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1、课程设计搅拌反应釜设计姓名:余景超学号：2010115189专业：过程装备与控制工程学院：化工学院指导老师：淡勇老师目录设计内容概述1. 1设计要求1 2设计参数1 3设计步骤二罐体和夹套的结构设计2 1几何尺寸2 2厚度计算2 3最小壁厚2. 4应力校核三传动部分的部件选取31搅拌器的设计3.2电机选取3.3减速器选取3.4传动轴设计3.5支撑与密封设四标准零部件的选取4.14.2手孔视镜4.4接管五参考文献设计内容概述（一）设计内容：设计一台夹套传热式配料 罐设计参数及要求容器内夹套内工作压力，MPa0.180.25设计压力，MPa0.20.3工作温度，C100130设计温度，C12015
2、0:介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽全容积，皿1.0操作容积，030.80传热面积，023腐蚀情况微弱推荐材料Q235-A接管表符全 口公称尺 寸DN连接面形 式用途A25蒸汽入口B25加料口C80视镜D65温度计管口E25压缩空气入口F40放料口G25冷凝水出口H100手孔（二）设计要求：压力容器的基本要求是安全性和经济性的统一。安全是前提，经济是目标，在充分保证安 全的前提下，尽可能做到经济。经济性包括材料的节约，经济的制造过程，经济的安装维修。搅拌容器常被称为搅拌釜，当作反应器用时，称为搅拌釜式反应器，简称反应釜。反应釜 广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、农药、化肥等行业。反应釜由搅
3、拌器、搅拌装置、 传动装置、轴封装置及支座、人孔、工艺接管等附件组成。压力容器的设计，包括设计图样，技术条件，强度计算书，必要时还要包括设计或安装、 使用说明书。若按分析设计标准设计，还应提供应力分析报告。强度计算书的内容至少应包括： 设计条件，所用规范和标准、材料、腐蚀裕度、计算厚度、名义厚度、计算应力等。设计图样包 括总图和零部件图。设计条件，应根据设计任务提供的原始数据和工艺要求进行设计，即首先满足工艺设计条 件。设计条件常用设计条件图表示，主要包括简图，设计要求，接管表等内容。简图示意性地画 出了容器的主体，主要内件的形状，部分结构尺寸，接管位置，支座形式及其它需要表达的内 容。（二）
4、设计参数和技术性能指标（三）设计步骤：1. 进行罐体和夹套设计计算；2. 搅拌器设计；3- 传动系统设计；4. 选择轴封；5- 选择支座形式并计算；6- 手孔校核计算；7. 选择接管，管法兰，设备法兰。确定筒体和封头的几何尺寸(1) 筒体和封头的形式选择圆柱筒体及椭圆形封头。(2) 确定筒体和封头的直径设备容积要求1m常从E锪衔-液类型，故由 式(4-1 ) : H1/D1=1-1.3，考虑容器不大，为使直径不致太小，在顶盖上 容易布置接管和传动装置，故选取H1/D1 = 1.2。D1由(4-1)估算：D1=y4V/ n H1/D1=y4x 1/ nx 1.2=1.0621将D1的估算值圆整到
5、公称直径系列，故取D1=1000mm.封头内径值米用椭圆型封头，直边局h0由附表4-2初选h0=40mm(3) 确定筒体高度H1当D1=1000mm, h0=40m时，由附表4-2查得椭圆形 封头的容积V=0.1623 m常筛奖4-1查得筒体1m高的容积V1米=0.785 m/m, 按式(4-2 ) : H1=V-V 封/V1 米二(1-0.1623 ) /0.785=1.067m取 H1 = 1.0m 于是 H1/D1 = 1.062/1.067=1。(4) 选取夹套直径D= D1+100=1100mm夹套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。(1) 确定夹套高度按式(4-4 )定夹套高度
6、H2,式中n为装料系数，n =操作容积/设备容积=08/1=0.8,代入公式：H2(n V- V封)/ V1米=0.812取 H2=950mim(2) 校核传热面积下工艺要求传热面积为3m常筛奖4-1、4-2，封头表面积F封=1.2096m, 1m 高筒节表面积 F 筒=H2x F1m=0.8x 3.14=2.512 m 贝“：实 际总传热面积F=F封+F筒= 1.2096+2.512=3.7604 m7 m玻可用。2.釜体及夹套的强度计算(1) 选择设备材料，确定设计压力由已知建议并分析工艺要求和腐蚀因素， 决定采用建议意见，选用Q235-A热轧钢板，其中100C-150 C下的许用应 力为
7、：c = 113Mpa。设计压力的确定：夹套的筒体和封头是内压容器，按已知：设计压力P=0.3 Mpa釜体的筒体和封头既受内压又受外压的作用。内压设计压力 P=0.2Mpa设 计外压的取法是考虑操作过程出现的最大压力差， 所以取P=0.3Mpa为设计 外压。(2) 夹套的筒体和封头壁厚计算夹套筒体壁厚S夹二PD夹/ (2 C -P) +C式中，P=0.3Mpa D 夹=1100mm C=113Mpa; 为焊缝系数，采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查：=085 (夹套封头用钢板拼焊);壁厚附加量C 一 C1+C2+C3Q1其中C1为钢板负偏差，初步取C1=0.6mm, 腐蚀裕量C2=2mn热加工
8、减薄量C3=2 (封头热加工C3=0.5mm，因此： C=06+2+0=26mmS 夹=(0.3 X 1100)/(2 X 113X 0.85-0.3)+2.6=4.32mm,圆整到钢板厚 度标准规格，取S夹=5mm夹套封头壁厚S封夹=(PD夹/2 q -0.5P+C+C式中：P、D 夹、4、取值同上式，其中 C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mrn代入上式：S 封夹二0.3 X 1100/2 X 113X 0.85-0.5X0.3+3.1=4.819mm为照顾到筒体和封头焊接的方便取S封夹 二S夹=5mm(3) 釜体的筒体壁厚S筒1) 按承受0.2Mpa的内压设计筒 APD1/
9、 (2 q -P) +C式中，设计压力P=0.2Mpa筒体内径D1=1000mm许用应力q=113Mpa(同夹套材料)；焊缝同夹套，故 =0.85，壁厚附加量C 二 6+o 2+。3=0.6+2+0=2.6用上述各值代入上式:S 筒(02 X 1000X /2 X 1130.85) +2.6=3.642mm2) 按承受0. 3Mpa的外压设计设罐体筒体的名义厚度S ln=7mm厚度附加量 C二C1+C2+C3二0. 6+2+02. 6mm罐体筒体有效厚度s le= S ln-C=7-2. 6=4. 4mm罐体筒体外径 D1O=D1+S ln=1000+2x 7=1014mm筒体计算长度 L=H
10、2+l/3hl=950+l/3 (250+4. 4) =1034. 8mm系数 L/D0=1034. 8/1014=1.205系数 DO/S e=1014/4. 4=230由参考资料图9-7，查得：系数A=0. 000255 ,系数B=38则许用外压P=BS e/D= (38 X 4. 4 ) /1014=0. 1653Mpa因此壁厚4. 4mm不能满足外压稳定要求，需增大壁厚重新计算。现重新假设sln=8mm厚度附加量 C二C1+C2+C3二0. 6+2+02. 6mm罐体筒体有效厚度S le= S ln-C=8-2. 6=5. 4mm罐体筒体外径 D1O=D1+S ln=1000+2x 8
11、=1016mm筒体计算长度 L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1035.13mm 由参考资料图 9-7,查得：系数A=0.00046 ,系数B=63则许用外压P =B系数 L/D0=1034.8/1014=1.019 系数 D0/ S e=1016/5.4=188S e/D=63 X 5.4/1016=0.3350.3Mp故S e=5.4mm满足外压稳定性要求，其圆整到标准钢板厚度规格取S e=8mm.(4) 釜体的封头壁厚计算1) 按内压计算S封：S 封PD1/ (2 q -0.5P ) +C式中，P=0.2M pa,D1=1000mm, =0.85, 113 Mpa,
12、C 二 C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mn 代入上式：S 封02 X 1000/(2 X 113X 0.85-0.5 x02)+31=414mm考虑到封头与筒体的焊接方便取封头与筒体等壁厚S封=8mm.2) 按外压校核S封,采用图算法：封头计算壁厚S 0二S - C=8-3.1=4.9mm椭圆封头的计算当量半径Rv=K1D1由设计规定或查资料知K1=0.9，故Rv=0.9 X 1000=900mm;系数 A=0.125xS 0/Rv=0.125 x 4.9/900=0.000681,由图查得 B=92,则许用外压P=B( S0/Rv)=92 X (4.9/900)=0.501Mp
13、a 大于水压实验时的压力0.4Mpa,故用S封=8mm外压稳定安全.(5) 水压实验校核1) 确定实验水压Pr,根据设计规定知：釜体水压取 Pr= P+0.1=0.2+0.1=0.3 Mpa夹套水压取 Pr 二 P+0.1=0.3+0.1=0.4 Mpa2) 内压实验时：釜体筒壁内压应力 C r=PrD1+(S-C)/2(S-C)=0.3 x1000+(8-2.6)/2(8-2.6)=27.93Mpa.夹套筒壁内压应力C r夹=D1+(S-C)/2(S-C)=031000+(5426)/2(5426)=7877Mpa.釜体封头壁内应力C r封二 P K1D1+0.5(S-C)/2(S-C)=0
14、.30.9 x1000+0.5(8-3.1)/2(8-3.1)=27.63Mpa夹套封头壁内应力C r封二 P K1D1+0.5(S-C)/2(S-C)=0.40.9 x1100+0.5(5.4-3.1)/2(5.4-3.1)=86.19 Mpa因Q235-A常温C =235Mpa看出r, r夹，r夹，r封夹都小于09s=0.9235=211.5Mpa,故水压实验安全.3)外压水压实验筒体8 mm5 mm封头8 mm5 mm釜体筒体外压校核：3 0=3 - C=8-2.6=5.4mm,D0/ 30=1010.8/5.4=187,L/D0=1035.13/1010.8=1.024 由图查 A=0
15、.00045,B=62,故许用外压P=BS0/D0=62 X 5.4/1010.8=0.331Mpav 水压压力 Pr=0.4Mpa, 故在0.4Mpa外压水压实验时应在釜体内充压，以防釜体筒体失稳.釜体底封头外压校核因其允许外压P=0.501Mpa外压Pr=0.4Mpa,故安全.计算结果夹套釜体3.5支撑与密封设计反应釜是立式安装，故采用耳式支座，并选择B型筋板。选择的耳式支座支座号为3,允许载荷30KN，高度200mm,地脚螺栓30-M24。反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，选用填料密封。用P N=0.6M Pa轴颈d=40mm,D1=175mm,D2=145mm,H=147mm。四标准零
16、部件的选取4.1支座1）支坐类型：根据罐体的公称直径是1000mm,可由参考文献2的附表4-9选择标准耳式支坐，又因设备思需要保温故选择B型，由JB/T 4725-92 可知选择耳座 B3。2）数量：4个（对称且承重）。3）Q=30KN。4.2手孔查参考文献2的附表4-10,根据DN=150mm，PN=1.0Mpa,选择带颈平焊法兰手孔，其有关资料 如下：标准号HG21530-95凹凸面MFMH1=160mm, H2=85.5mm, m=23.3kg4.3视镜由DN=80mm, PN=1.0 MP a,可知选择不带颈的视镜，查参考文献可得资料如下标准号为JB593-64-2D=145mm,D1
17、=120mm,b1=25mm,b2=14mm管法兰3个。4.4法兰设备共需选用4个，其中压力容器法兰1个，2的附表4-4和4-5可知选取 甲型平焊900-0.6 ;具体资料如下：1）根据 DN=1000mm,PN=0.6MPa,查参考文献法兰：名称为法兰-TD=1130mm,D1=1090mm,D2=1055mm,D3=1045mm,D4=1042mm, d=23mm;螺柱 M20,数量 32;凸面法兰质量：67.5kg，凹面法兰质量：65.3kg 2）图中ABEG接管公称尺寸均为25mm。根据DN=25mm, PN=1.0 MP a,查参考文献2的附 表4-12 可得有关资料如下：管子外径A
18、=32mm，法兰外径D=100mm，法兰理论质 量为 0.65kg。3）图中D接管公称尺寸为65mm。根据DN=65mm,PN=1.0MPa,查参考文献2的附表4-12 可得有关资料如下：管子外径A=76mm，法兰外径D=160mm，法兰理论质量为1.61kg。4）图中F接管公称尺寸为40mm。根据DN=40mm,PN=1.0MPa,查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：管子外径A=45mm，法兰外径D=130mm，法兰理论质量为1.20kg。4.5接管查参考文献2的附表4-12,根据各种零件的DN不同，PN=1.0Mpa,选取保温设备接管，由资料 可知接管的伸出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150 mm，则接管A.B.D.E.F.G 长均为 150mm。五参考文献1、 化工设备机械基础（第二版）赵军张有忱段成红编 化学工业出版社2、化工设备机械基础课程设计指导书蔡纪宁张秋翔编化学工业出版社3、化工机械手册化工机械手册编辑委员会 天津大学出版社2012.7.12
