夹套反应釜课程设计

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1、夹套反应釜课程设计目录摘要 （3）Abstract （4)引言 （5）设计任务书 （6）1.设计方案的分析与拟定 （8）2.罐体和夹套结构设计 （8）3.罐体几何尺寸计算 （9）4.确定封头尺寸 （10）5.确定筒体高度 （10）6.夹套几何尺寸计算 （10）7.夹套的连接形式 （11）8.强度计算 （13）9.稳定性校核 （15） 10.水压试验校核 （19）11.搅拌器类型 （19）12.传动装置设计 （20）13.机架的选用 （21）14.甲型平焊法兰选取 （22）15.挡板 （22）16.安装底盖的选取 （23）17.凸缘法兰的选取 （24）18.搅拌轴设计 （24）19.凸缘联轴器

2、（29）20.支座 （30）21.设备接口 （30）22.接管与法兰 （31）23.视镜 （32）24.手孔与人孔 （32）25.反应釜的轴封装置 （32）参考文献 （34）设计小结 （35）摘要 本论文先介绍了反应釜的概况，然后简要地说明了设计方法、理论依据及设计思路。论文在计算方面主要介绍了强度计算。强度计算主要包括由给定工艺参数进行的筒体和夹套的力学分析，反应釜液压试验校核，支座、视镜的选择及强度校核，搅拌装置的设计计算及搅拌器的选型和搅拌轴长度的确定。本文最后进行了反应釜的优缺点分析及改进方面分析，指出了反应釜设计中需要改进和优化的一些方面。关键词：压力容器 反应釜 搅拌设备 Abst

3、ractThis study first introduces the general reaction kettle, the reaction kettle design background and purpose, the reaction kettle of domestic and foreign development situation, and then explain briefly the design method, the theoretic basis and design ideas.In the aspect of calculation it introduc

4、es the technical calculation and strength calculation. Strength calculation by a given process parameters include 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 an

5、d blender selection and determination of stirring shaft length.Finally, the study mainly discusses the advantages and disadvantages of the analysis and the reaction kettle improvements in analysis, and it points out the reaction kettle design needs to be improved and optimized in some aspects.Keywor

6、ds: Pressure vessel Reaction kettle Mixing equipment 引言课程设计是本专业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，学习尝试化工机械设计。课程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，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。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

7、的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。因此，当学生该课程设计后，应达到一下几个目的： 熟练掌握查阅文献资料、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。 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，并提出保证过程正常、安全可行所需的检测和计量参数。 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。 用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。课程设计是一项很繁琐的设计工作。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

8、的综合和相互协调。设计任务书设计目的：把所学化工设备及技术及相关知识，在课程设计中综合运用，把化工工艺条件与化工设备设计有机地结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。设计要求： (1)进行罐体和夹套设计计算 (2)进行搅拌传动系统设计a.进行传动系统方案设计; b.做传动设计计算; c.进行上轴的结构设计和强度校核; d.选择联轴器; e.进行罐内搅拌轴的结构设计及搅拌器与搅拌轴的连接结构设计; f.选择轴封的型式 (3)设计机架结构 (4)选择凸缘法兰结构 (5)选择接管管法兰设备法兰试镜等容器附件 (6)绘总装配图(纸) 设计内容：设计一台夹套反应釜。 设计参数要求容器内夹套

9、内工作压力 ，0.40.5设计压力 ，0.440.55工作温度 ，100130设计温度 ，120150介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽全容积V ，m0.9传热面积 ，m3.5175腐蚀情况微弱推荐材料Q345R搅拌器型式推进式搅拌轴转速 ，r/min200轴功率 ，KW4接管表符号公称尺寸连接面形式用途A25PL/RF蒸汽入口B65PL/RF加料口C1、C2C2cc100视镜D25PL/RF温度计管口E25PL/RF压缩空气入口F40PL/RF放料口G25PL/RF冷凝水出口1设计方案的分析和拟定 根据任务书中的要求，一个夹套反应釜主要有搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接

10、管等一些附件构成。而搅拌容器又可以分为罐体和夹套两部分。搅拌装置分为搅拌器和搅拌轴，根据任务说明书的要求本次设计搅拌器为推进式搅拌器；考虑到填料轴封的实用性和应用的广泛性，所以轴封采用填料轴封。在阅读了设计任务书后,按以下内容和步骤进行夹套反应釜的机械设计。（1）总体结构设计,包括进行罐体和夹套设计计算。根据工艺的要求，并考虑到制造安装和维护检修的方便来确定各部分结构形式。（2）搅拌器传动系统的设计。 根据工艺参数确定各部几何尺寸； 考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料； 对罐体、夹套进行强度和稳定性计算、校核；（3）传动系统设计，包括选择电机、确定传动类型、选择联轴器等。（4）决定并

11、选择轴封类型及有关零部件。（5）绘图，包括总图、部件图。（6）编制技术要求，提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。2罐体和夹套的结构设计罐体一般采用立式的圆筒形容器，有顶盖，筒体和罐体构成。通过支座安装在基础平台上。封头一般采用椭圆形封头。顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头，对于常压或操作压力不大而直径较大的设备，顶盖可采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢制的横梁，用以支撑搅拌器及其传动装置。顶盖与罐体分别于筒体相连。罐体与筒体的连接常采用焊接连接，顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种。由于筒体内径Di1200mm，因此下封头与筒体的连接采用焊接连接。而为了拆卸清洗方便，上封头采

12、用法兰与筒体连接。夹套型式与罐体大体一致。3罐体几何尺寸计算1. 确定筒体内径一般由工艺条件给定容积V、筒体内径，已知V=1.0m3 将Di 圆整到公称直径系列式中i为长径比即： ，由表4-2选取。常用搅拌容器的高径比种类筒体内物料类型高径比i反应釜、混合槽、溶解槽液-液或液-固体系1-1.3反应釜、分散槽气-液体系1-2聚合釜悬浮液、乳化液2.08-3.85搅拌发酵罐气-液体系1.7-2.54.确定封头尺寸椭圆封头选取标准件，它的内径与筒体内径相同，标准椭圆封头尺寸见附表4-2.即DN=D1 =1000（mm） 椭圆封头选取标准件见图2-1，它的内径于筒体内径相同，其厚度计算并向上圆整，常用

13、标准椭圆封头尺寸见表D-2，质量见表D-3.准可知：曲边高度，直边高度5.确定筒体高度圆整验算 在11.3之间查表得实际容积 6.夹套几何尺寸计算 1. 夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套的安装尺寸，夹套内径D2可根据筒体内径D1按下表4-3选取，夹套下封头型式同筒体封头，直径D2与夹套筒体相同。 夹套直径D 单位mmD500600700180020003000DD+50D+100D+200 2. 夹套高H2有传热面积而决定，不能低于料液高，装料系数 ： =操作容积/全容积因物料反应较平静，取较大值夹套高H2 计算：H2 = （V-V封）/V

14、1m 代入数值计算 7.夹套的连接形式 整体夹套和罐体有两种连接型式，即可拆卸式和不可拆卸式。而不可拆卸式夹套连接型式有多种，考虑到罐体材质是不锈钢，而夹套是普通碳钢，在结构上避免不锈钢罐体与碳钢的夹套直接焊接，以防止在焊缝处渗入过量碳元素使不锈钢产生局部腐蚀。选用如下结构型式： 1.内筒及夹套的受力分析 工艺提供的条件为：釜体内筒中设计压力为0.385MP，夹套内设计压力为0.495MP，则夹套筒体和夹套封头承受0.495MP内压：而内筒的筒体和下封头既承受0.385MP内压，同时又承受0.495MP外压，其最恶劣的工作条件为：停止操作时，内筒无压而夹套内仍有蒸汽压力，此时内筒承受0.495

15、MP外压。2.夹套反应釜的强度计算 夹套反应釜几何尺寸确定后，要根据已知的公称直径，设计压力和设计温度进行强度计算确定罐体及夹套的筒体和封头的厚度。3. 强度计算的原则及依据强度计算中各参数的选取及计算，均应符合GB150-1998钢制压力容器的规定。（1）圆筒内为常压外带套时当圆筒公称直径时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力）圆筒设计，其余部分按常压设计；（2）圆筒内为真空外带夹套时当圆筒公称直径时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力）圆筒设计，其余部分按真空设计；当圆筒公称直径时，全部筒体按外压（指夹套压力）筒体设计；（3）圆筒内为正压外带夹套时当圆筒公称直径时，被夹套包围部分的

16、筒体分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值；其余部分按内压圆筒设计。当圆筒公称直径时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。8. 强度计算(按内压对筒体和封头进行强度校核) 罐体和夹套材料选用,设计温度t1=170（容器内），t2=200(夹套内）；设计压力0.33MP（容器内），0.44MP（夹套内）。焊接接头系数取材料16MnR在设计温度下许用应力为（假设厚度在6-7mm） 罐体简体计算厚度 筒体设计厚夹套度 罐体封头厚度 夹套封头 16MnR为低合金钢，其最小厚度 腐蚀裕量 罐体筒体设计厚度 夹套筒体 罐体封头 夹套封头 查表得：（钢板厚度6-7mm） 罐体简体名义厚度 夹

17、套封头名义厚度 罐体简体名义厚度 夹套封头名义厚度 对低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于，若加上的腐蚀裕量，名义厚度至少应取。由钢材标准规格，名义厚度取为。9.稳定性校核 1. 罐体筒体名义厚度厚度附加量 罐体筒体有效厚度 罐体筒体外径 筒体计算厚度 查表得 许用外压力 计算失稳，重设名义厚度2. 罐体筒体名义厚度 （假设）钢板厚度负偏差 厚度附加量 罐体筒体有效厚度 罐体筒体外 筒体计算长度 查表得 A=0.0068 B=82许用外压 计算失稳，重设名义厚度3.罐体筒体名义厚度 （假设）钢板厚度负偏差 厚度附加量 罐体筒体有效厚度 罐体筒体外 筒体计算长度 查表得 A=0

18、.0011 B=130许用外压 稳定性满足要求假设厚度满足要求， 4.设计封头的厚度（1）椭圆封头 封头名义厚度 封头钢板厚度负偏差 封头厚度附加量 罐体封头有效厚度 罐体封头外径 标准椭圆封头当量球壳外半径 稳定性满足要求罐体封头最小厚度 （2）平板封头 查表得 平盖系数平板形封头的焊接接头系数 平板形封头计算厚腐蚀余量 设计厚度 所以平板封头厚度 10.水压试验校核 罐体试验压力 夹套水压试验压力 查表得 材料屈服点应力 罐体圆筒应力 263.93MPa所以罐体水压强度足够夹套内压试验压 44-5014936-1605.53.80.25-0.47.轴的校核1.强度校核 其中： 截面上最大剪

19、切应力，Pa； 轴传递的扭矩，Nm； 抗扭断面系数， ； 降低后的扭转许用剪应力，M mm 即强度符合要求 查表知：表 3-1 常用轴材料的许用切应力轴的材料Q235/20275/3545（调质）（退火）（调质）/MPa12-2020-3030-4040-5218-2440-5015-25 注：表中是考虑了弯曲等影响后的许用应力。转动中弯矩较小的取较大值，弯矩大的取较小值；轴径大的取较小值，轴径小的取较大值；操作条件好的取教大值，操作条件差的取较小值；采用20、35钢时可取较大值。 2.刚度校核 由式中 剪切弹性模量，对于碳钢及合金钢在精密稳定的传动中，可取；一般传动和搅拌轴的计算可选；对精度

20、要求低的传动可选。 得： =39.1mm 因 39.1 mm =25=50=100d175+DN100+DN160+DN22.接管与法兰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D-12。.公称直径1015202540506580100125钢管外径1418253245577689108133公称直径150200250300350400450500600钢管外径159219273325377426480530630接管的伸长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm。当考虑设备保温等要求时，可取伸出长度为180mm。

21、 液体进料管一般从顶盖引入。进料管应伸进罐体内并且下端的开口截成45角，开口方向朝着设备中心，以防止冲刷罐体，减少物料对壁面的腐蚀。液体出料管的设计主要从无料易放尽、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。23.视镜视镜主要用来观察设备内物料及其反应情况，也可以作为料面指示镜，一般称对使用，当视镜需要斜装或设备直径较大时，采用带颈视镜。24.手孔和人孔手孔和人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备的内部装置。手孔直径一般为150-250mm，应使工人戴上手套并握有工具的手能方便的通过。当设备的直径大于900mm时，应开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形两种。圆形人孔制作方便，应

22、用较为广泛。人孔的大小及位置用以人进出设备为原则，对于反应釜还要考虑搅拌器的尺寸，以便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放进罐体内。25 反应釜的轴封装置轴封式搅拌设备的一个重要组成部分。其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压和真空状态以及防止物料溢出和杂质的掺入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于反应工况复杂，轴的偏摆震动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于搅拌设备上。反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种形式。他们都有标准，设计时可根据要求直接选用。填料密封是搅拌设备最早采用的一种轴封结构，它的基本结构由

23、填料、填料箱、压盖、压紧螺栓及油环等组成。结构简单易于制造，一般用于常压、低压、低转速及允许定期维护的搅拌设备当采用填料密封时，应优先选用标准填料箱。因为轴径d=60mm，所以选择填料密封，其主要尺寸见表E-13. 表E-13，标准填料箱主要尺寸 /mm轴径dD1D2D3H60240210176156参考文献1刁玉玮、王立业，化工设备机械基础，大连：大连理工大学出版社，2006.122 吴宗泽，机械设计师手册上M，北京：化学工业出版社，2002.13 吴宗泽，机械设计实用手册M，北京：化学工业出版社，1998.74 余国琮，化工机械手册M，天津：天津大学出版社，1991.55 魏崇光、郑晓梅，

24、化工工程制图，北京：化学工业出版社，1994.36 巨勇智、勒士兰，过程设备机械基础，北京：国防工业出版社，2005.47 朱有庭、曲文海、于浦义，化工设备设计手册，北京：化学工业出版社，2006.58汤善甫、朱思明， 化工设备机械基础M，上海：华东理工大学出版社，2004.129 董大勤、袁凤隐，压力容器与化工设备使用手册，北京：化学工业出版社，200010 周明衡、常德功，管路附件设计选用手册，北京：化学工业出版社，2004.811 刘湘秋，常用压力容器手册，北京：机械工业出版社，2005.412 叶君，实用紧固件手册M，北京：机械工业出版社，2004.课程设计小结为期三个星期的课程设计，

25、已经接近尾声，看到自己一手设计的成果，内心无限感慨。其实，一开始我挺害怕这个课程设计的，但是，我明白这是我必须经历的过程。所以，一开始，我就抱着必须把它做好的心态。为了课程设计我专门跑图书馆去借阅资料。一点点去研究该如何取值，如何设计。在反复的修改设计过程中，我明白了许多道理。首先，必须要把书看通透，因为设计的每一步，每一个零件都是有表可查，有句可依的。我们必须瞻前顾后，往大局考虑。细节决定成败：在设计基本完成后的检查过程中发现有的细节甚至有致命的错误，会将自己在整个设计中的认真全部否决，不得已又全改过一次，觉得浪费了很多时间。各种细节的完善都是对自己在本次设计过程中所付出的努力的一种肯定，这是对我今后的学习工作的一次实战训练。 此次设计能够顺利的完成，离不开王老师的辛勤指导，解惑 ， 通过本次设计我对各种工作机构有了很全面的认识，更对机械传动中的、轴、轴承、联轴器、键、等都很做了认真的分析计算和选取，整个设计过程中每个人都是很辛苦的，但它是对今后学习生活的一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，而且在做完此次课程设计之后觉得很有成就感，对自己整体的观念的培养和各种工具书的使用等都有所突破，我想这都是这次设计过程收获最大的地方。同时，更谢谢我的同学们在这次设计中给与帮助和热心。让我再次深刻的觉得有你们真好！ 刘芙铨 2013年9月16 日37