夾套反應釜課程設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上夾套傳熱式帶攪拌的反應釜設計說明書組員：姚 源 學號：劉勇華 學號：陳 敘 學號： 黃承標 學號：專業(yè)班級：化學工程與工藝09-1班指導老師：張淑華設計時間：2011年12月19日至2011年12月30日有攪拌裝置的夾套反應釜前言化工設備機械基礎化學工程、制藥工程類專業(yè)以及其他相近的非機械類專業(yè)，對化下設備的機械知識和設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計理論并具有設計鋼制的、典型的中、低、常壓化工容器的設計和必要的機械基礎知識。化工設備機械基礎課程設計是化工設備機械基礎課程教學中綜合性和實踐性較強的教學環(huán)節(jié)，是理論聯系實際的橋梁，是

2、學生體察工程實際問題復雜性，學習初次嘗試化工機械設計。化工設計不同于平時的作業(yè)，在設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，根據老師給定的設計要求自己選擇方案、查取數據、進行過程和設備的設計計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經過反復的比較分析，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設計?；ぴO備課程設計是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐教學環(huán)節(jié)。在教師指導下，通過裸程設計，培養(yǎng)學生獨立地運用所學到的基本理論并結合生產實際的知識，綜合地分析和解決生產實際問題的能力。因此，當學生首次完成該課程設計后，應達到一下幾個目的： 熟練掌握查閱文獻資料、收集相關數據、正確選擇公式，當缺乏必要的數據時，尚需

3、要自己通過實驗測定或到生產現場進行實際查定。 在兼顧技術先進性、可行性、經濟合理的前提下，綜合分析設計任務要求，確定化工工藝流程，進行設備選型，并提出保證過程正常、安全可行所需的檢測和計量參數，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護的有效措施。 準確而迅速的進行過程計算及主要設備的工藝設計計算及選型。 用精煉的語言、簡潔的文字、清晰地圖表來表達自己的設計思想和計算結果?；ぴO備機械基礎課程設計是一項很繁瑣的設計工作，而且在設計中除了要考慮經濟因素外，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)，因此在課程設計中要有耐心，注意多專業(yè)、多學科的綜合和相互協(xié)調。目錄1 設計方案的分析

4、和擬定（6）2. 反應釜釜體的設計（6）2.1罐體和夾套的結構設計（6）2.2 罐體幾何尺寸計算（7）2.2.1確定筒體內徑 （7）2.2.2 確定封頭尺寸（7）2.2.3 確定筒體的厚度Hi（8）2.3 夾套幾何尺寸計算（8）2.4 夾套反應釜的強度計算 （9）24.1 強度計算的原則及依據（9）2.4.2 按內壓對圓筒和封頭進行強度計算（9）2.4.3 按外壓對筒體和封頭進行強度校核（10）2.4.4 夾套厚度計算 （11）2.4.5 水壓試驗校核計算（11）3反應釜的攪拌裝置（12）3.1 攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結構設計（12）3.2 攪拌軸設計（13）4 反應釜的傳動裝置（14

5、）4.1 常用電機及其連接（14）4.2 釜用減速機類型，標準及其選用（14）4.3 凸緣法蘭（15）4.4 安裝底蓋（15）4.5 機架 （15）4.6 聯軸器（16）5 反應釜的軸封裝置 （16）6 反應釜的其他附件（16）6.1 支座 （16）6.2人孔 （17）6.3 設備接口 （17）7 設備總質量（17）反應釜的裝配圖 (18)設計任務書設計目的：把所學化工設備機械基礎及相關知識，在課程設計中綜合運用，把化工工藝條件與化工設備設計有機地結合起來，鞏固和強化有關機械課程的基本理論和基本知識。設計要求：(1)進行罐體和夾套設計計算(2)進行攪拌傳動系統(tǒng)設計a.進行傳動系統(tǒng)方案設計(指定

6、用V帶傳動);b.做帶傳動設計計算(指定用電機Y132M2-6,轉速960r/min,功率5.5kw);c.進行上軸的結構設計和強度校核;d.選擇軸承并進行軸承壽命校核;e.選擇聯軸器;f.進行罐內攪拌軸的結構設計及攪拌器與攪拌軸的連接結構設計;g.選擇軸封的型式(3)設計機架結構(4)選擇凸緣法蘭及安裝底蓋結構(5)選擇接管管法蘭設備法蘭手孔試鏡等容器附件(7)繪總裝配圖(A2紙)(8)繪傳動系統(tǒng)部件圖設計內容：設計一臺夾套傳熱式帶有攪拌裝置的反應釜。 設計任務書設計參數要求容器內夾套內工作壓力 ，Mpa0.200.25設計壓力 ，Mpa0.220.3工作溫度 ，100130設計溫度 ，12

7、0150介質有機溶劑蒸汽全容積V ，m³0.8操作容積V1 ，m³0.64傳熱面積 ，m³>3腐蝕情況微弱推薦材料Q345-A攪拌器型式推進式攪拌軸轉速 ，r/min200軸功率 ，KW4接管表符號公稱尺寸連接面形式用途A25PL/RF蒸汽入口B65加料口C12100PL/RF視鏡D25PL/RF溫度計管口E25PL/RF壓縮空氣入口F40PL/RF放料口G25PL/RF冷凝水出口1 設計方案的分析和擬定 根據任務書中的要求，一個夾套反應釜主要有攪拌容器、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管等一些附件構成。而攪拌容器又可以分為罐體和夾套兩部分。

8、攪拌裝置分為攪拌器和攪拌軸，根據任務說明書的要求本次設計攪拌器為推進式攪拌器；考慮到填料軸封的實用性和應用的廣泛性，所以軸封采用填料軸封。在閱讀了設計任務書后,按以下內容和步驟進行夾套反應釜的機械設計。（1）總體結構設計,包括進行罐體和夾套設計計算。根據工藝的要求，并考慮到制造安裝和維護檢修的方便來確定各部分結構形式。（2）攪拌器傳動系統(tǒng)的設計。 根據工藝參數確定各部幾何尺寸； 考慮壓力、溫度、腐蝕因素，選擇釜體和夾套材料； 對罐體、夾套進行強度和穩(wěn)定性計算、校核；（3）傳動系統(tǒng)設計，包括選擇電機、確定傳動類型、選擇聯軸器等。（4）決定并選擇軸封類型及有關零部件。（5）繪圖，包括總圖、部件圖。

9、（6）編制技術要求，提出制造、裝配、檢驗和試車等方面的要求。2. 反應釜釜體的設計反應釜是有罐體和夾套兩部分構成，罐體是反應的核心，為物料完成攪拌過程提供一個空間。夾套為反應的操作溫度提供保障，是一個套在罐體外的密封空間容器。21罐體和夾套的結構設計罐體采用立式的圓筒形容器，有筒體和封頭構成。通過支座安裝在基礎平臺上。封頭一般采用橢圓形封頭。由于筒體內徑Di<1200mm，因此下封頭與筒體的連接采用焊接連接。而為了拆卸清洗方便，上封頭采用法蘭與筒體連接。夾套型式與罐體大致一致。2.2 罐體幾何尺寸計算2.2.1確定筒體內徑 一般有工藝條件給定容積V、筒體內徑Di 估算： 式中i為長徑比即

10、： ，由表4-2選取。根據題意取i=1.0，已知V=0.8 m3,則Di =1006mm, 將Di 圓整到公稱直徑系列，則Di =1000(mm).2.2.2 確定封頭尺寸 （1）橢圓封頭選取標準件，它的內徑與筒體內徑相同，標準橢圓封頭尺寸見附表4-2.即DN=Di =1000（mm） 曲邊高度 hi =250mm 直邊高度h2=25mm 容積V封=0.1505 m3 （2）封頭厚度計算 由公式 其中Pc =0.228 =189MP (由參考文獻附表9查的)封頭焊接采取雙面焊、全焊透，局部無損傷 ，則=0.85計算S=0.228×1000/(2×189×0.85-

11、0.5×0.228)=0.710 mm由參考文獻一 表4-9查得：負偏差 C1=0.25mm由參考文獻一表4-11查得：腐蝕裕量C2=2mm計算名義厚度 Sn=S+C1+C2=0.710+0.25+2=2.960mm故封頭厚度取2.960mm（3）由于S<10mm 則封頭的直邊高度 h2 =25mm有附表4-2 知封頭內表面積F封=1.1625m2 容積V封=0.1505m3 2.2.3 確定筒體的厚度Hi 反應釜容積V通常按下封頭和筒體兩部分容積之和計算。則筒體高度Hi按下式計算并進行圓整：Hi=(VV封)/Vim 式中V封 -封頭容積：0.1505 m3Vim -1m高筒體

12、容積（見附表4-1）：Vim =0.785 m3 /m 得 Hi= (0.8-0.1505)/0.785=0.8274m圓整后的Hi=0.9m=900mm按筒高圓整后修正實際容積： V= Vim×Hi + V封 =0.9*0.785+0.1505=0.857m3 >0.64 m32.3 夾套幾何尺寸計算 夾套和筒體的連接常焊接成封閉結構，夾套的結構尺寸常根據安裝和工藝兩方面的要求而定。夾套的安裝尺寸，夾套內徑D2可根據筒體內徑D1按表4-3選?。篋2 =D1+100=1100mm 夾套下封頭型式同筒體封頭，直徑D2與夾套筒體相同。 夾套高H2有傳熱面積而決定，不能低于料液高，裝

13、料系數 ： =操作容積/全容積=0.64÷0.8=0.8夾套高H2 計算：H2 = （V-V封）÷Vim 代入數值計算得：H2 =0.6816m夾套所包圍的罐體的表面積，一定要大于工藝要求的傳熱面積F，即： F封F筒>=F 其中 F筒=H2 ×F1m 故 F封F筒 =1.16253.14×0.6816=3.30 m2>3 m2所以換熱要求滿足。筒體和上封頭的連接采用甲型平焊法蘭連接，選取凹凸密封面法蘭，其尺寸見附圖4-2，主要尺寸由附表4-4查的，其中：D=1530mm D1=1490mm D2=1455mm D3=1441mmD4=1438

14、mm S=46mm d=23mm 2.4 夾套反應釜的強度計算 夾套反應釜幾何尺寸確定后，要根據已知的公稱直徑，設計壓力和設計溫度進行強度計算確定罐體及夾套的筒體和封頭的厚度。24.1 強度計算的原則及依據強度計算中各參數的選取及計算，均應符合GB150-1998鋼制壓力容器的規(guī)定。圓筒為正壓外帶夾套時：當圓筒的公稱直徑DN>=600時，被夾套包圍部分的圓筒分別按內壓圓筒和外壓圓筒計算，取其中較大值，其余部分按內壓圓筒設計。2.4.2 按內壓對圓筒和封頭進行強度計算（1）筒體強度計算已知：Tc=120 Pc=0.22Mpa =189MP = 0.85 S=(PcDi)/(2-Pc) =0

15、.71 負偏差 C2=0.25mm腐蝕裕量 C2=2 名義厚度 Sn=SC1C2=2.96(2)封頭厚度計算 S=(PcDi)/(2-0.5Pc) =0.71同理名義厚度 ： Sn=SC1C2=2.962.4.3 按外壓對筒體和封頭進行強度校核（1）筒體圖算法強度校核計算 由于D0/Se=1012/3.75=270 當罐體筒體名義厚度Sn=6mm 令Se=Sn-C=3.75mmD0=Di+2Sn=1012mm 則 L/D0=783÷1012=0.774 查圖11-5得 A=0.0004 查圖11-8 由于Tc =120 則B=56Mpa計算許應外壓力p p=B/( D0/Se)=0.

16、21Mpa所以 p<=pc 故筒體厚度Sn不取6mm令Sn=7mm, 同理有, Se=Sn-C=4.75mm, D0=Di+2Sn=1014mm,L/D0=783÷1014=0.772, D0/Se=1014/4.75=213,A=0.0006,B=87所以對應的許用外壓p p=B/( Do/Se)=0.408Mpa>0.3 Mpa所以筒體厚度Sn取7mm(2)外壓封頭強度校核計算設封頭名義厚度 Sn=7mm 計算有效厚度Se=Sn-C=4.75mmR0=K1D0 式中K1 =0.9 D0 =Di+2Sn=1014mmR0 =0.9×1014=913mm 計算系

17、數A A=0.125/(Ro/Se)=0.00065查參考文獻1中圖11-8 T=<120 查的系數B=95 p=B/( Ro/Se)=0.494>0.3p>pc 所以封頭厚度確定 Sn=7mm2.4.4 夾套厚度計算 (1)夾套筒體部分厚度計算由 P c 2=0.3Mpa T c 2=<150 =189MP =0.85 S2=(Pc2Di)/(2-Pc2)=0.79mm 不滿足剛度條件所以取最小厚度作為計算厚度S=3mm腐蝕裕量 C2=2mm則 夾套筒體設計厚度Sn2=SC2=5mm（2）夾套封頭厚度計算 同理 ：S2=(Pc2Di)/(2-0.5Pc2)=0.79m

18、m不滿足剛度條件,所以取最小厚度作為計算厚度S=3mm 則 Sn2=S3C2=5mm2.4.5 水壓試驗校核計算夾套反應釜應對罐體和夾套分別進行水壓試驗，并校核圓筒應力T（1） 罐體水壓試驗由于t 故 pT=1.25p=1.25Pc=0.275Mpa=24.1Mpa材料屈服點應力 s=345Mpa 0.9 s=263.9Mpa 0.9 s 所以罐體水壓試驗強度足夠（2）由于t 故 pT=1.25p=1.25Pc2=0.375Mpa36.1Mpa材料屈服點應力 s=345Mpa 0.9 s=263.9Mpa 0.9 s 所以夾套水壓試驗強度足夠3 反應釜的攪拌裝置攪拌裝置由攪拌器、軸及其支撐組成

19、。攪拌器的形式很多，根據任務說明書的要求，本次設計采用的是推進式攪拌器。其機械設計的主要內容是：確定攪拌器直徑、攪拌器與攪拌軸的連接結構。、進行攪拌軸的強度設計和臨界轉速校核、選擇軸的支撐結構。由表4-4 查的D1/DJ取推進式:(4：1)(4：1) H0/DJ不限有實際情況取D1/DJ=4：1 H0/DJ=1:1則： 攪拌器直徑 DJ=300mm 液面高度： H0=300mm3.1 攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結構設計 槳式攪拌器結構如圖4-7所示，其槳葉為三葉。軸轉速為200r/min ,采用單層槳安裝在與下封頭焊縫等高的位置。攪拌器與軸的連接是通過套用平鍵或緊定螺釘固定.軸端加固定螺母

20、。攪拌器主要尺寸有表4-5查的： DJ=300mm D=50mm d1=80mm H=65mm N/n不大于0.02 Do:M12 鍵槽B:12mm 鍵槽t:43.6mm 質量為3.62Kg3.2 攪拌軸設計攪拌軸的機械設計內容同一般傳動軸，主要是結構設計和強度校核（1） 攪拌軸的結構：用實心直軸，V帶傳動的上軸一端安裝大帶輪,另一端安裝剛性聯軸器,帶輪和聯軸器均采用平鍵傳動,考慮到帶輪和聯軸器的軸向定位均加軸肩,并在軸端采用擋圈軸向固定.（2） 確定最小軸徑: 軸功率P4KW ，攪拌軸的轉速n200r/min，材料為45鋼 , 35，剪切彈性模量G8×104MPa，許用單位扭轉角1

21、.0°/m，系數A取112。則軸端直徑d>=Ao×（p/n）1/3=30.4mm, 軸所傳遞的轉矩T=9500p/n=191N.m考慮開鍵槽和物料對軸的腐蝕,軸徑擴大7%,即d=32.528mm.圓整取較大值,所以d=40mm.由結構確定其他各段軸徑: 帶輪和聯軸器軸向定位的軸肩d2=45mm,取軸端擋圈公稱直徑50mm.（3） 攪拌軸強度校核 軸扭轉的強度條件是： （參考文獻1.公式9-5） 對45剛 k=35Mpa 對實心軸 Wp=d3/16=12560mm3 T=9.55×106 p/n=Nmm 則：max =15.207<k 故 d=40mm

22、強度足夠（4） 攪拌軸的形位公差和表面粗糙度的要求： 一般攪拌軸要求運轉平穩(wěn)，為防止軸的彎曲對軸封處的不利影響，因此軸安裝和加工要控制軸的直度。 當轉速 n<200r/min 時直度允許誤差：1000：0.1。 軸的表面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的一對軸承支承。當攪拌軸較長時，軸的剛度條件變壞。為保證攪拌軸懸臂穩(wěn)定性，軸的懸臂長L1，軸徑d 和兩軸承間距B應滿足以下關系：L1/B45; L1/d4050 攪拌軸的支承常采用滾動軸承。安裝軸承處的公差帶常采用K6.外殼孔的公差帶常采用H7 。安裝軸承處軸的配合表面粗糙度Ra取0.8 ,外

23、殼孔與軸承配合表面粗糙度Ra取1.64 反應釜的傳動裝置反應釜的攪拌器是由傳動裝置來帶動。傳動裝置設置在釜頂封頭的上部，其設計內容一般包括：電機；減速機的選型；選擇聯軸器；選用和設計機架和底座等。4.1 常用電機及其連接按設計任務書要求,選用電機Y132M2-6,其軸功率為5.5Kw,軸轉速為n=960r/min ,電流為12.6A,最大扭矩為2.0,轉動慣量為0.0449Kg.m2,質量為84Kg,V型帶傳動.4.2 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：機軸轉速 n=50r/min 電機功率為5.5Kw, 攪拌軸轉速為n1=200r/min,I況系數KA=1.2, 又

24、有傳動比i=n/n1=960/200=4.8,d1=106mm所以減速機得設計功率Pd=KA*P=6.6Kw.轉速v=3.14d×960/(60×1000)=5.32544r/min>5r/min,選取滑動率0.02,則大帶輪直徑d2=(1-0.02)id1=0.98×4.8×106=498.624mm,圓整后取d2=500mm4.3 凸緣法蘭選取R型(DN=200mm)4.4 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。設計選取了RS型安裝底蓋。其主要尺寸查附圖4-7和附表4-7,選

25、取安裝底蓋DN=250mm，并確定其尺寸。 4.5 機架選PV6減速機自帶機架4.6 聯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，都是通過聯軸器連接的。扭矩Tca=KAT=1.3×955×P/n=247N.m,按軸徑d=40mm,由Tca及n條件查標準尺寸,查得TL6的數據為d1=40mm,許用最大扭矩為250N.m,nmax=2800r/min,滿足要求.所以選用TL6型彈性聯軸器5 反應釜的軸封裝置軸封式攪拌設備的一個重要組成部分。其任務是保證攪拌設備內處于一定的正壓和真空狀態(tài)以及防止物料溢出和雜質的摻入。鑒于攪拌設備以立式容器中心頂插式為主，

26、很少滿釜操作，軸封的對象主要為氣體；而且攪拌設備由于反應工況復雜，軸的偏擺震動大，運轉穩(wěn)定性差等特點，故不是所有形式的軸封都能用于攪拌設備上。反應釜攪拌軸處的密封，屬于動密封，常用的有填料密封和機械密封兩種形式。他們都有標準，設計時可根據要求直接選用。這次設計選用填料密封,因為軸徑d=40mm,查得D1=175mm,D2=145mm,D3=110mm,H=147mm,填料規(guī)格10*10,法蘭螺栓孔4*18mm,填料箱質量為7.5Kg.6 反應釜的其他附件6.1 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。當設備需要保溫或直接支

27、撐在樓板上時選用B型，否則選擇A型。設計中選取B型耳式支座B3，支座數為4個。允許載荷為100KN 型式見附圖4-9 ，尺寸見附表4-9.支座質量為：33.2Kg 地腳螺栓： M24.6.2人孔人孔的設置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設備內部的裝置。設備的直徑大于900mm，應開設人孔。人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。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=450mm總質量：

28、125Kg 螺柱：20個 螺栓：40個。 螺柱：M24-1256.3 設備接口化工容器及設備，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備連接的。標準管法蘭的主要參數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系見表4-13.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。7 設備總質量7.1 罐體和夾套總質量m1的計算 查表D-1得罐體筒體公稱直徑DN=900mm，筒體厚度的筒體筒節(jié)每米質量為224kg。查表D-3得罐體封頭公稱直徑DN=

29、900mm，封頭的厚度的封頭的質量為74.1kg。查表D-1得，DN=1000mm，的夾套筒節(jié)每米質量為249kg。查表D-5得公稱直徑DN=900mm，PN=0.25MPa的甲型平焊法蘭的凸面法蘭的質量為54.6kg，凹面法蘭的質量為52.7kg。其他接管取500kg，則7.傳動裝置總質量查表E-3得機架重46kg；查表得減速機重320kg；查表D-4得DN=200mm的凸緣法蘭重19kg；密封裝置及其他附屬件約為100kg；查表E-4得聯軸器重5.43kg。則 7.物料重量計算取裝料系數=0.8，則操作容積為V操=0.8V=0.664m3有7.冷卻水重量計算冷卻水充滿夾套的體積約為0.7 0.8=0.56m3，則 故設備總重量8