化工机械基础课程设计夹套反应釜设计书.doc

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1、摘 要 化工设备机械基础是针对化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化学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，是通过学习使同学掌握基本的设计理论并且具有设计钢制典型的中、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，并要对自己的选择做出论证和核算，

2、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。 化工设备课程设计师培养学生设计能力的重要事件教学环节。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以下几个目的：(1)熟练掌握查血文献资料、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。(2)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，并提出保证该过程正常、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环境保护的有

3、效措施。(3)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。(4)用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图标来表达自己的设计思想和计算结果。 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 录第一章 夹套反应釜技术要求4第二章 夹套反应釜的总体结构和设计的内容4第三章 筒体和夹套的设计53.1筒体和夹套的设计53.2罐体几何尺寸计算63.3 夹套反应釜的强度计算 63.4 稳定性校核73.5水压校核83.6反应釜搅拌器93.7

4、反应釜传动装置103.8反应釜的其他附件10数据表格12设计小结18参考文献14第一章 夹套反应釜技术要求1.本设备按照GB 1501998钢制压力容器进行制造、实验和验收，并接受国家质量技术监督局颁发的压力容器安全技术监督规程的监督。2.焊接采用电弧焊。3.焊接接头型式及尺寸处图中注明外，按GB 98588规定；角焊缝的腰高按薄板的厚度；法兰焊接按相应的法兰的标准中的规定。4.筒体、封头及其相连接的对接焊接接头应进行X射线探伤检查，检测长度不得少于各条焊接接头长度的20%，且不小于250mm，级为合格。5.设备制造完毕后，设备内以0.55Mpa（表压）进行水压试验，合格后焊接夹套，夹套以0.

5、65Mpa（表压）进行水压试验。6.设备上凸缘与安装底座的连接表面，应在组焊后加工。7.设备组装后，在搅拌轴上端轴封处测定轴的径向摆动量不得大于0.5mm，搅拌轴轴向窜动量不得大3 mm。8. 设备组装后，低于临界转速时，先运转十五分钟后，以水代料，并使设备内达到工作压力；超过临界转速时，直接以水代料，严禁空远转，并使设备内达到工作压力，进行试运转，时间不少一小时。在运转过程中，不得有不正常的噪音和振动灯不良现象。10.管口及支座方位按本图（或管口及支座方位见管口方位图）第二章 夹套反应釜的总体结构和设计的内容在阅读了设计任务书之后，按一下内容和步骤进行夹套反应负的设计。（1） 总体结构设计

6、根据工艺要求并考虑制造、安装和维护检修的方便，确定各部分结构形式，如封头型式、传热面积、搅拌类型、传动形式、轴封和各种附件的结构形式。（2） 容器的设计 其主要内容有：a) 根据工艺参数确定各部分几何尺寸；b) 考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；c) 对罐体、夹套等进行强度和稳定性计算、校核；（3） 搅拌器设计 根据搅拌器类型确定相关位置和尺寸（4） 传动系统设计 包括选择电动机、确定传动类型、选择减速机、联轴器、机座设计等。 （5） 选择轴封 选择并确定轴封及相关零部件。 （6） 绘图 包括装配图、部件图和零件图。如标准零件、部件，写出标准号及标记，不必绘图。 （7） 编制技术要

7、求 提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。采用标准技术条件标注文号。 第三章 筒体和夹套的设计3.1 罐体和夹套的结构设计罐体采用立式圆形容器，有顶盖、罐体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。罐底和顶盖采用标准椭圆形封头，罐体和封头均用20R钢制作。罐底和筒体采用焊接连接，顶盖和筒体采用可拆卸式的法兰连接。3.2 罐体几何尺寸计算3.2.1 确定筒体内径给定操作容积，装料系数取，所以。筒体内径（长径比）圆整罐体筒体内径3.2.2 封头的确定封头选用椭圆封头，型号是JB/T 4746-2002公称直径总深度H/mm内表面积容积V/ 直边高度14003751.93400.3977253.2.3

8、确定筒体高度反应釜容积V按照封头和筒体两部分容积之和计算，筒体高度按式(4-2)计算，并进行圆整：式中 （ 封头容积 高筒体容积 ），圆整筒体高度按照圆整后筒体高度修正实际容积3.2.4 夹套几何尺寸计算取装料系数，夹套高度按式计算，圆整夹套筒体高度夹套筒体内径罐体封头表面积，一米高筒体内表面积实际传热面积3.3 夹套反应釜的强度计算按内压计算筒体及夹套厚度：由工艺条件及微弱的腐蚀情况，确定设备的材料为20R，由工艺知罐体内的设计压力，夹套内的设计压力罐体的设计温度，夹套的设计温度液柱静压力 计算压力 液柱将压力，由于小于设计压力的5%，故可忽略不计。故计算压力由双面焊接局部无损伤由20R材料

9、在温度低于下查表得设计温度下的材料许用应力罐体圆体的计算厚度夹套筒体的计算厚度罐体封头的计算厚度夹套封头的计算厚度 取最小厚度作为计算厚度 ，由于双面腐蚀切微腐蚀性，故罐体筒体的设计厚度，罐体封头的设计厚度夹套筒体的计算厚度，夹套封头的设计厚度由参考文献可知钢板的厚度负偏差则罐体筒体的名义厚度 夹套筒体的名义厚度 罐体封头的名义厚度 夹套封头的名义厚度 故强度检验合格。3.4 稳定性校核1.由强度计算可得罐体名义厚度 查表得4.5-5.5是钢板的厚度负偏差则罐体筒体外径 筒体计算长度 系数计算 当时，查的A=0.000093许用外压所以5mm的钢板不能用。2.假设名义厚度为，由表可知 ，则则罐

10、体的有效厚度 罐体筒体外径 此时筒体的计算长度 系数计算 由表可知 时对应的A=0.0006MPa， B=83MPa故许用外压 故容器稳定性满足要求3.假设罐体封头的名义厚度，则罐体封头的有效厚度 罐体封头外径 标准椭圆封头当量球壳半径 系数计算 当时由表得B=98MPa许用外压 故椭圆形封头满足稳定性要求罐体封头的最小厚度满足要求3.5 水压校核罐体的试验压力 夹套水压试验压力 查文献得 ，罐体圆通应力 ， 故筒体水压校核合格夹套内试验压力 ， 故夹套水压校核合格3.6 反应釜搅拌器搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是反应釜等搅拌设备的关键部件。搅拌器的型号主要有：桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆

11、式和螺带式。它的选型通常是工艺设计的任务，也可按标准选取。3.6.1搅拌器的选型根据任务书的要求，搅拌器转速为200r/min,所以选取开启涡轮式搅拌器，该搅拌器能用于高粘度的液体，符合工艺设计要求。3.6.2搅拌轴设计搅拌轴的机械设计内容同一般传动轴主要是结构设计和强度校核，对于转速大于200r/min的要进行临界转速的校核。由于本设计转速是200转每分钟，所以不必进行临界转速的校核。搅拌轴的支撑常采用滚动轴承，参考文献1地十八章计算、选择。本设计选用圆锥滚动轴承。1.搅拌轴的材料：选用Q235-A2.搅拌轴的结构：用实心直轴3.搅拌轴的强度校核：条件，对于Q235-A ，对实心轴，故时轴的

12、强度足够4.搅拌轴的形位公差和表面粗糙度的要求：一般搅拌桨要求运行平稳，为了防止轴的弯曲对轴封处的影响，因此轴安装和加工要求控制轴的直度，当转速大于时，直度允许误差：1000:0.15轴的粗糙度可按所配零件的标准要求选取。5.搅拌轴的支撑一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴支撑，当搅拌轴较长时，轴的刚度条件破坏，为保证搅拌轴悬臂的稳定性，轴的臂长为L，轴径d和两轴的距离B应满足一下关系；搅拌轴的支撑采用滚动轴承，安装轴封处的轴的配合表面粗糙度。3.7反应釜的传动装置反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置设置在釜顶封头的上部，其设计内容一般包括：电机；减速机的选型；选择联轴器；选用和设计机架和底

13、座等。3.8 反应釜其他器件3.8.1 常用电机及其连接设备选用电机主要是考虑到它的系列，功率，转速，以及安装形式和防爆要求等几项内容。最常用的为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轴功率与传动系统，轴封系统功率损失的要求，还要考虑到又时在搅拌过程操造作中会出现不利条件造成功率过大。电机功率可按下式确定： 式中： 代入数据得：3.8.2 釜用减速机类型，标准及其选用反应釜的立式减速机的选用根据：轴转速 n=200r/min 电机功率为2.2KW查表4-11可选：BLD摆线针轮行星减速机，其尺寸从HG5-745-78 标准中选取由表4-11选的：电动机功率：2.2kw 转

14、速：1430r/min查附表5-4 选取电动机型号为：Y112M-4 额定功率：4KW 满载转速：1440r/min3.8.3 凸缘法兰凸缘法兰一般焊接于搅拌器封头上，用于连接搅拌传动装置。设计采用R型突面凸缘法兰，其形式见附图4-4，其尺寸有附表4-6查找。选择R型突面凸缘法兰，其尺寸如下：螺栓数量螺纹质量/Kg51540041056551543016M24463.8.4 安装底盖安装底盖采用螺栓等紧固件，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。设计选取了RS型安装底盖。其主要尺寸查图4-15和附表4-7 和4-8，内容如下：/mmDNd2kd5d6sd9k

15、2d1040056551516-26415501762108-M163.8.5 机架机架是安装减速机用的，它的尺寸应与减速机底座尺寸相匹配。其选用类型有三种，本次选用无支点机架。常用的无支点机架见附图5-1，尺寸见附表5-6.选用WJ90型无支点机架，参数如下：/mmH1H2H3H4D1D2D3D4D5D6H质量/Kg4025784004504904305155656601703.8.6 联轴器常用的电机和减速机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。常用的类型很多，选取刚性凸缘联轴器。主要尺寸以及型式见附图5-5，尺寸见附表5-10. 选用GT-45 质量：17K

16、 g.3.8.7 反应釜的轴封装置反应釜采用结构简单、易于制造的填料密封，采用HG 221537.7碳钢填料箱。填料密封一般用于常压、低压、低转速及允许定期维护的搅拌设备。3.8.8 支座夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。标准耳式支座（JB/T 4725-92）分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支撑在楼板上时选用B型，否则选择A型。设计中选取B型，支座数为4个。允许载荷为100KN 型式见附图4-9 ，尺寸见附表4-9.支座质量为：28.7Kg 地脚螺栓： M24.3.8.9 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

17、孔的形状有圆形和椭圆形两种。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4-11 ，型式见附图4-11.密封面型式：突面（RF型） 公称压力：1.0Mpa 公称直径 ：DN=400mm总质量：125Kg 螺柱：20个 螺栓：40个。 螺柱：M24-1253.8.10 设备接口化工容器及设备，往往由于工艺操作等原因，在筒体和封头上需要开一些各种用途的孔。接管和法兰是用来与管道和其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是公称直径和公称压力。管子的公称直径和与钢管的外径的关系见表4-1

18、3.接管的伸长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm。液体出料管的设计主要从无聊易放尽、阻力小和不易堵塞等原因考虑。另外还要考虑温差应力的影响。数据表格：表-1：筒体和夹套的尺寸计算步骤项目及代号参数及结果备注1-1全容积2.5由工艺条件给定1-2操作容积2由工艺条件给定1-3传热面积7由工艺条件给定1-4釜体形式圆筒形常用结构1-5封头形式椭圆形常用结构1-6长径比1.1按表4-2选取1-7计算罐体筒体内径1.425按表(4-1)计算1-8圆整筒体内径1400按附表D-1选取1-9一米高的容积1.539按附表D-1选取1-10釜体封头容积0.3977按附表D-2选取1-11釜体高度1.3

19、66按表(4-2)计算1-12圆整釜体高度H11500选取1-13实际容积2.5523按表(4-3)计算1-14夹套筒体内径1500按表(4-3)选取1-15装料系数 按0.8计算或选取1-16夹套筒体高度1.041按式（4-4）计算1-17圆整筒体夹套高度1100选取1-18罐体封头表面积2.2346按附表D-2选取1-19一米高筒体内表面积4.40按附表D-1选取1-20实际总传热面积7.07467按式（4-5）校核表-2：夹套反应釜的强度计（按外压计算罐体及夹套厚度）步骤项目及代号参数及结果备注2-1设备材料20R据工艺条件确定2-2设计压力(罐体内) 0.2由工艺条件给定2-3设计压力

20、(夹套内) 0.3由工艺条件给定2-4设计温度(罐体内) 0.3参考文献1第九章计算稳定性满足要求3-31罐体封头最小厚度2.1,满足要求表-4：水压试验校核序号项目及代号参数及结果备注4-1罐体试验压力0.25参考文献1第十五章计算4-2夹套水压试验压力0.432参考文献1第十五章计算4-3材料屈服应力点245参考文献1第八章计算4-4187.4参考文献1第十五章计算4-5罐体圆筒应力28.3179.8参考文献1第十五章计算4-6夹套内压试验应力45.22179.8参考文献1第十五章计算设计总结：在为期两周的设计里（12月31号开始到1月13号结束），在此设计过程当中首先要感谢老师，在这次课

21、程设计中给予我们的指导，由于是初次做化工设备机械设备课程设计，所以，在设计整个过程中难免遇到这样那样的难题不知该如何处理，幸好有老师耐心教诲，给予我们及时必要的指导，在此向老师表达最诚挚的感谢！课程设计不同于书本理论知识学习，有些问题是实际实践过程中无法用理论推导的，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，查阅互联网以及在钟老师的指导帮助下，问题得到很好的解决。这让我深深意识到自己知识体系的漏洞，但同时也深刻体会到同学间的团结互助的精神。本次设计主要分为四个阶段：准备阶段；设计阶段，化工设备的机械设计是在设备的工艺设计后进行的。根据设备的工艺条件，围绕着设备内，外附件的选型进行机械结构设计，围绕着确定的厚度大小进行强度，刚度和稳定性的设计和校核计算。然后绘制装配图，边算、边选、边画、边改，来完成；设计计算说明书阶段，就是图纸的理论依据，是设计计算的整体和总结，是审核设计的技术文件之一；课程设计答辩阶段是最后的步骤，课程设计的图样及说明书全完成后，须经指导老师审阅，得到认可后，方能参加答辩。参考文献1董大勤编 化工设备机械基础 化学工业出版社2 蔡纪宁 张秋翔编 化工设备机械基础课程设计指导书 化学工业出版社说明：文中所指公式、表与附表均指参考文献2中的表与附表，而指明参考文献1的就是指参考文献1中的公式、表与附表。