課程設(shè)計：反應(yīng)釜設(shè)計

1、化工工藝課程設(shè)計（本）題 目 反應(yīng)釜的設(shè)計 班 級 10工藝2班 學 號 201041511245 姓 名 何東寶 指導教師 黃相璇 完成日期 2013年12月30日 化工工藝課程設(shè)計（論文）目錄*設(shè)計任務(wù)書1一.概述20.1設(shè)計任務(wù)及條件20.2設(shè)計方案簡介20.3水乳膠物性及參數(shù)表2二.工藝設(shè)計計算31.反應(yīng)釜釜體設(shè)計31.1釜體的DN、PN的確定31.1.1釜體DN的確定31.1.2釜體PN的確定31.2 釜體筒體壁厚的設(shè)計31.2.1設(shè)計參數(shù)的確定31.2.2 筒體壁厚的設(shè)計31.3 釜體封頭的設(shè)計41.3.1 封頭的選型41.3.2 設(shè)計參數(shù)的確定41.3.3 封頭的壁厚的設(shè)計41.

2、3.4封頭的直邊尺寸、體積及重量的確定41.4筒體長度的設(shè)計41.4.1筒體長度H1的設(shè)計41.4.2釜體長徑比L/Di的復核51.5 外壓筒體壁厚的設(shè)計51.5.1設(shè)計外壓的確定51.5.2試差法設(shè)計筒體的壁厚51.5.3 圖算法設(shè)計筒體的壁厚61.6 外壓封頭壁厚的設(shè)計71.6.1 設(shè)計外壓的確定71.6.2 封頭壁厚的計算72.反應(yīng)釜夾套的設(shè)計92.1 夾套的、的確定92.1.1夾套的確定92.1.2 夾套PN的確定92.2 夾套筒體的設(shè)計92.2.1夾套筒體壁厚的設(shè)計92.2.2夾套筒體長度H筒的初步設(shè)計92.3 夾套封頭的設(shè)計92.3.1 封頭的選型92.3.2 橢球形封頭壁厚的設(shè)計

3、92.3.3橢球形封頭結(jié)構(gòu)尺寸的確定102.3.4帶折邊錐形封頭壁厚的設(shè)計102.3.5 封頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計102.3.6 帶折邊錐形封頭壁厚的設(shè)計102.4 傳熱面積的校核113.反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗123.1釜體的水壓試驗123.1.1水壓試驗壓力的確定123.1.2液壓試驗的強度校核123.1.3壓力表的量程、水溫及水中濃度的要求123.1.4水壓試驗的操作過程133.2夾套的液壓試驗133.2.1液壓試驗壓力的確定133.2.2液壓試驗的強度校核133.2.3壓力表的量程、水溫的要求133.2.4液壓試驗的操作過程134.反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計144.1釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計14

4、4.1.1密封面形式的選型144.1.2螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格及材料的選擇144.2工藝接管的設(shè)計144.3管法蘭尺寸的設(shè)計154.3.2 密封面形式及墊片尺寸174.5視鏡的選型174.6支座的選型及設(shè)計184.6.1支座的選型及尺寸的初步設(shè)計184.6.2支座載荷的校核計算195.攪拌軸及漿的設(shè)計205.1攪拌軸直徑的初步計算205.1.1攪拌軸直徑的設(shè)計205.1.2攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計算205.2聯(lián)軸器的型式及尺寸的設(shè)計205.直葉槳式攪拌器尺寸的設(shè)計216.傳動裝置的選型和尺寸計算226.1電動機的選型226.2減速機的選型226.3機架的設(shè)計226.4反應(yīng)釜的軸封裝置設(shè)計226

5、.4.1反應(yīng)釜的軸封裝置的選型226.4.2 填料密封的結(jié)構(gòu)及尺寸237.焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計247.1 釜體上主要焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計247.2夾套上的焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計25三.設(shè)計結(jié)果一覽表25四. 設(shè)計評述及問題討論26五. 參考文獻27六.附圖27重要符號表27工藝流程圖27設(shè)備工藝條件圖27IV課程設(shè)計任務(wù)書 20132014學年第1學期組員：第五組 專業(yè)班級：化學工程與工藝2班 指導教師：黃相璇一、課程設(shè)計作業(yè)題目：反應(yīng)釜的設(shè)計二、設(shè)計內(nèi)容（含技術(shù)指標）1反應(yīng)介質(zhì)：6m3的水乳膠涂料；2. 容器內(nèi)壓：常壓；3. 反應(yīng)溫度：8010；4. 電機功率：5KW；5. 攪拌轉(zhuǎn)速：6 0rpm。6. 作業(yè)成

6、果：計算書1份，設(shè)備圖1張（A1圖紙手工繪制）。三、進度安排112月20日：分配任務(wù)；212月22日-6月03日：查詢資料、初步設(shè)計；312月25日-6月08日：設(shè)計計算，完成報告。四、基本要求1. 課程設(shè)計的基本內(nèi)容（1）設(shè)計方案簡介 對給定或選定的工藝流程，主要的設(shè)備型式進行簡要的論述；（2）主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算 包括工藝參數(shù)的選定、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備的工藝尺寸計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計；（3）典型輔助設(shè)備的選型和計算 包括典型輔助設(shè)備的主要工藝尺寸計算和設(shè)備型號規(guī)格的選定；（4）帶控制點的工藝流程簡圖 以單線圖的形式繪制，標出主體設(shè)備和輔助設(shè)備的物料流向、物流量、能流量和主要化工參數(shù)測量點；

7、（5）主體設(shè)備工藝條件圖 圖面上應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表；2013 年12月25日一.概述1.設(shè)計任務(wù)及條件（1）反應(yīng)介質(zhì)：6m3的水乳膠涂料；（2）容器內(nèi)壓：常壓；（3）反應(yīng)溫度：8010；（4）電機功率：5KW；（5）攪拌轉(zhuǎn)速：60rpm。（6）作業(yè)成果：計算書1份，設(shè)備圖1張。設(shè)計方案：根據(jù)給定的條件合理選擇設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及合適的材料，立式容器或臥式容器的筒體和封頭、鋼板卷制焊接結(jié)構(gòu)接頭、鋼板材料的型號及熱處理條件等。設(shè)計計算：依據(jù)材料的性能，對選用設(shè)備的壁厚進行計算、穩(wěn)定性進行校核；輔助設(shè)備的選型：包括典型輔助設(shè)備的主要尺寸計算及型號規(guī)格：人孔或手孔設(shè)計、法蘭的型號規(guī)

8、格、接管開孔結(jié)構(gòu)、視鏡或液面鏡以及容器的支座選型等。2.設(shè)計方案簡介由設(shè)計條件單可知，設(shè)計的反應(yīng)釜體積為=6/0.85=7.06,圓整V=7.1m3；攪拌軸的轉(zhuǎn)速為60r/min,電機功率5kW（1=0.9），軸的功率為P=P01=0.45kW;攪拌槳的形式為推進式；裝置上設(shè)有3個工藝接管、2個視鏡、4個耳式支座、1個溫度計管口，1個人孔。反應(yīng)釜設(shè)計的內(nèi)容主要有：（1）釜體的強度、剛度、穩(wěn)定性計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計；（2）夾套的的強度、剛度計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計；（3）輔助設(shè)備的計算及選型；（3）設(shè)計釜體的法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)、選擇接管、管法蘭（4）人孔的選型及補強計算；（5）支座選型及驗算；（6）視鏡的選型；（7）

9、焊縫的結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計；（8）電機、減速器的選型；（9）攪拌軸及框式攪拌槳的尺寸設(shè)計；（10）選擇聯(lián)軸器；（11）設(shè)計機架結(jié)構(gòu)及尺寸；（12）設(shè)計底蓋結(jié)構(gòu)及尺寸；（13）選擇軸封形式；（14）設(shè)計結(jié)果匯總表；（15）設(shè)計評述及設(shè)計者對本設(shè)計有關(guān)問題的討論；（16）工藝流程圖及設(shè)備工藝條件圖；（14）繪總裝配圖及攪拌軸零件圖等。3.水乳膠物性及參數(shù)表由于水性涂料不用有機溶劑，對人體無毒害，對環(huán)境無污染，固而近年來發(fā)展十分迅速。凡是用水作溶劑或者分散在水中的涂料部可稱之為水性涂料。水性涂料包括水溶性涂料和水膠乳涂料兩種，采用乳液聚合工藝制備成合成樹脂水膠乳，膠粒徑0.1-10。在合成樹脂水膠乳中，加

10、入顏料、體質(zhì)顏料、保護膠體、各種添加劑后，經(jīng)過研磨或分散處理，即成為水乳膠涂料。目前，世界上使用較廣的水膠乳涂料有聚醋酸乙烯水膠乳涂料、聚丙烯酸酯水膠乳涂料、醇酸樹脂水膠乳涂料和偏氯乙烯共聚樹脂水膠乳涂料。水乳膠可用：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、而烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸2乙基己酯 2一甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯，苯乙烯、氯乙烯和丙烯腈。以上這些單律在使用時不少于一種使用量最好為單體總量的4-45%。在進行操作時可將水乳膠的密度近似于水的密度進行計算。二.工藝設(shè)計計算1反應(yīng)釜釜體設(shè)計1.1釜體的DN、PN的確定1.1.1釜體DN的確定將釜體視為筒體，取L/D=1.4,V=6m3。

11、由V=(/4)（1-1）式中V操作體積，m3;Di釜體的直徑，m；L釜體的長度，m。L=1.4，則，圓整得釜體的DN=1800mm。1.1.2釜體PN的確定由設(shè)計說明書知常壓反應(yīng)，所以釜體的設(shè)計壓力0.2MPa。1.2 釜體筒體壁厚的設(shè)計1.2.1設(shè)計參數(shù)的確定設(shè)計壓力P1： P10.2MPa；液柱靜壓力P1H：P1H=10(-6)1.81.410310=0.0252MPa 計算壓力P1c： P1c= P1+ P1H =0.2+0.0252=0.2252MPa；設(shè)計溫度t1：t1100；焊縫系數(shù)：0.85許用應(yīng)力：根據(jù)材料Q235-B、設(shè)計溫度 ；該筒體為短圓筒。圓筒的臨界壓力為： (1-6)

12、式中Pcr臨界壓力，kPa；L筒體的計算長度，mm；D0筒體外徑，mm；E設(shè)計溫度下的彈性模量，MPae有效厚度，mm；m穩(wěn)定系數(shù)。E=2.0105MPa，Pcr對于圓筒m=3 , P=0.5554/3=0.185MPa故P=1.01 P；所以假設(shè)n=12mm滿足穩(wěn)定性要求。1.5.3 圖算法設(shè)計筒體的壁厚設(shè)筒體的壁厚n=12mm，則： =12-3.8 = 8.2mm，=1016mm , 在文獻6圖9-7中的坐標上找到1.22的值，由該點做水平線與對應(yīng)的線相交，沿此點再做豎直線與橫坐標相交，交點的對應(yīng)值為：0.00032。再由文獻6圖9-9中選取，在水平坐標中找到=3.210-4點，由該點做豎

13、直線與對應(yīng)的材料溫度線相交，沿此點再做水平線與右方的縱坐標相交，得到系數(shù)的值為：47MPa、=2.00105MPa。根據(jù)=（1-7）式中 P許用壓力，MPa；B查表對應(yīng)壓力，MPa；D0筒體外徑，mm；e有效厚度，mm。得： =0.211（MPa）因為0.101MPa0.211MPa，所以假設(shè)12mm合理，取筒體的壁厚12mm。1.6 外壓封頭壁厚的設(shè)計1.6.1 設(shè)計外壓的確定封頭的設(shè)計外壓與筒體相同，即設(shè)計外壓=0.101MPa。1.6.2 封頭壁厚的計算設(shè)封頭的壁厚=10mm，則: =10-3.8 = 6.2mm，對于標準橢球形封頭=0.9，0.91800=1620（mm）， =1620

14、/6.2= 261.29計算系數(shù)：= 4.78410-4在文獻6圖9-7中選取，在水平坐標中找到=4.78410-4點，由該點做豎直線與對應(yīng)的材料溫度線相交，沿此點再做水平線與右方的縱坐標相交，得到系數(shù)的值為值為：65MPa、=2.00105MPa根據(jù)（1-7）=得： =0.249（MPa）因為0.101F=11.57m2，滿足要求。3反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗3.1釜體的水壓試驗3.1.1水壓試驗壓力的確定水壓試驗的壓力： (3-1)式中PT水中壓力，MPa；P設(shè)計壓力，MPa； 水中應(yīng)力，MPa； t許用應(yīng)力，MPa。查.0，。3.1.2液壓試驗的強度校核由（3-2）式中Di釜體直徑，m；

15、e有效厚度，mm；PT水中壓力，MPamax最大應(yīng)力，MPa。得：MPa 0.9 =0.92350.85=179.8MPa由：27.56MPa 0.9=179.8MPa故液壓強度足夠。3.1.3壓力表的量程、水溫及水中濃度的要求壓力表的最大量程：P表=2=20.25=0.5MPa或1.5PTP表4PT即0.375MPaP表1MPa水溫15水中濃度25mg/L3.1.4水壓試驗的操作過程操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.25MPa，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.2MPa，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形

16、。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將釜體內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質(zhì)量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。3.2夾套的液壓試驗3.2.1液壓試驗壓力的確定液壓試驗的壓力由式（3-1）：查=1.0 PT=1.250.251.0=0. 3125MPa，取PT =0.3125MPa。3.2.2液壓試驗的強度校核由式（3-2），得： =50.56MPa50.56MPa0.9=0.923510.85=179.8MPa液壓強度足夠3.2.3壓力表的量程、水溫的要求壓力表的量程：P表= 2 PT =20.3125=0.75MPa或1.5 PTP表4 PT即 0.46875MPaP表1

17、.25MPa水溫5。3.2.4液壓試驗的操作過程在保持夾套表面干燥的條件下，首先用水將夾套內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.3125MPa，保壓不低于30min，然后將壓力緩慢降至0.3MPa，保壓足夠。長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將夾套內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干。若質(zhì)量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。4反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計4.1釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計設(shè)計內(nèi)容包括：法蘭的設(shè)計、密封面形式的選型、墊片設(shè)計、螺栓和螺母的設(shè)計。4.1.1密封面形式的選型根據(jù)0.6MPa1.6MPa、介質(zhì)溫度100和介質(zhì)的性質(zhì)，由文獻知密封面形式為光滑面。

18、4.1.2螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格及材料的選擇本設(shè)計選用六角頭螺栓（雙頭螺柱B級、GB90188）、型六角螺母（A級和B級、GB/T61712000）。平墊圈（100HV、GB/T95-2002）。螺栓長度L的計算：螺栓4的長度由法蘭的厚度（）、墊片的厚度（S）、螺母的厚度（H）、墊圈厚度（h）、螺栓伸出長(0.30.5d)確定。其中=80mm、S=3mm、H=21.5mm、h=3.2mm、螺栓伸出長度取0.3d=0.333.7。螺栓的長度為：=201.01 mm取L200mm螺柱標記：螺柱 M24200 GB 90188螺母標記：螺母 M24 GB/T61702000 墊圈標記：墊片 24

19、-100HV GB/T952002 根據(jù)乙型平焊法蘭、工作溫度t200r/min時，都應(yīng)做臨界轉(zhuǎn)速校核。由于反應(yīng)釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速=60，故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計算。5.2聯(lián)軸器的型式及尺寸的設(shè)計聯(lián)軸器的型式選用剛性凸緣聯(lián)軸器（C型1,3）由文獻6確定聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)和尺寸。表 5-1 C型凸緣聯(lián)軸器的剛性及尺寸表標定符號軸徑MnmaxNm主要尺寸,mm質(zhì)量kgDL1L2LH1H2l1M d4l2bC60976170859820381683M84201820.05.3直葉槳式攪拌器尺寸的設(shè)計由于攪拌軸轉(zhuǎn)速=50，選擇直葉槳式攪拌器。查工具書1,6可知直葉槳式攪拌器的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：DJ=(0.25-0.75

20、)DN , b=(.01-0.25)DJ, h=(0.2-1)DJ, Z=2直葉槳的直徑：DJ=0.5DN=900mm槳底距槽底：h=0.8DJ=720mm槳葉厚度：b=0.15DJ=135mm6傳動裝置的選型和尺寸計算6.1電動機的選型由于反應(yīng)釜里的物料腐蝕情況微弱且沒有防爆要求，所以可選擇最常用的Y系列全封閉自扇冷式三相異步電動機。電機功率必須滿足攪拌器運轉(zhuǎn)功率與傳動系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮到有時在攪拌操作中會出現(xiàn)不利條件造成功率過大。6.2減速機的選型反應(yīng)釜用的立式減速機，主要類型有諧波減速機、擺線針輪行星減速機、二級齒輪減速機和V帶傳動減速機。根據(jù)電機的功率P=5kW、攪

21、拌軸的轉(zhuǎn)速n=60 r/min，查文獻可選用BLD行星減速機，其型號尺寸從HG 574578標準中查得BLD5029。6.3機架的設(shè)計由于反應(yīng)釜傳來的軸向力不大，減速機輸出軸使用了剛性凸緣聯(lián)軸器，且反應(yīng)釜使用不帶內(nèi)置軸承的機械密封，故選用WJ型單支點機架（HG2156695）。DJ單支點機架的主要尺寸見表 6-1：表 6-1 DJ單支點機架主要尺寸機架公稱直徑傳遞軸徑A型B型mmd/mmH1/mmH2/mmH1/mmH2/mm3006079527910403996.4反應(yīng)釜的軸封裝置設(shè)計6.4.1反應(yīng)釜的軸封裝置的選型軸封是攪拌設(shè)備的一個重要組成部分，其任務(wù)是保證攪拌設(shè)備內(nèi)處于一定的正壓和真空

22、狀態(tài)及防止反應(yīng)物料逸出和雜質(zhì)的滲入。鑒于攪拌設(shè)備以立式容器中心頂插式攪拌為主，很少滿釜操作，軸封的對象主要為氣體；而且攪拌設(shè)備由于工況復雜，軸的偏擺振動大，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點，故不是所有形式的軸封都能用于攪拌設(shè)備上。反應(yīng)釜攪拌處的軸封，屬于動密封，常用的軸封結(jié)構(gòu)主要有兩大類，填料箱密封和機械密封。填料密封式攪拌設(shè)備最早采用的一種軸封結(jié)構(gòu)，它的基本結(jié)構(gòu)是由填料、填料箱、壓蓋、壓緊螺栓及油杯等組成。特點是結(jié)構(gòu)簡單、易于制造，在攪拌設(shè)備上曾得到廣泛應(yīng)用。一般用于常壓、低壓、低轉(zhuǎn)速及允許定期維護的攪拌設(shè)備。機械密封是一種功耗小、泄漏率低，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

23、毒及帶有固體顆粒的介質(zhì)中工作的有壓和真空設(shè)備。由設(shè)計任務(wù)書知，釜內(nèi)介質(zhì)的腐蝕性微弱，釜內(nèi)壓力較低，所以可以選擇應(yīng)用廣泛的填料密封。6.4.2 填料密封的結(jié)構(gòu)及尺寸根據(jù)軸徑60，選擇公稱壓力PN=0.6的填料密封。表 6-2 填料密封結(jié)構(gòu)及尺寸軸徑dD1D2D3HPN0.6法蘭螺栓孔填料規(guī)格質(zhì)量kgn6024021017615681812.512.515.47焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計7.1 釜體上主要焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)機圖 7-1 筒體的縱向焊縫 圖 7-2 筒體與下封頭的環(huán)向焊縫圖 7-3 固體物料進口與封頭的焊縫圖 7-4 進料管與封頭的焊縫圖 7-5 溫度計接管與封頭的焊縫圖 7-6 出料口接管與封頭的焊

24、縫7.2夾套上的焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖 7-7 夾套的縱向焊縫 圖 7-8 夾套與封頭的橫向焊縫圖 7-9進水口接管與筒體的焊縫 圖 7-10出水口接管與筒體的焊縫圖 7-11 釜體與夾套的焊縫三.設(shè)計結(jié)果一覽表設(shè)計結(jié)果一覽容器內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力 ，Mpa設(shè)計壓力 ，Mpa0.70.9工作溫度 ，設(shè)計溫度 ，110140介質(zhì)水膠乳涂料及有機溶劑冷卻水或蒸汽全容積 ，m7.5操作容積 ，m7傳熱面積 ，m7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/min60軸功率 ，KW5設(shè)備一覽表序號設(shè)備名稱位號規(guī)格型號容積（m3）材質(zhì)數(shù)量1袋式卸料器V-0101不銹鋼32輸送泵P-0101鋼3

25、3接收罐V-0101鋼34預(yù)混合罐V-020112不銹鋼15輸送泵P-0102不銹鋼36聚合釜R-010120502016MnR鋼17聚合釜R-020120502016MnR鋼38過濾器M-0101不銹鋼39兌稀罐V-101222520普通碳鋼610分水器E-102不銹鋼311真空泵P-0103不銹鋼212回流泵P-0104WI690型不銹鋼313接收罐E-103不銹鋼3四. 設(shè)計評述及問題討論歷時將近一個月的時間終于將這篇課程設(shè)計寫完了，在課程設(shè)計的寫作過程中我們遇到了無數(shù)的困難和障礙，但是經(jīng)過大家的齊心協(xié)力，所有技術(shù)性問題都一一攻破了。其實最重要的是我們小組成員都培養(yǎng)了綜合分析考察工程問題并獨立解決工程實際問題的能力，原來要想科學而合理地完成一項工程設(shè)計，很大程度上需要各種數(shù)據(jù)和相關(guān)的專業(yè)資料！我們小組成員發(fā)現(xiàn)：資料、文獻和數(shù)據(jù)的查找、收集等工作是工程設(shè)計必不可少的基礎(chǔ)工作，必要的工程設(shè)計計算能力和綜合評價能力也是顯得很重要，同時為了使設(shè)計合理我們必須要進行大量的工藝計算和設(shè)備設(shè)計計算，各種的計算過程很好地驗證了我們的專業(yè)知識牢固性，我們也深深地明白了課程設(shè)計的主