反應(yīng)釜課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)目的：把所學(xué)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)及相關(guān)知識(shí)，在課程設(shè)計(jì)中綜合運(yùn)用，把化工工藝條件與化工設(shè)備設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合起來，鞏固和強(qiáng)化有關(guān)機(jī)械課程的基本理論和基本知識(shí)。設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)時(shí)要有較精確的設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟，一份設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，（設(shè)計(jì)計(jì)算說明書是圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的理論依據(jù)，是設(shè)計(jì)計(jì)算的整理和總結(jié)，是審核設(shè)計(jì)的技術(shù)文件之一。主要內(nèi)容有：1.目錄；2,設(shè)計(jì)任務(wù)書；3.設(shè)計(jì)方案的分析和擬定；4.各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定和設(shè)計(jì)計(jì)算；5.設(shè)計(jì)小結(jié)；6.參考資料。）CAD圖紙一張，用A2紙打印。設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一張帶有攪拌裝置的夾套反應(yīng)釜。設(shè)計(jì)人：設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)參數(shù)要求容器內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力，Mpa設(shè)計(jì)壓力，Mpa0

2、.70.9工作溫度，C設(shè)計(jì)溫度，C<110<140介質(zhì)染料及有機(jī)溶劑冷卻水或蒸汽全容積，m32.5操作容積，m32傳熱面積，m37腐蝕情況微弱推薦材料Q235-A攪拌器型式漿式攪拌軸轉(zhuǎn)速、r/min50軸功率.KW1.41設(shè)計(jì)方案的分析和擬定根據(jù)任務(wù)書中的要求，一個(gè)夾套反應(yīng)釜主要有攪拌容器、攪拌裝置、傳動(dòng)裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管等一些附件構(gòu)成。而攪拌容器又可以分為罐體和夾套兩部分。攪拌裝置分為攪拌器和攪拌軸，根據(jù)任務(wù)說明書的要求本次設(shè)計(jì)攪拌器為漿式攪拌器；考慮到機(jī)械軸封的實(shí)用性和應(yīng)用的廣泛性，所以軸封采用機(jī)械軸封。在閱讀了設(shè)計(jì)任務(wù)書后，按以下內(nèi)容和步驟進(jìn)行夾套反應(yīng)釜的機(jī)

3、械設(shè)計(jì)。(1)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)工藝的要求，并考慮到制造安裝和維護(hù)檢修的方便來確定各部分結(jié)構(gòu)形式。(2)攪拌器的設(shè)計(jì)。根據(jù)工藝參數(shù)確定各部幾何尺寸；考慮壓力、溫度、腐蝕因素，選擇釜體和夾套材料；對(duì)罐體、夾套進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算、校核；(3)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括選擇電機(jī)、確定傳動(dòng)類型、選擇聯(lián)軸器等。(4)決定并選擇軸封類型及有關(guān)零部件。(5)繪圖，包括總圖、部件圖。(6)編制技術(shù)要求，提出制造、裝配、檢驗(yàn)和試車等方面的要求。2.反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì)反應(yīng)釜是有罐體和夾套兩部分構(gòu)成，罐體是反應(yīng)的核心，為物料完成攪拌過程提供一個(gè)空間。夾套為反應(yīng)的操作溫度提供保障，是一個(gè)套在罐體外的密封空間容器。2. 1罐體

4、和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)罐體采用立式的圓筒形容器，有筒體和封頭構(gòu)成。通過支座安裝在基礎(chǔ)平臺(tái)上。封頭一般采用橢圓形封頭。由于筒體內(nèi)徑Di<1200mm,因此下封頭與筒體的連接采用焊接連接。而為了拆卸清洗方便，上封頭采用法蘭與筒體連接。夾套型式與罐體大致一致。2.2 罐體幾何尺寸計(jì)算2.2.1 確定筒體內(nèi)徑般有工藝條件給定容積V、筒體內(nèi)徑Di估算:式中i為長徑比即:HiDi,有表4-2選取。根據(jù)題意取i=1.0,已知V=1.0，則Di=1084mm,將Di圓整到公稱直徑系列，則Di=1000(mm).2.2.2 確定封頭尺寸(1)橢圓封頭選取標(biāo)準(zhǔn)件，它的內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑相同，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭尺寸見附表4-

5、2.即DN=Di=1000(mm)曲邊高度hi=250mm直邊高度h2=25mm容積V=0.1505m3(2)封頭厚度計(jì)算PcDi由公式2k/；-0.5反其中Pc=0.2=113MP(由參考文獻(xiàn)附表9查的)封頭焊接采取雙面焊、全焊透，局部無損傷，則u=0.85計(jì)算S=0.7X1400/(2113X0.85-0.5X0.7)=5.1mm由參考文獻(xiàn)一表4-9查得：負(fù)偏差C1=0.5mm由參考文獻(xiàn)一表4-11查得：腐蝕裕量C2=1.5mm計(jì)算名義厚度Sn=S+C1+C2+-A=5.1+1.5+0.5+0.9=8mm故封頭厚度取8mm(3)由于S<10mm則封頭的直邊高度h2=25mm有附表4-

6、2知封頭內(nèi)表面積A=2.2346m2容積V=0.3977m32.2.3 確定筒體的厚度Hi反應(yīng)釜容積V通常按下封頭和筒體兩部分容積之和計(jì)算。則筒體高度Hi按下式計(jì)算并進(jìn)行圓整：Hi=(V-V封)/Vim式中V封封頭容積：0.3997m3Vim1m高筒體容積(見附表4-1):Vim=1.539m3/m得Hi=(2.5-0,3977)/1.539=1.3660m圓整后的Hi=1.4m=1400mm按筒高圓整后修正實(shí)際容積：V=VimXHi+V封=1.4*1,539+0.3977=2.55m3>2,5m32.3 夾套幾何尺寸計(jì)算夾套和筒體的連接常焊接成封閉結(jié)構(gòu)，夾套的結(jié)構(gòu)尺寸常根據(jù)安裝和工藝兩

7、方面的要求而定。夾套的安裝尺寸見圖4-6,夾套內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1按表4-3選?。篋2=D1+100=1500mm夾套下封頭型式同筒體封頭，直徑D2與夾套筒體相同。夾套高H2有傳熱面積而決定，不能低于料液高，裝料系數(shù)：丫=操作容積/全容積=2+2,5=0.8夾套高H2計(jì)算：H2=(YV-V封)+丫而代入數(shù)值計(jì)算得：H=1.04m夾套所包圍的罐體的表面積，一定要大于工藝要求的傳熱面積F,即：F封+F筒>=F其中F筒=HXFm故F封+F筒=2.2346+4.40X1.04=7.07>=7m2所以換熱要求滿足。筒體和上封頭的連接采用甲型平焊法蘭連接，選取凹凸密封面法蘭，其尺寸見附圖

8、4-2,主要尺寸有附表4-4查的，其中：D=1530mmD1=1490mmD2=1455mmD3=1441mmD4=1438mmS=46mmd=23mm2.4 夾套反應(yīng)釜的強(qiáng)度計(jì)算夾套反應(yīng)釜幾何尺寸確定后，要根據(jù)已知的公稱直徑，設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算確定罐體及夾套的筒體和封頭的厚度。1.5 4.1強(qiáng)度計(jì)算的原則及依據(jù)強(qiáng)度計(jì)算中各參數(shù)的選取及計(jì)算，均應(yīng)符合GB150-1998鋼制壓力容器的規(guī)定。圓筒為正壓外帶夾套時(shí)：當(dāng)圓筒的公稱直徑DN>=600mm時(shí)，被夾套包圍部分的圓筒分別按內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒計(jì)算，取其中較大值，其余部分按內(nèi)壓圓筒設(shè)計(jì)。1.6 按內(nèi)壓對(duì)圓筒和封頭進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算(1

9、)筒體強(qiáng)度計(jì)算已知：Tc=110CPc=0.7Mpak-t=113Mpau=0.85S鼻=5.1mm21負(fù)偏差C2=1.5mm腐蝕裕量C2=1.5mm名義厚度Sn=S+C1+C2+A=8mm(2)封頭厚度計(jì)算S_PcD2kt-0.5Pc=5.1mm同理名義厚度：Sn=SC1+C2+A=8mm1.6 按外壓對(duì)筒體和封頭進(jìn)行強(qiáng)度校核(1)筒體圖算法由于D0/Se>=20假設(shè)Sn=14mm令Se=Sn-2=12mmD0=D+2Sn=1428mm則L/D0=1400+1428=0.98D0/Se=119D0>20查圖5-5得A=0.0012查圖5-7由于Tc=<140C則B=125M

10、pa計(jì)算許應(yīng)外壓力pp=B/(D0/Se)=1.05Mpa所以p>=pc故筒體厚度Sn2取14mm由Sn=8mm=<Sn=14mm封頭厚度確定為14mm(2)外壓封頭強(qiáng)度計(jì)算設(shè)封頭的厚度Sn=14mm計(jì)算有效厚度Se=Sn-C=12mmR=KD0式中K=0.9D0=Di+2Sn=1428mmR=0.9x1428=1285mm計(jì)算系數(shù)AA/0.0011Se查參考文獻(xiàn)1中圖5-8T=<150C查的系數(shù)B=120MpaBp=1MpaR0Sep>pc所以封頭厚度確定Sn=14mm1.6 夾套厚度計(jì)算(1)夾套筒體部分厚度計(jì)算u=0.85由Pc2=0.9MpaTc2=<14

11、0Cb=113Mpa負(fù)偏差C1=0.5mm腐蝕裕量C2=1.5mm則Sn2=S2+C1+=10mm(2)夾套封頭厚度計(jì)算S2=p2cD22二-0.5p2一二7.0mmc同理：由于。APt(DiSe)2Se=61.7Mpa則Sn2=S2+Ci+=10mm1.6 水壓試驗(yàn)校核計(jì)算夾套反應(yīng)釜應(yīng)對(duì)罐體和夾套分別進(jìn)行水壓試驗(yàn)，并校核圓筒應(yīng)力"T(1)罐體水壓試驗(yàn)故pT=1.25p=1.25Pc=0.875Mpa材料屈服點(diǎn)應(yīng)力(Ts=235Mpa0.9=179.8Mpa至0.9(TsU所以罐體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠(2)由于7=PT=1.25p=1.25R2=1.125MpaPt(D2S)2Se=10

12、6Mpa材料屈服點(diǎn)應(yīng)力(Ts=235Mpa0.9=179.8Mpa至0.9(TsU所以夾套水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠3反應(yīng)釜的攪拌裝置攪拌裝置由攪拌器、軸及其支撐組成。攪拌器的形式很多，根據(jù)任務(wù)說明書的要求，本次設(shè)計(jì)采用的是漿式攪拌器。具機(jī)械設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：確定攪拌器直徑、攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)。、進(jìn)行攪拌軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)和臨界轉(zhuǎn)速校核、選擇軸的支撐結(jié)構(gòu)。由表4-4查的Di/Dj取1.25:12:1H°/Dj=1:12:1有實(shí)際情況取D"Dj=1.5:1H0/Dj=1:1則：攪拌器直徑DJ=900mm液面高度：Ho=900mm攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)槳式攪拌器結(jié)構(gòu)如圖4

13、-7所示，其槳葉為兩葉。軸轉(zhuǎn)速為50r/min，采用雙層槳安裝。攪拌器與軸的連接常用螺栓對(duì)夾。器主要尺寸有表4-5查的：dj=900mmd=50mm螺栓：do:M16數(shù)量4螺釘：d1:M16數(shù)量1S=16b=90c=150m=110f=45e=5攪拌軸設(shè)計(jì)攪拌軸的機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容同一般傳動(dòng)軸，主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核(1)攪拌軸的材料：選用Q235-A(2)攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實(shí)心直軸，因是連接的為槳式攪拌器，故采用光軸即可。(3)攪拌軸強(qiáng)度校核TT<Lmaxk(參考文獻(xiàn)1.軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件是：Wp公式9-5)對(duì)Q235-Ark=1220Mpa對(duì)實(shí)心軸Wp=兀d3/16=24531mm3Te=9

14、.55X106p/n=133700N?mm則：三max=5.5Mpa<k故d=50mm強(qiáng)度足夠(4)攪拌軸的形位公差和表面粗糙度的要求:一般攪拌軸要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，為防止軸的彎曲對(duì)軸封處的不利影響，因此軸安裝和加工要控制軸的直度。當(dāng)轉(zhuǎn)速n<100r/min時(shí)直度允許誤差：1000:0.15。軸的表面粗糙度可按所配零件的標(biāo)準(zhǔn)要求選取。(5)攪拌軸的支撐一般攪拌軸可依靠減速器內(nèi)的一對(duì)軸承支承。當(dāng)攪拌軸較長時(shí)，軸的剛度條件變壞。為保證攪拌軸懸臂穩(wěn)定性，軸的懸臂長L1,軸徑d和兩軸承間距B應(yīng)滿足以下關(guān)系：L1/BW45;L1/d<4050攪拌軸的支承常采用滾動(dòng)軸承。安裝軸承處的公差帶常采

15、用K6.外殼孔的公差帶常采用H7。安裝軸承處軸的配合表面粗糙度Ra取0.81.6外殼孔與軸承配合表面粗糙度Ra取1.64反應(yīng)釜的傳動(dòng)裝置反應(yīng)釜的攪拌器是由傳動(dòng)裝置來帶動(dòng)。傳動(dòng)裝置設(shè)置在釜頂封頭的上部，其設(shè)計(jì)內(nèi)容一般包括：電機(jī)；減速機(jī)的選型；選擇聯(lián)軸器；選用和設(shè)計(jì)機(jī)架和底座等。常用電機(jī)及其連接設(shè)備選用電機(jī)主要是考慮到它的系列，功率，轉(zhuǎn)速，以及安裝形式和防爆要求等幾項(xiàng)內(nèi)容。最常用的為Y系列全封閉自扇冷式三相異步電動(dòng)機(jī)。電機(jī)功率必須滿足攪拌器運(yùn)軸功率與傳動(dòng)系統(tǒng)，軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮到又時(shí)在攪拌過程操造作中會(huì)出現(xiàn)不利條件造成功率過大。電機(jī)功率可按下式確定：式中：p=1.4KW刀=0.950

16、.96（有表4-8選?。┰O(shè)計(jì)采用機(jī)械軸封，功率消耗小，Pm=0.6KW則：Pd=2.2KW釜用減速機(jī)類型，標(biāo)準(zhǔn)及其選用反應(yīng)釜的立式減速機(jī)的選用根據(jù)：軸轉(zhuǎn)速n=50r/min電機(jī)功率為2.2KW查表4-11可選：BLD擺線針輪行星減速機(jī)，其尺寸從HG5-745-78標(biāo)準(zhǔn)中選取。由表4-11選的：電動(dòng)機(jī)功率為2.2kw轉(zhuǎn)速為1430r/min查附表5-4選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：Y112M-4額定功率為4KW滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min凸緣法蘭凸緣法蘭一般焊接于攪拌器封頭上，用于連接攪拌傳動(dòng)裝置。設(shè)計(jì)采用R型突面凸緣法蘭，其形式見附圖4-4,其尺寸有附表4-6查找。選擇R型突面凸緣法蘭，其尺寸如下：DN=

17、400mmd1=410mmd2=565mmk=515mmd3=430mmd4=455mm螺栓數(shù)量：16,螺紋：M24。質(zhì)量：46Kg安裝底蓋安裝底蓋采用螺栓等緊固件，上與機(jī)架連接，下與凸緣法蘭連接。是整個(gè)攪拌傳動(dòng)裝置與容器連接的主要連接件。設(shè)計(jì)選取了RS型安裝底蓋。其主要尺寸查圖4-15和附表4-7和4-8,內(nèi)容如下（單位：mm）:DN=400,d2=565k=515d5=16-26d6=415s=50d9=176k2=210d10=8-M16機(jī)架機(jī)架是安裝減速機(jī)用的，它的尺寸應(yīng)與減速機(jī)底座尺寸相匹配。其選用類型有三種，本次選用無支點(diǎn)機(jī)架。常用的無支點(diǎn)機(jī)架見附圖5-1,尺寸見附表5-6.選用W

18、J90型無支點(diǎn)機(jī)架，H1=40mmH2=25H3=7H4=8D1=400D2=450D3=490D4=430D5=515D6=565H=660質(zhì)量：170Kg聯(lián)軸器常用的電機(jī)和減速機(jī)輸出軸與傳動(dòng)軸之間及傳動(dòng)軸與攪拌軸之間的連接，都是通過聯(lián)軸器連接的。常用的類型很多，選取剛性凸緣聯(lián)軸器。主要尺寸以及型式見附圖5-5,尺寸見附表5-10.選用GT-45質(zhì)量：17Kg.5反應(yīng)釜的軸封裝置軸封式攪拌設(shè)備的一個(gè)重要組成部分。其任務(wù)是保證攪拌設(shè)備內(nèi)處于一定的正壓和真空狀態(tài)以及防止物料溢出和雜質(zhì)的摻入。鑒于攪拌設(shè)備以立式容器中心頂插式為主，很少滿釜操作，軸封的對(duì)象主要為氣體；而且攪拌設(shè)備由于反應(yīng)工況復(fù)雜，軸

19、的偏擺震動(dòng)大，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，故不是所有形式的軸封都能用于攪拌設(shè)備上反應(yīng)釜攪拌軸處的密封，屬于動(dòng)密封，常用的有填料密封和機(jī)械密封兩種形式。他們都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)要求直接選用。這次設(shè)計(jì)選用機(jī)械軸封。機(jī)械軸封是一種功耗小，泄露率低，密封性能可靠，使用壽命長的轉(zhuǎn)軸密封。主要用于腐蝕、易燃、易爆、劇毒及帶有固體顆粒的介質(zhì)中工作的有壓和真空設(shè)備。由于機(jī)械軸封的結(jié)構(gòu)形式很多。且大都有標(biāo)準(zhǔn)。附圖5-9和附表5-15給出了202型標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)及尺寸。6反應(yīng)釜的其他附件支座夾套反應(yīng)釜多為立式安裝，最常用的支座為耳式支座。標(biāo)準(zhǔn)耳式支座(JB/T4725-92)分為A型和B型兩種。當(dāng)設(shè)備需要保溫或直接支撐在樓板上時(shí)選用B型，否則選擇A型。設(shè)計(jì)中選取B型，支座數(shù)為4個(gè)。允許載荷為100KN型式見附圖4-9,尺寸見附表4-9.支座質(zhì)量為：28.7Kg地腳螺栓：M24.人孔人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。設(shè)備的直徑大于900mm,應(yīng)開設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。圓形人孔制造方便。應(yīng)用較為廣泛。人孔的大小及位置應(yīng)以人進(jìn)出設(shè)備方便為原則，對(duì)于反應(yīng)釜，還要考慮攪拌器的尺寸，一便攪拌軸及攪拌器能通過人孔放入罐體內(nèi)。其主要尺寸見附表4-11,型式見附圖4-11.密封面型式：突面（RF型）公稱壓力：1.0Mpa公稱直徑：DN=450mm總質(zhì)量：125Kg螺柱：20個(gè)