反應(yīng)結(jié)晶釜的設(shè)備設(shè)計(jì)

濟(jì)南大學(xué)課程設(shè)計(jì)PAGEPAGE13課程設(shè)計(jì)題目反應(yīng)結(jié)晶釜的設(shè)計(jì)學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師課程二〇一九年十一月四日學(xué)院專業(yè)學(xué)生學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)題目一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要內(nèi)容為反應(yīng)結(jié)晶釜的設(shè)計(jì)。該釜工藝過(guò)程：向釜內(nèi)加入2m3物料后，啟動(dòng)反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程控制在150℃和0.2Mpa的壓力，反應(yīng)結(jié)束后負(fù)壓下80～100℃蒸發(fā)溶劑，熱量由夾層0.2Mpa、130℃的蒸汽提供。達(dá)到濃度后，冷卻結(jié)晶。冷卻由夾層切換至涼水提供。其中物料產(chǎn)沫較少，經(jīng)計(jì)算傳熱面積需7m2，生產(chǎn)過(guò)程采用槳式攪拌，轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分，功率為4千瓦。二、課程設(shè)計(jì)的要求1.根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)自己認(rèn)為適宜的化工生產(chǎn)設(shè)備。2.獨(dú)立完成給定的設(shè)計(jì)任務(wù)后計(jì)算出符合要求的化工設(shè)備，要求設(shè)備選材合理，尺寸達(dá)到題目壓縮求。3.綜合應(yīng)用化學(xué)工程和相關(guān)學(xué)科的理論知識(shí)與技能，分析和解決實(shí)際問(wèn)題。4.完成課程設(shè)計(jì)的撰寫。三、文獻(xiàn)查詢方向及范圍[1]《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》（第四版），董大勤,高炳軍,董俊華編，化學(xué)工業(yè)出版社，2012年。[2]《化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》，賀匡國(guó)編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。[3]《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》（第三版），譚蔚編，天津大學(xué)出版社，2015年。目錄TOC\o"1-3"\h\u1336139121前言 1280591.1課程目的 1173051.2結(jié)晶釜的結(jié)構(gòu) 1315481.2.1結(jié)晶釜的功能和用處 1247491.2.2結(jié)晶釜設(shè)計(jì)的內(nèi)容 181242設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 259163設(shè)計(jì)方案分析 3192674反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì) 4307584.1釜體幾何尺寸的確定 433054.1.1罐體幾何尺寸計(jì)算 4220324.1.2確定釜體高度Ht 559454.1.3夾套直徑選取 594864.1.4確定夾套高度 5210084.1.5校核傳熱面積 5102984.1.6釜體及夾套受力分析 6112964.1.7夾套壁厚 6295534.1.8夾套封頭厚度 7127674.1.9釜體壁厚 7207674.1.10釜體封頭壁厚 8237304.2連接筒體和封頭的設(shè)備法蘭選擇 8212954.3支座的選用計(jì)算 8257364.3.1支座選用 8206714.3.2反應(yīng)釜總載荷計(jì)算 8284884.4人孔選擇與補(bǔ)強(qiáng)校核 9241444.5攪拌軸和傳動(dòng)計(jì)算 953134.5.1軸的強(qiáng)度計(jì)算 9318724.5.2軸的剛度計(jì)算 989544.5.3回題 1022935結(jié)論 1111791參考文獻(xiàn) 129321附錄 131前言1.1課程目的設(shè)備設(shè)計(jì)目的是要設(shè)計(jì)出一種能達(dá)到預(yù)定功能要求、具有性能好、成本低、價(jià)值最優(yōu)，能滿足市場(chǎng)需求的機(jī)械產(chǎn)品。設(shè)備設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是從抽象概念到具體產(chǎn)品的演化過(guò)程。從抽象的產(chǎn)品規(guī)劃、功能需求、原理方案設(shè)計(jì)到較具體的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不斷豐富和完善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息，直到完成整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。設(shè)備設(shè)計(jì)是一個(gè)逐步求精和細(xì)化的過(guò)程。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初期階段，設(shè)計(jì)者對(duì)于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)關(guān)系與參數(shù)的表達(dá)，往往是模糊的和不完善的。隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的發(fā)展，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和參數(shù)關(guān)系才逐漸清晰和不斷完善。設(shè)備設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)修改和迭代的過(guò)程（即設(shè)計(jì)——再設(shè)計(jì)的反復(fù)過(guò)程）。在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)者需要不斷的修改某些設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)，以達(dá)到最終的設(shè)計(jì)要求。1.2結(jié)晶釜的結(jié)構(gòu)1.2.1結(jié)晶釜的功能和用處結(jié)晶釜可根據(jù)用戶工藝要求進(jìn)行設(shè)備選材分為：316L、304兩種。管體內(nèi)外拋光處理Ra0.45,加熱層分為螺旋帶和夾套式。加熱能源分為蒸汽和電加熱可供選擇。保溫板材用304材料并填充聚氨酯發(fā)泡劑。設(shè)有視燈視鏡、攪拌裝置、入孔加料口、洗罐器、呼吸器、藥液入口、注射水入口、回流口、蒸汽入口、凝水出口、冷卻水入、出口、物料出口、排污口、取樣口、測(cè)溫口、液位裝置。結(jié)晶釜是物料混合反應(yīng)后，夾層內(nèi)需冷凍水或冷媒水急劇降溫的結(jié)晶設(shè)備，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于夾層面積的大小，攪拌器的結(jié)構(gòu)形式和物料出口形式，罐體內(nèi)高精度拋光，以及罐體內(nèi)清洗無(wú)死角的要求來(lái)滿足工藝使用條件。結(jié)晶釜是化工、制藥、食品等行業(yè)的物料混合、加溫、降溫、攪拌等國(guó)內(nèi)過(guò)程中的混合反應(yīng)設(shè)備。由于工藝和介質(zhì)不同，物料有易燃、易爆、巨毒、高溫高壓的狀況常為多見(jiàn)。由于工藝和介質(zhì)不同，物料有易燃、易爆、巨毒、高溫高壓的狀況常為多見(jiàn)。設(shè)備的攪拌形式、轉(zhuǎn)速、加溫和降溫的要求不同。該設(shè)備的設(shè)計(jì)選材、結(jié)構(gòu)和減速機(jī)防爆與不防爆要求也不同。1.2.2結(jié)晶釜設(shè)計(jì)的內(nèi)容結(jié)晶釜機(jī)械設(shè)計(jì)大體上包括：①確定結(jié)晶反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)形式和尺寸；②選擇材料；③計(jì)算強(qiáng)度或穩(wěn)定性；④選用主要零部件；⑤繪制圖樣；⑥提出技術(shù)要求。2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)HG/T?20569-94?《機(jī)械攪拌設(shè)備》?GB?150-1998?《鋼制壓力容器》?HG?21563~21572-95?HG?21537.7~8-92?《攪拌傳動(dòng)裝置》TCED?S8-90?《壓力容器強(qiáng)度計(jì)算書統(tǒng)一格式》CD?130A20-86?《化工設(shè)備設(shè)計(jì)文件編制規(guī)定》3設(shè)計(jì)方案分析本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)條件為：設(shè)計(jì)壓力：釜內(nèi)0.2Mpa；夾層0.2Mpa設(shè)計(jì)溫度：釜內(nèi)≤150℃；夾層≤130℃介質(zhì)：釜內(nèi)弱腐蝕性有機(jī)溶劑、染料，反應(yīng)產(chǎn)沫較少，夾層為冷卻水、蒸汽；傳熱面積（夾套）：7.6㎡攪拌型式：槳式，轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分，功率4.0千瓦；操作容積：3立方米；設(shè)備容積：3.5立方米；建議采用材料：Q235-A傳動(dòng)系統(tǒng)：選用庫(kù)存電機(jī)Y1322-6，轉(zhuǎn)速960r/min，功率為5.5kw，給動(dòng)攪拌傳動(dòng)系統(tǒng)用V帶傳動(dòng)接管設(shè)計(jì)：已知結(jié)晶釜的用途為冷卻結(jié)晶，因此反應(yīng)釜需要冷卻水入口、加料口、人孔、溫度計(jì)管口、壓縮空氣入口、放料口、手孔、備用管口、壓料管、壓料管套管。表1公稱尺寸蒸汽入口或冷卻水出口25加料口25人孔400溫度計(jì)管口80備用管口40壓料管50壓料管管套80放料管40冷卻水出入口25壓縮空氣管口25焊接選擇：焊接采用電弧焊，焊條牌號(hào)：采用J507焊條。法蘭焊接：法蘭焊接按相應(yīng)法蘭焊接標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，角焊縫及塔接焊縫的焊接尺寸按兩焊件中較薄板的厚度。該釜工藝過(guò)程：向釜內(nèi)加入2.6m3物料后，啟動(dòng)反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程經(jīng)歷150℃溫度和0.2MPa的壓力，反應(yīng)結(jié)束后負(fù)壓下80～100℃蒸發(fā)溶劑，熱由夾層0.2MPa、130℃的蒸汽提供。達(dá)到濃度后，冷卻結(jié)晶。冷由夾層切換的涼水提供。其中物料產(chǎn)沫較少，經(jīng)計(jì)算傳熱面積需7.6㎡。攪拌型式：槳式，轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分，功率4.0千瓦。4反應(yīng)釜釜體設(shè)計(jì)4.1釜體幾何尺寸的確定釜體的幾何尺寸是指筒體的內(nèi)徑Di、高度H，如圖1所示。圖1釜體幾何尺寸釜體的幾何尺寸首先滿足化工工藝要求。對(duì)于帶攪拌器的反應(yīng)釜來(lái)說(shuō)，容積V為主要決定參數(shù)。頂蓋和鋼底分別與簡(jiǎn)體相連。罐底與筒體的連接常采用焊接連接。頂蓋與筒體的連接型式分為開(kāi)拆和不可拆兩種，筒體直徑D1≤1200mm,宜采用可拆連接。當(dāng)要求可拆時(shí)，做成法蘭連接。夾套型式與罐體相同。4.1.1罐體幾何尺寸計(jì)算（1）釜體形式為常用結(jié)構(gòu)圓筒形，封頭形式為常用結(jié)構(gòu)橢圓形。原始尺寸如下表2所示：表2原始尺寸全容積V（m3）3.5操作容積V1（m3）3傳熱面積F（m2）7.6初算筒體內(nèi)徑D1按式D1=計(jì)算，得D1=1.549m，取圓整筒體內(nèi)徑D1=1500mm，封頭取相同內(nèi)徑，其h0據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》P106頁(yè)表3-13，估計(jì)封頭壁厚為10-18，初步直邊高度取h0=40mm。4.1.2確定釜體高度Ht（1）據(jù)DN=1500mm，h0=40mm，1m高的容積Vm=1.77m3，內(nèi)表面積Am=4.71m2。V封=0.486m3=1.7m于是Ht/D1==1.7/1.5=1.1適合4.1.3夾套直徑選取根據(jù)下表，表3夾套直徑與筒體直徑的關(guān)系D1/mm500~600700~18002000~3000Dj/mmD1+50D1+100D1+200取Dj=D1+100=1600mm4.1.4確定夾套高度==1.31m取Hj=1.4m=1400mm4.1.5校核傳熱面積工藝要求7.6㎡查附表得F封=2.56㎡Fm=4.71㎡則F釜=F封+Ft=2.56+4.71*1.4=9.15㎡>7.6㎡實(shí)際Hj=Ht-200=1500mm這樣在保證法蘭裝卸方便的前提下（200mm）可具有最大的傳熱面積，增加了設(shè)備的操作彈性。若夾套傳熱面積不夠工藝要求，只有再加蛇管。圖2夾套直徑及高度4.1.6釜體及夾套受力分析釜內(nèi)設(shè)計(jì)壓力0.2Mpa；夾套設(shè)計(jì)壓力0.2Mpa；開(kāi)始升溫時(shí)，釜內(nèi)無(wú)壓力，夾套內(nèi)最大工作壓力可接近0.2Mpa，故此時(shí)內(nèi)筒承受最大外壓0.2Mpa。4.1.7夾套壁厚夾套筒體采用對(duì)接雙面焊縫，按局部探傷取焊縫系數(shù)0.85，腐蝕裕度2mm。設(shè)113Kpa2.34mm3mm2=3+2=5mm查表得，取C1=0.5mm；n6mm查無(wú)變化，n=6mm合適4.1.8夾套封頭厚度采用標(biāo)橢封頭可直接取筒體厚度6mm。4.1.9釜體壁厚（1）內(nèi)壓工況設(shè)[]^t=113Mpa1.46mm2.8mm取min=3mmd=3+2=5mm查C1=0.5mm取n=6mm（2）外壓工況e=7mmD0=1700+2*7=1714mmL=Hj+1/3h=1500+1/3*700=1733.3mm則L/D0=1.011；D0/e=245；圓整n=10mm根據(jù)內(nèi)外壓工況，壁厚取大n=10mm4.1.10釜體封頭壁厚（1）內(nèi)壓工況上封頭可直接取內(nèi)壓工況的壁厚6mm。（2）外壓工況下封頭可按外壓取筒體壁厚10mm。4.2連接筒體和封頭的設(shè)備法蘭選擇據(jù)設(shè)計(jì)溫度120℃，設(shè)計(jì)壓力0.2Mpa，材料Q235-A，查P120表3-21，應(yīng)按PN0.6Mpa選擇法蘭。查表3-20，選標(biāo)準(zhǔn)甲型平焊法蘭，標(biāo)記：法蘭PN0.6DN1400GB9115-88。法蘭墊片選擇：查P117表3-19，選石棉橡膠板。4.3支座的選用計(jì)算4.3.1支座選用因反應(yīng)釜需外加保溫，故選B型懸掛式支座。4.3.2反應(yīng)釜總載荷計(jì)算（1）釜體和夾套筒體重Q1查表，據(jù)DN=1500，n=10mm，1m高筒節(jié)重372kg；DN=1600，n=6mm，1m高筒節(jié)重223kg；故Q1=788kg釜體和夾套封頭重Q2，Q2=197.4*2+133.4*1=528.2kg料液重載Q3按水壓試驗(yàn)時(shí)充滿水計(jì)，以?shī)A套尺寸估算：釜體封頭直邊高40mm夾套封頭直邊也取40mm故Q3=3676kg(4)附件及保溫總重人孔重200kg其它重300kgQ4=500kg，故Q=Q1+Q2+Q3+Q4=5.5T按兩支座承載計(jì)，每個(gè)支載2.7T。查表，選支座B3JB1165-814.4人孔選擇與補(bǔ)強(qiáng)校核人孔選回轉(zhuǎn)蓋人孔標(biāo)記：人孔AIVPN0.6DN400JB583-79-3筒節(jié)d=400mm，n=10mm補(bǔ)強(qiáng)圈D1=440mm，D2=720mm補(bǔ)=10.7mm取補(bǔ)=12mm（留40mm得塔焊空）4.5攪拌軸和傳動(dòng)計(jì)算4.5.1軸的強(qiáng)度計(jì)算=D=63.7mm；4.5.2軸的剛度計(jì)算圖3圓軸扭轉(zhuǎn)的相對(duì)變形D=51mm；應(yīng)同時(shí)滿足強(qiáng)度及剛度兩個(gè)條件，取兩者大值?？紤]到軸上開(kāi)槽及腐蝕等削弱因素，直徑應(yīng)擴(kuò)大1.15倍，然后再圓整。取d=80(1.15×63.7=73mm)關(guān)于軸的支承：軸是靠軸承來(lái)支承的；軸承就是一種松緊合適的套子。安裝規(guī)定的穩(wěn)定條件：L1/B4-5L1/d40-50不滿足時(shí)的解決辦法：增加d增加B增加軸承軸