攪拌反應(yīng)釜設(shè)計

1、 <<化工容器>>課程設(shè)計攪拌反應(yīng)釜設(shè)計姓名: 余景超 學(xué)號: 2010115189 專業(yè): 過程裝備與控制工程 學(xué)院: 化工學(xué)院 指導(dǎo)老師: 淡勇 老師 2013年 6 月 18 日 目錄一 設(shè)計內(nèi)容概述1. 1 設(shè)計要求1. 2 設(shè)計參數(shù)1. 3 設(shè)計步驟二 罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計2. 1 幾何尺寸2. 2 厚度計算2. 3 最小壁厚2. 4 應(yīng)力校核三 傳動部分的部件選取 3.1 攪拌器的設(shè)計 3.2 電機選取 3.3 減速器選取 3.4 傳動軸設(shè)計 3.5 支撐與密封設(shè)計 四 標準零部件的選取 4.1 手孔 4.2 視鏡 4.3 法蘭 4.4 接管 五 參考文獻

2、一 設(shè)計內(nèi)容概述設(shè)計參數(shù)及要求容器內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力，MPa0.180.25設(shè)計壓力，MPa0.20.3工作溫度，100130設(shè)計溫度，120150介質(zhì)染料及有機溶劑冷卻水或蒸汽全容積, 1.0操作容積, 0.80傳熱面積, 3腐蝕情況微弱推薦材料Q235-A 接 管 表符號公稱尺寸 DN連接面形式用途A25蒸汽入口B25加料口C80視鏡D65溫度計管口E25壓縮空氣入口F40放料口G25冷凝水出口H100手孔 （一）設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計一臺夾套傳熱式配料罐 （二）設(shè)計要求： 壓力容器的基本要求是安全性和經(jīng)濟性的統(tǒng)一。安全是前提，經(jīng)濟是目標，在充分保證安全的前提下，盡可能做到經(jīng)濟。經(jīng)濟性包括材料的節(jié)約

3、，經(jīng)濟的制造過程，經(jīng)濟的安裝維修。攪拌容器常被稱為攪拌釜，當作反應(yīng)器用時，稱為攪拌釜式反應(yīng)器，簡稱反應(yīng)釜。反應(yīng)釜廣泛應(yīng)用于合成塑料、合成纖維、合成橡膠、農(nóng)藥、化肥等行業(yè)。反應(yīng)釜由攪拌器、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置及支座、人孔、工藝接管等附件組成。壓力容器的設(shè)計，包括設(shè)計圖樣，技術(shù)條件，強度計算書，必要時還要包括設(shè)計或安裝、使用說明書。若按分析設(shè)計標準設(shè)計，還應(yīng)提供應(yīng)力分析報告。強度計算書的內(nèi)容至少應(yīng)包括：設(shè)計條件，所用規(guī)范和標準、材料、腐蝕裕度、計算厚度、名義厚度、計算應(yīng)力等。設(shè)計圖樣包括總圖和零部件圖。設(shè)計條件，應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)提供的原始數(shù)據(jù)和工藝要求進行設(shè)計，即首先滿足工藝設(shè)計條件。設(shè)計條

4、件常用設(shè)計條件圖表示，主要包括簡圖，設(shè)計要求，接管表等內(nèi)容。簡圖示意性地畫出了容器的主體，主要內(nèi)件的形狀，部分結(jié)構(gòu)尺寸，接管位置，支座形式及其它需要表達的內(nèi)容。 （二）設(shè)計參數(shù)和技術(shù)性能指標 （三）設(shè)計步驟：1.進行罐體和夾套設(shè)計計算；2.攪拌器設(shè)計； 3.傳動系統(tǒng)設(shè)計； 4.選擇軸封；5.選擇支座形式并計算；6.手孔校核計算；7. 選擇接管，管法蘭，設(shè)備法蘭。 一、 確定筒體和封頭的幾何尺寸（1）筒體和封頭的形式   選擇圓柱筒體及橢圓形封頭。（2）確定筒體和封頭的直徑   設(shè)備容積要求1m常從锪銜-液類型，故由式（4-1）：H1/D1=1-1.3，考

5、慮容器不大，為使直徑不致太小，在頂蓋上容易布置接管和傳動裝置，故選取H1/D1=1.2。D1由(4-1)估算：D1=4V/H1/D1=41/1.2=1.0621 將D1的估算值圓整到公稱直徑系列，故取D1=1000mm.封頭內(nèi)徑值采用橢圓型封頭，直邊高h0由附表4-2初選h0=40mm。（3）確定筒體高度H1  當D1=1000mm, h0=40mm時，由附表4-2查得橢圓形封頭的容積V=0.1623 m常篩獎4-1查得筒體1m高的容積V1米=0.785 m/m，按式（4-2）：H1=V-V封/V1米=（1-0.1623）/0.785=1.067m取H1=1.0m，于是H1

6、/D1=1.062/1.067=1。（4）選取夾套直徑  D= D1+100=1100mm。夾套封頭也采用橢圓形并與夾套筒體取相同直徑。（1）確定夾套高度  按式（4-4）定夾套高度H2，式中為裝料系數(shù)，=操作容積/設(shè)備容積=08/1=0.8，代入公式：  H2(V- V封)/ V1米=0.812  取H2=950mm。（2）校核傳熱面積下工藝要求傳熱面積為3 m常篩獎4-1、4-2，封頭表面積F封=1.2096m，1m高筒節(jié)表面積F筒=H2F1m=0.83.14=2.512 m，則：實際總傳熱面積F=F封+F筒=1.2096+2.512=3.7604

7、m>7 m?？捎?。2釜體及夾套的強度計算（1）選擇設(shè)備材料，確定設(shè)計壓力  由已知建議并分析工藝要求和腐蝕因素，決定采用建議意見，選用Q235-A熱軋鋼板，其中100-150下的許用應(yīng)力為：ó=113Mpa。設(shè)計壓力的確定：夾套的筒體和封頭是內(nèi)壓容器，按已知：設(shè)計壓力P=0.3Mpa；釜體的筒體和封頭既受內(nèi)壓又受外壓的作用。內(nèi)壓設(shè)計壓力P=0.2Mpa，設(shè)計外壓的取法是考慮操作過程出現(xiàn)的最大壓力差，所以取P=0.3Mpa為設(shè)計外壓。（2）夾套的筒體和封頭壁厚計算夾套筒體壁厚夾=PD夾/（2ó-P）+C    式中，P=0.3Mp

8、a；D夾=1100mm；ó=113Mpa；為焊縫系數(shù)，采用雙面焊縫，進行局部無損探傷檢查：=0.85（夾套封頭用鋼板拼焊）；壁厚附加量C=C1+C2+C3，Q1 其中C1為鋼板負偏差，初步取C1=0.6mm, 腐蝕裕量C2=2mm,熱加工減薄量C3=2（封頭熱加工C3=0.5mm），因此：C=0.6+2+0=2.6mm夾=(0.31100)/(21130.85-0.3)+2.6=4.32mm,圓整到鋼板厚度標準規(guī)格，取夾=5mm。夾套封頭壁厚封夾=PD夾/2ó -0.5P+C+C式中：P、D夾、ó、取值同上式，其中C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1m

9、m，代入上式：   封夾=0.31100/21130.85-0.50.3+3.1=4.819mm為照顧到筒體和封頭焊接的方便取封夾=夾=5mm。（3）釜體的筒體壁厚筒1）  按承受0.2Mpa的內(nèi)壓設(shè)計                          筒PD1/（2ó-P）+C式中，設(shè)計壓力P=0.2Mpa

10、；筒體內(nèi)徑D1=1000mm；許用應(yīng)力ó=113Mpa(同夾套材料)；焊縫同夾套，故=0.85，壁厚附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm；上述各值代入上式：筒（0.21000/21130.85）+2.6=3.642mm2）  按承受0.3Mpa的外壓設(shè)計設(shè)罐體筒體的名義厚度1n=7mm厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm罐體筒體有效厚度1e=1n-C=7-2.6=4.4mm罐體筒體外徑D10=D1+21n=1000+27=1014mm筒體計算長度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1034.8mm系數(shù)L/D0=10

11、34.8/1014=1.205     系數(shù)D0/e=1014/4.4=230由參考資料圖9-7，查得 ：系數(shù) A=0.000255，系數(shù) B=38 則許用外壓P=Be/D=（384.4）/1014=0.165<3Mpa 因此壁厚4.4mm不能滿足外壓穩(wěn)定要求，需增大壁厚重新計算?，F(xiàn)重新假設(shè)1n=8mm厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm罐體筒體有效厚度1e=1n-C=8-2.6=5.4mm罐體筒體外徑D10=D1+21n=1000+28=1016mm筒體計算長度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1035

12、.13mm系數(shù)L/D0=1034.8/1014=1.019    系數(shù)D0/e=1016/5.4=188由參考資料圖9-7，查得 ：系數(shù) A=0.00046，系數(shù) B=63 則許用外壓P=Be/D=635.4/1016=0.335>0.3Mp故e=5.4mm滿足外壓穩(wěn)定性要求,其圓整到標準鋼板厚度規(guī)格取e=8mm.(4)釜體的封頭壁厚計算1)     按內(nèi)壓計算封:封PD1/（2ó-0.5P）+C式中,P=0.2Mpa,D1=1000mm, =0.85, ó=113Mpa, C=C1+C2+C3=0

13、.6+2+0.5=3.1mm,代入上式:封0.21000/(21130.85-0.50.2)+3.1=4.14mm考慮到封頭與筒體的焊接方便取封頭與筒體等壁厚封=8mm.2)按外壓校核封,采用圖算法:封頭計算壁厚0=- C=8-3.1=4.9mm橢圓封頭的計算當量半徑Rv=K1D1,由設(shè)計規(guī)定或查資料知K1=0.9,故Rv=0.91000=900mm;系數(shù)A=0.1250/Rv=0.1254.9/900=0.000681,由圖查得B=92,則許用外壓P:P=B(0/Rv)=92(4.9/900)=0.501Mpa大于水壓實驗時的壓力0.4Mpa,故用封=8mm,外壓穩(wěn)定安全.(5)水壓實驗校核

14、1)     確定實驗水壓Pr,根據(jù)設(shè)計規(guī)定知:釜體水壓取Pr=P+0.1=0.2+0.1=0.3 Mpa夾套水壓取Pr=P+0.1=0.3+0.1=0.4 Mpa2)     內(nèi)壓實驗時:釜體筒壁內(nèi)壓應(yīng)力r=PrD1+(S-C)/2(S-C)=0.31000+(8-2.6)/2(8-2.6)=27.93Mpa.                 &

15、#160;                                     夾套筒壁內(nèi)壓應(yīng)力r夾= D1+(S-C)/2(S-C)=0.31000+(5.4-2.6)/2(5.4-2.6)=78.77Mpa.釜體封頭壁內(nèi)應(yīng)力r封=P

16、K1D1+0.5(S-C)/2(S-C)=0.30.91000+0.5(8-3.1)/2(8-3.1)=27.63Mpa夾套封頭壁內(nèi)應(yīng)力r封=PK1D1+0.5(S-C)/2(S-C)=0.40.91100+0.5(5.4-3.1)/2(5.4-3.1)=86.19Mpa因Q235-A常溫=235Mpa,看出r,r夾,r夾,r封夾都小于0.9s=0.9235=211.5Mpa,故水壓實驗安全.3)     外壓水壓實驗釜體筒體外壓校核:0=- C=8-2.6=5.4mm,D0/0=1010.8/5.4=187,L/D0=1035.13/1010.8=1.

17、024由圖查A=0.00045,B=62, 故許用外壓P=BS0/D0=625.4/1010.8=0.331Mpa<水壓壓力Pr=0.4Mpa,故在0.4Mpa外壓水壓實驗時應(yīng)在釜體內(nèi)充壓,以防釜體筒體失穩(wěn).釜體底封頭外壓校核  因其允許外壓P=0.501Mpa>外壓Pr=0.4Mpa,故安全.                        &#

18、160;計 算 結(jié) 果 釜體夾套筒體8 mm5 mm封頭8 mm5 mm 3.5 支撐與密封設(shè)計 反應(yīng)釜是立式安裝，故采用耳式支座，并選擇B型筋板。選擇的耳式支座支座號為3，允許載荷30KN，高度200mm，地腳螺栓30-M24。反應(yīng)釜攪拌軸處的密封，屬于動密封，選用填料密封。用PN=0.6MPa,軸頸d=40mm,D1=175mm,D2=145mm,H=147mm。四 標準零部件的選取 4.1 支座 1）支坐類型:根據(jù)罐體的公稱直徑是1000mm,可由參考文獻2的附表4-9選擇標準耳式支坐，又因設(shè)備思需要保溫故選擇B型，由 JB/T 472592可知選擇 耳座B3。2）數(shù)量：4個（

19、對稱且承重）。3）Q=30KN。 4.2 手孔查參考文獻2的附表4-10，根據(jù)DN=150mm，PN=1.0Mpa,選擇帶頸平焊法蘭手孔，其有關(guān)資料如下：標準號 HG21530-95 凹凸面 MFMH1=160mm, H2=85.5mm, m=23.3kg 4.3 視鏡由DN=80mm,PN=1.0MPa,可知選擇不帶頸的視鏡，查參考文獻可得資料如下:D=145mm,D1=120mm,b1=25mm,b2=14mm 標準號為 JB593-64-2 4.4 法蘭設(shè)備共需選用4個，其中壓力容器法蘭1個，管法蘭3個。1） 根據(jù)DN=1000mm,PN=0.6MPa,查參考文獻2的附表4-4和4-5可知選取 甲型平焊法蘭 ：名稱為 法蘭-T 900-0.6 ； 具