反应釜釜体的设计

化工设备机械设计姓 名: 班 级:学 号: 目 录反应釜设计的有关内容3第一章 反应釜釜体的设计1.1 釜体DN 、PN的确定41.2 釜体筒体壁厚的设计 41.3 釜体封头的设计 4 1.4筒体长度H的设计51.5外压筒体壁厚的设计61.6外压封头壁厚的设计7第二章 反应釜夹套的设计2.1夹套DN的确定、PN的确定82.2夹套筒体壁厚的设计82.3夹套封头的设计8第三章 反应釜釜体及夹套的压力试验3.1釜体的水压试验 10第四章 反应釜附件的选型及尺寸设计4.1釜体法兰联接结构的设计 114.2工艺接管的设计 124.3管法兰尺寸的设计 134.4垫片尺寸及材质 144.5固体物料进口的设计 144.6 视镜的选型154.7 支座的选型及设计16第五章 搅拌装置的选型与尺寸设计5.1 搅拌轴直径的初步计算185.2 搅拌轴临界转速校核计算185.3联轴器的型式及尺寸的设计185.4搅拌桨尺寸的设计195.5搅拌轴的结构及尺寸的设计19第六章 传动装置的选型与设计6.1电动机的选型226.2减速机的选型226.3机架的设计236.4底座的设计236.5反应釜的轴封装置设计23第七章 焊缝结构的设计7.1釜体上的主要焊缝结构257.2夹套上的焊缝结构的设计26第八章 固体物料进口的开孔及补强计算8.1封头开人孔后被削弱的金属面积A的计算278.2有效补强区内起补强作用金属面积的计算278.3判断是否需要补强的依据 28第九章 反应釜的装配图及部件图反应釜设计的有关内容一、设计条件及设计内容分析由设计条件单可知，设计的反应釜体积为1.2、操作体积为0.96；搅拌装置配制的电机功率为1.2、搅拌轴的转速为150、搅拌桨的形式为桨式；加热的方式为高温蒸汽加热；装置上设有8个工艺接管、1个视镜、1个固体物料进口、1个人孔、1个蒸汽入口、1个冷凝水出口、1个温度计插口、1个排空接管、1个物料出口。反应釜设计的内容主要有：（1）釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计；（2）夹套的的强度、刚度计算和结构设计；（3）设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰；（4）人孔的选型及补强计算；（5）支座选型及验算；（6）视镜的选型；（7）焊缝的结构与尺寸设计；（8）电机、减速器的选型；（9）搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计；（10）选择联轴器；（11）设计机架结构及尺寸；（12）设计底盖结构及尺寸；（13）选择轴封形式；（14）绘总装配图。 第一章 反应釜釜体的设计1.1 釜体 、的确定1.1.1 釜体的确定将釜体视为筒体1000 mm1.1.2釜体PN的确定因操作压力0.2，故：0.21.2 釜体筒体壁厚的设计1.2.1设计参数的确定设计压力： （1.051.1），取1.1=1.10.5=0.55MPa；液体静压： ； 5 ；计算压力： = 0.2132；设计温度： 120 ；焊缝系数： 1.0（双面对接焊，100%无损探伤）；许用应力：根据材料Q235-B、设计温度120，由文献知113；钢板负偏差：0.25（GB6654-96）腐蚀裕量：1.0（双面腐蚀）。1.2.2 筒体壁厚的设计由公式 得：根据规定，则 则mm 此厚度需检验，待定1.3 釜体封头的设计1.3.1 封头的选型 釜体的封头选标准椭球型，代号EHA、标准JB/T47462002。1.3.2 设计参数的确定 0.2132； 1.0（整板冲压）；0.25（GB6654-96）； 1.0。1.3.3 封头的壁厚的设计 由公式 得：根据规定，取封头壁厚与筒体壁厚一致此厚度需检验，待定1.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定根据，由文献1196页表8- 27知：直边高度： 25 体积： 0.151深度： 内表面积A： 1.163 质 量m: 54 kg1.4 筒体长度的设计1.4.1筒体长度H的设计 由设计条件已知 H=1000 mm 1.4.2釜体长径比的复核 在1.01.3之间，满足要求。1.5 外压筒体壁厚的设计1.5.1设计外压的确定 由设计条件单可知，夹套内介质的压力为常压，取设计外压=0.2。 1.5.2试差法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚6，则：=6-1.25 = 4.75，=1012， 由得：=1.171012= 17282.6筒体的计算长度 =+=1000+250/3+25 = 1108（） =110817182.6 ，该筒体为短圆筒。圆筒的临界压力为：= 0.75（）由、=3得：0.75/3 =0.25（）因为0. 2 = 0.25， 所以假设6满足稳定性要求。故筒体的壁厚6。1.5.3 图算法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚6，则：=6-1.25 = 4.75，=1012，。筒体的计算长度： = +=1000+250/3+25 = 1108（）1108/1012=1.10在文献2中图5- 5的坐标上找到0.7975的值，由该点做水平线与对应的线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为：0.00014。由文献2中选取图5-12，在水平坐标中找到=1.410-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数的值为：52、=2.1105。根据=得： =（）因为0.2 0.244，所以假设6合理，取筒体的壁厚6。根据以上计算验证最后筒体壁厚：6 1.6 外压封头壁厚的设计1.6.1 设计外压的确定 封头的设计外压与筒体相同，即设计外压=0.2。1.6.2 封头壁厚的计算设封头的壁厚=6，则: = 5-1.25 = 4.75（），对于标准椭球形封头=0.9，0.91000=900（）， =900/4.75 =189.5计算系数：= 6.610-4由文献1中图15- 7中选取，在水平坐标中找到=6.610-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数的值为值为：100、=2.1105根据=得： =0.53（）因为0.2 0.53，所以假设6偏大，考虑到与筒体的焊接，取封头的壁厚与筒体一致，故取6。由在文献1318中表16-5 釜体封头的结构如图1-1，封头质量：63.5（）1000275 第二章 反应釜夹套的设计2.1 夹套的、的确定2.1.1夹套的确定 设计要求已给出 mm2.1.2 夹套的确定由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力为常压，取0.22.2 夹套筒体的设计 2.2.1 夹套筒体壁厚的设计 Mpa 则 Mpa S= 筒体壁厚：4 mm 2.2.2 夹套筒体长度的初步设计 由设计图可以得出=1000-150+250+25+300/2=1275 mm 圆整后 =1280 mm2.3 夹套封头的设计 2.3.1 封头的选型夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同（1300）。代号EHA，标准JB/T47462002。夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角。 2.3.2 椭球形封头壁厚的设计因为为常压0.2，所以需要根据刚度条件设计封头的最小壁厚。 13003800，取min2/1000且不小于3 另加， min3+1=4（） 2.3.3椭球形封头结构尺寸的确定由文献1318页表165。见表2-1表2-1 封头尺寸直边高度深度容积质 量252500.425118.4封头的下部结构如图2-1。由设备设计条件单知：下料口的57，封头下部结构的主要结构尺寸100。2.3.4带折边锥形封头壁厚的设计考虑到封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体的壁厚一致，即4。结构及尺寸如图2-2。 图 2-1 下封头的结构 图 2-2 上封头的结构第三章 反应釜釜体及夹套的压力试验3.1釜体的水压试验3.1.1水压试验压力的确定 水压试验的压力：且不小于(+0.1) ，查.0 ，（+0.1）= 0.65 ， 取=0.6883.1.2水压试验的操作过程操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.688，保压不低于30，然后将压力缓慢降至0.55，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。 第四章 反应釜附件的选型及尺寸设计4.1釜体法兰联接结构的设计设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。4.1.1法兰的设计 (1)根据1000mm、0.2，确定法兰的类型为甲型平焊法兰。标记：法兰FF1000-0.2 JB/T4701材料：0Cr18Ni10Ti（2）法兰的结构和主要尺寸如图41 如表41图41 甲型平焊法兰表 41 法兰结构尺寸公称直径DN/ 法兰/螺栓规格数量1200113010901055104510424023M20324.1.2密封面形式的选型根据0.21.6、介质温度120和介质的性质，知密封面形式为光滑面。4.1.3垫片的设计 垫片选用耐油橡胶石棉垫片，材料为耐油橡胶石棉板（GB/T539），结构及尺寸见图42 和。尺寸见表4-2 图4-2 垫片的结构表4-2 垫片的尺寸4.1.4螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格 本设计选用六角头螺栓（B级、GB/T5780-2000）、型六角螺母（B级、GB/T41-2000） 平垫圈（100HV、GB/T95-2002）螺栓长度的计算： 螺栓的长度由法兰的厚度（）、垫片的厚度（）、螺母的厚度（）、垫圈厚度（）、螺栓伸出长度确定。 其中=60、=2、=30、=34、螺栓伸出长度取=0.327.7 螺栓的长度为： =169（）取170 螺栓标记： GB/T5780-2000 螺母标记： GB/T41-2000 垫圈标记： GB/T95-2002 24-100HV 4.1.5法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料 根据甲型平焊法兰、工作温度=130的条件，由文献3附录8法兰、垫片、螺栓、螺母材料匹配表进行选材，结果如表42所示。表43 法兰、垫片、螺栓、螺母的材料法 兰垫 片螺 栓螺 母垫 圈0Cr18Ni10Ti耐油橡胶石棉GB/T5780GB/T41100HV 4.2工艺接管的设计由GB_T_17395-1998查无缝钢管（1） 蒸汽进口、冷凝水出口接管采用573.5无缝钢管，罐内的接管与夹套内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL50-0.2 RF 20。（2）温度计接口采用323.5无缝钢管，伸入釜体内一定长度。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL25-0.2 RF 0Cr18Ni10Ti。（3）放料口采用573.5无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL50-0.2 RF 0Cr18Ni10Ti（4）视镜采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL80-4 RF 0Cr18Ni10Ti。 4.3管法兰尺寸的设计工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的结构如图。根据PN=0.2Mpa、和接管的，由板式平焊管法兰标准（HG20592）确定法兰的尺寸。管法兰的尺寸见表4-3。图43 板式平焊管法兰表4-4 板式平焊管法兰的尺寸（HG20592）接管名称公称直径接管外径连 接 尺 寸法兰厚度密封面法兰内径坡口宽度 厚度高温蒸汽入口，冷凝水出口50571401101441216782595固体物料进口200219320280188162225422268温度计接口25321007511410145823344.4垫片尺寸及材质工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的垫片尺寸、材质文献【3】1251页表12-261查如表6-5所示。4.4.1 垫片的结构图4-4 管道法兰用软垫片4.4.2 密封面形式及垫片尺寸表4-5 密封面形式及垫片尺寸接管名称公称直径接管外径连 接 尺 寸法兰厚度密封面法兰内径坡口宽度 厚度高温蒸汽进口、冷凝水出口40451301001441216882505人孔（物料进口）200219320280188162225422268温度计接口2025906511410141442364视镜1、2501301301001261014882976排空管20259065114101412422664.5固体物料进口及人孔的设计 由于釜体的内径，因此在釜体的封头上人孔和固体物料进口公用，本设计选用板式平焊法兰物料孔。由文献【3】1208页表12-149和1212表12-151查文献【4】附录九 得其结构如图4-5、尺寸见表4-6、材料见表4-7。 图4-6 带盖平焊法兰进料口结构1-接管；2-螺母；3-螺栓；4-法兰；5-垫片；6-法兰盖；7-手柄；表4-6带盖平焊法兰进料口的尺寸公称压力（）密封面形式公称直径螺栓规格数量0.6突面4004268540495201621084282428表4-7 物料进口0.6200的明细表件号名称数量材料1接管10Cr18Ni10Ti2螺母8253螺栓8354法兰11Cr18Ni9Ti5垫片1耐油石棉橡胶板6法兰盖11Cr18Ni9Ti7手柄2Q235-B4. 6视镜的选型由于釜内介质压力较低（0.2）且考虑，本设计选用两个=80的带颈视镜。其结构见图4-6。 由文献【5】 4-159页表4-5-7确定视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料。标 记：视镜0.2，80标准图号：HG502-1986-8。图4-6 视镜的结构型式表4-7 视镜的尺寸视镜玻璃双头螺柱数量直径801601303624861331408M12表4-8 视镜的材料件号名称数量材料件号名称数量材料1视镜玻璃1硼硅玻璃(SJ-6)4压紧环1Q235-B2衬 垫2石棉橡胶板5双头螺柱8Q235-B3接 缘11Cr18Ni9Ti6螺母16Q235-B4.7支座的选型及设计4.7.1支座的选型及尺寸的初步设计： 由于设备外部设置有80的保温层，文献 342页表16-23所以选耳式B型支座，支座数量为4个 反应釜总质量的估算：+式中：釜体的质量（）；夹套的质量（）；搅拌装置的质量（）附件的质量（）； 物料总质量的估算：式中：釜体介质的质量（）；夹套内导热油的质量（） 反应釜的总质量估算为1800，物料的质量为1200（以水装满釜体计算），夹套的质量 和水1500装置的总质量：=4500（） 每个支座承受的重量约为：45009.81/222（） 根据由文献1表16-23初选B型耳式支座，支座号为3。标记： JB/T4725-92 耳座B3 材料：Q235-AF系列参数尺寸如表616。表616 B型耳式支座的尺寸底板筋板垫板地脚螺栓支座重量规格2001601051050205125825020083030248.34.7.2支座载荷的校核计算耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算：式中D=1332.2，9.81，=4500，=4，=0，将已知值代入得 因为Q=30KN，所以选用的耳式支座满足要求。第五章 搅拌装置的选型与尺寸设计5.1搅拌轴直径的初步计算5.11搅拌轴直径的设计 由设计条件已知搅拌轴直径：d=50 mm（2）搅拌轴刚度的校核 由得： =0.17（） 因为最大单位扭转角max0.17 1 所以圆轴的刚度足够。5.2搅拌抽临界转速校核计算由于反应釜的搅拌轴转速=85200，故不作临界转速校核计算。5.3联轴器的型式及尺寸的设计 由于选用摆线针齿行星减速机，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节（D型）。标记为：40 HG 2157095，结构如图5-1。由文献【6】656页表4-2-7分别确定联轴节的尺寸和零件及材料，尺寸如表5-1，零件及材料如表5-2。由于联轴节轴孔直径=40，因此搅拌轴的直径调整至50。5-1 立式夹壳联轴节1-夹壳；2-悬吊环；3-垫圈；4-螺母；5-螺栓 表5-1 夹壳联轴节的尺寸轴孔直径50螺栓数量规格118483576162207156M12804558516120.60.4表5-2 夹壳联轴节的零件及材料件号名 称材 料件 号名 称材 料1左、右夹壳ZG-1Cr18Ni9Ti(GB2100)4螺 母0Cr18Ni9Ti(GB/T 6170)2吊 环0Cr18Ni9Ti(GB4385)5螺 栓A2-70(GB/T 5782)3垫 圈A-140(GB/T97.2)5.4搅拌桨尺寸的设计图5-2 平直型桨式搅拌桨结构搅拌桨主要参数DB14001104-M20M1618014140hhbt许用扭矩M参考质量G1705028116.43802525.5搅拌轴的结构及尺寸的设计5.5.1搅拌轴长度的设计搅拌轴的长度近似由釜外长度、釜内未浸入液体的长度、浸入液体的长度 三部分构成。即：=+其中=（机架高；减速机输出轴长度）=500-79=421（）=+（釜体筒体的长度；封头深度；液体的装填高度）液体装填高度的确定：釜体筒体的装填高度式中操作容积（）；釜体封头容积（）；筒体的内径（）=0.716液体的总装填高度=716+25+250=991（）=1000+（25+250）-991=284（）浸入液体搅拌轴的长度的确定： 搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱高度有关。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：（见文献4215） 当时为最佳装填高度；当时，需要设置两层搅拌桨。 由于=991=1000，本设计选用一个搅拌桨。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：S=（）故浸入液体的长度：=661（）搅拌轴搅拌轴的长度为：=421+284+661=1366（）取=1370（）5.5.2搅拌轴的结构由于搅拌轴的长度较大，考虑加工的方便，将搅拌轴设计成两部分。与减速机相联的搅拌轴轴长为：=+式中搅拌轴深入釜内的长度，时取350=500-79+350=771（）取 =770搅拌轴下部分的轴长为：=1370-770=600（） 第六章 传动装置的选型和尺寸计算6.1电动机的选型由于反应釜里的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，故选用隔爆型三相异步电机（防爆标志）。根据电机的功率2.2、搅拌轴转速85，由文献 16-52页表16-1-28选用的电机型号为：Y90kw电动机。6.2减速器的选型6.2.1 减速器的选型根据电机的功率2.2、搅拌轴的转速85、传动比为1500/ 8517.65选用直联摆线针轮减速机（JB/T2982-1994），标记ZWD44A17。由文献【6】1218页表9-2-35确定其安装尺寸，直联摆线针轮减速机的外形见图6-1、安装尺寸如表6-1。6.2.2 减速机的外形安装尺寸图6-1 直连摆线针轮减速机表61 减速机的外形安装尺寸L1DD2132463415796-124526040D3D4D11123020048.51422246161 6.3机架的设计由于反应釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了带短节的夹壳联轴节，且反应釜使用不带内置轴承的机械密封，故选用WJ型单支点机架（HG2156695）。由搅拌轴的直径50mm可知，机架的公称直径250。结构如图62所示。图62 WJ型无支点机架6.4底座的设计对于不锈钢设备，本设计如下底座的结构，其上部与机架的输出端接口和轴封装置采用可拆相联，下部伸入釜内，结构与尺寸如图6-3所示。图6-3 底座的结构6.5反应釜的轴封装置设计6.5.1 反应釜的轴封装置的选型反应釜中应用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。考虑到釜内的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，因此选用机械密封。根据0.5、55、。由文献【6】855页表6-3-37选用d型（双端面小弹簧UB型）釜用机械密封，其结构如图6-4、主要尺寸如表62所示。6.5.2 轴封装置的结构及尺寸图6-4 釜用206型机械密封结构表62 釜用机械密封的主要尺寸（）轴径螺柱502452101751804.528142001903158-18M16第七章 焊缝结构的设计7.1、釜体上的主要焊缝结构釜体上的主要焊缝结构及尺寸如图 （a）筒体的纵向焊缝 （b）筒体与下封头的环向焊缝 （c）固体物料进口接管与封头的焊缝 （d）进料管与封头的焊缝 （e）冷却器接管与封头的焊缝 （f）温度计接管与封头的焊缝（h）出料口接管与封头的焊缝7.2、夹套上的焊缝结构的设计夹套上的焊缝结构及尺寸如图10-58。 （a）筒体的纵向焊缝 （b）筒体与封头的横向焊缝 （c）导热油进口接管与筒体的焊缝 （e）导热油出口接管与筒体的焊缝（f）釜体与夹套的焊缝第八章 固体物料进口的开孔及补强计算8. 1封头开人孔后被削弱的金属面积的计算由于人孔的开孔直径较大，因此需要进行补强计算，本设计采用等面积补强的设计方法。 釜体上封头开人孔后被削弱的金属面积为： 式中：=273+16+21.25=254.5（） =0.73（）=1=254.50.73=185.8（）8. 2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算8.2.1封头起补强作用金属面积的计算式中： 取两者中较大值， 509 =6-1.25=4.75） = 8 - 1.25=6.75（） =1 = 619.71（）8.2.2接管起补强作用金属面积的计算其中：=45.12 取其中的较小值45.12 = =0.0825（）=0 =601.8（） 8.2.3焊缝起补强作用金属面积的计算 18（）8 .3判断是否需要补强的依据 = 619.71 + 601.68+ 18 =1239.4（）=185.8因为，所以不需要补强。 第九章 反应釜的装配图容器壁厚（mm）筒体6下封头6上封头6夹套4设备参数一览表31