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1、 化工设备课程设计 题目： 1.8m3带搅拌装置的反应釜设计 院 系：化工学院 专业班级： 学 号：姓 名：指导老师：前言化工设备课程设计的目的和要求：(1)课程设计的目的 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，通过课程设计，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，综合地分析和解决工程实际问题的能力。当学生完成课程设计后，应达到下列目的：1)通过课程设计，能够将化工设备课程和有关先修课程所学的知识，在设计中综合地加以运用，使学到的知识得到巩固、加深和提高。2)初步培养学生独立进行工程设计的工作能力，树立正确的设计思想，掌提化工容器及设备设计的基本方
2、法和程序，为今后从事工程设计打下良好的基础。3)使学生能够熟悉和运用设计资料，如有关国家（部颁）标准，以完成作为工程技术人员在机械设计方面所必备的基本训练。(2)化工设备课程设计的要求通过课程设计应达到以下要求：1)树立正确的设计思想能够结合生产实际综合地考虑先进、安全、经济、可靠实用等方面的要求，严肃认真地进行设计。2)具有积极主动的学习态度在课程设计中遇到的问题，要随时查阅有关教科书或文献，通过积极思考，提出个人见解尽可能自己解决，不要太多地依靠指导老师帮助解决问题。3)正确处理好几个关系 继承和发展的关系 强调独立思考，并不等于设计者凭空假想，不依靠设计资料和继承前人经验，这样是得不出高
3、质量设计的。对于初学设计的人来说，学会收集、理解、熟悉和使用各种资料，正是培养设计能力的重要方面。因此正确处理好继承和发展条件下的抄、搬、套问题，正是设计能力强的重要表现。 正确使用标准规范 化工设备设计非常强调标准规范。但是并不是限制设计的创造和发展，因此遇到与设计要求有矛盾时，经过必要的手续可以放弃标准而服从设计要求。但非标准件中的参数，一般仍宜按标准选用。学会统筹兼顾、抓主要矛盾) 计算结果要服从结构设计的要求：对初学设计者，最易把设计片面划解为就是理论上的强度、刚度、稳定性等计算，认为这些计算结果不可更改，实际上，对一个合理的设计，这些计算结果只对零件尺寸提供某一个方面的依据。而部件实
4、用尺寸一定要符合结构等方面的要求。) 按几何等式关系计算而得的尺寸，一般不能随意圆整变动；按经验公式得来的尺寸一般应圆整使用。 ) 处理好计算与绘图的关系：设计中要求算、画、选、改同时进行，但零件的尺寸以最后图样确定的为准。对尺寸作出修改后，有时并不一定要求再对零件强度等进行计算，可以据修改幅度、计算准确程度等来判断是否有必要再行计算。课程设计的设计内容设计条件及设计内容分析由设计条件单可知，设计的反应釜容积为1.8m3、操作容积为1.44m3：搅拌装置配置的电动机功率为3.0KW、搅拌轴的转速为85r/min、搅拌桨的形式为框式；加热的方式为用夹套内的导热油进行电加热：装置上设有8个工艺接管
5、、2个视镜、4个耳式支座、12个电加热器套管、1个人孔（或固体物料进口）、1个测控接管。 反应釜设计的内容主要有：（1）釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计（2）夹套的强度、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）焊缝的结果与尺寸设计；（8）电机、减速机的选型；（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。目 录反应釜设计的有关内容.1第一章 反应釜釜体的设计1 1.1
6、釜体DN、PN的确定.1 1.1.1 釜体DN 的确定.1 1.1.2 釜体 PN 的确定.1 1.2釜体筒体壁厚的设计.1 1.2.1 设计参数的确定.1 1.2.2 筒体壁厚的设计.1 1.3釜体封头的设计.1 1.3.1 封头的选型.2 1.3.2 设计参数的确定.2 1.3.3 封头的壁厚的设计.2 1.3.4 封头的直边尺寸、体积及重量的确定.2 1.4筒体长度H的设计.2 1.5外压筒体壁厚的设计.2 1.5.1 设计外压的确定.21.5.2 试差法设计筒体的壁厚.21.5.3图算法设计筒体的壁厚31.6外压封头壁厚的设计.31.6.1设计外压的确定.31.6.2封头壁厚的计算.3
7、第二章 反应釜夹套的设计42.1夹套釜体DN、PN的确定.42.1.1夹套釜体的确定.42.1.2夹套釜体的确定.42.2夹套筒体的设计.42.2.1设计参数的确定.42.2.2 夹套筒体壁厚的设计.42.2.3 夹套筒体长度的初步设计42.3夹套封头的设计.52.3.1 封头的选型52.3.2 设计参数的确定52.3.3 封头壁厚的设计52.3.4直边尺寸、体积及重量的确定 52.3.5封头结构的设计.52.3.6带折边锥形封头壁厚设计52.4传热面积的校核.6第三章 反应釜釜体及夹套的压力试验.7 3.1釜体的水压试验73.1.1水压试验压力的确定.73.1.2 液压试验的强度校核73.1
8、.3 压力表的量程、水温及水中浓度的要求.73.1.4 水压试验的操作过程.73.2釜体的气压试验.7 3.2.1 气压试验压力的确定.73.2.2 气压试验的强度校核.73.2.3 气压试验的操作过程.83.3夹套的液压试验.83.3.1 液压试验压力的确定.83.3.2 液压试验的强度校核.83.3.3 压力表的量程、水温的要求.83.3.4 液压试验的操作过程.8第四章 反应釜附件的选型及尺寸设计.8 4.1釜体法兰联结结构的设计.8 4.1.1法兰的设计94.1.1.1 法兰的选型、标准代号、材料94.1.1.2 法兰的结构与主要尺寸94.1.2 密封面形式的选型94.1.3 垫片的设
9、计94.1.3.1 法兰垫片的选型、材料.94.1.3.2 垫片的结构与尺寸.94.1.4 螺栓、螺母、垫圈的尺寸规格.104.1.4.1 螺栓、螺母、垫圈的选型.104.1.4.2 螺栓、螺母、垫圈的尺寸、标准号104.1.5螺栓、螺母、垫圈的材料104.2工艺接管的设计.10 4.3管法兰尺寸的设计.104.3.1 管法兰的选型104.3.2 管法兰的尺寸.10 4.4垫片尺寸及材质.104.4.1垫片的结构.114.4.2密封面形式及垫片尺寸.11 4.5固体物料进口的设计.12 4.5.1人孔的结构.12 4.5.2人孔的尺寸.12 4.5.3人孔的材质.12 4.6视镜的设计.124
10、.6.1 视镜的选型.134.6.2 视镜的结构.134.6.3视镜的规定标记、标准图号、尺寸及材料134.7支座的选型及设计14 4.7.1支座的选型及尺寸的初步设计.14 4.7.2支座载荷的校核计算.14第五章 搅拌装置的选型与尺寸设计.15 5.1搅拌轴直径的初步计算.155.1.1搅拌轴直径的设计.155.1.2 搅拌轴刚度的校核.155.1.3 搅拌抽临界转速校核计算.155.2联轴器的型式及尺寸的设计.155.2.1 联轴器型式的确定.155.2.2 联轴器的结构及尺寸.155.2.3 联轴节的零件及材料.15 5.3搅拌桨尺寸的设计.155.3.1 框式搅拌桨的结构.155.3
11、.2框式搅拌桨的尺寸.155.4搅拌轴的结构及尺寸的设计.165.4.1 搅拌轴长度的设计165.4.2 搅拌轴的结构16第六章 传动装置的选型与尺寸设计.17 6.1电动机的选型176.2减速器的选型17 6.3机架的设计17 6.4底座的设计18 6.5反应釜的轴封装置设计18第七章 支座的选型及设计.19 7.1支座的选型及尺寸的初步设计197.1.1 悬挂式支座的选型197.1.2 悬挂式支座的尺寸的初步设计197.2支座载荷的校核计算19第八章 焊缝结构的设计.20 8.1釜体上主要焊缝结构的设计20 8.2夹套上的焊缝结构的设计21第九章 固体物料进口的开孔及补强计算.22 9.1
12、封头开固体物料进口后被消弱的金属面积A的计算.229.2有效补强区内起补强作用的金属面积的计算.22 9.2.1 封头起补强作用金属面积的计算.229.2.2 接管起补强作用金属面积的计算.229.2.3 焊缝起补强作用金属面积的计算.229.3判断是否需要补强的依据.22 9.4补强圈的设计.22第十章 反应釜的装配图及部件图.23 反应釜的装配图及部件图见附图1、2鸣谢.23参考文献.23第一章 反应釜釜体的设计1.1 釜体DN、PN的确定1.1.1 釜体DN的确定根据V及L/Di值，将釜体视为圆柱形筒体，可以初步估算筒体内径，且取L/Di=1.1。 由题可知L/Di=1.1 且Di34V
13、/1.12.0845 m3 Di 1.2774m 圆整取DN1200mm1.1.2 釜体PN得确定因操作压力为PW=0.58MPa，查得PN=0.6MPa1.2 釜体筒体壁厚的设计1.2.1 设计参数的确定 取P=1.1PW P=1.1PW=1.10.58=1.10.58(MPa) 液体静压力：由于PL=0.1=0.0132P 则Sn=6mm设计合理。1.5.3 图算法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚6，则：=6-1.25 = 4.75，=1212，。 在文献1305页中图15- 4中的坐标上找到1.102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，交点的对应为：0.OOO29
14、。由文献1307页中图15- 7中选取，在水平坐标中找到=2.910-4点，由该点做竖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：37MPa、=1.900105。 根据=得： =0.145（）因为0.1 0.145，所以假设6合理，取封头的壁厚6。由文献1316页表16-3知，、6的筒体高筒节钢板的质量约178，则筒体质量为：1781.360=242.08（）又知1m高的内表面积故筒体的内表面积：=1.6 外压封头壁厚得设计1.6.1 设计外压得确定 PC=0.1MPa1.6.2 封头壁厚得计算设封头的壁厚为Sn=6mm Se=Sn-C=4.75mm对于标准椭
15、球形封头 K=0.9，Ri=KDi=0.91200=1080mmRi/Se=1080/4.75=227.4计算系数A=0.125/(Ri/Se)= 5.50010-4 由A=5.50010-4可确定B查表15-7得B=63MPa，E=1.91=1.91105MPa由P=B/(Ri/Se)得P=63 /(1080/4.75)=0.2770Mpa=2.770Kgf/cm2P=1.0Kgf/cm2P=2.770Kgf/cm2假设Sn=6mm合理。第二章 反应釜夹套得设计2.1 夹套釜体DN，PN得确定2.1.1 夹套釜体DN得确定 Di=Di+300=1200+300=1500mm 所以DN=150
16、0mm2.2.2 夹套釜体PN得确定因操作压力为常压 查得PN=0.25MPa2.2 夹套筒体的设计2.2.1 设计参数的确定 因为釜体内反应物浓度与水相近，故按水计算反应物静压，即： P液=1.01039.81.26510-6=0.0124MPa P液不能忽略 PC=P+P液=0.11.1+0.0124=0.1224MPa，由于夹套内的温度为125130 故取t=150，查Q235-B的t=113MPa2.2.2 夹套筒体壁厚的设计按强度条件设计由公式Sd=PCDi/2t-PC+C得Sd=(0.12241500)/(21130.85-0.1224)+1.0+0.25=2.207mm圆整Sd=
17、3mm Sn=Sd 因此假设合理由PC=0.1MPa0.3MPa 按强度设计的壁厚不能满足刚度要求，需按刚度条件重新计算Di=1500P+0.1=0.68MPa PT=0.80MPa3.1.2 液压试验的强度校核由得=101.5MPa查表14-4 =203MPa得=101.5MPa0.9=0.92031.0=182.7MPa因此液压强度足够3.1.3 压力表得量程压力表的最大量程：P表=2PT=20.80=1.60MPa水温：t15，水中浓度25。3.1.4 水压试验的操作过程 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0.80，保压不低于30，然后将压力缓慢
18、降至0.64 ，并保压足够长时间，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。3.2 釜体的气压试验3.2.1 气压试验压力的确定 由公式PT=1.15P得PT=1.151.10.581=0.7337MPa3.2.2 气压试验的强度校核由公式得=93.045MPa=93.0450.9=0.92031.0=182.7MPa因此气压强度足够3.2.3 气压试验的操作过程 做气压试验时，将压缩空气的压力缓慢升至0.05MPa时，保持5min进行初检合格后继续升至0.367 MPa，其后按每级0.
19、07337MPa为级差升至0.7337MPa，保持10min，然后降至0.6383 MPa并保持足够长时间同时进行检查，如有泄露，修补后重新进行试验，至合格为止。3.3 夹套的液压试验3.3.1 水压试验压力的确定且不小于(+0.1) ，当1.8时取1.8。PT=1.251.10.11=0.1375MPa 因为PTP+0.1=1.10.1+0.1=0.21MPa得PT=0.21MPa3.3.2 液压试验的强度校核由得=33.26MPa=33.26MPa0.9=0.92350.6=126.9MPa因此强度足够3.3.3 压力表的量程、水温的要求压力表得量程：P表=2PT=20.21=0.42MP
20、a水温 t53.3.4 水压试验的操作过程 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0.21，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.168，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。第四章 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 法兰的设计（1）根据、，由文献表16-9确定法兰的类型法兰的选型：甲型平焊法兰法兰的标准代号：法兰FF120
21、0-0.6 JB/T4701法兰的材料：0Cr18Ni10Ti 公称直径DN/ 法兰/螺栓规格数量1200133012901255124112385823M20484.1.2 密封面形式的选型 因为PN=0.6MPa1.6MPa,介质温度：120130 查文献1P331表16-14 知密封面采用光滑面 4.1.3 螺栓、螺母的尺寸规格 本设计选用六角头螺栓（C级、GB/T5780-2000）、型六角螺母（C级、GB/T41-2000） 平垫圈（100HV、GB/T95-2002）螺栓长度的计算： 螺栓的长度由法兰的厚度（）、垫片的厚度（）、螺母的厚度（）、垫圈厚度（）、螺栓伸出长度确定。 其中
22、=60、=2、=30、=34、螺栓伸出长度取=0.327.7 螺栓的长度为： =169（取170 螺栓标记： GB/T5780-2000 螺母标记： GB/T41-2000 垫圈标记： GB/T95-2002 24-100HV 4.1.4 法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料垫片螺栓螺母法兰垫圈耐油橡胶石棉A级钢A级钢1Cr18Ni10Ti0Cr18Ni10Ti4.2 工艺接管的设计（1） 水进口采用无缝钢管，罐内的接管与夹套内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL25-0.1 RF 20。（2） N2（气）进口采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。（3）工艺物料进口采用无缝钢管，管的一端切成，伸入罐内一定长度。配用的突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL50-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。（4）放料口采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL100-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。与其配套的是手动下展式铸不锈钢放料阀，标记：放料阀6-100 HG5-11-81-3.（5）水出口采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL25-0.1 RF 20。（6
