化工课程设计--夹套反应釜课程设计

化工课程设计--夹套反应釜课程设计化工设备机械基础课程设计题目：1m3夹套反应釜设计学院:化学与材料工程学院专业:化学工程班级:10化工姓名:学号:10111003101指导老师:完成日期:2012年6月1日夹套反应釜设计任务书指导老师：日期：一、设计内容设计一台夹套传热式带搅拌的配料罐。二、设计参数和技术特性指标见下表三、设计要求进行罐体和夹套设计运算；选择支座形式并进行运算；手孔校核运算；选择接管、管法兰、设备法兰；进行搅拌传动系统设计；（1）进行传动系统方案设计（指定用V带传动）；（2）作带传动设计运算：定出带型，带轮有关尺寸（指定选用库存电机Y1322-6，转速960r/min,功率5.5kW）；（3）选择轴承；（4）选择联轴器；（5）进行罐内搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计；设计机架结构；设计凸缘及安装底盖结构；选择轴封形式；绘制装配图；绘传动系统部件图。表1夹套反应釜设计任务书简图设计参数及要求容器内夹套内工作压力，Mpa设计压力，MPa0.20.3工作温度，℃设计温度，℃100150介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽全容积，m31.0操作容积，m30.8全容积传热面积，m23.5腐蚀情形柔弱举荐材料Q235-A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手孔目录1.夹套反应釜的结构51.1夹套反应釜的功能和用途51.2夹套反应釜的反应条件52.设计标准63.设计方案的分析和拟定64.各部分结构尺寸的确定和设计运算74.1罐体和夹套的结构设计74.1.1罐体几何尺寸运算84.1.2夹套几何尺寸运算104.2夹套反应釜的强度运算114.2.1强度运算(按内压运算强度)114.2.2稳固性校核(按外压校核厚度)144.2.3水压试验校核184.3反应釜的搅拌器194.3.1搅拌装置的搅拌器194.3.2搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计204.3.3搅拌装置的搅拌轴设计204．4反应釜的传动装置设计224.4.1常用电机及其连接尺寸224.4.2釜用减速机类型、标准及其选用224.4.3V带减速机234.4.4凸缘法兰264.4.5安装底盖274.4.6机架274.4.7联轴器284.5反应釜的轴封装置设计284.5.1填料密封284.5.2机械密封294.6反应釜的其他附件设计304.6.1支座304.6.2手孔和人孔304.6.3设备接口315.设计小结346.参考文献35设计讲明书1.夹套反应釜的结构夹套反应釜要紧由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，要紧由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形成通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，要紧由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一样采纳机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。1.1夹套反应釜的功能和用途反应釜具有耐高温、耐腐蚀、生产能力强等优点，广泛用于合成塑料、合成橡胶、合成纤维、农药、颜料、树脂、化肥等行业。还用于医药，化工，食品，轻工等行业中的水解，中和，结晶，蒸馏，蒸发，储存等生产环节。釜体上的夹套要紧是用于加热和冷却的模块。其中带搅拌的夹套反应釜是精细化工、涂料、热熔胶、医药及食品等工业中常用的反应当设备之一。它是一种在一定压力和温度下，借助搅拌器将一定容积的两种（或多种）液体以及液体与固体或气体物料混匀，促进其反应的设备。1.2夹套反应釜的反应条件夹套反应釜的设计要注重反应的条件，一样考虑夹套和搅拌器的材料、上下进出口的设计，要紧分为温度、压强、进料口和出料口、材料这几个因素。温度----那个一样都应当有严格的操纵，因此在设计的时候要注意温度计选择。要是反应温度高可能要使用油浸泡温度计，因此要留能够装油的管槽，要是温度低还要注意冰封现象发生。要是温度在100度到0度之间，要求不高的情形下，能够用塞子直截了当套温度计（注意压强）。压强----压强的高低要选择合适的反应釜，一样只要能承担两倍的大气压就能够了。进料口和出料口----一样进料口做一定大就一个能够了，要注意一些例如回流口、真空口什么的，还有确实是出料口的大小，有些物质反应后不容易放出，因此要设计合适。材料----一样反应釜差不多上玻璃的，要是工业生产最好用搪瓷的，搅拌的金属要注意爱护不要被腐蚀，放料活塞要能够防腐。还有确实是夹套的进出水的操纵，防止部分例如盐水的滞留。2.设计标准（1）HG/T20569-94《机械搅拌设备》（2）GB150-1998《钢制压力容器》（3）HG21563~21572-95HG21537.7~8-92《搅拌传动装置》（4）TCEDS8-90《压力容器强度运算书统一格式》（5）CD130A20-86《化工设备设计文件编制规定》3.设计方案的分析和拟定由夹套反应釜设计任务书可知，此次设计内容是设计一台夹套传热式带搅拌的配料罐。任务书中差不多给定此夹套反应釜一些设计参数及要求，我先对已有数据进行进一步分析并确定此次设计的总体设计方向。此次我要设计的是全容积为13m，操作容积为0.83m的夹套反应釜。1、设计压力：容器内的设计压力为0.2MPa，夹套内的设计压力为0.3MPa，由此可知本反应釜是在常压下工作。2、设计温度：容器内的设计温度100℃，夹套内的设计温度150℃，设计温度均不高，不需要对反应釜作保温措施。3、介质选择：容器内的介质为染料及有机溶剂,夹套内的介质为冷却水或蒸汽。4、搅拌器：选用推进式搅拌器，搅拌轴转速为200r/min，轴功率为4kW。5、材料选择：任务书上的举荐材料为最常用的Q235-A碳素钢材，由此釜中的其他接管法兰等钢材也选用Q235-A碳素钢材。封头为标准的椭圆封头，材质也选用Q235-A碳素钢。6、传动系统：任务书指定选用库存电机Y1322-6，转速960r/min,功率5.5kW，给定搅拌传动系统用V带传动。7、接管设计：已知反应釜的用途为传热带搅拌，因此反应釜需要蒸汽入口、加料口、视镜、温度计管口、压缩空气入口、放料口、冷凝水出口、手孔。任务书中差不多分别给出相应的公称尺寸：蒸汽入口公称尺寸DN=25、加料口公称尺寸DN=25、视镜公称尺寸DN=80、温度计管口公称尺寸DN=65、压缩空气入口公称尺寸DN=25、放料口公称尺寸DN=40、冷凝水出口公称尺寸DN=25、手孔公称尺寸DN=100。8、焊接选择：焊接采纳电弧焊，焊条牌号：采纳J507焊条。9、法兰焊接：法兰焊接按相应法兰标准的规定，角焊缝及搭接焊缝的焊叫尺寸按两焊件中较薄板的厚度。10、检验事项：（1）、容器上的A类和B类焊缝应进行X射线探伤检查，探伤长度为20%，X射线探伤应符合JB4730-94《压力容器安全技术监察规程》规定，Ⅲ级为合格.（2）、设备制造完毕后设备内0.25MPa进行水压试验，合格后焊上夹套，夹套内以0.38MPa进行水压试压。（3）、设备上凸缘与安装底座的连接表面，应在组焊后加工，安装时轴线应处于垂直状态，搅拌轴轴封处轴的径向摆动量不得大于0.5mm,搅拌轴轴向窜动量不得大于0.3mm。（4）、设备制造完毕后以水代料试运转1小时，应使设备达到工作压力，试运转过程中不得有不正常的噪音和震动。此外，设计中还需选择接管、管法兰、设备法兰、轴承、联轴器、轴封形式，最后完成设计时，需将设计的反应釜绘制成装配图及绘出传动系统部件图。4.各部分结构尺寸的确定和设计运算4.1罐体和夹套的结构设计罐体一样是立式圆筒形式容器，有顶盖、筒体、罐底，通过支座安装在基础平台上。罐底通常为椭圆形封头。顶盖在受压状态下常选用椭圆形封头，关于常压或操作压力不大而直径较大的设备，顶盖可采纳薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢（槽钢和工字钢）制的横梁，用以支承搅拌器及其传动装置。顶盖和钢底分别与筒体相连。罐底与筒体的连接常采纳焊接连接。顶盖与筒体的连接型式分为开拆和不可拆两种，筒体直径1D1200㎜，宜采纳可拆连接。当要求可拆时，做成法兰连接。夹套型式与罐体相同。4.1.1罐体几何尺寸运算1、釜体形式为常用结构圆筒形，封头形式为常用结构椭圆形。原始尺寸如下表4-1：表4-1原始尺寸2、几种搅拌釜的长径比i值如下表4-2,此次设计任务的内物料为液-液相物料，因此i的取值范畴为1～1.3。又因为设计容器不大，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i=H1/D1=1.2。表4-2i取值种类设备内物料类型i一样搅拌器液-固相或液-液相物料1～1.3气-液相物料1～2发酵罐类1.7～2.5全容积V（3m）1.0操作容积1V（3m）0.8传热面积F（2m）3.5初算筒体内径1D按式314iVD运算,得0621.12.1144331iVDm按下表4-3筒体的容积、面积和质量,选取圆整筒体内径1D=1000mm，一米高的容积m1V=0.7853m，内表面积m1F=3.142m。表4-3筒体的容积、面积和质量按附表4-4以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸,选取釜体封头容积封1V=0.15053m表4-4以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸釜体高度1H按式mVVVH111/封运算,得mVVVH111/封=（1-0.1505）/0.785=1.0822m选取圆整釜体高度1H=1000mm实际容积V按式封111VHVVm运算,得封111VHVVm=0.785*1.000+0.1505=0.93553m4.1.2夹套几何尺寸运算按表4-5夹套直径2D选取夹套筒体内径2D=1D+100=1100mm,表4-5夹套直径2D装料系数η按式VV/操运算，得VV/操=0.8/1.0=0.8夹套筒体高度H2按式VVVHm112)(封运算，得mVVVH112/封=（0.8*1.0-0.1505）/0.785=0.8274m选取圆整夹套筒体高度H2=950mm。按表4-4以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸,选取罐体封头表面积m1F=1.16252m。按表4-3筒体的容积、面积和质量,选取一米高筒体表面积m1F=3.142m。实际总传热面积F按式封121FHFFm`校核,得封121FHFFm=3.14*0.95+1.1625=4.14552m3.52m综上所述，筒体和夹套尺寸为下表4-6所示：表4-6筒体和夹套尺寸直径(mm)高度（mm）筒体10001000夹套11009504.2夹套反应釜的强度运算4.2.1强度运算(按内压运算强度)据工艺条件或腐蚀情形确定，设备材料选用Q235-A。由工艺条件给定,设计压力（罐体内）1p=0.2MPa，设计压力（夹套内）2p=0.3MPa，设计温度（罐体内）1t100℃，设计温度（夹套内）2t150℃。按表4-7所示焊接接头系数,选取罐体及夹套焊接接头系数=0.85。表4-7焊接接头系数按表4-8压力容器用碳素钢钢板的许用应力,选取设计温度下材料许用应力[]t=113Mpa。表4-8压力容器用碳素钢钢板的许用应力罐体筒体运算厚度1按式11112pDpt运算，得mmpDpt04.12.085.0113210002.021111夹套筒体运算厚度2按式22222pDpt运算，得mmpDpt72.13.085.0113211003.022222罐体封头运算厚度'1按式111'15.02pDpt运算，得mmpDpt04.12.05.085.0113210002.05.02111'1夹套封头运算厚度'2按式222'25.02pDpt运算，得mmpDpt72.13.05.