反应釜毕业设计开题报告

1立方米反应釜设计-1-本科毕业设计（论文）开题报告题目：1立方米反应釜设计学生姓名学号1103020402教学院系机电工程学院专业年级2011级过程装备与控制工程指导教师职称单位西南石油大学1立方米反应釜设计-2-1.概述1.1反应釜的结构组成和材料选择1.1.1反应釜的结构组成反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配。釜壁外设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。支承座有支承式或耳式支座等。转速超过160转以上宜使用齿轮减速机.开孔数量、规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。1.通常在常压或低压条件下采用填料密封，一般使用压力小于2公斤。2.在一般中等压力或抽真空情况会采用机械密封，一般压力为负压或4公斤。3.在高压或介质挥发性高得情况下会采用磁力密封，一般压力超过14公斤以上。除了磁力密封均采用水降温外，其他密封形式在超过120度以上会增加冷却水套。根据任务书要求，采用夹套换热。1.1.2反应釜的材料选择反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它复合材料。反应釜可采用SUS304、SUS316L等不锈钢材料制造。根据工作介质是否具有腐蚀性，工作温度与压力，性价比等，参照《化工设备用钢》进行具体选材。1.2.反应釜的工作原理和工艺流程1.2.1反应釜的工作原理在内层放入反应溶媒可做搅拌反应，夹层可通上不同的冷热源（冷冻液，热水或热油）做循环加热或冷却反应。通过反应釜夹层，注入恒温的（高温或低温）热溶媒体或冷却媒体，对反应釜内的物料进行恒温加热或制冷。同时可根据使用要求在常压或负压条件下进行搅拌反应。物料在反应釜内进行反应，并能控制反应溶液的蒸发与回流，反应完毕，物料可从釜底的出料口放出，操作极为方便。1.2.2反应釜的工艺流程反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等）、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。1.3反应釜的失效形式1立方米反应釜设计-3-通常，产品丧失规定功能的现象被称为失效，而压力容器失效则是由于压力或其他载荷超过使用极限而丧失正常工作的能力。各类压力容器的操作条件比较复杂多样，而且越来越苛刻，因此，压力容器失效的形态也是多种多样的，主要是以强度、刚度、稳定性和腐蚀失时效四种方式表现出来。强度失效容器中某最大应力点超过屈服点后就会出现不可恢复的变形，此时由弹性状态进入塑性状态，随着载荷的增大，容器的塑性区不断扩大，当载荷大到某一极限时，塑性区就会扩展到一定的范围，容器便失去了承载能力。刚度失效容器或容器上的零部件不是因为强度不足，而是由于过大的弹性变形使部件等失去了正常的工作能力。这种失效形式通常出现在密封结构、换热设备等地方。稳定性失效容器在外压或其他外部载荷的作用下，由稳定的平衡状态变至一个不稳定的状态，形状发生突然改变而丧失正常的工作能力。腐蚀失效是压力容器失效的重要类型之一，金属腐蚀的形式是多种多样的，按金属与周围介质作用的性质分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类，但都是由于其工作环境所引起，包括应力腐蚀、氢脆、蒸汽腐蚀、碱脆、硫腐蚀、辐照脆化和液态金属脆化等类型。应力腐蚀失效是指在拉应力作用下，一定材料与一定的介质环境发生应力腐蚀，而最终导致压力容器失效，是一种延迟破坏，造成的后果也比较严重。由于近代工业技术的发展，材料的工作环境条件越来越苛刻，零部件和材料的应力腐蚀问题也日益突出，解决应力腐蚀问题成了当今的重要课题。应力腐蚀的必要条件是存在拉应力，而且所用材料与介质环境能发生应力腐蚀。因此，为了解决应力腐蚀问题，设计上通常采用仔细选择应力腐蚀敏感性低的材料、加缓蚀剂或保护层、阳极保护和避免或减小应力集中、改善危险截面的受力状况及避免工件表面层残余应力存在等措施；另外，生产工艺上通常采用适当的热处理工艺来降低材料对应力腐蚀的敏感性和减小工件的残余应力或避免应力集中。金属的氢脆是指由于金属中存在氢而导致材料的塑性大为降低，从而使压力容器失效。氢脆的表现形式一般分为不可逆氢脆和可逆氢脆两类，前者是指氢造成的永久性损伤（如低强钢在石油化工设备中或酸洗处理后因吸氢而出现氢鼓包等）；后者是指排除氢后力学性能可以恢复的氢脆现象（如钢及一些合金钢中的氢致延迟破坏等）。氢脆产生的主要原因是氢在材料中来不及扩散或逸出而形成局部偏聚（偏析），材料中氢浓度越高越容易发生局部偏聚，材料表现为低应力下的延迟破坏。因此，为了解决氢脆问题，设计上通常采用选择氢脆敏感性小的材料、减小或消除拉应力、杜1立方米反应釜设计-4-绝或减少氢的环境（如加缓蚀剂、保护层等）和改变应力状态等措施；另外，工艺上也可通过表面处理（如滚压、喷丸等）使表面产生残余压应力。蒸汽腐蚀实际上是由于高温下水蒸气的分解而造成金属的氧化和氢脆，为了防止蒸汽腐蚀设计上通常选用高搞蒸汽腐蚀的材料。碱脆是指由于碱的浓度达到一定程度而导致的应力腐蚀。硫腐蚀是指由于硫的存在而在不同条件下产生不同形式的腐蚀现象，如高温硫腐蚀、含镍合金钢的硫腐蚀和低温硫腐蚀等。为防止硫腐蚀，通常采用钢材表面渗铝、含镍合金钢中加铬元素等措施。钒腐蚀是指由于油等燃烧后产生的钒氧化物与高温金属接触时能破坏金属表面的氧化膜，加速腐蚀过程的发展。目前，常采用的防止措施是加入添加剂。辐照脆化是指在核技术的设备中，零部件处于高能电子、中子等粒子流的辐射下，结构材料发生脆化，通常表现为几何尺寸变化，体积膨胀，密度变小，强度、硬度上升和塑性下降以及物理性能的变化。液态金属脆化是指固态金属与液态金属接触时造成的固态金属的塑性或强度的下降。防止液态金属脆化的方法很多，如选用敏感性低的材料，在固体金属上增加保护层等。1.4毕业设计的目的和意义高等工科院校的毕业设计是完成教学计划达到本科生培养目标的重要环节。它通过深入实践、了解社会、完成毕业设计任务或撰写论文等诸环节，着重培养学生综合分析和解决问题的能力和独立工作能力、组织管理和社交能力；同时，对学生的思想品德，工作态度及作风等诸方面都会有很大影响。对于增强事业心和责任感，提高毕业生全面素质具有重要意义。是学生在校期间的昀后学习和综合训练阶段；是学习深化、拓宽、综合运用所学知识的重要过程；是学生学习、研究与实践成果的全面总结；是学生综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验；是实现学生从学校学习到岗位工作的过渡环节；是学生毕业及学位资格认定的重要依据；是衡量高等教育质量和办学效益的重要评价内容。通过这次毕业设计，我将综合应用所学基础理论和专业知识，解决一般工程技术问题的能力将会得以培养，也将进一步提高和训练我的工程制图、理论分析、结构设计、施工方案设计、计算机应用和外文阅读能力。2.国内外研究现状和发展趋势1立方米反应釜设计-5-反应釜于1912年发明，从其被发明之后，一直以来都取得了迅猛的发展，现在，全世界依旧以每年3-5%的速度递增。而我国正处于快速发展当中，所以对其生产以及各类型的消费应用也保持在非常高的水平。但是由于科学技术的限制，我国研制的反应釜以及在应用上跟国外相比，还是有一定差距的。首先，国外所制造的反应釜，除了燃料行业20000-40000L，其他的均可达到120m3；而我国多在6000L以下。因为反应釜的容积大小与产量、批量生产中的质量误差以及降低产品成本都有着密切相关的关系，所以这也限制了我国化工产品的质量、成本以及销量。其次，国外的自动化水平高，在大工厂当中已经实现了电脑自动化生产，而我国的设备操纵还是普遍存在手工操作，这也影响了产品的产量以及质量，同时对人身体的健康也有一定的影响。再者，在反应釜的构成上，虽然已经由单一搅拌器发展到双搅拌器或外加泵的强制循环，而国外更是除了装有搅拌器外，还使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。随着近年来全球气候变暖，在化工行业的发展的同时，对其产生的污染控制也越来越严格，所以，从大的趋势上来看，未来反应釜的发展，将从节能，环保以及更高的工艺操作，材料等方面着手，以满足市场与发展潮流的变化。3.课题任务及要求3.1、课题任务（1）设计参数：反应釜工作容量1立方米，工作压力1MPa以内，工作介质弱腐蚀性。要求用夹套换热。（2）完成反应釜整体结构设计，搅拌器传动装置和密封设计，画出装配图及零件图。（3）反应釜强度计算，撰写设计计算说明书。（4）翻译外文资料20000字符以上。3.2、课题设计基本要求（1）树立正确的设计思想，能够结合生产实际综合地考虑先进、安全、经济、可靠和实用等方面的要求，严肃认真地进行设计。（2）强调独立思考，并不等于设计者凭空假想，在一定程度上依靠设计资料和继承前人经验。对于遇到的问题、查阅有关教科书或文献，通过积极思考，提出个人见解尽可能自己解决，不要太多地依靠指导老师帮助解决问题。（3）以严谨的态度对待设计，正确使用标准规范。学会收集、理解、熟悉和使用各种资料，培养设计能力。1立方米反应釜设计-6-4.设计方法及步骤4.1设计方法本设计的设计方法为：查阅有关化工设备方面的书籍，研究一般带搅拌器的夹套类反应釜的设计思路与方法。结合已给定的参数及条件进行设计。4.2设计思路本设计的设计计算思路是首先根据设计条件对反应釜的结构进行设计计算，其次根据反应釜的几何结构尺寸对搅拌装置进行设计，然后根据前面的设计结果，对反应釜的传动部分和密封装置进行设计或选型。4.3设计步骤我拟定反应釜的设计分为十一个大步骤，每个大步骤中又包含多个小步骤。为了方便阅读，下面将进行详细说明。（1）反应釜釜体的设计：釜体的确定，釜体筒体壁厚的设计，釜体封头的设计，筒体长度的设计，外压筒体壁厚的设计，外压封头壁厚的设计（2）反应釜夹套的设计：夹套的确定，夹套筒体的设计，夹套封头的设计，传热面积的校核，（3）反应釜釜体及夹套的压力试验：釜体的水压试验，釜体的气压试验，夹套的液压试验（4）反应釜附件的选型尺寸设计：釜体法兰连接结构的设计，工艺接管的设计，管法兰尺寸的设计，垫片尺寸及材质，人孔的设计，视镜的选型（5）搅拌装置的选型与尺寸设计：搅拌轴直径的初步计算，搅拌抽临界转速校核计算，联轴器的型式及尺寸的设计,搅拌桨尺寸的设计,搅拌轴的结构及尺寸的设计（6）传动装置:电动机的选型，减速器的选型，机架的设计，底座的设计（7）反应釜的轴封装置设计（8）支座的选型及设计：支座的选型及尺寸的初步设计，支座载荷的校核计算（9）焊缝结构的设计：釜体上主要焊缝结构的设计，夹套上的焊缝结构的设计（10）人孔的开孔及补强计算：封头开人孔后被削弱的金属面积的计算，1立方米反应釜设计-7-有效补强区内起补强作用的金属面积的计算，判断是否需要补强的依据（11）作图5.初步时间安排3月16日到4月30日进行设计计算5月1日到5月20日进行画图5月21日到5月31日编写报告6月1日到6月8日进行扫尾工作，查漏补缺6.预期目的及成果（1）、提交反应釜整体结构设计，搅拌器传动装置和密封设计装配图及零件图若干，折合0号图纸2.5张以上。（2）、提交设计计算说明书，打印30页以上。（3）、提交外文资料复印件及打印译文各一份