化工机械设备课程设计—反应釜.docx

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1、 湖北理工学院课程设计（论文） 目 录概 述10.1设计任务及条件10.2设计内容介绍及内容分析10.3设计说明书主要内容10.4水乳胶21.反应釜釜体设计31.1釜体的DN、PN的确定31.1.1釜体DN的确定31.1.2釜体PN的确定31.2 釜体筒体壁厚的设计31.2.1设计参数的确定31.2.2 筒体壁厚的设计31.3 釜体封头的设计41.3.1 封头的选型41.3.2 设计参数的确定41.3.3 封头的壁厚的设计41.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定41.4筒体长度的设计41.4.1筒体长度H1的设计41.4.2釜体长径比L/Di的复核51.5 外压筒体壁厚的设计51.5.1设

2、计外压的确定51.5.2试差法设计筒体的壁厚51.5.3 图算法设计筒体的壁厚61.6 外压封头壁厚的设计71.6.1 设计外压的确定71.6.2 封头壁厚的计算72.反应釜夹套的设计92.1 夹套的、的确定92.1.1夹套的确定92.1.2 夹套PN的确定92.2 夹套筒体的设计92.2.1夹套筒体壁厚的设计92.2.2夹套筒体长度H筒的初步设计92.3 夹套封头的设计92.3.1 封头的选型92.3.2 椭球形封头壁厚的设计92.3.3椭球形封头结构尺寸的确定102.3.4带折边锥形封头壁厚的设计102.3.5 封头结构的设计102.3.6 带折边锥形封头壁厚的设计102.4 传热面积的校

3、核113.反应釜釜体及夹套的压力试验123.1釜体的水压试验123.1.1水压试验压力的确定123.1.2液压试验的强度校核123.1.3压力表的量程、水温及水中浓度的要求123.1.4水压试验的操作过程133.2夹套的液压试验133.2.1液压试验压力的确定133.2.2液压试验的强度校核133.2.3压力表的量程、水温的要求133.2.4液压试验的操作过程134.反应釜附件的选型及尺寸设计144.1釜体法兰联接结构的设计144.1.1密封面形式的选型144.1.2螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格及材料的选择144.2工艺接管的设计144.3管法兰尺寸的设计154.3.2 密封面形式及垫片尺寸17

4、4.5视镜的选型174.6支座的选型及设计184.6.1支座的选型及尺寸的初步设计184.6.2支座载荷的校核计算195.搅拌轴及浆的设计205.1搅拌轴直径的初步计算205.1.1搅拌轴直径的设计205.1.2搅拌抽临界转速校核计算205.2联轴器的型式及尺寸的设计205.直叶桨式搅拌器尺寸的设计216.传动装置的选型和尺寸计算226.1电动机的选型226.2减速机的选型226.3机架的设计226.4反应釜的轴封装置设计226.4.1反应釜的轴封装置的选型226.4.2 填料密封的结构及尺寸237.焊缝结构的设计247.1 釜体上主要焊缝结构的设机247.2夹套上的焊缝结构的设计258.总结

5、269. 参考文献27V概 述0.1设计任务及条件（1）反应介质：5m3的水乳胶涂料；（2）容器内压：常压；（3）反应温度：8010；（4）电机功率：5KW；（5）搅拌转速：50rpm。（6）作业成果：计算书1份，设备图1张（A2图纸手工绘制）。0.2设计内容介绍及内容分析由设计条件单可知，设计的反应釜体积为 （=0.85），圆整V=6.0m3；搅拌轴的转速为50r/min,电机功率5kW（1=0.9），轴的功率为P=P01=0.45kW;搅拌桨的形式为推进式；装置上设有3个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、1个温度计管口，1个人孔。反应釜设计的内容主要有：（1） 釜体的强度、刚度、稳定性计算

6、和结构设计；（2） 夹套的的强度、刚度计算和结构设计；（3） 设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰；（4） 人孔的选型及补强计算；（5） 支座选型及验算；（6） 视镜的选型；（7） 焊缝的结构与尺寸设计；（8） 电机、减速器的选型；（9） 搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计；（10）选择联轴器；（11）设计机架结构及尺寸；（12）设计底盖结构及尺寸；（13）选择轴封形式；（14）绘总装配图及搅拌轴零件图等。0.3设计说明书主要内容编制一份设计说明书，主要内容包括：1、前言2、流程的确定和说明3、生产条件的确定和说明4、反应釜的设计计算：5、设计结果列表6、设计结果的讨论和说明7、主要参考资料8、

7、结束语0.4水乳胶由于水性涂料不用有机溶剂，对人体无毒害，对环境无污染，固而近年来发展十分迅速。凡是用水作溶剂或者分散在水中的涂料部可称之为水性涂料。水性涂料包括水溶性涂料和水胶乳涂料两种，采用乳液聚合工艺制备成合成树脂水胶乳，胶粒径0.1-10。在合成树脂水胶乳中，加入颜料、体质 颜料、保护胶体、各种添加剂后，经过研磨或 分散处理，即成为水乳胶涂料。 目前，世界上使用较广的水胶乳涂料有聚醋酸乙烯水胶乳涂料、聚丙烯酸酯水胶乳涂料、醇酸树脂水胶乳涂料和偏氯乙烯共聚树脂水胶乳涂料。水乳胶可用：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、 而烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸2乙基 己酯 2一甲基丙烯酸甲酯、醋

8、酸乙烯酯，苯乙 烯、氯乙烯和丙烯腈。以上这些单律在使用时不少于一种 使用量最好为单体总量的4-45%。在进行操作时可将水乳胶的密度近似于水的密度进行计算。1 反应釜釜体设计1.1釜体的DN、PN的确定1.1.1釜体DN的确定将釜体视为筒体，取L/D=1.4,V=6m3。由 V=(/4) （1-1）式中 V操作体积，m3; Di釜体的直径，m； L釜体的长度，m。L=1.4，则 ，圆整得釜体的DN=1800mm。1.1.2釜体PN的确定由设计说明书知常压反应，所以釜体的设计压力0.2MPa。1.2 釜体筒体壁厚的设计1.2.1设计参数的确定设计压力P1： P10.2MPa；液柱静压力P1H：P1

9、H=10(-6)1.81.410310=0.0252MPa 计算压力P1c： P1c= P1+ P1H =0.2+0.0252=0.2252MPa；设计温度t1： t1 100 ；焊缝系数： 0.85许用应力： 根据材料Q235-B、设计温度 ；该筒体为短圆筒。圆筒的临界压力为： (1-6)式中 Pcr临界压力，kPa； L筒体的计算长度，mm；D0筒体外径，mm； E设计温度下的弹性模量，MPae有效厚度，mm；m稳定系数。E=2.0105MPa，Pcr对于圆筒m=3 , P=0.5554/3=0.185MPa故 P=1.01 P；所以假设n=12mm满足稳定性要求。1.5.3 图算法设计筒

10、体的壁厚设筒体的壁厚n=12mm，则： =12-3.8 = 8.2mm， =1016mm , 在文献6图9-7中的坐标上找到1.22的值，由该点做水平线与对应的线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为：0.00032。再由文献6图9-9中选取，在水平坐标中找到=3.210-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数的值为：47MPa、=2.00105MPa。根据 = （1-7）式中 P许用压力，MPa； B查表对应压力，MPa； D0筒体外径，mm；e有效厚度，mm。得： =0.211（MPa）因为0.101 MPa 0.211 MPa

11、，所以假设12mm合理，取筒体的壁厚12mm。1.6 外压封头壁厚的设计1.6.1 设计外压的确定封头的设计外压与筒体相同，即设计外压=0.101 MPa。1.6.2 封头壁厚的计算设封头的壁厚=10mm，则: =10-3.8 = 6.2mm，对于标准椭球形封头=0.9，0.91800=1620（mm）， =1620/6.2= 261.29计算系数：= 4.78410-4在文献6图9-7中选取，在水平坐标中找到=4.78410-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数的值为值为：65MPa、=2.00105MPa根据（1-7）=得： =0.249

12、（MPa）因为0.101 F=11.57 m2，满足要求。3 反应釜釜体及夹套的压力试验3.1釜体的水压试验3.1.1水压试验压力的确定水压试验的压力： (3-1)式中 PT水中压力，MPa； P 设计压力，MPa； 水中应力，MPa；t许用应力，MPa。查.0， 。 3.1.2液压试验的强度校核由 （3-2）式中 Di釜体直径，m；e有效厚度，mm；PT水中压力，MPamax最大应力，MPa。得： MPa 0.9 =0.92350.85=179.8 MPa由 ： 27.56MPa 0.9=179.8 MPa故液压强度足够。3.1.3压力表的量程、水温及水中浓度的要求压力表的最大量程：P表=2

13、=20.25=0.5 MPa或1.5PT P表4PT 即0.375MPa P表1 MPa水温15 水中浓度25mg/L3.1.4水压试验的操作过程操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.25MPa，保压不低于30，然后将压力缓慢降至0.2MPa，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。3.2夹套的液压试验3.2.1液压试验压力的确定液压试验的压力由式（3-1）：查=1.0 PT=1.250.25

14、1.0=0. 3125 MPa，取PT =0.3125 MPa。3.2.2液压试验的强度校核由式（3-2），得： =50.56MPa 50.56MPa0.9=0.923510.85=179.8 MPa液压强度足够3.2.3压力表的量程、水温的要求压力表的量程：P表= 2 PT =20.3125=0.75MPa或1.5 PT P表4 PT 即 0.46875 MPa P表1.25 MPa水温5。3.2.4液压试验的操作过程 在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.3125MPa，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.3MPa，保压足够。长时间，检查所

15、有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。4 反应釜附件的选型及尺寸设计4.1釜体法兰联接结构的设计设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。4.1.1密封面形式的选型根据0.6MPa1.6MPa、介质温度100和介质的性质，由文献知密封面形式为光滑面。4.1.2螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格及材料的选择本设计选用六角头螺栓（双头螺柱B级、GB90188）、型六角螺母（A级和B级、GB/T61712000）。平垫圈（100HV、GB/T95-2002）。螺栓长度L的计算：螺

16、栓4的长度由法兰的厚度（）、垫片的厚度（S）、螺母的厚度（H）、垫圈厚度（h）、螺栓伸出长(0.30.5d)确定。其中=80mm、S=3mm、H=21.5mm、h=3.2mm、螺栓伸出长度取0.3d=0.333.7。螺栓的长度为： =201.01 mm取L200mm螺柱标记： 螺柱 M24200 GB 90188螺母标记： 螺母 M24 GB/T61702000 垫圈标记： 垫片 24-100HV GB/T952002 根据乙型平焊法兰、工作温度t200r/min时，都应做临界转速校核。由于反应釜的搅拌轴转速=50，故不作临界转速校核计算。5.2联轴器的型式及尺寸的设计联轴器的型式选用刚性凸缘

17、联轴器（C型1,3 ）由文献6确定联轴器的结构和尺寸。表 5-1 C型凸缘联轴器的刚性及尺寸表标定符号轴径MnmaxNm主要尺寸,mm质量kgDL1L2LH1H2l1M d4l2bC60976170859820381683M84201820.05.3直叶桨式搅拌器尺寸的设计由于搅拌轴转速=50，选择直叶桨式搅拌器。查工具书1,6可知直叶桨式搅拌器的结构参数如下：DJ=(0.25-0.75)DN , b=(.01-0.25)DJ, h=(0.2-1)DJ, Z=2直叶桨的直径：DJ=0.5DN=900mm桨底距槽底： h=0.8DJ=720mm桨叶厚度： b=0.15DJ=135mm6 传动装置

18、的选型和尺寸计算6.1电动机的选型由于反应釜里的物料腐蚀情况微弱且没有防爆要求，所以可选择最常用的Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机。电机功率必须满足搅拌器运转功率与传动系统、轴封系统功率损失的要求，还要考虑到有时在搅拌操作中会出现不利条件造成功率过大。6.2减速机的选型反应釜用的立式减速机，主要类型有谐波减速机、摆线针轮行星减速机、二级齿轮减速机和V带传动减速机。根据电机的功率P=5kW、搅拌轴的转速n=50 r/min，查文献可选用BLD行星减速机，其型号尺寸从HG 574578标准中查得BLD5029。6.3机架的设计由于反应釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了刚性凸缘联轴器，且反应釜

19、使用不带内置轴承的机械密封，故选用WJ型单支点机架（HG2156695）。DJ单支点机架的主要尺寸见表 6-1：表 6-1 DJ单支点机架主要尺寸机架公称直径传递轴径A型B型mmd/mmH1/mmH2/mmH1/mmH2/mm3006079527910403996.4反应釜的轴封装置设计6.4.1反应釜的轴封装置的选型轴封是搅拌设备的一个重要组成部分，其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压和真空状态及防止反应物料逸出和杂质的渗入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式搅拌为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于工况复杂，轴的偏摆振动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于

20、搅拌设备上。反应釜搅拌处的轴封，属于动密封，常用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。填料密封式搅拌设备最早采用的一种轴封结构，它的基本结构是由填料、填料箱、压盖、压紧螺栓及油杯等组成。特点是结构简单、易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用。一般用于常压、低压、低转速及允许定期维护的搅拌设备。机械密封是一种功耗小、泄漏率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封。主要用于腐蚀、易燃、易爆、剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备。由设计任务书知，釜内介质的腐蚀性微弱，釜内压力较低，所以可以选择应用广泛的填料密封。6.4.2 填料密封的结构及尺寸根据轴径60，选择公称压力PN=0.6的填

21、料密封。表 6-2 填料密封结构及尺寸轴径dD1D2D3HPN0.6法兰螺栓孔填料规格质量kgn6024021017615681812.512.515.47 焊缝结构的设计7.1 釜体上主要焊缝结构的设机 图 7-1 筒体的纵向焊缝 图 7-2 筒体与下封头的环向焊缝 图 7-3 固体物料进口与封头的焊缝 图 7-4 进料管与封头的焊缝 图 7-5 温度计接管与封头的焊缝 图 7-6 出料口接管与封头的焊缝 7.2夹套上的焊缝结构的设计 图 7-7 夹套的纵向焊缝 图 7-8 夹套与封头的横向焊缝 图 7-9进水口接管与筒体的焊缝 图 7-10出水口接管与筒体的焊缝图 7-11 釜体与夹套的焊缝8 总结通过本次课程设计，培养了我们