反應釜課程設計

1、課程設計任務書設計目的：把所學化工設備機械基礎及相關知識，在課程設計中綜合運用，把化工工藝條件與化工設備設計有機地結(jié)合起來，鞏固和強化有關機械課程的基本理論和基本知識。設計要求：設計時要有較精確的設計內(nèi)容和步驟，一份設計計算說明書，（設計計算說明書是圖紙設計的理論依據(jù)，是設計計算的整理和總結(jié)，是審核設計的技術文件之一。主要內(nèi)容有：1.目錄；2,設計任務書；3.設計方案的分析和擬定；4.各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定和設計計算；5.設計小結(jié)；6.參考資料。）CAD圖紙一張，用A2紙打印。設計內(nèi)容：設計一張帶有攪拌裝置的夾套反應釜。設計人：設計任務書設計參數(shù)要求容器內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力，Mpa設計壓力，Mpa0

2、.70.9工作溫度，C設計溫度，C<110<140介質(zhì)染料及有機溶劑冷卻水或蒸汽全容積，m32.5操作容積，m32傳熱面積，m37腐蝕情況微弱推薦材料Q235-A攪拌器型式漿式攪拌軸轉(zhuǎn)速、r/min50軸功率.KW1.41設計方案的分析和擬定根據(jù)任務書中的要求，一個夾套反應釜主要有攪拌容器、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)任務說明書的要求本次設計攪拌器為漿式攪拌器；考慮到機械軸封的實用性和應用的廣泛性，所以軸封采用機械軸封。在閱讀了設計任務書后，按以下內(nèi)容和步驟進行夾套反應釜的機

3、械設計。(1)總體結(jié)構(gòu)設計。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零部件。(5)繪圖，包括總圖、部件圖。(6)編制技術要求，提出制造、裝配、檢驗和試車等方面的要求。2.反應釜釜體的設計反應釜是有罐體和夾套兩部分構(gòu)成，罐體是反應的核心，為物料完成攪拌過程提供一個空間。夾套為反應的操作溫度提供保障，是一個套在罐體外的密封空間容器。2. 1罐體

4、和夾套的結(jié)構(gòu)設計罐體采用立式的圓筒形容器，有筒體和封頭構(gòu)成。通過支座安裝在基礎平臺上。封頭一般采用橢圓形封頭。由于筒體內(nèi)徑Di<1200mm,因此下封頭與筒體的連接采用焊接連接。而為了拆卸清洗方便，上封頭采用法蘭與筒體連接。夾套型式與罐體大致一致。2.2 罐體幾何尺寸計算2.2.1 確定筒體內(nèi)徑般有工藝條件給定容積V、筒體內(nèi)徑Di估算:式中i為長徑比即:HiDi,有表4-2選取。根據(jù)題意取i=1.0,已知V=1.0，則Di=1084mm,將Di圓整到公稱直徑系列，則Di=1000(mm).2.2.2 確定封頭尺寸(1)橢圓封頭選取標準件，它的內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑相同，標準橢圓封頭尺寸見附表4-

5、2.即DN=Di=1000(mm)曲邊高度hi=250mm直邊高度h2=25mm容積V=0.1505m3(2)封頭厚度計算PcDi由公式2k/；-0.5反其中Pc=0.2=113MP(由參考文獻附表9查的)封頭焊接采取雙面焊、全焊透，局部無損傷，則u=0.85計算S=0.7X1400/(2113X0.85-0.5X0.7)=5.1mm由參考文獻一表4-9查得：負偏差C1=0.5mm由參考文獻一表4-11查得：腐蝕裕量C2=1.5mm計算名義厚度Sn=S+C1+C2+-A=5.1+1.5+0.5+0.9=8mm故封頭厚度取8mm(3)由于S<10mm則封頭的直邊高度h2=25mm有附表4-

6、2知封頭內(nèi)表面積A=2.2346m2容積V=0.3977m32.2.3 確定筒體的厚度Hi反應釜容積V通常按下封頭和筒體兩部分容積之和計算。則筒體高度Hi按下式計算并進行圓整：Hi=(V-V封)/Vim式中V封封頭容積：0.3997m3Vim1m高筒體容積(見附表4-1):Vim=1.539m3/m得Hi=(2.5-0,3977)/1.539=1.3660m圓整后的Hi=1.4m=1400mm按筒高圓整后修正實際容積：V=VimXHi+V封=1.4*1,539+0.3977=2.55m3>2,5m32.3 夾套幾何尺寸計算夾套和筒體的連接常焊接成封閉結(jié)構(gòu)，夾套的結(jié)構(gòu)尺寸常根據(jù)安裝和工藝兩

7、方面的要求而定。夾套的安裝尺寸見圖4-6,夾套內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1按表4-3選取：D2=D1+100=1500mm夾套下封頭型式同筒體封頭，直徑D2與夾套筒體相同。夾套高H2有傳熱面積而決定，不能低于料液高，裝料系數(shù)：丫=操作容積/全容積=2+2,5=0.8夾套高H2計算：H2=(YV-V封)+丫而代入數(shù)值計算得：H=1.04m夾套所包圍的罐體的表面積，一定要大于工藝要求的傳熱面積F,即：F封+F筒>=F其中F筒=HXFm故F封+F筒=2.2346+4.40X1.04=7.07>=7m2所以換熱要求滿足。筒體和上封頭的連接采用甲型平焊法蘭連接，選取凹凸密封面法蘭，其尺寸見附圖

8、4-2,主要尺寸有附表4-4查的，其中：D=1530mmD1=1490mmD2=1455mmD3=1441mmD4=1438mmS=46mmd=23mm2.4 夾套反應釜的強度計算夾套反應釜幾何尺寸確定后，要根據(jù)已知的公稱直徑，設計壓力和設計溫度進行強度計算確定罐體及夾套的筒體和封頭的厚度。1.5 4.1強度計算的原則及依據(jù)強度計算中各參數(shù)的選取及計算，均應符合GB150-1998鋼制壓力容器的規(guī)定。圓筒為正壓外帶夾套時：當圓筒的公稱直徑DN>=600mm時，被夾套包圍部分的圓筒分別按內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒計算，取其中較大值，其余部分按內(nèi)壓圓筒設計。1.6 按內(nèi)壓對圓筒和封頭進行強度計算(1

9、)筒體強度計算已知：Tc=110CPc=0.7Mpak-t=113Mpau=0.85S鼻=5.1mm21負偏差C2=1.5mm腐蝕裕量C2=1.5mm名義厚度Sn=S+C1+C2+A=8mm(2)封頭厚度計算S_PcD2kt-0.5Pc=5.1mm同理名義厚度：Sn=SC1+C2+A=8mm1.6 按外壓對筒體和封頭進行強度校核(1)筒體圖算法由于D0/Se>=20假設Sn=14mm令Se=Sn-2=12mmD0=D+2Sn=1428mm則L/D0=1400+1428=0.98D0/Se=119D0>20查圖5-5得A=0.0012查圖5-7由于Tc=<140C則B=125M

10、pa計算許應外壓力pp=B/(D0/Se)=1.05Mpa所以p>=pc故筒體厚度Sn2取14mm由Sn=8mm=<Sn=14mm封頭厚度確定為14mm(2)外壓封頭強度計算設封頭的厚度Sn=14mm計算有效厚度Se=Sn-C=12mmR=KD0式中K=0.9D0=Di+2Sn=1428mmR=0.9x1428=1285mm計算系數(shù)AA/0.0011Se查參考文獻1中圖5-8T=<150C查的系數(shù)B=120MpaBp=1MpaR0Sep>pc所以封頭厚度確定Sn=14mm1.6 夾套厚度計算(1)夾套筒體部分厚度計算u=0.85由Pc2=0.9MpaTc2=<14

11、0Cb=113Mpa負偏差C1=0.5mm腐蝕裕量C2=1.5mm則Sn2=S2+C1+=10mm(2)夾套封頭厚度計算S2=p2cD22二-0.5p2一二7.0mmc同理：由于。APt(DiSe)2Se=61.7Mpa則Sn2=S2+Ci+=10mm1.6 水壓試驗校核計算夾套反應釜應對罐體和夾套分別進行水壓試驗，并校核圓筒應力"T(1)罐體水壓試驗故pT=1.25p=1.25Pc=0.875Mpa材料屈服點應力(Ts=235Mpa0.9=179.8Mpa至0.9(TsU所以罐體水壓試驗強度足夠(2)由于7=PT=1.25p=1.25R2=1.125MpaPt(D2S)2Se=10

12、6Mpa材料屈服點應力(Ts=235Mpa0.9=179.8Mpa至0.9(TsU所以夾套水壓試驗強度足夠3反應釜的攪拌裝置攪拌裝置由攪拌器、軸及其支撐組成。攪拌器的形式很多，根據(jù)任務說明書的要求，本次設計采用的是漿式攪拌器。具機械設計的主要內(nèi)容是：確定攪拌器直徑、攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)。、進行攪拌軸的強度設計和臨界轉(zhuǎn)速校核、選擇軸的支撐結(jié)構(gòu)。由表4-4查的Di/Dj取1.25:12:1H°/Dj=1:12:1有實際情況取D"Dj=1.5:1H0/Dj=1:1則：攪拌器直徑DJ=900mm液面高度：Ho=900mm攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結(jié)構(gòu)設計槳式攪拌器結(jié)構(gòu)如圖4

13、-7所示，其槳葉為兩葉。軸轉(zhuǎn)速為50r/min，采用雙層槳安裝。攪拌器與軸的連接常用螺栓對夾。器主要尺寸有表4-5查的：dj=900mmd=50mm螺栓：do:M16數(shù)量4螺釘：d1:M16數(shù)量1S=16b=90c=150m=110f=45e=5攪拌軸設計攪拌軸的機械設計內(nèi)容同一般傳動軸，主要是結(jié)構(gòu)設計和強度校核(1)攪拌軸的材料：選用Q235-A(2)攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實心直軸，因是連接的為槳式攪拌器，故采用光軸即可。(3)攪拌軸強度校核TT<Lmaxk(參考文獻1.軸扭轉(zhuǎn)的強度條件是：Wp公式9-5)對Q235-Ark=1220Mpa對實心軸Wp=兀d3/16=24531mm3Te=9

14、.55X106p/n=133700N?mm則：三max=5.5Mpa<k故d=50mm強度足夠(4)攪拌軸的形位公差和表面粗糙度的要求:一般攪拌軸要求運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，為防止軸的彎曲對軸封處的不利影響，因此軸安裝和加工要控制軸的直度。當轉(zhuǎn)速n<100r/min時直度允許誤差：1000:0.15。軸的表面粗糙度可按所配零件的標準要求選取。(5)攪拌軸的支撐一般攪拌軸可依靠減速器內(nèi)的一對軸承支承。當攪拌軸較長時，軸的剛度條件變壞。為保證攪拌軸懸臂穩(wěn)定性，軸的懸臂長L1,軸徑d和兩軸承間距B應滿足以下關系：L1/BW45;L1/d<4050攪拌軸的支承常采用滾動軸承。安裝軸承處的公差帶常采

15、用K6.外殼孔的公差帶常采用H7。安裝軸承處軸的配合表面粗糙度Ra取0.81.6外殼孔與軸承配合表面粗糙度Ra取1.64反應釜的傳動裝置反應釜的攪拌器是由傳動裝置來帶動。傳動裝置設置在釜頂封頭的上部，其設計內(nèi)容一般包括：電機；減速機的選型；選擇聯(lián)軸器；選用和設計機架和底座等。常用電機及其連接設備選用電機主要是考慮到它的系列，功率，轉(zhuǎn)速，以及安裝形式和防爆要求等幾項內(nèi)容。最常用的為Y系列全封閉自扇冷式三相異步電動機。電機功率必須滿足攪拌器運軸功率與傳動系統(tǒng)，軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮到又時在攪拌過程操造作中會出現(xiàn)不利條件造成功率過大。電機功率可按下式確定：式中：p=1.4KW刀=0.950

16、.96（有表4-8選?。┰O計采用機械軸封，功率消耗小，Pm=0.6KW則：Pd=2.2KW釜用減速機類型，標準及其選用反應釜的立式減速機的選用根據(jù)：軸轉(zhuǎn)速n=50r/min電機功率為2.2KW查表4-11可選：BLD擺線針輪行星減速機，其尺寸從HG5-745-78標準中選取。由表4-11選的：電動機功率為2.2kw轉(zhuǎn)速為1430r/min查附表5-4選取電動機型號為：Y112M-4額定功率為4KW滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min凸緣法蘭凸緣法蘭一般焊接于攪拌器封頭上，用于連接攪拌傳動裝置。設計采用R型突面凸緣法蘭，其形式見附圖4-4,其尺寸有附表4-6查找。選擇R型突面凸緣法蘭，其尺寸如下：DN=

17、400mmd1=410mmd2=565mmk=515mmd3=430mmd4=455mm螺栓數(shù)量：16,螺紋：M24。質(zhì)量：46Kg安裝底蓋安裝底蓋采用螺栓等緊固件，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。設計選取了RS型安裝底蓋。其主要尺寸查圖4-15和附表4-7和4-8,內(nèi)容如下（單位：mm）:DN=400,d2=565k=515d5=16-26d6=415s=50d9=176k2=210d10=8-M16機架機架是安裝減速機用的，它的尺寸應與減速機底座尺寸相匹配。其選用類型有三種，本次選用無支點機架。常用的無支點機架見附圖5-1,尺寸見附表5-6.選用W

18、J90型無支點機架，H1=40mmH2=25H3=7H4=8D1=400D2=450D3=490D4=430D5=515D6=565H=660質(zhì)量：170Kg聯(lián)軸器常用的電機和減速機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。常用的類型很多，選取剛性凸緣聯(lián)軸器。主要尺寸以及型式見附圖5-5,尺寸見附表5-10.選用GT-45質(zhì)量：17Kg.5反應釜的軸封裝置軸封式攪拌設備的一個重要組成部分。其任務是保證攪拌設備內(nèi)處于一定的正壓和真空狀態(tài)以及防止物料溢出和雜質(zhì)的摻入。鑒于攪拌設備以立式容器中心頂插式為主，很少滿釜操作，軸封的對象主要為氣體；而且攪拌設備由于反應工況復雜，軸

19、的偏擺震動大，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備上反應釜攪拌軸處的密封，屬于動密封，常用的有填料密封和機械密封兩種形式。他們都有標準，設計時可根據(jù)要求直接選用。這次設計選用機械軸封。機械軸封是一種功耗小，泄露率低，密封性能可靠，使用壽命長的轉(zhuǎn)軸密封。主要用于腐蝕、易燃、易爆、劇毒及帶有固體顆粒的介質(zhì)中工作的有壓和真空設備。由于機械軸封的結(jié)構(gòu)形式很多。且大都有標準。附圖5-9和附表5-15給出了202型標準機械密封結(jié)構(gòu)及尺寸。6反應釜的其他附件支座夾套反應釜多為立式安裝，最常用的支座為耳式支座。標準耳式支座(JB/T4725-92)分為A型和B型兩種。當設備需要保溫或直接支撐在樓板上時選用B型，否則選擇A型。設計中選取B型，支座數(shù)為4個。允許載荷為100KN型式見附圖4-9,尺寸見附表4-9.支座質(zhì)量為：28.7Kg地腳螺栓：M24.人孔人孔的設置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設備內(nèi)部的裝置。設備的直徑大于900mm,應開設人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。圓形人孔制造方便。應用較為廣泛。人孔的大小及位置應以人進出設備方便為原則，對于反應釜，還要考慮攪拌器的尺寸，一便攪拌軸及攪拌器能通過人孔放入罐體內(nèi)。其主要尺寸見附表4-11,型式見附圖4-11.密封面型式：突面（RF型）公稱壓力：1.0Mpa公稱直徑：DN=450mm總質(zhì)量：125Kg螺柱：20個