1、1浙江海洋学院化工设备机械基础课程设计成果说明书（2009 级）题 目 夹套反应釜设计 学 院 石油化工学院 专 业 化学工程与工艺 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2011 年 6月 20日 目录2一、 罐体几何尺寸计算-11.确定筒体内径-12.确定筒体高度-13.罐体及夹套参-1二、夹套反应釜的强度计算-11.压力计算-22.罐体及夹套厚度计算-2三、稳定性校核（按外压校核罐体厚度）-3四、水压试验校核-4五、带传动设计计算（指定选用电机 Y160M2-8，转速为 720r/min）-5六、搅拌器的选择-61.搅拌轴直径的初步计算-62.搅拌轴长度-63.搅拌抽临界转速校核
2、计算-74.浆式搅拌器尺寸的设计-7七、联轴器设计-81.联轴器的型式及尺寸的设计-82.轴承的型式及尺寸的设计-83.反应釜的轴封装置的选型-84.轴封装置的结构及尺寸-8八机架的设-9九.选择接管、管法兰、设备法兰及其他构件-9十、选择安装底盖结构-10十一、选择支座形式并进行计算-101.支座的选型及尺寸的初步设计-102.支座载荷的校核计算-11十二、焊缝结构的设计-12十三、手孔选择与补强校核-13十四、小结-14参考文献-140.9 m3夹套反应釜设计3一、罐体几何尺寸计算1.确定筒体内径工艺条件给定容积 V=0.9 m3、筒体内径估算 ： 1D= =1.014 m3=10141D
3、34Vi*0.91式中 V工艺条件给定容积，m 3 ；i长径比， 取值 1.1； 1HiD将 D1估算值圆整到公称直径 1100 mm2.确定筒体高度由 =1100 mm查表参考文献【2】D-1 得 1m高的容积 V1m=0.950 m3 ；1查表 D-2得罐体封头容积 =0.1980 m3 ；1V封估算罐体筒体高度；=（0.9-0.1980）/0.950=0.739 m=739 mm11mH=-/封（ ）将 估算值圆整到公称直径 800 mm3.罐体及夹套参数罐体实际容积 V=V1m* + 0.950*0.8+0.1980=0.958 m3 ；1HV封由 =1100 mm查参考文献【2】表
4、4-3夹套筒体内径 =1200 mm；1D2D选取 =0.85；=（0.85*0.958-0.1980）/0.95=0.649 m=649mm；2H1m/封（ ）将 估算值圆整到公称直径 700 mm查参考文献【2】表 D-2罐体封头表面积 =1.3980 ；1F封 2m1m高筒体内表面积 =3.46 ；1mF2实际总传热面积:* + =3.46*0.7+1.3980=3.82 3.8 ；F=1m2H1封 22二、夹套反应釜的强度计算1.压力计算材料选择为 Q235-A；由工作压力（罐体内）0.18 MPa,工作压力（夹套内）0.25 MPa；可得设计压力（罐体内）P 1=0.18*1.1=0
5、.2 MPa（有安全阀） ，设计压力（夹套内）P 2=0.25*1.2=0.3 MPa（无安全阀） ；4工作温度（罐体内）t 1 C1=0.6mm)夹套筒体名义厚度 =5mm；（满足 - C1）2ni25罐体封头名义厚度 =5mm；（满足 - C1）1nmin2夹套封头名义厚度 =5mm；（满足 - C1）2i三、稳定性校核（按外压校核罐体厚度）假设一：罐体筒体名义厚度 =5 mm；n厚度附加量 C= C1 +C2=2.5 mm；罐体筒体有效厚度 = -C=5-2.5=2.5 mm；en罐体筒体外径 = +2 =1100+2*5=1110 mm；0D1筒体计算长度 L= + =800+ *27
6、5=892 mm；2H3h式中 夹套筒体高度 =800 mm； 2由（JB/T473795）表查得 =275 mm；1h1系数 =892/1100=0.811；0L/D系数 =1100/2.5=440；e系数 A查参考文献【1】图 10-15的 A=0.00017；系数 B查参考文献【1】图 10-16的 B=24；许用外压 = =0.0540.3；0eD/P96214.取用：罐体筒体名义厚度 =8 mm；n钢板厚度负偏差 C1=0.8mm；厚度附加量 C= C1 +C2=2.8 mm；罐体筒体有效厚度 = -C=8-2.8=5.2 mm；en罐体筒体外径 = +2 =1100+2*8=111
7、6 mm；0D1标准椭圆封头当量球壳外半径 =0.9*1116=1004.4 mm；0R.9D系数 = =0.00065 ；0e.25A(R/).(14/2)系数 B=85；许用外应力 = =0.440 0.3 ；0eB/P85./罐体封头最小厚度 =0.15% =1100*0.0015=1.65 mm；（小于 ，满足要求）min1De四、水压试验校核罐体试验压力 =1.25*0.2* =0.25 ；1T1tP=.2531夹套水压试验压力 =0.15*0.3* =0.375 ；2T2t.材料屈服点应力 =235 ；S=0.9*0.85*235=179.8 ；T0.9罐体圆筒应力 = =26.6
8、 包角合适。182(d)*7.3a80(1)*7.3465142017.确定带的根数 Z8因 mm， =500 mm，带速 v=5.28 m/s；，传动比 =3.61d402d 21di=由 =720r/min， mm，查表 14-6，用内插法得 =1.66kW；1n1400P查参考文献【1】表 14-9得 =2.65* ；查参考文献【1】表 14-10得 =1.14BK310 iK= = =0.234kW；0PB1iKn-32.65*7-.4由 = 查参考文献【1】表 14-7得 =0.87，查参考文献【1】表 14-8得 =0.98；134a L= =4.43 取 z=5；c0aLzP+7
9、.15.6+0234*80.98.确定初拉力 Q由参考文献【1】式（14-16）得单根普通 V带的初拉力，查参考文献【1】表 14-3的 m=0.17kg 1mA= =258.5N；2C0a5P.F=-1+vzvK 250*7.2.50.7*588由式（14-17）算出作用在轴上的力为Q=2z sin =2*5*258.5* sin =2379.5N；0121342六、搅拌器的选择1.搅拌轴直径的初步计算搅拌轴直径的设计电机的功率 5.5 ，搅拌轴的转速 200 ，取用材料为 45，PkW2n/minr 35 ，由 Nm得： = ；MaT=950nT5.90*6.N由 得： = *1000=7
10、5000maxP23搅拌轴为实心轴，则： = =33.5 mm30.2d5.9*1033.5mm 取 40mmd2.搅拌轴长度的设计搅拌轴的长度 近似由釜外长度 、釜内未浸入液体的长度 、浸入液体的长度 三部分构成。L1L2L3L即： = + +132其中 =H+M+F-A（H-凸缘法兰的高度；M-安装底盖的高度；F-机架高度；A-机架 H1）9=40+50+550-372=268（ ）1Lm= + （ 釜体筒体的长度； 封头深度； 液体的装填高度）2THFi-TFHi-液体装填高度 的确定：i釜体筒体的装填高度 cF12iV-=D4式中 操作容积（ ） ； 釜体封头容积（ ） ； 筒体的内径
11、（ ）cV3mF3miDm=0.8（ ）1H20.958.04液体的总装填高度 = =800+25+275 =1100（ ）i12H+h=900+2*（25+275）+2*40-1100 =480（ ） （40-甲型平焊法兰高度）2Lm浸入液体搅拌轴的长度 的确定：3L搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱高度有关。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：23iiSDH当 时为最佳装填高度；当 时，需要设置两层搅拌桨。ii iDiH由于 =1100 =1100 ，本设计选用一个搅拌桨。imi搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：S=2Hi/3=2x1100/3=717（ ）m故浸入液体的长度： =71
12、7（ ）3L搅拌轴搅拌轴的长度 为： =268+530+717=1515（ ）取 =1500（ ）L3. 搅拌抽临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速 =200 不大于 200 ，不作临界转速校核计算。n/mirin/r4.浆式搅拌器尺寸的设计搅拌轴直径为 40mm的浆式搅拌器只有三种型号，选取 =600mmJD螺栓 螺钉JDd0数量 1数量600 40 M12 2 M12 1 12B cmfE重量/kg N/n60 140 110 - 3 4.59 不大于 0.025表一：10七、联轴器设计1. 联轴器的型式及尺寸的设计由联轴器的型式选用凸缘联轴节。标记为：GYH5 GB/T5843-20
13、03，结构如图。图一：2. 轴承的型式及尺寸的设计根据搅拌轴的大小，选择带轮和联轴器的连接选用平键 12x8x40；轴承选用 7210C，90x50x20；3. 反应釜的轴封装置的选型反应釜中应用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。考虑到釜内的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，因此选用填料密封。根据 0.25 、 120、WpMPatn=200r/min、d=40mm。选用 R40 HG 21537-1992其结构如图 6-4、主要尺寸如表 62所示。4.轴封装置的结构及尺寸填料密封的主要尺寸（ ）m轴径 d1D23DHn螺柱40 175 145 110 315 8-18 4xM16表二
14、：图二：填料密封结构八机架的设计由于反应釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了带短节的凸缘联轴器，且反应釜使用不带内置轴承的填料密封，故选用 DJ型单支点机架（HG2156695） 。代号为 DJ55。结构如图所示。11图三：DJ 型单支点机架九.选择接管、管法兰、设备法兰及其他构件1.法兰及其他构件管法兰蒸汽入口 A、温度计接口 D、压缩空气入口、冷却水出口 G采用 323.5 无缝钢管，法兰PL25（B）-10，HG20592；加料口 B采用 766 无缝钢管，法兰 PL65（B）-10，HG20592；视镜采用 108无缝钢管放料口采用 453.5 无缝钢管，法兰 PL40（B）-10，
15、HG20592-97；甲型平焊法兰 法兰-FM 1100-0.25 ；法兰-M 1100-0.25凸缘法兰 法兰 R300 16Mn防冲板 50x50x10材料 Q235-A；挡板 800x80x12材料 Q235-A法兰垫片选耐酸石棉板，=2mm。2.视镜的选型由于釜内介质压力较低（ 0.25 ）且考虑 DN=1100，本设计选用两个 =100的带颈视镜。WpMPaDN其结构见图 4-6。 由文献【5】 4-159 页表 4-5-7确定视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料。标 记：视镜 0.25， 100PND标准图号：HG21575-11994。12图四 ：视镜的结构型式双头螺柱DN
16、视镜玻璃 SdnD1b2hHd1数量 直径长度100 180 150 28 28 50 133 170 8 4133表三：视镜的尺寸件号 名称 数量 材料 件号 名称 数量 材料1 视镜玻璃 1 硼硅玻璃(SJ-6)4 压紧环 1 Q235-A2 衬 垫 2 石棉橡胶板 5 双头螺柱 8 Q235-A3 接 缘 1 1Cr18Ni9Ti 6 螺母 16 Q235-A表四:视镜的材料十.选择安装底盖结构对于不锈钢设备，本设计选择 DN300 HG21565-1995，其上部与机架的输出端接口和轴封装置采用可拆相联，下部伸入釜内，结构如图所示。图五：底盖结构十一、选择支座形式并进行计算1.支座的选
17、型及尺寸的初步设计：这里初步将支座定为 B型耳式支座，数目为 4个。每台反应釜常用 4个支座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。(1)粗略估算反应釜的总质量 m013釜体筒体质量 m1DN=1100， =8 的筒节，每米的质量 q1=218n所以 m1= q1H1=2180.8=174釜体封头的质量 m2DN=1100， =8 ，直边高度 h=25的标准椭圆形封头，n其质量 m2=89.2夹套筒体质量 m3m3=167夹套封头质量 m4由参考文献查得 m4=106物料质量 m5m5=0.81.11031=0.88103附件质量 m6=70所以反应釜的总质量 m
18、0= m1+ m2+ m3+ m4+ m5+ m6=174+89.2+167+106+880+70=1486.2(2)粗选耳式支座的型号每个支座承受的重量Q=mg/2=1486.29.8/2=7282.4N根据 DN=1100 Q=7282.4KN由参考文献附表 4-9初选 B型耳式支座，支座号为 2。标记： JB/T4725-92 耳座 B2材料：Q235-A底板 筋板 垫板 地脚螺栓 支座重量H 1lb1S2lb23lb3ed规格 kg160 125 80 8 40 180 100 6 200 160 6 24 24 M20 4.3表五：B 型耳座的尺寸参数2.支座载荷的校核计算耳式支座实
19、际承受的载荷按下式近似计算： 34() 10oe emgGphGSQknnD 14式中 D= =1244 ，22(1086)(105)(104)m 9.8 ，g2/smGe=0， =1486.2 ， ， =4， =0，omKgk=0.83np将已知值代入得 Q1486.291768.10324=6.97KN因为 =5.01KNQ=20KN，所以选用的耳式支座满足要求。十二.焊缝结构的设计釜体上主要焊缝结构的设计( )筒体的纵向焊缝 （b）筒体与下封头的环向焊缝a（c）固体物料进口与封头的焊缝 （d）进料管与封头的焊缝（e）冷却器接管与封头的焊缝 （f）温度计接管与封头的焊缝15（h）出料口接管
20、与封头的焊缝 图六： 釜体主要焊缝的结构及尺寸夹套上的焊缝结构的设计夹套上的焊缝结构及尺寸如图 7-2。（a）夹套的纵向焊缝 （b）夹套与封头的横向焊缝（c）导热油进口接管与筒体的焊缝 （e）导热油出口接管与筒体的焊缝（f）釜体与夹套的焊缝图七：夹套主要焊缝的结构及尺寸十三、手孔选择与补强校核手孔选择带颈平焊法兰手孔，其公称直径 DN=150mm,S=4.5mm.开孔补强校核：由文献表 14-24知此手孔超出不另行补强的最大孔径范围，故必须进行补强计算：16开孔直径 d=150+24.5=159mm开孔削弱面积 F=dS0=DPK1Di/2=(1590.180.91100)/21130.85=
21、147.5mm 2有效补强区尺寸：h1=d(S-c)= 159(4.5-2.6)=16.9mm,B=2d=2159=318mm在有效补强区内，可作为补强金属截面面积计算：A=（B-d）(n-c)-s6=(318-159) 0.85 (8-2.6)-4.14=170.3mm 2因为 A1F故另需加补强圈进行补强，补强的截面面积为 A2=170.3-147.5=22.8mm2确定补强圈的外径及厚度：补强圈的外径：B=2d=2159=318 mm补强圈的厚度: =(F-A1)/B-d+2(S-C)=22.8/159-2(4.5-2.6)=0.15mm考虑其腐蚀裕量为 2mm，故加强圈的厚度为 3mm
22、可以满足。十 四 、 小 结经过为期一周到化工设备设计，我初步对设计职有了一个了解。其实，设计是一门考验耐心，细心，有需要拥有全局观念的工作。课 程 设 计 不 同 于 书 本 理 论 知 识 的 学 习 ， 需 要 更 强 的 实 践 操 作 能 力 ， 联 系 实 际 情 况 ，合 理 选 择 所 需 结 构 尺 寸 。 虽 遇 到 很 大 困 难 ， 但 通 过 与 同 学 的 交 流 和 探 讨 ， 查 阅 文 献 资 料 ，查 阅 互 联 网 以 及 在 张 老 师 的 指 导 帮 助 下 ， 问 题 得 到 了 解 决 。总 的 来 说 ， 化工设备设计给了我一次自我发现问题的机会，找到了很多知识漏洞，也很好的锻炼了自己的思维逻辑性。可能设计时存在很多纰漏，敬请原谅！参考文献1陈国恒主编， 化工机械基础 。北京： 化学工业出版社 20062蔡继宁主编， 化工设备机械基础课程设计指导书 。化学工业出版社 20113赵军等主编， 化工设备机械基础 。北京：化学工业出版社。 4周开勤主编， 机械零件设计手册第五版。北京：高等教育出版社 2011.5哈工大龚桂义主编， 机械设计课程设计图册 。 北京：高等教育出版社 1989.6 朱家诚主编， 机械设计基础 。合肥工业大学出版社 2003.7HG/T20569-94机械搅拌设备 。
