搅拌反应釜设计要点

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 2013年 6 月 18 日 目录一 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 3.1 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 支撑与密封设计 四 标准零部件的选取 4.1 手孔 4.2 视镜 4.3 法兰 4.4 接管 五 参考文献 一 设计内容概述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，100130设计温度，120150介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽全容积, 1.0操作容积, 0.80传热面积, 3腐蚀情况微弱推荐材料Q235-A 接 管 表符号公称尺寸 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 （一）设计内容：设计一台夹套传热式配料罐 （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）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。 一、 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=4V/H1/D1=41/1.2=1.0621将D1的估算值圆整到公称直径系列，故取D1=1000mm.封头内径值采用椭圆型封头，直边高h0由附表4-2初选h0=40mm。（3）确定筒体高度H1 当D1=1000mm, h0=40mm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=（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H2，式中为装料系数，=操作容积/设备容积=08/1=0.8，代入公式： H2(V- V封)/ V1米=0.812 取H2=950mm。（2）校核传热面积下工艺要求传热面积为3 m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=H2F1m=0.83.14=2.512 m，则：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100-150下的许用应力为：=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=0.3Mpa；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夹=PD夹/（2-P）+C 式中，P=0.3Mpa；D夹=1100mm；=113Mpa；为焊缝系数，采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查：=0.85（夹套封头用钢板拼焊）；壁厚附加量C=C1+C2+C3，Q1 其中C1为钢板负偏差，初步取C1=0.6mm, 腐蚀裕量C2=2mm,热加工减薄量C3=2（封头热加工C3=0.5mm），因此：C=0.6+2+0=2.6mm夹=(0.31100)/(21130.85-0.3)+2.6=4.32mm,圆整到钢板厚度标准规格，取夹=5mm。夹套封头壁厚封夹=PD夹/2 -0.5P+C+C式中：P、D夹、取值同上式，其中C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mm，代入上式： 封夹=0.31100/21130.85-0.50.3+3.1=4.819mm为照顾到筒体和封头焊接的方便取封夹=夹=5mm。（3）釜体的筒体壁厚筒1） 按承受0.2Mpa的内压设计 筒PD1/（2-P）+C式中，设计压力P=0.2Mpa；筒体内径D1=1000mm；许用应力=113Mpa(同夹套材料)；焊缝同夹套，故=0.85，壁厚附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm；上述各值代入上式：筒（0.21000/21130.85）+2.6=3.642mm2） 按承受0.3Mpa的外压设计设罐体筒体的名义厚度1n=7mm厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm罐体筒体有效厚度1e=1n-C=7-2.6=4.4mm罐体筒体外径D10=D1+21n=1000+27=1014mm筒体计算长度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1034.8mm系数L/D0=1034.8/1014=1.205 系数D0/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=Be/D=（384.4）/1014=0.1650.3Mp故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e=8mm.(4)釜体的封头壁厚计算1) 按内压计算封:封PD1/（2-0.5P）+C式中,P=0.2Mpa,D1=1000mm, =0.85, =113Mpa, C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mm,代入上式:封0.21000/(21130.85-0.50.2)+3.1=4.14mm考虑到封头与筒体的焊接方便取封头与筒体等壁厚封=8mm.2)按外压校核封,采用图算法:封头计算壁厚0=- 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=0.91000=900mm;系数A=0.1250/Rv=0.1254.9/900=0.000681,由图查得B=92,则许用外压P:P=B(0/Rv)=92(4.9/900)=0.501Mpa大于水压实验时的压力0.4Mpa,故用封=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=P+0.1=0.3+0.1=0.4 Mpa2) 内压实验时:釜体筒壁内压应力r=PrD1+(S-C)/2(S-C)=0.31000+(8-2.6)/2(8-2.6)=27.93Mpa. 夹套筒壁内压应力r夹= D1+(S-C)/2(S-C)=0.31000+(5.4-2.6)/2(5.4-2.6)=78.77Mpa.釜体封头壁内应力r封=PK1D1+0.5(S-C)/2(S-C)=0.30.91000+0.5(8-3.1)/2(8-3.1)=27.63Mpa夹套封头壁内应力r封=PK1D1+0.5(S-C)/2(S-C)=0.40.91100+0.5(5.4-3.1)/2(5.4-3.1)=86.19Mpa因Q235-A常温=235Mpa,看出r,r夹,r夹,r封夹都小于0.9s=0.9235=211.5Mpa,故水压实验安全.3) 外压水压实验釜体筒体外压校核:0=- C=8-2.6=5.4mm,D0/0=1010.8/5.4=187,L/D0=1035.13/1010.8=1.024由图查A=0.00045,B=62, 故许用外压P=BS0/D0=625.4/1010.8=0.331Mpa外压Pr=0.4Mpa,故安全. 计 算 结 果釜体夹套筒体8 mm5 mm封头8 mm5 mm 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PN=0.6MPa,轴颈d=40mm,D1=175mm,D2=145mm,H=147mm。四 标准零部件的选取 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 472592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=23.3kg 4.3 视镜由DN=80mm,PN=1.0MPa,可知选择不带颈的视镜，查参考文献可得资料如下:D=145mm,D1=120mm,b1=25mm,b2=14mm 标准号为 JB593-64-2 4.4 法兰设备共需选用4个，其中压力容器法兰1个，管法兰3个。1） 根据DN=1000mm,PN=0.6MPa,查参考文献2的附表4-4和4-5可知选取 甲型平焊法兰 ：名称为 法兰-T 900-0.6 ； 具体资料如下： D=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：65.3kg2) 图中ABEG接管公称尺寸均为25mm。根据DN=25mm,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=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 编 天津大学出版社 2012.7.12 - 10 -