復雜性，學習初次嘗試化工機械設(shè)計?；ぴO(shè)計不同于平時的作業(yè)，在設(shè)計中需要同學獨立自主的解決所遇到的問題、自己做出決策，根據(jù)老師給定的設(shè)計要求自己選擇方案、查取數(shù)據(jù)、進行過程和設(shè)備的設(shè)計計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，

2、經(jīng)過反復的比較分析，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計。 化工設(shè)備課程設(shè)計師培養(yǎng)學生設(shè)計能力的重要事件教學環(huán)節(jié)。在教師指導下，通過課程設(shè)計，培養(yǎng)學生獨立地運用所學到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實際的知識，綜合地分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力。因此，當學生首次完成該課程設(shè)計后應達到以下幾個目的：(1)熟練掌握查血文獻資料、收集相關(guān)數(shù)據(jù)、正確選擇公式，當缺乏必要的數(shù)據(jù)時，尚需要自己通過實驗測定或到生產(chǎn)現(xiàn)場進行實際查定。(2)在兼顧技術(shù)先進性、可行性、經(jīng)濟合理的前提下，綜合分析設(shè)計任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進行設(shè)備選型，并提出保證該過程正常、安全可行所需的檢測和計量參數(shù)，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護的有

3、效措施。(3)準確而迅速的進行過程計算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算及選型。(4)用精煉的語言、簡潔的文字、清晰地圖標來表達自己的設(shè)計思想和計算結(jié)果。 化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計是一項很繁瑣的設(shè)計工作，而且在設(shè)計中除了要考慮經(jīng)濟因素外，環(huán)保也是一項不得不考慮的問題。除此之外，還要考慮諸多的政策、法規(guī)，因此在課程設(shè)計中要有耐心，注意多專業(yè)、多學科的綜合和相互協(xié)調(diào)。目 錄第一章 夾套反應釜技術(shù)要求4第二章 夾套反應釜的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計的內(nèi)容4第三章 筒體和夾套的設(shè)計53.1筒體和夾套的設(shè)計53.2罐體幾何尺寸計算63.3 夾套反應釜的強度計算 63.4 穩(wěn)定性校核73.5水壓校核83.6反應釜攪拌器93.7

4、反應釜傳動裝置103.8反應釜的其他附件10數(shù)據(jù)表格12設(shè)計小結(jié)18參考文獻14第一章 夾套反應釜技術(shù)要求1.本設(shè)備按照gb 1501998鋼制壓力容器進行制造、實驗和驗收，并接受國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督規(guī)程的監(jiān)督。2.焊接采用電弧焊。3.焊接接頭型式及尺寸處圖中注明外，按gb 98588規(guī)定；角焊縫的腰高按薄板的厚度；法蘭焊接按相應的法蘭的標準中的規(guī)定。4.筒體、封頭及其相連接的對接焊接接頭應進行x射線探傷檢查，檢測長度不得少于各條焊接接頭長度的20%，且不小于250mm，級為合格。5.設(shè)備制造完畢后，設(shè)備內(nèi)以0.55mpa（表壓）進行水壓試驗，合格后焊接夾套，夾套以0.

5、65mpa（表壓）進行水壓試驗。6.設(shè)備上凸緣與安裝底座的連接表面，應在組焊后加工。7.設(shè)備組裝后，在攪拌軸上端軸封處測定軸的徑向擺動量不得大于0.5mm，攪拌軸軸向竄動量不得大3 mm。8. 設(shè)備組裝后，低于臨界轉(zhuǎn)速時，先運轉(zhuǎn)十五分鐘后，以水代料，并使設(shè)備內(nèi)達到工作壓力；超過臨界轉(zhuǎn)速時，直接以水代料，嚴禁空遠轉(zhuǎn)，并使設(shè)備內(nèi)達到工作壓力，進行試運轉(zhuǎn)，時間不少一小時。在運轉(zhuǎn)過程中，不得有不正常的噪音和振動燈不良現(xiàn)象。10.管口及支座方位按本圖（或管口及支座方位見管口方位圖）第二章 夾套反應釜的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計的內(nèi)容在閱讀了設(shè)計任務(wù)書之后，按一下內(nèi)容和步驟進行夾套反應負的設(shè)計。（1） 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

6、根據(jù)工藝要求并考慮制造、安裝和維護檢修的方便，確定各部分結(jié)構(gòu)形式，如封頭型式、傳熱面積、攪拌類型、傳動形式、軸封和各種附件的結(jié)構(gòu)形式。（2） 容器的設(shè)計 其主要內(nèi)容有：a) 根據(jù)工藝參數(shù)確定各部分幾何尺寸；b) 考慮壓力、溫度、腐蝕因素，選擇釜體和夾套材料；c) 對罐體、夾套等進行強度和穩(wěn)定性計算、校核；（3） 攪拌器設(shè)計 根據(jù)攪拌器類型確定相關(guān)位置和尺寸（4） 傳動系統(tǒng)設(shè)計 包括選擇電動機、確定傳動類型、選擇減速機、聯(lián)軸器、機座設(shè)計等。 （5） 選擇軸封 選擇并確定軸封及相關(guān)零部件。 （6） 繪圖 包括裝配圖、部件圖和零件圖。如標準零件、部件，寫出標準號及標記，不必繪圖。 （7） 編制技術(shù)要

7、求 提出制造、裝配、檢驗和試車等方面的要求。采用標準技術(shù)條件標注文號。 第三章 筒體和夾套的設(shè)計3.1 罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計罐體采用立式圓形容器，有頂蓋、罐體和罐底，通過支座安裝在基礎(chǔ)或平臺上。罐底和頂蓋采用標準橢圓形封頭，罐體和封頭均用20r鋼制作。罐底和筒體采用焊接連接，頂蓋和筒體采用可拆卸式的法蘭連接。3.2 罐體幾何尺寸計算3.2.1 確定筒體內(nèi)徑給定操作容積，裝料系數(shù)取，所以。筒體內(nèi)徑（長徑比）圓整罐體筒體內(nèi)徑3.2.2 封頭的確定封頭選用橢圓封頭，型號是jb/t 4746-2002公稱直徑總深度h/mm內(nèi)表面積容積v/ 直邊高度14003751.93400.3977253.2.3

8、確定筒體高度反應釜容積v按照封頭和筒體兩部分容積之和計算，筒體高度按式(4-2)計算，并進行圓整：式中 （ 封頭容積 高筒體容積 ），圓整筒體高度按照圓整后筒體高度修正實際容積3.2.4 夾套幾何尺寸計算取裝料系數(shù)，夾套高度按式計算，圓整夾套筒體高度夾套筒體內(nèi)徑罐體封頭表面積，一米高筒體內(nèi)表面積實際傳熱面積3.3 夾套反應釜的強度計算按內(nèi)壓計算筒體及夾套厚度：由工藝條件及微弱的腐蝕情況，確定設(shè)備的材料為20r，由工藝知罐體內(nèi)的設(shè)計壓力，夾套內(nèi)的設(shè)計壓力罐體的設(shè)計溫度，夾套的設(shè)計溫度液柱靜壓力 計算壓力 液柱將壓力，由于小于設(shè)計壓力的5%，故可忽略不計。故計算壓力由雙面焊接局部無損傷由20r材料

9、在溫度低于下查表得設(shè)計溫度下的材料許用應力罐體圓體的計算厚度夾套筒體的計算厚度罐體封頭的計算厚度夾套封頭的計算厚度 取最小厚度作為計算厚度 ，由于雙面腐蝕切微腐蝕性，故罐體筒體的設(shè)計厚度，罐體封頭的設(shè)計厚度夾套筒體的計算厚度，夾套封頭的設(shè)計厚度由參考文獻可知鋼板的厚度負偏差則罐體筒體的名義厚度 夾套筒體的名義厚度 罐體封頭的名義厚度 夾套封頭的名義厚度 故強度檢驗合格。3.4 穩(wěn)定性校核1.由強度計算可得罐體名義厚度 查表得4.5-5.5是鋼板的厚度負偏差則罐體筒體外徑 筒體計算長度 系數(shù)計算 當時，查的a=0.000093許用外壓所以5mm的鋼板不能用。2.假設(shè)名義厚度為，由表可知 ，則則罐

10、體的有效厚度 罐體筒體外徑 此時筒體的計算長度 系數(shù)計算 由表可知 時對應的a=0.0006mpa， b=83mpa故許用外壓 故容器穩(wěn)定性滿足要求3.假設(shè)罐體封頭的名義厚度，則罐體封頭的有效厚度 罐體封頭外徑 標準橢圓封頭當量球殼半徑 系數(shù)計算 當時由表得b=98mpa許用外壓 故橢圓形封頭滿足穩(wěn)定性要求罐體封頭的最小厚度滿足要求3.5 水壓校核罐體的試驗壓力 夾套水壓試驗壓力 查文獻得 ，罐體圓通應力 ， 故筒體水壓校核合格夾套內(nèi)試驗壓力 ， 故夾套水壓校核合格3.6 反應釜攪拌器攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪，是反應釜等攪拌設(shè)備的關(guān)鍵部件。攪拌器的型號主要有：槳式、推進式、框式、渦輪式、螺桿

11、式和螺帶式。它的選型通常是工藝設(shè)計的任務(wù)，也可按標準選取。3.6.1攪拌器的選型根據(jù)任務(wù)書的要求，攪拌器轉(zhuǎn)速為200r/min,所以選取開啟渦輪式攪拌器，該攪拌器能用于高粘度的液體，符合工藝設(shè)計要求。3.6.2攪拌軸設(shè)計攪拌軸的機械設(shè)計內(nèi)容同一般傳動軸主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核，對于轉(zhuǎn)速大于200r/min的要進行臨界轉(zhuǎn)速的校核。由于本設(shè)計轉(zhuǎn)速是200轉(zhuǎn)每分鐘，所以不必進行臨界轉(zhuǎn)速的校核。攪拌軸的支撐常采用滾動軸承，參考文獻1地十八章計算、選擇。本設(shè)計選用圓錐滾動軸承。1.攪拌軸的材料：選用q235-a2.攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實心直軸3.攪拌軸的強度校核：條件，對于q235-a ，對實心軸，故時軸的

12、強度足夠4.攪拌軸的形位公差和表面粗糙度的要求：一般攪拌槳要求運行平穩(wěn)，為了防止軸的彎曲對軸封處的影響，因此軸安裝和加工要求控制軸的直度，當轉(zhuǎn)速大于時，直度允許誤差：1000:0.15軸的粗糙度可按所配零件的標準要求選取。5.攪拌軸的支撐一般攪拌軸可依靠減速器內(nèi)的一對軸支撐，當攪拌軸較長時，軸的剛度條件破壞，為保證攪拌軸懸臂的穩(wěn)定性，軸的臂長為l，軸徑d和兩軸的距離b應滿足一下關(guān)系；攪拌軸的支撐采用滾動軸承，安裝軸封處的軸的配合表面粗糙度。3.7反應釜的傳動裝置反應釜的攪拌器是由傳動裝置來帶動。傳動裝置設(shè)置在釜頂封頭的上部，其設(shè)計內(nèi)容一般包括：電機；減速機的選型；選擇聯(lián)軸器；選用和設(shè)計機架和底

13、座等。3.8 反應釜其他器件3.8.1 常用電機及其連接設(shè)備選用電機主要是考慮到它的系列，功率，轉(zhuǎn)速，以及安裝形式和防爆要求等幾項內(nèi)容。最常用的為y系列全封閉自扇冷式三相異步電動機。電機功率必須滿足攪拌器運軸功率與傳動系統(tǒng)，軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮到又時在攪拌過程操造作中會出現(xiàn)不利條件造成功率過大。電機功率可按下式確定： 式中： 代入數(shù)據(jù)得：3.8.2 釜用減速機類型，標準及其選用反應釜的立式減速機的選用根據(jù)：軸轉(zhuǎn)速 n=200r/min 電機功率為2.2kw查表4-11可選：bld擺線針輪行星減速機，其尺寸從hg5-745-78 標準中選取由表4-11選的：電動機功率：2.2kw 轉(zhuǎn)

14、速：1430r/min查附表5-4 選取電動機型號為：y112m-4 額定功率：4kw 滿載轉(zhuǎn)速：1440r/min3.8.3 凸緣法蘭凸緣法蘭一般焊接于攪拌器封頭上，用于連接攪拌傳動裝置。設(shè)計采用r型突面凸緣法蘭，其形式見附圖4-4，其尺寸有附表4-6查找。選擇r型突面凸緣法蘭，其尺寸如下：螺栓數(shù)量螺紋質(zhì)量/kg51540041056551543016m24463.8.4 安裝底蓋安裝底蓋采用螺栓等緊固件，上與機架連接，下與凸緣法蘭連接。是整個攪拌傳動裝置與容器連接的主要連接件。設(shè)計選取了rs型安裝底蓋。其主要尺寸查圖4-15和附表4-7 和4-8，內(nèi)容如下：/mmdnd2kd5d6sd9k

15、2d1040056551516-26415501762108-m163.8.5 機架機架是安裝減速機用的，它的尺寸應與減速機底座尺寸相匹配。其選用類型有三種，本次選用無支點機架。常用的無支點機架見附圖5-1，尺寸見附表5-6.選用wj90型無支點機架，參數(shù)如下：/mmh1h2h3h4d1d2d3d4d5d6h質(zhì)量/kg4025784004504904305155656601703.8.6 聯(lián)軸器常用的電機和減速機輸出軸與傳動軸之間及傳動軸與攪拌軸之間的連接，都是通過聯(lián)軸器連接的。常用的類型很多，選取剛性凸緣聯(lián)軸器。主要尺寸以及型式見附圖5-5，尺寸見附表5-10. 選用gt-45 質(zhì)量：17k

16、 g.3.8.7 反應釜的軸封裝置反應釜采用結(jié)構(gòu)簡單、易于制造的填料密封，采用hg 221537.7碳鋼填料箱。填料密封一般用于常壓、低壓、低轉(zhuǎn)速及允許定期維護的攪拌設(shè)備。3.8.8 支座夾套反應釜多為立式安裝，最常用的支座為耳式支座。標準耳式支座（jb/t 4725-92）分為a型和b型兩種。當設(shè)備需要保溫或直接支撐在樓板上時選用b型，否則選擇a型。設(shè)計中選取b型，支座數(shù)為4個。允許載荷為100kn 型式見附圖4-9 ，尺寸見附表4-9.支座質(zhì)量為：28.7kg 地腳螺栓： m24.3.8.9 人孔人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。設(shè)備的直徑大于900mm，應開設(shè)人孔。人

17、孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。圓形人孔制造方便。應用較為廣泛。人孔的大小及位置應以人進出設(shè)備方便為原則，對于反應釜，還要考慮攪拌器的尺寸，一便攪拌軸及攪拌器能通過人孔放入罐體內(nèi)。其主要尺寸見附表4-11 ，型式見附圖4-11.密封面型式：突面（rf型） 公稱壓力：1.0mpa 公稱直徑 ：dn=400mm總質(zhì)量：125kg 螺柱：20個 螺栓：40個。 螺柱：m24-1253.8.10 設(shè)備接口化工容器及設(shè)備，往往由于工藝操作等原因，在筒體和封頭上需要開一些各種用途的孔。接管和法蘭是用來與管道和其他設(shè)備連接的。標準管法蘭的主要參數(shù)是公稱直徑和公稱壓力。管子的公稱直徑和與鋼管的外徑的關(guān)系見表4-1

18、3.接管的伸長度一般為從法蘭密封面到殼體外徑為150mm。液體出料管的設(shè)計主要從無聊易放盡、阻力小和不易堵塞等原因考慮。另外還要考慮溫差應力的影響。數(shù)據(jù)表格：表-1：筒體和夾套的尺寸計算步驟項目及代號參數(shù)及結(jié)果備注1-1全容積2.5由工藝條件給定1-2操作容積2由工藝條件給定1-3傳熱面積7由工藝條件給定1-4釜體形式圓筒形常用結(jié)構(gòu)1-5封頭形式橢圓形常用結(jié)構(gòu)1-6長徑比1.1按表4-2選取1-7計算罐體筒體內(nèi)徑1.425按表(4-1)計算1-8圓整筒體內(nèi)徑1400按附表d-1選取1-9一米高的容積1.539按附表d-1選取1-10釜體封頭容積0.3977按附表d-2選取1-11釜體高度1.3

19、66按表(4-2)計算1-12圓整釜體高度h11500選取1-13實際容積2.5523按表(4-3)計算1-14夾套筒體內(nèi)徑1500按表(4-3)選取1-15裝料系數(shù) 按0.8計算或選取1-16夾套筒體高度1.041按式（4-4）計算1-17圓整筒體夾套高度1100選取1-18罐體封頭表面積2.2346按附表d-2選取1-19一米高筒體內(nèi)表面積4.40按附表d-1選取1-20實際總傳熱面積7.07467按式（4-5）校核表-2：夾套反應釜的強度計（按外壓計算罐體及夾套厚度）步驟項目及代號參數(shù)及結(jié)果備注2-1設(shè)備材料20r據(jù)工藝條件確定2-2設(shè)計壓力(罐體內(nèi)) 0.2由工藝條件給定2-3設(shè)計壓力(夾套內(nèi)) 0.3由工藝條件給定2-4設(shè)計溫度(罐體內(nèi)) 0.3參考文獻1第九章計算穩(wěn)定性滿足要求3-31罐體封頭最小厚度2.1,滿足要求表-4：水壓試驗校核序號項目及代號參數(shù)及結(jié)果備注4-1罐體試驗壓力0.25參考文獻1第十五章計算4-2夾套水壓試驗壓力0.432參考文獻1第十五章計算4-3材料屈服應力點245參考文獻1第八章計算4-4187.4參考文獻1第十五章計算4-5罐體圓筒應力28.3179.8參考文獻1第十五章計算4-6夾套內(nèi)壓