化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)夾套反應(yīng)釜設(shè)計(jì)書

1、摘 要 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)是針對(duì)化學(xué)工程、制藥工程類專業(yè)以及其他相近的非機(jī)械類專業(yè)，對(duì)化學(xué)設(shè)備的機(jī)械知識(shí)和設(shè)計(jì)能力的要求而編寫的。通過此課程的學(xué)習(xí)，是通過學(xué)習(xí)使同學(xué)掌握基本的設(shè)計(jì)理論并且具有設(shè)計(jì)鋼制典型的中、低、常壓化工容器的設(shè)計(jì)和必要的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)。 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是學(xué)生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性，學(xué)習(xí)初次嘗試化工機(jī)械設(shè)計(jì)?；ぴO(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要同學(xué)獨(dú)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(jì)要求自己選擇方案、查取數(shù)據(jù)、進(jìn)行過程和設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，

2、經(jīng)過反復(fù)的比較分析，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。 化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)師培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的重要事件教學(xué)環(huán)節(jié)。在教師指導(dǎo)下，通過課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立地運(yùn)用所學(xué)到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的知識(shí)，綜合地分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。因此，當(dāng)學(xué)生首次完成該課程設(shè)計(jì)后應(yīng)達(dá)到以下幾個(gè)目的：(1)熟練掌握查血文獻(xiàn)資料、收集相關(guān)數(shù)據(jù)、正確選擇公式，當(dāng)缺乏必要的數(shù)據(jù)時(shí)，尚需要自己通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定或到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際查定。(2)在兼顧技術(shù)先進(jìn)性、可行性、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，綜合分析設(shè)計(jì)任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進(jìn)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(cè)和計(jì)量參數(shù)，同時(shí)還要考慮改善勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的有

3、效措施。(3)準(zhǔn)確而迅速的進(jìn)行過程計(jì)算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算及選型。(4)用精煉的語言、簡(jiǎn)潔的文字、清晰地圖標(biāo)來表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想和計(jì)算結(jié)果。 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很繁瑣的設(shè)計(jì)工作，而且在設(shè)計(jì)中除了要考慮經(jīng)濟(jì)因素外，環(huán)保也是一項(xiàng)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(jì)中要有耐心，注意多專業(yè)、多學(xué)科的綜合和相互協(xié)調(diào)。目 錄第一章 夾套反應(yīng)釜技術(shù)要求4第二章 夾套反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的內(nèi)容4第三章 筒體和夾套的設(shè)計(jì)53.1筒體和夾套的設(shè)計(jì)53.2罐體幾何尺寸計(jì)算63.3 夾套反應(yīng)釜的強(qiáng)度計(jì)算 63.4 穩(wěn)定性校核73.5水壓校核83.6反應(yīng)釜攪拌器93.7

4、反應(yīng)釜傳動(dòng)裝置103.8反應(yīng)釜的其他附件10數(shù)據(jù)表格12設(shè)計(jì)小結(jié)18參考文獻(xiàn)14第一章 夾套反應(yīng)釜技術(shù)要求1.本設(shè)備按照gb 1501998鋼制壓力容器進(jìn)行制造、實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)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(yīng)的法蘭的標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。4.筒體、封頭及其相連接的對(duì)接焊接接頭應(yīng)進(jìn)行x射線探傷檢查，檢測(cè)長(zhǎng)度不得少于各條焊接接頭長(zhǎng)度的20%，且不小于250mm，級(jí)為合格。5.設(shè)備制造完畢后，設(shè)備內(nèi)以0.55mpa（表壓）進(jìn)行水壓試驗(yàn)，合格后焊接夾套，夾套以0.

5、65mpa（表壓）進(jìn)行水壓試驗(yàn)。6.設(shè)備上凸緣與安裝底座的連接表面，應(yīng)在組焊后加工。7.設(shè)備組裝后，在攪拌軸上端軸封處測(cè)定軸的徑向擺動(dòng)量不得大于0.5mm，攪拌軸軸向竄動(dòng)量不得大3 mm。8. 設(shè)備組裝后，低于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，先運(yùn)轉(zhuǎn)十五分鐘后，以水代料，并使設(shè)備內(nèi)達(dá)到工作壓力；超過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，直接以水代料，嚴(yán)禁空遠(yuǎn)轉(zhuǎn)，并使設(shè)備內(nèi)達(dá)到工作壓力，進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，時(shí)間不少一小時(shí)。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，不得有不正常的噪音和振動(dòng)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(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的內(nèi)容在閱讀了設(shè)計(jì)任務(wù)書之后，按一下內(nèi)容和步驟進(jìn)行夾套反應(yīng)負(fù)的設(shè)計(jì)。（1） 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6、根據(jù)工藝要求并考慮制造、安裝和維護(hù)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(dòng)形式、軸封和各種附件的結(jié)構(gòu)形式。（2） 容器的設(shè)計(jì) 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(duì)罐體、夾套等進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算、校核；（3） 攪拌器設(shè)計(jì) 根據(jù)攪拌器類型確定相關(guān)位置和尺寸（4） 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括選擇電動(dòng)機(jī)、確定傳動(dòng)類型、選擇減速機(jī)、聯(lián)軸器、機(jī)座設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)零件、部件，寫出標(biāo)準(zhǔn)號(hào)及標(biāo)記，不必繪圖。 （7） 編制技術(shù)要

7、求 提出制造、裝配、檢驗(yàn)和試車等方面的要求。采用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條件標(biāo)注文號(hào)。 第三章 筒體和夾套的設(shè)計(jì)3.1 罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(tái)上。罐底和頂蓋采用標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(zhǎng)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(hào)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(yīng)釜容積v按照封頭和筒體兩部分容積之和計(jì)算，筒體高度按式(4-2)計(jì)算，并進(jìn)行圓整：式中 （ 封頭容積 高筒體容積 ），圓整筒體高度按照?qǐng)A整后筒體高度修正實(shí)際容積3.2.4 夾套幾何尺寸計(jì)算取裝料系數(shù)，夾套高度按式計(jì)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(shí)際傳熱面積3.3 夾套反應(yīng)釜的強(qiáng)度計(jì)算按內(nèi)壓計(jì)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(jì)壓力，夾套內(nèi)的設(shè)計(jì)壓力罐體的設(shè)計(jì)溫度，夾套的設(shè)計(jì)溫度液柱靜壓力 計(jì)算壓力 液柱將壓力，由于小于設(shè)計(jì)壓力的5%，故可忽略不計(jì)。故計(jì)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(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力罐體圓體的計(jì)算厚度夾套筒體的計(jì)算厚度罐體封頭的計(jì)算厚度夾套封頭的計(jì)算厚度 取最小厚度作為計(jì)算厚度 ，由于雙面腐蝕切微腐蝕性，故罐體筒體的設(shè)計(jì)厚度，罐體封頭的設(shè)計(jì)厚度夾套筒體的計(jì)算厚度，夾套封頭的設(shè)計(jì)厚度由參考文獻(xiàn)可知鋼板的厚度負(fù)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(qiáng)度檢驗(yàn)合格。3.4 穩(wěn)定性校核1.由強(qiáng)度計(jì)算可得罐體名義厚度 查表得4.5-5.5是鋼板的厚度負(fù)偏差則罐體筒體外徑 筒體計(jì)算長(zhǎng)度 系數(shù)計(jì)算 當(dāng)時(shí)，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(shí)筒體的計(jì)算長(zhǎng)度 系數(shù)計(jì)算 由表可知 時(shí)對(duì)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭當(dāng)量球殼半徑 系數(shù)計(jì)算 當(dāng)時(shí)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(yàn)壓力 夾套水壓試驗(yàn)壓力 查文獻(xiàn)得 ，罐體圓通應(yīng)力 ， 故筒體水壓校核合格夾套內(nèi)試驗(yàn)壓力 ， 故夾套水壓校核合格3.6 反應(yīng)釜攪拌器攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪，是反應(yīng)釜等攪拌設(shè)備的關(guān)鍵部件。攪拌器的型號(hào)主要有：槳式、推進(jìn)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(jì)的任務(wù)，也可按標(biāo)準(zhǔn)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(jì)要求。3.6.2攪拌軸設(shè)計(jì)攪拌軸的機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容同一般傳動(dòng)軸主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，對(duì)于轉(zhuǎn)速大于200r/min的要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的校核。由于本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速是200轉(zhuǎn)每分鐘，所以不必進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的校核。攪拌軸的支撐常采用滾動(dòng)軸承，參考文獻(xiàn)1地十八章計(jì)算、選擇。本設(shè)計(jì)選用圓錐滾動(dòng)軸承。1.攪拌軸的材料：選用q235-a2.攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實(shí)心直軸3.攪拌軸的強(qiáng)度校核：條件，對(duì)于q235-a ，對(duì)實(shí)心軸，故時(shí)軸的

12、強(qiáng)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(yùn)行平穩(wěn)，為了防止軸的彎曲對(duì)軸封處的影響，因此軸安裝和加工要求控制軸的直度，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于時(shí)，直度允許誤差：1000:0.15軸的粗糙度可按所配零件的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)軸支撐，當(dāng)攪拌軸較長(zhǎng)時(shí)，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(zhǎng)為l，軸徑d和兩軸的距離b應(yīng)滿足一下關(guān)系；攪拌軸的支撐采用滾動(dòng)軸承，安裝軸封處的軸的配合表面粗糙度。3.7反應(yīng)釜的傳動(dòng)裝置反應(yīng)釜的攪拌器是由傳動(dòng)裝置來帶動(dòng)。傳動(dòng)裝置設(shè)置在釜頂封頭的上部，其設(shè)計(jì)內(nèi)容一般包括：電機(jī)；減速機(jī)的選型；選擇聯(lián)軸器；選用和設(shè)計(jì)機(jī)架和底

13、座等。3.8 反應(yīng)釜其他器件3.8.1 常用電機(jī)及其連接設(shè)備選用電機(jī)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(xiàng)內(nèi)容。最常用的為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)軸功率與傳動(dòng)系統(tǒng)，軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮到又時(shí)在攪拌過程操造作中會(huì)出現(xiàn)不利條件造成功率過大。電機(jī)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(jī)類型，標(biāo)準(zhǔn)及其選用反應(yīng)釜的立式減速機(jī)的選用根據(jù)：軸轉(zhuǎn)速 n=200r/min 電機(jī)功率為2.2kw查表4-11可選：bld擺線針輪行星減速機(jī)，其尺寸從hg5-745-78 標(biāo)準(zhǔn)中選取由表4-11選的：電動(dòng)機(jī)功率：2.2kw 轉(zhuǎn)

14、速：1430r/min查附表5-4 選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)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(dòng)裝置。設(shè)計(jì)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(jī)架連接，下與凸緣法蘭連接。是整個(gè)攪拌傳動(dòng)裝置與容器連接的主要連接件。設(shè)計(jì)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(jī)架機(jī)架是安裝減速機(jī)用的，它的尺寸應(yīng)與減速機(jī)底座尺寸相匹配。其選用類型有三種，本次選用無支點(diǎn)機(jī)架。常用的無支點(diǎn)機(jī)架見附圖5-1，尺寸見附表5-6.選用wj90型無支點(diǎn)機(jī)架，參數(shù)如下：/mmh1h2h3h4d1d2d3d4d5d6h質(zhì)量/kg4025784004504904305155656601703.8.6 聯(lián)軸器常用的電機(jī)和減速機(jī)輸出軸與傳動(dòng)軸之間及傳動(dòng)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(yīng)釜的軸封裝置反應(yīng)釜采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(hù)的攪拌設(shè)備。3.8.8 支座夾套反應(yīng)釜多為立式安裝，最常用的支座為耳式支座。標(biāo)準(zhǔn)耳式支座（jb/t 4725-92）分為a型和b型兩種。當(dāng)設(shè)備需要保溫或直接支撐在樓板上時(shí)選用b型，否則選擇a型。設(shè)計(jì)中選取b型，支座數(shù)為4個(gè)。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(yīng)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(yīng)用較為廣泛。人孔的大小及位置應(yīng)以人進(jìn)出設(shè)備方便為原則，對(duì)于反應(yīng)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(gè) 螺栓：40個(gè)。 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(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)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(jì)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(yīng)力的影響。數(shù)據(jù)表格：表-1：筒體和夾套的尺寸計(jì)算步驟項(xiàng)目及代號(hào)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(zhǎng)徑比1.1按表4-2選取1-7計(jì)算罐體筒體內(nèi)徑1.425按表(4-1)計(jì)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(jì)算1-12圓整釜體高度h11500選取1-13實(shí)際容積2.5523按表(4-3)計(jì)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(jì)算或選取1-16夾套筒體高度1.041按式（4-4）計(jì)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(shí)際總傳熱面積7.07467按式（4-5）校核表-2：夾套反應(yīng)釜的強(qiáng)度計(jì)（按外壓計(jì)算罐體及夾套厚度）步驟項(xiàng)目及代號(hào)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(jì)壓力(罐體內(nèi)) 0.2由工藝條件給定2-3設(shè)計(jì)壓力(夾套內(nèi)) 0.3由工藝條件給定2-4設(shè)計(jì)溫度(罐體內(nèi)) 0.3參考文獻(xiàn)1第九章計(jì)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(yàn)校核序號(hào)項(xiàng)目及代號(hào)參數(shù)及結(jié)果備注4-1罐體試驗(yàn)壓力0.25參考文獻(xiàn)1第十五章計(jì)算4-2夾套水壓試驗(yàn)壓力0.432參考文獻(xiàn)1第十五章計(jì)算4-3材料屈服應(yīng)力點(diǎn)245參考文獻(xiàn)1第八章計(jì)算4-4187.4參考文獻(xiàn)1第十五章計(jì)算4-5罐體圓筒應(yīng)力28.3179.8參考文獻(xiàn)1第十五章計(jì)算4-6夾套內(nèi)壓