1、 化工设备机械基础 课程设计说明书 题 目： 夹套反应釜的设计 院 （系）： 资源与环境工程学院 班 级： 化工08-1 姓 名： 苏晓晓 学 号： 19 号 指导教师： 钟乃良 设计成绩： 设计日期：2010年12月31日至2011年1月7日摘 要化工设备机械基础是针对化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化学设备的机械知识和设计能力的要求而编写的。通过此课程的学习，是通过学习使同学掌握基本的设计理论并且具有设计钢制典型的中、低、常压化工容器的设计和必要的机械基础知识。 化工设备机械基础课程设计是化工设备机械基础课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是
2、学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试化工机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。 化工设备课程设计师培养学生设计能力的重要事件教学环节。在教师指导下，通过课程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。因此，当学生首次完成该课程设计后应达到以下几个目的：(1)熟练掌握查血文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，
3、尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。(2)在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证该过程正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。(3)准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。(4)用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图标来表达自己的设计思想和计算结果。 化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。目
4、 录第一章 夹套反应釜技术要求4第二章 夹套反应釜的总体结构和设计的内容4第三章 筒体和夹套的设计53.1. 筒体和夹套几何尺寸计算 53.2夹套反应釜的强度计算63.3 稳定性校核 63.4 水压试验校核93.5反应釜的搅拌装置103.6反应釜的传动装置113.7反应釜的轴封装置133.6反应釜的其他附件13第四章 设计小结14第五章 参考文献15第一章 夹套反应釜技术要求1.本设备按照GB 1501998钢制压力容器进行制造、实验和验收，并接受国家质量技术监督局颁发的压力容器安全技术监督规程的监督。2.焊接采用电弧焊。3.焊接接头型式及尺寸处图中注明外，按GB 98588规定；角焊缝的腰高
5、按薄板的厚度；法兰焊接按相应的法兰的标准中的规定。4.筒体、封头及其相连接的对接焊接接头应进行X射线探伤检查，检测长度不得少于各条焊接接头长度的20%，且不小于250mm，级为合格。5.设备制造完毕后，设备内以0.55Mpa（表压）进行水压试验，合格后焊接夹套，夹套以0.65Mpa（表压）进行水压试验。6.设备上凸缘与安装底座的连接表面，应在组焊后加工。7.设备组装后，在搅拌轴上端轴封处测定轴的径向摆动量不得大于0.5mm，搅拌轴轴向窜动量不得大3 mm。8. 设备组装后，低于临界转速时，先运转十五分钟后，以水代料，并使设备内达到工作压力；超过临界转速时，直接以水代料，严禁空远转，并使设备内达
6、到工作压力，进行试运转，时间不少一小时。在运转过程中，不得有不正常的噪音和振动灯不良现象。10.管口及支座方位按本图（或管口及支座方位见管口方位图）第二章 夹套反应釜的总体结构和设计的内容主要是由搅拌容器、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。搅拌装置分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成；搅拌装置主要由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，只要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；他们与支座、人孔、工艺接管等附加一起，构成完整的夹套的反应釜。反应釜的机械设计是在工艺设计之后进行
7、的，设计依据是工艺提出的要求和条件。工艺条件一般包括：全容积、最大工作压力、工作温度、介质腐蚀性、传热面积、搅拌形式、转速和功率、工艺接管尺寸方位等。第三章 筒体和夹套的设计3.1筒体和夹套的尺寸计算步骤项目及代号参数及结果备注1-1全容积V, m31.8由工艺条件给定1-2操作容积m31.44由工艺条件给定1-3传热面积m24.2由工艺条件给定1-4釜体形式圆筒形常用结构1-5封头形式椭圆形常用结构1-6长径比i=H1/D11.1按表4-2选取1-7初算筒体内径314V3.141.1Dip4*1.8=3=1.277m1.277计算1-8圆整筒体内径D1,mm1200按附表4-1选取1-9一米
8、高的容积V1m,m31.131按附表4-1选取1-10釜体封头容积V1封，m30.2545按附表4-2选取1-11釜体高度H1=(V-V1封)/ V1m1.375计算1-12圆整釜体高度H1,mm1400选取1-13实际容积V=V1m* H1+V1封m31.84计算1-14夹套筒体内径D2,mm1300按表4-3选取1-15装料系数 按0.8计算1-16夹套筒体高度1.05按式4-4计算1-17圆整筒体夹套高度,mm1100选取1-18罐体封头表面积，F1封，m21.6652按附表4-2选取1-19一米高筒体内表面积F1m，m23.77按附表4-2选取1-20实际总传热面积F=F1m* H2+
9、 F1封，m25.81 4.2按式4-2校核步骤项目及代号参数及结果备注2-1设备材料Q-235A据工艺条件腐蚀情况确定2-2设计压力(罐体内) p1,Mpa0.5由工艺条件给定2-3设计压力(夹套内) p2,Mpa0.6由工艺条件给定2-4设计温度(罐体内)t1,170由工艺条件给定2-5设计温度(夹套内) t2,0.5按参考文献1第十一章计算3-11罐体筒体名义厚度10确定3-12罐体封头名义厚度10假设3-13厚度附加量2.8按参考文献1表910选取3-14罐体封头有效厚度7.2按参考文献1第十一章选取3-15罐体封头有外径1220按参考文献1第十一章选取3-16标准椭圆封头当量球壳外半
10、径R1O1=0.9 D1O1，mm1098按参考文献1第十一章选取3-17系数A0.0008按参考文献1图11-53-18系数B94按参考文献1图11-83-19许用外压力p= B*1e/ R1O10.6160.6按参考文献1第十一章计算稳定3-20罐体封头名义厚度10确定3.4 水压试验校核序号项目及代号参数及结果备注4-1罐体试验压力P1T=1.25P1/ t0.625按参考文献1第九章计算4-2夹套水压试验压力P2T=1.25P2/ t0.75按参考文献1第九章计算4-3材料屈服应力点S，MPa58.75按参考文献1第九章计算4-4T0.9S，MPa179.8按参考文献1第九章计算4-5
11、罐体圆筒应力T1=P1T（D1+1e）/21e，MPa52.40179.8按参考文献1第九章计算4-6夹套内压试验应力T1= P2T（D1+2e）/22e，MPa68.08179.8按参考文献1第九章计算3.5 反应釜的搅拌装置搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。搅拌器主要有：桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式。它的选型通常是工艺设计的任务。3.5.1搅拌器的选型根据任务书的要求，结合表4-4选取推进式搅拌器。3.5.2搅拌轴设计搅拌轴的机械设计内容同一般传动轴主要是结构设计和强度校核，对于转速大于200转每分钟的要进行临界转速的校核。由于本设计转速是200转每分钟，所以不必进行临界转速
12、的校核。搅拌轴的支撑常采用滚动轴承，参考文献1地十八章计算、选择。本设计选用圆锥滚动轴承。根据任务书，轴的强度与尺寸计算步骤具体如下：步骤项目及代数参数及结果备注1轴功率P,kW4由工艺条件确定2轴转数n,r/min200由工艺条件确定3轴材料45常用4轴所传递的扭矩191按参考文献1第17章计算5材料许用扭转剪应35按参考文献1第17 章表17-36系数110按参考文献1第17章17-37轴端直径29.9按参考文献1第17章计算8开一个键槽,轴径扩大5%,mm31.4按参考文献1第17章计算9圆整轴端直径d,mm40圆整选取3.6反应釜的传动装置反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置通常
13、设置在釜顶封头上部。反应釜传动装置设计内容一般包括：电机、减速机的选型；选择连轴器；选用和设计底座等。电机功率Pd=(P+Pm)/效率=（4+0.1*4）/0.95=4.63KW3.6.1电机的选型本次设计中给定了电机形式，Y123M2-6，转速为900转每分钟。3.6.2减速机的选型V带轮的设计计算内容和步骤步骤设 计 项 目单位公 式 及 数 据备注1传动的额定功率PkW5.5(8极电机Y132S-8)已知电机功率2小皮带轮转速r/min900已知电机转速3大皮带轮转速r/min200已知搅拌机转速4工况系数KA1.3由参考文献1表13-3选取5设计功率PdkW计算6选V带型号根据和选取B
14、型带根据参考文献1图13-11选取7速比4.5计算8小皮带轮计算直径mm125按参考文献1表13-2初选9验算带速m/s5.8910滑动率0.02选取11大皮带轮计算直径mm560计算后按参考文献1表13-4圆整12初定中心距mm1000可根据结构要求定13带的基准长度mm3122.763150计算后按参考文献1表13-1圆整14确定中心距确定安装V带时所需最小中心距和最大中心距mm1013.6215小皮带轮包角()155.4116单根V带额定功率P1kW1.55由参考文献1表13-7选取17时,单根V带额定功率增量kW0.28由参考文献1表13-8选取28包角修正系数Ka0.93由参考文献1
15、表13-5选取29带长修正系数KL1.07由参考文献1表13-6选取30V带根数Z=4计算后圆整3.6.3凸缘法兰凸缘法兰一般是焊接与搅拌容器封头上，用于连接搅拌传动装置，亦可兼作安装、维修、检查用孔。设计中要选用的法兰有多个，分别结合设计尺寸与附表4-4,4-6,4-12，选取相应的法兰，具体型号与尺寸在图纸上显示。3.6.4 安装底盖安装底盖根据机架与凸缘法兰的尺寸，结合附表4-7,4-8进行选取，具体尺寸与型号见设备图。3.6.5机架的选取机架是安放减速器用的，它与减速机底座尺寸应匹配。V带减速机自带机架，选用其他类型标准釜用减速机按标准选配机架。本次设计中选择单支点机架，根据附表5-7
16、，其型号为DJ303.6.6连轴器的选择电机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过连轴器连接的。本设计选择的是TK-65弹性块式连轴器。尺寸可通过查表得到，或见设备图。3、7反应釜的轴封装置基于设计中的各种原因，我选择的是填料密封。填料密封是一种功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封。3.8反应釜的其他附件3.8.1支座夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。标准耳式支座（JB/T472592）分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支撑在留班上时选B型。根据本设计的数据，结合附表4-9本设计中选择的是B型耳式支座，尺寸见设备图。3.8.2手孔和人
17、孔手孔和人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。只设计了一个手孔，直径为150mm，开于封头上，尺寸见于图纸。3.8.3设备接口化工容器及设备，往往由于工艺操作等原因，在封头和筒体上需要开一些各种用途的孔。在本次设计中开有蒸汽入孔，加料孔，温度计接口，压缩空气入口，防料口，冷凝水出口。尺寸在任务书中有标注。本设计中接口较多，其主要型号与尺寸见于图纸关口表。3.8.4视镜视镜主要用来观察设备内部反应情况，也可以作为料面指示镜，一般成对出现，当视镜需要斜装或设备直径较小时，采用带颈视镜。结合附图4-4，附表4-13选择，具体尺寸型号见图纸。第四章 结语在为期两周的设计里（12月14号
18、开始到12月25号结束），在此设计过程当中首先要感谢老师，在这次课程设计中给予我们的指导，由于是初次做化工设备机械设备课程设计，所以，在设计整个过程中难免遇到这样那样的难题不知该如何处理，幸好有老师耐心教诲，给予我们及时必要的指导，在此向老师表达最诚挚的感谢！课程设计不同于书本理论知识学习，有些问题是实际实践过程中无法用理论推导的，因此不免过程中有很多困难，但通过与同学的交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在钟老师的指导帮助下，问题得到很好的解决。这让我深深意识到自己知识体系的漏洞，但同时也深刻体会到同学间的团结互助的精神。本次设计主要分为四个阶段：准备阶段；设计阶段，化工设备的机械设计是
19、在设备的工艺设计后进行的。根据设备的工艺条件，围绕着设备内，外附件的选型进行机械结构设计，围绕着确定的厚度大小进行强度，刚度和稳定性的设计和校核计算。然后绘制装配图，边算、边选、边画、边改，来完成；设计计算说明书阶段，就是图纸的理论依据，是设计计算的整体和总结，是审核设计的技术文件之一；课程设计答辩阶段是最后的步骤，课程设计的图样及说明书全完成后，须经指导老师审阅，得到认可后，方能参加答辩。参考文献1 赵军 张有忱 段成红编.化工设备机械基础.北京：化学工业出版社2 蔡纪宁 张秋翔编 化工设备机械基础课程设计指导书 化学工业出版社3 詹长福.化工设备机械基础课程设计指导书.北京.机械工业出版社4 刁玉伟 王立业.化工设备机械基础.第二版.大连:大连理工大学出版社5 董大勤编 化工设备机械基础 化学工业出版社说明：文中所指公式、表与附表均指参考文献2中的表与附表，而指明参考文献1的就是指参考文献1中的公式、表与附表。17
