1、1过程设备机械设计基础课程设计课题: 反应釜设计 学院： 药学院 专业： 制药工程 设计编号： C 班级： 制药 102 姓名： 曲芳芳 陆佳怡 哈瑞祥 学号： 10103141 10103140 10103153 导师： 郝俊文 日期：2013 年 6 月 23 日6 月 28 日 2设计任务书3目录一、设计目的 3二、设计内容 41.确定筒体的直径和高度 42.确定夹套的直径和高度 43.确定夹套的材料和壁厚 54.确定内筒的材料和壁厚 65.水压试验及其强度校核 86.选择釜体法兰 97.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器 108.选择搅拌传动装置和密封装置 109.校核 L1/B 和 L1/d
2、 1110.容器支座的选用计算 1211.选用手孔、视镜、温度计和工艺接管 13三、总结 14四、致谢 15五、参考文献 164一 设计目的1 机械是一门与工程实践紧密相关的课程，仅通过书本知识的学习很难做到真正体会知识的内涵。因此，进行此次课程设计训练对领会所学知识具有重要意义。2 通过设计能提高综合运用所学知识的能力，加强对课本知识内容的理解，了解和熟悉相关的设计规范，加深对过程设备的理解。3 通过全面考虑设计内容及过程的参与，初步掌握过程设备机械设计的一般方法和步骤，掌握识图、制图、设计计算、编写设计说明书等设计基本技能，培养一定的工程设计能力，树立正确的设计理念，为今后的工作实践打下基
3、础。4 课程设计中很多问题需要同学们之间的相互探讨和交流，在设计过程中不仅能够做到取长补短，相互学习，而且有助于增强同学之间沟通交流的能力。4.设计中需要查阅许多资料，可以学到有关标准、手册、图册、规范及相关资料的查阅方法，并且在课程设计中需要正确选用设计标准，培养利用设计资料的能力。55 通过设计培养积极思考、深入钻研、独立工作的能力，踏实细致、积极主动的学习精神，及高质量高要求按时完成任务的工作习惯。二 设计内容现在以设计任务书所示的设备设计条件 C 为例来进行搅拌釜反应器的设计。1. 确定筒体的直径和高度由表中 V=2.4 3m，对于液-液相类型选取 iDH=1.1，由式估算筒体的内径为
4、mDHVi406.12433i 将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径 i=1400mm，查附录，DN=1400mm 时标准椭圆封头曲面高度h1=350mm，直边高度 h2=25mm，容积 hV=0.3977 3m，表面积hF=2.2346 2m。由计算得每一米高的筒体容积为 1=1.5386 3，表面积 1=4.396 。m301.5386.197042VH1h筒体高度圆整为 H=1400mm。6于是 140DH，复核结果基本符合原定范围。2.确定夹套的直径和高度对于筒体内径， mi1807，夹套的内径 10Dij，因此m150140jD，符合压力容器公称直径系列。mDVVHihhj
5、 9.05386.1742421 选取夹套高度 mj0，则 Hj0，这样是便于筒体法兰螺栓装拆的。验算夹套传热面积为22j1 4.516.7234.14FH mh 夹套传热面积符合设计要求。3确定夹套的材料和壁厚由于夹套内的介质为水或蒸汽，介质对材料的腐蚀轻微，故选用Q235-A 为夹套材料，查手册，知道板厚为 4.516mm，设计温度为165时，Q235-A 的许用应力 atMP105（选用温度为 200C 时的许用应力） ，夹套加热蒸汽系统装有安全阀，选取夹套设计压力wp1.，即 aMP6.0，夹套筒体与内筒的环焊缝因无法双面焊和作相应的探伤检查，从安全考虑，夹套上所有焊缝均取焊缝系数 6
6、0.，取壁厚附加量中的钢板厚度负偏差 m8.0c1，单面腐蚀取腐蚀余量 m2c。7夹套的壁厚计算如下：mcpDtj 7.10826.01522d 凸形封头的壁厚附加量也只考虑 c和 2，加工成型的减薄量由制造厂根据加工条件来确定，以保证壁厚符合图纸要求，设计计算时可以不作考虑。取 m8.0c1， m2，标准椭圆形夹套封头的壁厚为mcpDtj 7.10826.056.01522d 圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准，选取夹套的筒体和封头壁厚均为 m1tn。4确定内筒的材料和壁厚筒体材料也选用 Q235-R，筒体受内压取设计压力为aMPp605.1.，设计温度为 120参考前面的计算内筒的壁厚 mc
7、pDit 2.78605.8132405.62d 圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准，选取内筒的筒体和封头壁厚均为 m8tn。由于筒体受外压作用，按设计外压 aMPp76.016.，温度165，所得壁厚大于内压设计的壁厚，则按外压设计的壁厚，一定能满足内压设计的要求，可以不再作内压设计校核。8以下进行筒体外压校核：筒体受单面腐蚀，初选筒体壁厚 mtn14。选取 m8.0c1，m2c，筒体有效壁厚 2.8ctne ，5.1746tDe0。内筒受外压作用的计算长度 L 为被夹套包围的筒体部分加凸形封头高的 1/3。 mhj 67.134/4025103HL2 .941467D0查教材过程设备机械基础
8、 （华东理工大学出版社，2006）图8-21，由 127te0和 0.94DL，查得系数 -4109.8A；再查该书图8-22，由系数 A 查得系数 a5MPB。筒体的需用外压为ae0 MP76.075.0129/ pMPtDpa选筒体壁厚 mtn6,选取 8.c， m2c，筒体有效壁厚.213.8ctne， 105324te0。内筒受外压作用的计算长度 L 为被夹套包围的筒体部分加凸形封头高的 1/3。 mhj 7.613450213HL2 90.93614237DL0查教材过程设备机械基础 （华东理工大学出版社，2006）图8-21，由 .5108te和 0.936DL，查得系数 -310
9、.A；再查该书图 8-22，由系数 A 查得系数 a8MPB。筒体的需用外压为ae0 MP76.09.0518/ pMPtDpa满足要求。以下进行筒体内压设计校核： aei MPtp 0.1385.0213)4(6.2)( atP105满足要求。以下进行封头压力校核：初选筒体下封头壁厚 mtn16。选取 m8.0c1， 2c，筒体有效壁厚 .23.8ctne ； 16049KDRii ，计算系数310.213/605./2.AeitR查教材过程设备机械基础 （华东理工大学出版社，2006）图8-22，由系数 A 查得系数 B=101MPa，许用压力为aaei MPptRBp 76.0058.1
10、23/6/ 满足要求。10满足要求。筒体的上封头只受内压作用，并不受外压作用，为了便于制造上封头壁厚与筒体下封头相同。5.水压试验及其强度校核内筒体水压试验压力由 aTMPp705.1和aTMPp56.70.21中大者，取 a8。夹套水压试验压力由 T6和aT82中大者，取 aTMPp5.0。内筒水压试验时，壁内应力 anTctDp 8.350.)8216(4.0)(2 anT MPt 6.145.-.2-169.)(.5Kf ）（ ）（夹套水试验时，壁内应力 anjTj PctDpj 20.16.0)821(5.0)(2 annjT MPttj 9.214.)().8(59.)(.5Kjf
11、由于 Q235-A 在常温时的屈服强度为 aMP23s，计算as.5P21.90可见水压试验时内筒、夹套壁内应力都小于 s.90，水压试验安全，满足要求。6选择釜体法兰11根据筒体内操作压力、温度和筒体直径，查表初选乙型平焊法兰和压力容器法兰类型与技术条件 ，法兰材料为 Q235-A,。 再查标准 JB47022000乙型平焊法兰 ，公称压力 PN1.0 的 Q235-A乙型平焊法兰在操作温度下 120时的许用工作压力为 0.66MPa。大于筒体设计压力 0.605 MPa，所选用的乙型平焊法兰合适。查标准非金属软垫片 （JB/T47042000）以及压力容器法兰类型与技术条件 ，选择石棉橡胶
12、垫片和光滑面密封。查标准乙型平焊法兰 （JB/T47022000） ，选用乙型平焊法兰光滑密封面，公称压力为 PN1.0。公称直径为 DN1400。标记为：法兰T 14001.0 JB/T47022000，记下法兰尺寸供绘图时使用，查标准非金属软垫片 （JB/T4704 2000） ，选用垫片1455x1405x3 JB/T47042000。7.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器根据工艺条件要求，查阅桨式搅拌器 （HG/T21231991） ，选搅拌器外径 800mm,搅拌轴直径 md50的平桨式搅拌器，标记为：搅拌器 800-50 HG/T21231991选择搅拌轴材料为 45 钢，查表得钢的许用扭
13、应力为aMP403，计算系数 1078A，则搅拌轴的直径为 m).9635.(6.2)17(3nAd考虑键槽对轴的强度的削弱和物料对轴的腐蚀，并根据表 3-812可以取搅拌轴的直径 md50。查阅标准搅拌传动装置联轴器 （HG215701995）中夹壳式联轴器型式、尺寸、技术要求，选用 C 型凸缘联轴器。公称直径 50mm 的联轴器的最大扭矩为 m51MNn。验算联轴器的扭矩，查表 3-12，选取工作情况系数 K=1.5，联轴器的计算扭矩 njM为57.4065.29.1Mn KnjC 型凸缘联轴器的标记为：联轴器 DN50 HG2157019958. 选择搅拌传动装置和密封装置查标准搅拌传动
14、装置和密封-传动轴、减速器型号及技术参数（HG21568-1995）及其附录单级立式摆线针轮减速器 ，按照搅拌功率和转速选择摆线针齿行星减速机 BLD1.5-2-29Q(Q 表示夹壳式轴头)。查阅标准Y 系列三相异步电动机 （JB/T10391-2002） ，选电机 Y100L-2，额定功率：3KW ，转速 1500r/min，根据表 3-13查的摆线针齿行星减速机传动效率为 0.95，减速机功率为30.9=2.7KW，符合搅拌标准要求。参考标准单支点机架 （HG21566-1995） ，根据所选减速机设计减速机机架。根据操作条件选用带衬套及冷却水套铸铁填料箱，查减搅拌传动装置碳钢填料箱 （H
15、G2153.7-1992） ，公称直径 DN50 的填料箱，标记为：13填料箱 PN0.6 DN40 HG/T21537.7-1992。9. 校核 L1/B 和 L1/d桨式搅拌器安装一层，根据安装要求和考虑带衬套填料箱有支承作用，得 L11700mm，参考单支点机架 （HG21566-1995） ，机座J-A-40 尺寸，可得 B460mm。L1/B=1700/4603.74; L1/d=1700/40=3440 均符合要求。10.容器支座的选用计算反应釜因需外加保温，故选用 B 型悬挂式支座。反应釜的总质量包括物料（或水压试验的水）质量 W1，釜体和夹套的质量 W2，电动机、减速机、搅拌装
16、置、法兰、保温层等附件质量 W3。当釜内，夹套内部充满水时的质量比物料重，由此 221()4j jhjDHV32 10486.397.0)14.(15 kg32釜体和夹套的质量可以查手册或自行计算，由此，W2 2156.372.91.46.57kg电动机和减速机总质量约 100kg，搅拌装置质量约 40kg，筒体法兰质量约 320kg，保温层质量约 100kg，人孔及其他接管附件质量约50kg，由此14W3100+100+40+320+50=610kg反应釜总质量WW 1+W2+W33312+2125+610=6047kg即总重力约为 60.47KN。反应釜安装四个支座，但按三个支座承载计算，
17、查阅标准耳式支座 （JB/T4725-1992） 。可以选用承载能力为 30KN 的支座 B3 JB/T4725-1992。11.选用手孔、视镜、温度计和工艺接管由垂直吊盖带颈平焊法兰人孔 （HG21520-1995)，选用榫槽密封面的平盖人孔 II（ AG）450-0.6 HG21519-1995。由标准压力容器视镜 （HG/T21619 - 21620-1986)或组合式视镜 （HG21505-1992)，选用碳钢带颈视镜（HGJ501-86-4）IPN1， DN80（HG/T21619-21620-1986） 。加强套管温度计的选用可以参考生产厂家的产品目录，这里取公称长度 1430mm
18、，配凸面板式平焊管法兰PN0.6MPa，DN65，HG20593-1997（板式平焊钢制管法兰 ） 。进料管口 c1-2 采用 32*3.5 无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25 ，HG20592-1997 （钢制管法兰型式、参数（欧洲体系） ） 。出料管口 h 采用 57*3.5 无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25 ，HG20592-1997 （钢制管法兰型式、参数（欧洲体15系） ） 。加热蒸汽进口管 g 采用 32*3.5 无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25,HG20592-1997（钢制管法兰型式、参数（欧洲体系） ） 。冷凝器出口管 i 和压力表接管 e 都选用 45*2.5 无
19、缝钢管，配法兰 PN0.6，DN25 ， HG20592-1997（钢制管法兰型式、参数（欧洲体系） ） 。安全法接管 a 采用 32*3.5 无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25 ，HG20592-1997 （钢制管法兰型式、参数（欧洲体系） ） 。由弹簧式安全阀结构长度 （JB/T2203-1999） ，选用弹簧式带扳手安全阀，PN0.6，DN25，型号为 A47H-16） 。反应釜上封头上的各个工艺接管都布置在 1000 的中心圆周上，因上封头壁厚裕量很大，故对人孔等均不做好、开孔补强验算。设计结果见插页附录的反应釜装配图。三 总结这次搅拌釜的课程设计，是我们亲自将理论知识运用于解决实际
20、问题的一个范例，我们从中汲取了很多营养第一，通过这次设计，提高了我们的计算能力，有利于培养我们踏实细致、积极主动的学习精神。在设计中，由于数据前后联系紧密，数据的取舍又要尽量符合工程标准，因此我们进行了16大量的精细的计算和校核，并付出了很多努力对过程和设备参数做出合理的选择和优化。第二，通过查阅一系列的手册、图表，提高了获得数据和处理数据的能力，其中很多诸如强度和稳定性计算和校核方面的知识巩固了上半学期过程设备机械基础课所学的基本知识，了解和熟悉相关的设计规范，加深对过程设备的理解。第三，作为工科学生，以前只注重理论知识的学习，从没有相关课程设计经验，而通过本次课程设计，提高了我们解决工程实
21、际问题的能力，并积累了一定的实践经验，为将来学习和工作打下了坚实的基础。第四，在设计中不可避免地遇到了很多问题，这就需要我们同学之间积极探讨，集思广益。同学们一起积极分析问题，各抒己见，不断完善自己思维，并最终圆满地解决了问题，因此增强了我们同学之间沟通交流！第五，通过全面考虑设计内容及过程的参与，提高了我们综合运用所学知识的能力，培养了我们积极思考、深入钻研、独立工作的能力。第六，应用 AutoCAD 绘制搅拌釜式反应器工程图也是一个复杂的过程，在这一过程中，通过查阅书籍和向其他同学请教，我对 AutoCAD 使用能力有了很大提升。诚然这份设计还没有达到完美，在设计中显得有些力不从心，这就要
22、求我们以后付出很大努力来提高设计能力，加强自己综合17运用知识的能力！四 致谢很高心最终完成了设计,但其中老师和同学们給我很多帮助，在此对他们致谢首先，感谢郝俊文老师这一学期的悉心指导。郝老师不仅指导我们完成了上半学期过程设备机械基础课程的学习，而且还带领我们完成之后的课程设计。无论是我们学习还是在设计中遇到的很多问题，郝老师都很热心地给了我们有益的指导！其次，感谢周围同学们热情的帮助。刚一开始觉得毫无头绪，但是在与周围同学（封从鹏、王雅楠等）的讨论中，我慢慢找到解决问题的方向。在设计中，也遇到了很多疑惑和困难，但是在他们的帮助下，我一一解决了问题！在 AutoCAD 制图中，张超等同学也给了
23、我很热心的帮助。最终，我完成了本次课程设计！五 参考文献1. 钢制压力容器用封头 JB/T 4746-2002http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=JB/T 4746-20002. 压力容器公称直径 GB9019-1988http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=GB/T 9019-20013. 钢板许用应力 GB 150-1998http:/202.120.96.46/bzSetup/dataVie
24、wPage/getAbstract.aspx?abstractid=GB 150-19984. 乙型平焊法兰 JB/T 4702-200018http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=JB/T 4702-20005. 钢制管法兰技术条件(欧洲体系）HG 20603-1997http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG 20603-1997(编制说明 )6. 非金属软垫片 JB/T4704-2000htt
25、p:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=JB/T 4704-20007 缠绕垫片 JB/T4705-2000http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=JB/T 4705-20008 Y 系列三相异步电动机 JB/T 10391-2002http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=JB/T 10391-2002 9 压
26、力容器视镜 HG 2161921620-1986(编制说明 )http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG 2161921620-1986(编制说明) 10 组合式视镜 HG 21505-1992http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG 21505-19921111 金属包垫片 JB/T 4706-2000http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAb
27、stract.aspx?abstractid=JB/T 4706-200012 搅拌器型式及基本参数 HG/T 3796.1-2005http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG/T 3796.1-200513 桨式搅拌器 HG/T 3796.3-2005http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG/T 3796.3-200514 拌传动装置.联轴器 HG/T 21570-1995 http:/202
28、.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG/T 21570-199515 搅拌拌传动装置.传动轴 HG/T 21568-1995http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG/T 21568-199516 摆线针轮减速器技术条件 SJ 2459-1984http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=SJ 2459-198417
29、搅拌传动装置.机械密封 HG/T21571-1995(编制说明)http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG/T21571-1995(编制说 明)18 拌传动装置.单支点机架 HG/T 21566-1995(编制说明)http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG/T 21566-1995(编制说明)1919 搅拌传动装置-碳钢填料箱 HG 21537.7-1992http:/202.120.96.46
30、/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG 21537.7-199219 耳式支座 JB/T4725-1992http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=JB/T 4725-199220 垂直吊盖带颈平焊法兰人孔 HG/T 21520-2005http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG/T 21520-200521 板式平焊钢制管法兰(欧洲体
31、系 ) HG 20593-1997http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG 20593-199722 钢制管法兰型式、参数 HG 20592-1997(编制说明)http:/202.120.96.46/bzSetup/dataViewPage/getAbstract.aspx?abstractid=HG 20592-1997(编制说明 )23 潘红良，郝俊文主编.过程设备机械设计.上海 华东理工大学出版社 200624 潘红良主编. 过程设备机械基础. 上海 华东理工大学出版社 200525. 李国成,蒋文春 编著. 过程设备设计力学基础.北京 中国石化出版社 201026 .陈志平，章序文，林兴华等编著.搅拌与混合设备设计选用手册.化学工业出版社 200427 郑晓梅主编.化工制图.北京 化学工业出版社 200228 郑津洋,董其伍,桑芝富主编.过程设备设计. 北京 化学工业出版社 200529 冯伟编著. AutoCAD 2004 应用技巧. 北京 清华大学出版社 200529 路纯红,郭朝勇编著.AutoCAD 2004(中文版)机械应用实例教程.
