有搅拌装置的夹套反应釜化工机械课程设计.doc

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1、内蒙古科技大学 有搅拌装置的夹套反应釜前言 化工设备机械基础是化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化工设备的机械知识和设计能力的要求而编写的。通过此课程的学习，使同学掌握基本的设计理论并具有设计钢制的、典型的中、低、常压化工容器的设计和必要的机械基础知识。化工设备机械基础课程设计是化工设备机械基础课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试化工机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己

2、的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。化工设备课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学环节。在教师指导下，通过裸程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。因此，当学生首次完成该课程设计后，应达到一下几个目的： 熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。 在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和

3、环境保护的有效措施。 准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。目录1.设计任务书32.设计方案的分析和拟定43.夹套反应釜的设计43.1釜体的尺寸43.1.1容积53.1.2 确定筒体的直径和高度53.2夹套几何尺寸计算63.3外压圆筒与封头设计74. 釜体法兰选择115.搅拌器的设计125.1搅拌轴的设计135.2搅拌轴强度校核136.1选用减速器146.3选用凸缘法兰

4、156.4选用机架156.5选用安装底盖166.6联轴器的设计176.7选用传动轴176.8.反应釜的轴封装置187.反应釜的其他附件197.1 支座的选择197.1.1支座载荷的计算197.1.2 支座载荷的校核计算207.2设备接口227.2.1 进料管和出料管钢管的外径和壁厚227.2.2 加热蒸汽进出管钢管的外径和壁厚227.2.3温度计接口237.2.4安全阀接口247.3人孔247.3.1选用人孔法兰257.3.2人孔,凸缘法兰开孔补强计算257.4视镜278.参考文献289.总结：2910.附表311.设计任务书 设计参数要求容器内 夹套内设计压力 ，MPa0.2 2.5设计温度

5、 ，P,且接近，故取 选取筒体下封头壁厚，且取，筒体下封头的有效厚度 查化工设备机械基础（第六版）的表5-3D/2hK 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 1.18 1.08 0.99 0.9 0.81 0.73 0.65 0.57 0.50得 计算系数A： 由图表9-10查的B=128MPa计算许用外压力 取筒体下封头壁厚符合外压稳定和内压强度要求。综上所述，为了便于制造取上封头不厚，筒体，顶盖，反应器顶盖的选择按筒体封头标准选择，既仍为标准椭圆封头，筒体，下封头，顶盖壁厚相同，都取。3.4压力试验及其强度校核容器制成以后，必须做压力试验，其目的在于考察容

6、器的密封性，以确保设 备的安全进行。压力试验的种类，要求和试验压力值应在图样上标明。压力试验一般常用液压试验，对于不适合做液压试验的容器。例如容器内部不允许有微量残留液体，或由于结构原因不能充满液体的容器，可采用气压试验。本设计采用液压试验。 外压容器的试压液压试验 应满足条件： 取200下的屈服压力为325MPa。250下的屈服压力为325MPa 可见 所以水压试验强度足够。 式中：=试验压力 =设计压力 =容器元件材料在设计温度下的许用应力 =圆筒材料在试验温度下的屈服点夹套压力校核 取 式中：=容器元件材料在试验温度下的许用应力 可见：所以，水压强度足够4. 釜体法兰选择 根据筒内操作压

7、力P=0.2MPa，温度t=200,筒体直径。 类型平焊法兰对焊法兰甲型乙型长颈公称压力PN（MPa）0.25 0.60.25 0.6 1.00.6 1.0 1.61.0 1.6 2.5 4.02.5 4.0 6.4 由于所以，应选用甲型平焊法兰由表10-2得 PN=0.25MPa的甲型法兰和乙型法兰的尺寸和质量公称直径mm法兰（mm）螺柱（mm）DD1D2D3D4d规格数量质量（kg）12001330129012551241123823M203685.3选用平焊法兰，得法兰尺寸： 螺栓数量：36 螺纹：M20 质量：85.3Kg5.搅拌器的设计搅拌装置由搅拌器、轴及支撑组成，搅拌器的形式很多

8、根据任务说明书要求，本设计选用浆式搅拌器。其桨叶为两叶轴转速为85r/min，采用单层浆安装。搅拌器与轴的连接常用螺栓对夹，搅拌器主要尺寸；查表18-47得取Dj=0.61200=720取b=0.15720=108 桨叶数Zj=2 螺栓d0: M12 数量：4螺钉d1： M12 数量： 1质量： m=10.425.1搅拌轴的设计 由工艺条件要求，本釜选用桨式搅拌轴材料为45钢，由下表轴材料/MPaQ235、2040Cr、35SiMn、2Cr13451Cr18Ni9Ti 计算系数A=118-107，则搅轴的直径为：根据轴上安装零件及其它结构上的要求算计所得的轴径还需要增大5%15%，通常还得增加

9、24mm的腐蚀裕度。都按最大要求计算： 37.81.15+4=47.47mm最后把确定的直径圆整到搅拌轴的标准系列查表取d=50mm。5.2搅拌轴强度校核选用轴功率P=2.8kw,轴转速n=85r/min,轴扭转的强度条件是： 对45刚 k=35Mpa 对实心轴 =d3/16=mm3 则： 故 d=50mm 强度足够6.反应釜的传动装置反应釜的搅拌器是由传动装置带动，反应釜的传动装置包括电机、减速器、联轴器、机架、底座和凸缘法兰，传动装置通常设置在釜顶封头的上部。本设计内容包括：减速机，电机的选用，选用和设计机架和底座等。6.1选用减速器 减速器的作用是传递运动和改变速率，以满足工艺条件要求，

10、搅拌转速为85r/min，功率P=2.8Kw，减速比为，圆整得减速比为i=17。 即可确定选用机型为减速比i=17的摆线针齿行星减速器，其标定符号为BLD4-3-17。6.2电动机的选用 电动机功率主要根据所需的功率及传动装置的传动效率来确定，此外，还应考虑搅拌轴通过轴封装置应摩擦而损耗的功率。设备选用主要考虑到它的系列，功率，转速以及安装形式和防爆要求等几项内容。 本设计P=2.8Kw， 本设计选用Y系列三相异步电动机，电动机的功率为 式中：p-工艺要求搅拌功率，单位为Kw ：；因为电动机的功率为85% 电动机效率：P=圆整 P=4Kw额定电流 转速 效率 功率因素 重量 8.8A 1440

11、r/min 84.5% 0.82 47Kg 电机校核：4所以，选用电机符合。 6.3选用凸缘法兰凸缘法兰焊接在釜体封头上，整个传动装置就装在它的上边，它还可兼做釜体维修的检查孔使用。查表18-28 选用凸缘法兰的尺寸：公称直径DNDKDih25039535024565 材料选用16MnR 其标记为HG21564-95.法兰R250-16MnR 查化工机械基础P271选用垫片、螺纹、螺母材料。 本设计采用GB/73985 石棉橡胶板、适用范围法兰种类 垫片 法兰 螺柱与螺母 种类温度范围 材料温度范围螺柱材料螺母材料温度范围平型法 兰GB/73985石棉橡胶板-20-350板材16MnR-20-

12、450GB/769935GB/769925-20-3506.4选用机架 机架是用来支撑加速机和传动轴的。轴承轴也归属于机架，机架机型有4种，本设计选用A型单支点机架 查 表 18-35 机架的外形和尺寸及所配置的轴承型号： 机架公称直径DN=250mm 传动轴轴径d=50mm H=750mm H1=268mm D1=290mm D2=350mm D4=425mm D5=455mm 轴型型号：46212 机架质量： m=93Kg 支点轴承间距： L=620mm6.5选用安装底盖安装底盖的作用主要是安装机架和密封箱体，在对传动系统维修时还可以临时搁置传动轴，设计选用了RS型安装底盖，加上P464

13、表 18-29。上装式RSMSLRSLMS下装式RXMXLRXIMX 安装底盖的公称直径和凸缘法兰方法一样，形式选取时应注意与凸缘的密封面搭配一致。 选用安装尺寸：公称直径DN外径中心圆直径K2002503004005007009003403954455656708301045295350400515620780990 公称直径DN=250mm 外径D=395mm 螺柱中心圆直径K=350mm填料密封箱底部尺寸选用： 传动轴直径d=50mm 箱底外径D2=240mm 螺柱中心圆直径K2=210mm安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件

14、。安装底盖的常用形式为RS和LRS型，其他结构（整体或衬里）、密封面形式（突面或凹面）以及传动轴的安装形式（上装或下装），按HG21565-95选取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同。形式选取时应注意与凸缘法兰的密封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。6.6联轴器的设计查阅标准搅拌装置联轴器选用立式夹壳式联轴器，公称直径为50mm,最大扭矩 ，验算联轴器的扭矩，查表选用工况系数K=1.5，联轴器的计算扭矩为：符合要求。电机或减速器输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接的。常用的联轴器有弹性块式联轴器、夹壳联轴器和紧箍夹壳联轴器。本设计采用刚性凸缘联轴器（C型）查表18-

15、38，主要选用尺寸为：C型凸缘联轴器d2=50mm D=155mm L1=70mm L2=81mm L=169mm许用扭矩：515Nm扭转转座：1960r/min质量：14Kg6.7选用传动轴 轴式传递运动和动力的重要零件，工作是即受弯曲，又承受扭矩的轴承力转轴。传动轴的形式由机架形式，传动轴安装形式和釜内联轴器形式确定。本设计采用传动轴安装形式为：ASC既单点上装凸缘。查化工设备机械基础董大勤版P471表18-37得：传动轴轴径d上端轴颈 d1C型下轴颈d2D型下轴颈d2 深入釜体长度L30405060708090100203040455565768525354555657585903040

16、5060708090100250250350480480550580650选用传动轴轴径d=50mm。 上端轴径d1=40mm C型下轴径d2=45mm 伸入釜体产度L=350mm 传动轴材料选用：40Cr6.8.反应釜的轴封装置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以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；而且搅拌色设备由于反应工况复杂，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搅拌设备上。反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种形式。

17、填料密封结构简单、易于制造，在搅拌设备上广泛应用，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、泄露率低，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高压和真空设备。根据已知工况，选用填料密封。查文献资料选取密封填料。其主要尺寸为：轴径； 填料规格；法兰螺栓孔；填料箱质量7.5kg。7.反应釜的其他附件 7.1 支座的选择 由于设备外部设置有26mm的保温层，所以选耳式B型支座，支座数量为4个。 根据表13-6以及总重量的估计，设计中选取B型耳式支座B3，允许载荷为30KN , 高度H=200mm，尺寸如下支座本体允

18、许载荷/KN适用容器公称直径DN/mm高度H/mm底板筋板垫板螺栓支座质量/kgl1b11s1l2b22l3b33ed螺纹A型AN型3070014002001601051050205125825020084030M248.35.27.1.1支座载荷的计算（1）筒体质量： 筒体公称直径DN=1200mm，筒体厚度， 筒体每米质量为828kg，筒体总质量：（2）筒体封头质量： 内压封头 ：公称直径DN=1200mm，封头的厚度的封头的质量为364kg。 外压封头：DN=1200，=2.81mm的质量为364Kg （3）夹套筒体质量：（4）夹套封头质量：公称直径DN=1300mm， =241Kg（5

19、）物料质量：氯乙烯的密度为 0.91 则质量 =9101.8=1638Kg (6) 附件质量： 人孔约289Kg 电机质量47Kg 搅拌轴质量10.42Kg 釜体法兰质量85.3Kg 机架质量93Kg 联轴器质量14Kg 其他附件质量50Kg 附件总质量 Kg 反应釜的总质量：m=1490+728+635.6+241+1638+588.72=5321.32Kg 总的负荷量 Q=mg=5321.329.8=52148.936N 最大载荷为：=7.1.2 支座载荷的校核计算 耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算： 式子中： =设备总质量g=重力加速度 取=偏心载荷=不均匀系数，安装三个以上支座时

20、k=0.83=支座数量=水平作用点至支座底板之间的距离 mm=偏心距 mm=水平力 本设计P=0螺栓分布圆直径 针对本实验 因为 所以选用耳式支座满足要求。7.2设备接口 7.2.1 进料管和出料管钢管的外径和壁厚 查表8 由钢管壁厚28mm，查得钢管外径108mm，再查表10-19，由钢管外径108mm查得板式平焊法兰盖的尺寸与质量 公称直径DN=100mm连接尺寸： 法兰外径D=210mm 螺孔中心圆直径K=170mm 螺孔直径L=18mm 螺孔数量n=4 螺纹Th=M16板式平焊法兰： 法兰内径=110mm 坡口宽度b=0 法兰厚度C=18mm 法兰质量m=3.41kg法兰盖： 厚度C=

21、18mm 质量m=4.75kg7.2.2 加热蒸汽进出管钢管的外径和壁厚 由钢管壁厚14mm，查得钢管外径60mm，由表10-22，查得公称直径DN=50mm连接尺寸： 法兰外径D=165mm 螺孔中心圆直径K=125mm 螺孔直径L=18mm 螺孔数量n=4 螺纹Th=M16板式平焊法兰： 法兰内径=59mm 坡口宽度b=5mm 法兰厚度C=20mm 法兰质量m=2.77kg法兰盖： 厚度C=20mm 质量m=3.20kg接管伸出长度:保温层厚度接管公称直径伸出长度0751010015012130020035060025076100105015070300200350600250 所以，进料

22、口、出料口、蒸汽进出口的接管伸出长度均为150mm，法兰垫片选GB/T3985石棉橡胶板。7.2.3温度计接口采用无缝钢管，深入釜体内一定长度配用突面带颈平焊法兰：HG20594，法兰S0504.0RF20钢。7.2.4安全阀接口采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平，配用突面带颈，平焊法兰：HG20594，法兰S065RFOC，18Ni107i 本设计设备直径不是很大，所以选普通视镜中的带颈视镜 所以 公称直径 公称压力 D D1b1=b2DHSh螺柱质量标准图图号数量直径碳素钢 不锈钢 80101601302489470120M126.4HGJ520-86-4HGJ520-86-14 公称直径

23、 带颈视镜尺寸： 公称压力0.98MPa D=160mm =130mm =24mm =24mm 7.3人孔人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。设备的直径大于900mm，应开设人孔。人孔的形状有圆形和长圆形两种。圆形人孔制造方便。应用较为广泛。人孔的大小及位置应以人进出设备方便为原则，对于反应釜，还要考虑搅拌器的尺寸，一便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。其主要尺寸见附表11-2 ，密封面型式：凸 面（RF型） 公称压力：0.6Mpa 公称直径 ：DN=400mm总质量：84Kg 螺柱或螺栓：16个， 规格：M207.3.1选用人孔法兰由人孔公称直径DN=400mm和内压0.

24、2MPa，选用板式平焊法兰和法兰尺寸与质量。 公称直径;DN=400mm 钢管外径：A=426mm连接尺寸：法兰外径D：540mm ，螺孔中心圆直径K=495mm，螺孔直径L=22mm， 螺孔数量n=16，螺纹Th=M20板式平焊法：法兰内径=430mm，坡口宽度b=0，法兰厚度C=28mm，法兰质量m=17.1Kg 法兰盖：厚度C=24mm， 质量m=42Kg7.3.2人孔,凸缘法兰开孔补强计算 人孔开口在釜体上部，按内压要求进行补强计算 对于内压圆筒，要求补强面积：式中 A-开孔削弱所需补强面积 D-开孔直径 Fr-强度削弱系数 本设计采用A型补强管。 DN=400 外径壁厚: 补强管内伸

25、最小长度： 63mm 理论重量： 9.8Kg/100mm 对于椭圆型封头，当开孔位于以椭圆形封头为中心80% 在封头内直径的范围时，K1=0.9为标准椭圆形封头。 故 （2） 计算有效补强范围 有效补强宽度 B=2d=2426=852 取二者中较大值，即B=852 补强有效高度 h1=接管实际外伸高度=150mm 取两者中较小值 即h1=56.52mm 内侧有效高度 h2=接管实际外伸高度=63mm 取两者中较小值 即 h2=56.52mm（3)计算补强范围内多余的补强面积Ae 有效补强内壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A1计算： =（852-426）（25-0.735）-27.5（25

26、-0.735）（1-1） =10336.89m2有效补强区内接管有效厚度减去计算厚度之外的多雨面积A2 多余面积为 A=256.52（7.5-0.27）1+256.52（7.5-2）17.28 =817.28+621.72 =1439mm2 有效补强区内焊缝金属的截面积A3, A3=0 判断是否需要补强 Ae = A1+A2+A3 =10336.89+1439+0 =11775.89mm2 Ae =11775.89mm2313.11mm2=A 比较结果得： 开出孔后不需要补强。 7.4视镜视镜是用来观察设备内部情况的。视镜的公称直径最多有五种公称直径，取决于视镜的公称压力。视镜的使用温度为02

27、00度，温度上限是由玻璃材质决定的。视镜尺寸如下表11-9根据表11-9选用的视镜：公称直径DN80，工程压力10的碳素钢HGJ 501-86-98.参考文献1 贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计M. 天津：天津大学出版社,20032 蔡纪宁，张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书M. 北京：化学工业社,20003 JBT4746-2002钢制压力容器用封头4 HG-T 3796.5-2005圆盘涡轮式搅拌器5 GB150-89钢制压力容器S6 HG/T2056994机械搅拌设备S7 潘国昌，郭庆丰. 化工设备设计 . 北京：清华大学出版社，19968 茅晓东，李建伟编著.典型化工设备机械设计

28、指导M.上海：华东理工大学出版社，19959 汤善甫，朱思明主编.化工设备机械基础M.上海：华东理工大学出版社，200410 谭蔚主编.化工设备设计基础M.天津：天津大学出版社,200011 王凯，冯连芳著.混合设备设计.机械工业出版社，200012 成大先主编.机械设计手册第四版第4卷M.北京：化学工业出版社,200513 陈面恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编.化工原理M.北京：化学工业出版社,200014 董大勤.化工设备机械基础M.北京：化学工业出版社,20029.总结：全容积：2.25搅拌轴材料：16MnR操作容积：1.80电机选型：Y112M-4搅拌形式：浆式减速器选型：BLD4-3-1

29、7筒体直径：1200机架类型：A型单支点筒体高度：1800传动轴材料：40Cr筒体材料：16MnR支座类型：耳式B型筒体壁厚：28封头类型：标准椭圆封头夹套高度：1400设备总重：5321夹套厚度：14釜体法兰：平焊法兰 经过两周的化工机械设备课程设计，经过我们自己的动手实践，让我们对这一门课有了更深的了解，感谢张老师和韩老师给我们这次设计的机会，谢谢老师的指导。课程设计不同于书本理论知识的学习，有些问题是实际实践过程中的，无法用理论推导得到，因此不免过程中有很多困难，但通过与同学的交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在徐老师的指导帮助下，问题都得到很好的解决。这让我深深意识到自己知识体系

30、的漏洞，自己知识体系的不足，但同时也深刻体会到同学间的团结互助的精神。通过此次课程设计，使我查阅文献的能力和对数据的选择判断能力得到了很好的锻炼，同时我也意识到自己应该把所学到的知识应用到设计中来。同时在设计中同学之间的相互帮助，相互交流，认识的进一步加深，对设计中遇到的问题进行讨论，使彼此的设计更加完善，对设计的认识更加深刻。在此再次感谢我各位亲爱的同学们。同时还要感谢安全系里的老师给我们提供教室，以及学校图书馆向我们提供工具书和参考书，在此特别予以感谢。由于首次做设计，过程中难免疏忽与错误，感谢有关老师同学能及时给予指出。10.附表图9-7图9-10表10-2表18-47表18-27表18-35表18-38表13-6表8表10-19表10-22表11-2表11-938化学与化工学院 化学工程与工艺