1.6m3夾套反應(yīng)釜--課程設(shè)計說明書.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除科技大學化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書題 目：1.6m3夾套反應(yīng)釜 學生姓名： 學 號：專 業(yè)：化學工程與工藝班 級：指導教師： 此文檔僅供學習與交流摘要：本文簡要地說明了夾套反應(yīng)釜的設(shè)計方法、理論依據(jù)及設(shè)計思路。該文在計算方面主要介紹了強度計算。強度計算主要包括由給定工藝參數(shù)進行的筒體和夾套的力學分析，反應(yīng)釜液壓試驗校核以及氣壓試驗校核，支座、視鏡的選擇及強度校核，攪拌裝置的設(shè)計計算及攪拌器的選型和攪拌軸長度的確定。關(guān)鍵詞：壓力容器 反應(yīng)釜 攪拌設(shè)備Abstracts: This text generally introduces the reaction kettle Design method, theory basis and design proposal .In the aspects of calculation, it introduces the strength calculation. Strength calculation mainly includes the mechanical analysis of the cylinder and clip , the respective reaction kettle hydraulic test , the choice and strength check of bearing and lens , mixing device design calculation and blender selection and determination of stirring shaft length.Keywords: Pressure container Reaction kettle Mixing equipment目錄前言6第一章 夾套反應(yīng)釜課程設(shè)計任務(wù)書81.1 設(shè)計目的81.2 設(shè)計要求81.3 設(shè)計內(nèi)容81.4 設(shè)計參數(shù)8第二章 設(shè)計方案的分析和擬定10第三章 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計113.1 釜體DN、PN的確定113.1.1 釜體DN的確定113.1.2 反應(yīng)釜筒體PN的確定123.2 封頭的設(shè)計與計算123.2.1 封頭的選型123.2.2 封頭設(shè)計參數(shù)的選定123.2.3 封頭厚度的計算133.2.4 封頭深度計算143.3 反應(yīng)釜筒體長度L的計算143.4 反應(yīng)釜長徑比L/Di復核143.5 反應(yīng)釜筒體壁厚設(shè)計15第四章 反應(yīng)釜夾套的設(shè)計164.1 夾套釜體DN、PN的筒體直徑的關(guān)系164.1.1 夾套釜體DN的確定164.1.2 夾套釜體PN的確定164.2 夾套筒體的設(shè)計與計算164.2.1 夾套筒體設(shè)計參數(shù)的確定164.2.2 夾套筒體壁厚的設(shè)計164.2.3 夾套筒體長度的計算164.3 夾套封頭的設(shè)計與計算174.3.1 封頭的選型174.3.2 夾套封頭設(shè)計參數(shù)的確定174.3.3 夾套封頭壁厚的設(shè)計17第五章 反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗185.1 反應(yīng)釜體的壓力試驗185.1.1 水壓試驗壓力的確定185.1.2 水壓試驗的強度校核185.1.3 氣壓試驗壓力的確定195.1.4 氣壓試驗的強度校核195.2 夾套的壓力試驗195.2.1 水壓試驗壓力的確定195.2.2 水壓試驗的強度校核195.2.3 氣壓試驗壓力的確定195.2.4 水壓試驗的強度校核19第六章 反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計216.1 釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計216.1.1 法蘭的設(shè)計216.1.2 密封面形式的選型226.1.3 墊片的設(shè)計226.1.4 螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格246.2 人孔的設(shè)計256.3 支座的選型及設(shè)計26第七章 攪拌裝置的選型與尺寸設(shè)計317.1 反應(yīng)釜的攪拌裝置317.2 攪拌器的設(shè)計317.2.1 攪拌器的選型317.2.2 攪拌器的型式327.2.3 攪拌器型式的選擇337.2.4 攪拌附件347.2.5 攪拌器相關(guān)參數(shù)計算357.3 攪拌軸直徑的初步計算35第八章 傳動裝置的選型378.1 傳動裝置的系統(tǒng)組成378.2 電機的選取378.3 減速器的選取378.4 選取凸緣法蘭388.5 選取安裝底蓋388.6 選取機架398.7 聯(lián)軸器408.8 反應(yīng)釜的軸封裝置408.9 傳動軸41第九章 固體物料進口的開孔及補強計算429.1 封頭開人孔后被削弱的金屬面積A的計算429.2 有效補強區(qū)內(nèi)起補強作用的金屬面積的計算429.2.1 封頭起補強作用金屬面積A1的計算429.2.2 接管起補強作用金屬面積A2的計算439.2.3 焊縫起補強作用金屬面積A3的計算439.3 判斷是否需要補強的依據(jù)43第十章 反應(yīng)釜的裝配圖及部件圖4410.1 反應(yīng)釜裝備圖（見附圖 1）4410.2 攪拌軸的部件圖（見附圖1）44參考文獻45鳴謝46前言化工設(shè)備機械基礎(chǔ)是化學工程、制藥工程類專業(yè)以及其他相近的非機械類專業(yè)，是對化工設(shè)備機械知識和設(shè)計能力的要求而編寫的。通過此課程的學習，同學們應(yīng)掌握基本的理論知識并具有設(shè)計鋼制的、典型的中、低、常壓化工容器的能力?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計是化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程教學中綜合性和實踐性較強的教學環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，以此使學生了解工程實際問題復雜性并初次嘗試化工機械設(shè)計。化工設(shè)計不同于平時的作業(yè)，在設(shè)計中需要同學獨立自主的解決所遇到的問題，自己做出決策，根據(jù)老師給定的設(shè)計要求，自己選擇方案，查取數(shù)據(jù)，進行過程和設(shè)備的設(shè)計計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復的比較分析，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計?；ぴO(shè)備課程設(shè)計是培養(yǎng)學生設(shè)計能力的重要實踐教學環(huán)節(jié)。在教師指導下，通過課程設(shè)計，培養(yǎng)學生獨立地運用所學到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實際的知識，綜合地分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力。因此，當學生完成該課程設(shè)計后，應(yīng)達到一下幾個目的： 熟練掌握查閱文獻資料、收集相關(guān)數(shù)據(jù)、正確選擇公式，當缺乏必要的數(shù)據(jù)時，尚需要自己通過實驗測定或到生產(chǎn)現(xiàn)場進行實際查定。 在兼顧技術(shù)先進性、可行性、經(jīng)濟合理的前提下，綜合分析設(shè)計任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全可行所需的檢測和計量參數(shù)，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護的有效措施。 準確而迅速地進行過程計算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算及選型。 用精煉的語言、簡潔的文字、清晰的圖表來表達自己的設(shè)計思想和計算結(jié)果?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計是一項很繁瑣的設(shè)計工作，而且在設(shè)計中除了要考慮經(jīng)濟因素外，環(huán)保也是一項不得不考慮的問題。除此之外，還要考慮諸多的政策、法規(guī)，因此在課程設(shè)計中要有耐心，注意多專業(yè)、多學科的綜合和相互協(xié)調(diào)。第一章 夾套反應(yīng)釜課程設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計目的通過化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計，使學生鞏固課程所學內(nèi)容，掌握壓力容器設(shè)計計算的基本方法。1.2 設(shè)計要求根據(jù)設(shè)計參數(shù)，反應(yīng)釜的規(guī)格尺寸：內(nèi)筒、夾套、封頭。畫A2尺寸的該反應(yīng)釜的裝配圖；對該反應(yīng)釜的福建進行選型。1.3 設(shè)計內(nèi)容1. 工藝參數(shù)選定；2. 容器的強度設(shè)計；3. 夾套罐壁厚設(shè)計；4. 夾套折邊焊縫強度校核；5. 開孔補強設(shè)計；6. 水壓試驗設(shè)計注：主要設(shè)計參數(shù)（設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、材料、許用應(yīng)力、壁厚附加量等）根據(jù)GB150-98及相關(guān)規(guī)定按上表自己確定1.4 設(shè)計參數(shù)設(shè)計壓力：體內(nèi)：2.8兆帕，夾套：2.0兆帕；設(shè)計溫度：體內(nèi)200度，夾套：250度；介質(zhì)：體內(nèi)：氯乙烯單體，夾套內(nèi)：蒸汽；攪拌方式：開啟渦輪式；轉(zhuǎn)速：110r/min;功率：3.0kw;建議采用材料：16MnR或自選。其他：單面腐蝕裕量：C2=1mm;焊縫系數(shù)：=0.85，C1=1mm;封頭建議使用標準橢圓封頭。第二章 設(shè)計方案的分析和擬定根據(jù)任務(wù)書中的要求，一個夾套反應(yīng)釜主要有攪拌容器、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管等一些附件構(gòu)成。而攪拌容器又可以分為罐體和夾套兩部分。攪拌裝置分為攪拌器和攪拌軸，根據(jù)任務(wù)說明書的要求本次設(shè)計攪拌器為漿式攪拌器；考慮到機械軸封的實用性和應(yīng)用的廣泛性，所以軸封采用機械軸封。在閱讀了設(shè)計任務(wù)書后,按以下內(nèi)容和步驟進行夾套反應(yīng)釜的機械設(shè)計。（1）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)工藝的要求，并考慮到制造安裝和維護檢修的方便來確定各部分結(jié)構(gòu)形式。（2）攪拌器的設(shè)計。根據(jù)工藝參數(shù)確定各部幾何尺寸；考慮壓力、溫度、腐蝕因素，選擇釜體和夾套材料；對罐體、夾套進行強度和穩(wěn)定性計算、校核；（3）傳動系統(tǒng)設(shè)計，包括選擇電機、確定傳動類型、選擇聯(lián)軸器等。（4）決定并選擇軸封類型及有關(guān)零部件。（5）繪圖，包括總圖、部件圖。（6）編制技術(shù)要求，提出制造、裝配、檢驗和試車等方面的要求。第三章 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計3.1 釜體DN、PN的確定3.1.1 釜體DN的確定對于直立反應(yīng)釜來說，釜體設(shè)備的全容積是指圓柱形筒體及下封頭容積，即V=Vg+Vf式中Vg-設(shè)備筒體部分容積，m3; Vf-封頭容積，m3。由于反應(yīng)時基本處于氣液共存狀態(tài)，換熱一定要及時，所以為了增大其傳熱面積，根據(jù)實際經(jīng)驗，選擇的長徑比為：L/Di=1.2圖3- 1文獻5:P447頁設(shè)備條件反應(yīng)溫度小于200，物料在反應(yīng)過程中要呈沸騰的狀態(tài)，并且在反應(yīng)過程中要進行攪拌，根據(jù)操作時允許的裝滿程度來確定裝料系數(shù)。本反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)物質(zhì)為氯乙烯單體，其粘度遠小于水，為提高設(shè)備的利用率，故選用=0.6設(shè)備容積V與操作容積的關(guān)系為Vg=*V由公式Di得Di=1192mm圓整后Di=1200mm3.1.2 反應(yīng)釜筒體PN的確定根據(jù)設(shè)計要求，反應(yīng)釜體內(nèi)部壓力為2.8MPa，故PN=2.8MPa3.2 封頭的設(shè)計與計算3.2.1 封頭的選型根據(jù)設(shè)計要求，該反應(yīng)釜的封頭選用標準為橢圓形封頭，且封頭的公稱直徑DN=1200mm，故封頭的類型為EHA.3.2.2 封頭設(shè)計參數(shù)的選定Pc=2.8MPa，=0.85（雙面焊接，局部無損探傷），C1=1mm，C2=1mm當DN=1200mm,P=2.8MPa,查表得e=12mm，故n=e+C1+C2=14mm圖3- 2文獻5：P190頁當操作溫度為200時，查表得到16MnR=170MPa圖3- 3文獻5：P168頁3.2.3 封頭厚度的計算計算厚度：=11.63mm設(shè)計厚度：d=+C2=11.63+1=12.63mm有效厚度：e=+=11.63+=12mm名義厚度：n=e+C1+C2=12+1+1=14mm3.2.4 封頭深度計算由=Di/4得=1200/4=300mm3.3 反應(yīng)釜筒體長度L的計算橢圓形封頭的容積：Vf=，代入已知的數(shù)據(jù)得則筒體的高度圓整后取得H=1200mm3.4 反應(yīng)釜長徑比L/Di復核反應(yīng)釜體長度：（此公式是從化工設(shè)備課程設(shè)計指導方書起主編查到的）其中：H為筒體長度，h為封頭直邊高度，為標準橢圓形封頭深度。圖3- 4文獻5：P176頁查表可得，=25mm即 ，長徑比復核與所選用的長徑比基本相符。3.5 反應(yīng)釜筒體壁厚設(shè)計計算厚度： =設(shè)計厚度：d=+C2=11.63+1=12.63mm有效厚度：e=+=11.63+=12mm名義厚度：n=e+C1+C2=12+1+1=14mm第四章 反應(yīng)釜夾套的設(shè)計4.1 夾套釜體DN、PN的筒體直徑的關(guān)系4.1.1 夾套釜體DN的確定表4 1500-600700-18002000-3000故4.1.2 夾套釜體PN的確定由設(shè)計要求知夾套內(nèi)部壓力為2.0MPa，因此夾套釜體的PN=2.0MPa4.2 夾套筒體的設(shè)計與計算4.2.1 夾套筒體設(shè)計參數(shù)的確定（雙面焊接，局部無損探傷），C1=1mm，C2=1mm查圖表 四1得，16MnR的4.2.2 夾套筒體壁厚的設(shè)計計算厚度：設(shè)計厚度：d=9.8+C2=9.8+1=10.98 mm有效厚度：e=+=9.8+=10mm名義厚度：n=e+C1+C2=10+1+1=12mm4.2.3 夾套筒體長度的計算標準橢圓形封頭的容積：，代入數(shù)據(jù)有則夾套筒體高度為圓整后4.3 夾套封頭的設(shè)計與計算4.3.1 封頭的選型根據(jù)設(shè)計要求，可選用橢圓形封頭，類型為EHA。4.3.2 夾套封頭設(shè)計參數(shù)的確定Pc=2.0MPa，=0.85（雙面焊接，局部無損探傷），C1=1mm，C2=1mm在250時16MnR的t=156MPa4.3.3 夾套封頭壁厚的設(shè)計計算厚度：=9.80mm設(shè)計厚度：d=+C2=9.80+1=10.80mm有效厚度：e=+=9.80+=10mm名義厚度：n=e+C1+C2=10+1+1=12mm第五章 反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗根據(jù)圖表 五1可知，16MnR在溫度為200時的=170MPa,在操作溫度250下的t=156MPa,操作時夾套的內(nèi)壓為P=2.0MPa,筒體的內(nèi)壓為Pc=2.8MPa, =0.85因為P=47.99mm圓整為d = 50mm時符合強度條件。第八章 傳動裝置的選型8.1 傳動裝置的系統(tǒng)組成反應(yīng)釜的攪拌器是由傳動裝置帶動，傳動裝置通常設(shè)置在釜頂封頭的上部。反應(yīng)釜的傳動裝置包括電機、減速器、聯(lián)軸器、機架、底座和凸緣法蘭等。8.2 電機的選取根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，選用電機YA132S-4,選用軸功率P=5.5kw,軸轉(zhuǎn)速n=1440r/min,功率因數(shù)為0.84，效率為85.5，重量為68kg。圖8- 18.3 減速器的選取傳動比i=1440/11013根據(jù)轉(zhuǎn)速以及功率，最終選用BLD擺線針輪行星減速器。其尺寸如下： L1=417mm，l=79mm，l2=45mm，D2=340mm，D3=310mm，D4=270mm，D=55mm，b=16mm，h=59mm，D1=30mm，b1=8mm，h2=33mm圖8- 2文獻58.4 選取凸緣法蘭凸緣法蘭一般焊接于罐體封頭上，用于連接攪拌傳動裝置，亦可兼坐安裝、維修、檢查用孔。凸緣法蘭分整天和襯里兩種結(jié)構(gòu)形式，密封面分凸面（R）和凹面（M）兩種。經(jīng)過查找文獻，選取R型凸緣法蘭DN=300mm。具體尺寸如下：單位:mm表8- 1法蘭尺寸公稱直徑DNDKDih30044540028065圖8- 3凸緣法緣尺寸文獻58.5 選取安裝底蓋安裝底蓋采用螺柱等緊固件，上與機架連接，下與凸緣法蘭連接，是整個攪拌傳動裝置與容器連接的主要連接件。安裝底蓋的常用形式為RS和LRS型，安裝底蓋的公稱直徑與凸緣法蘭相同。形式選取時應(yīng)注意與凸緣法蘭的密封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。所以選用RS型。根據(jù)下圖圖8- 4底蓋尺寸文獻5選取安裝底蓋DN=300mm，其尺寸如下表：表8- 2安裝底蓋尺寸/mm公稱直徑DN外徑D螺柱中心園直徑k3004454008.6 選取機架機架是用來支撐減速器和傳動軸的。機架有單支點機架和雙支點機架兩種，本次選用單支點機架，它的尺寸應(yīng)與減速機底座尺寸相匹配，根據(jù)參考文獻和上圖8- 5，得參數(shù)如下：公稱直徑為300mm，底座外徑D1=445mm，螺孔中心圓直徑K1=400mm，凹底直徑D3=320mm，H=795mm，H1=279mm。8.7 聯(lián)軸器電機或減速器輸出軸與傳動軸之間及傳動軸與攪拌軸之間的連接，都是通過聯(lián)軸器連接的。常用的聯(lián)軸器有彈性塊式聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器和塊式彈性聯(lián)軸器。選取C型凸緣聯(lián)軸器。根據(jù)參考文獻【1】表18-38知： d2=60mm，D=170mm，L1=85mm, L2=98mm, L=203mm 許用扭矩975Nm圖8- 6文獻58.8 反應(yīng)釜的軸封裝置軸封是攪拌設(shè)備的一個重要組成部分。其任務(wù)是保證攪拌設(shè)備內(nèi)處于一定的正壓和真空狀態(tài)以及防止反應(yīng)物料逸出和雜質(zhì)的滲入。鑒于攪拌設(shè)備以立式容器中心頂插式攪拌為主，很少滿釜操作，軸封的對象主要為氣體；而且攪拌色設(shè)備由于反應(yīng)工況復雜，軸的偏擺振動大，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點，故不是所有形式的軸封都能用于攪拌設(shè)備上。 根據(jù)已知工況，選用填料密封。其主要尺寸為：軸徑d=60mm；H=209mm； D1=150mm；D2=104mm；D3=200mm填料規(guī)格 10/10mm；法蘭螺栓孔 8/f18mm M16；填料箱質(zhì)量12.41kg。8.9 傳動軸根據(jù)參考文獻【1】表18-37得傳動軸參數(shù)如下： 傳動軸軸徑d=60mm，上端軸徑d1=45mm，c型下軸徑d2=55mm，D型下軸徑d2=60mm，伸入反應(yīng)釜長度L=480mm。圖8- 7文獻5第九章 固體物料進口的開孔及補強計算9.1 封頭開人孔后被削弱的金屬面積A的計算由于人孔的開孔直徑較大，因此需要進行補強計算，本設(shè)計采用等面積補強的設(shè)計方法。 釜體上封頭開人孔后被削弱的金屬面積A為：9.2 有效補強區(qū)內(nèi)起補強作用的金屬面積的計算9.2.1 封頭起補強作用金屬面積A1的計算A1=(