搅拌反应釜设计.docx
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搅拌反应釜设计
<<化工容器>>课程设计
—搅拌反应釜设计
姓名:
景超^
学号:
2010115189
专业:
过程装备与控制工程
学院:
化工学院
指导老师:
淡勇老师
2013年6月18日
1设计内容概述
1.1设计要求
1.2设计参数
1.3设计步骤
2罐体和夹套的结构设计
2.1几何尺寸
2.2厚度计算
2.3最小壁厚
2.4应力校核
3传动部分的部件选取
3.1搅拌器的设计
3.2电机选取
3.3减速器选取
3.4传动轴设计
3.5支撑与密封设计
4标准零部件的选取
4.1手孔
4.2视镜
4.3法兰
4.4接管
5参考文献
一设计内容概述
(一)设计内容:
设计一台夹套传热式配料罐
i
设计参数及要求
容器内
夹套内
工作压力,MPa
0.18
0.25
设计压力,MPa
0.2
0.3
工作温度,’C
100
130
设计温度,C
120
150
”介
「质
染料及有
机溶剂
冷却水或蒸汽
全容积
只,m3
1.0
操作容积,m3
0.80
传热面积,m2
3
腐蚀情况
微弱
推荐材料
Q235--A
接管表
符
/号
公称尺
寸DN
连接面形式
用途
A
25
蒸汽入口
B
25
加料口
C
80
视镜
D
65
温度计管口
E
25
压缩空气入口
F
40
放料口
G
25
冷凝水出口
H
100
手孔
(二)设计要求:
压力容器的基本要求是安全性和经济性的统一。
安全是前提,经济是目标,在充分保证安全的前提下,尽可能做到经济。
经济性包括材料的节约,经济的制造过程,经济的安装维修。
搅拌容器常被称为搅拌釜,当作反应器用时,称为搅拌釜式反应器,简称反应釜反应釜广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、农药、化肥等行业。
反应釜由搅拌器、搅拌装置、传动装置、轴封装置及支座、人孔、工艺接管等附件组成。
压力容器的设计,包括设计图样,技术条件,强度计算书,必要时还要包括设计或安装、使用说明书。
若按分析设计标准设计,还应提供应力分析报告。
强度计算书的内容至少应包括:
设计条件,所用规范和标准、材料、腐蚀裕度、计算厚度、名义厚度、计算应力等。
设计图样包括总图和零部件图。
设计条件,应根据设计任务提供的原始数据和工艺要求进行设计,即首先满足工艺设计条件。
设计条件常用设计条件图表示,主要包括简图,设计要求,接管表等内容。
简图示意性地画出了容器的主体,主要内件的形状,部分结构尺寸,接管位置,支座形式及其它需要表达的内容。
(二)设计参数和技术性能指标
(二)设计步骤:
1.进行罐体和夹套设计计算;
2.搅拌器设计;
3.传动系统设计;
4.选择轴圭寸;
5.选择支座形式并计算;
6.手孔校核计算;
7.选择接管,管法兰,设备法兰
确定筒体和封头的几何尺寸
(1)筒体和封头的形式选择圆柱筒体及椭圆形封头。
(2)确定筒体和封头的直径设备容积要求1m常从E锪衔-液类型,故由式(4-1):
H1/D1=1-1.3,考虑容器不大,为使直径不致太小,在顶盖上容易布置接管和传动装置,故选取H1/D1=1.2。
D1由(4-1)估算:
D1=y4V/nH1/D1=y4x1/nx1.2=1.0621
将D1的估算值圆整到公称直径系列,故取D仁1000mm.
封头内径值采用椭圆型封头,直边高h0由附表4-2初选h0=40mm
(3)确定筒体高度H1当D仁1000mm,h0=40m时,由附表4-2查得椭圆形封头的容积V=0.1623m常筛奖4-1查得筒体1m高的容积V1米=0.785m/m,按式(4-2):
H仁V-V封/V1米二(1-0.1623)/0.785=1.067m
取H1=1.0m,于是H1/D仁1.062/1.067=1。
(4)选取夹套直径D=D1+100=1100mm
夹套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。
(1)确定夹套高度按式(4-4)定夹套高度H2,式中n为装料系数,n=操
作容积/设备容积=08/1=0.8,代入公式:
H2》(nV-V封)/V1米=0.812
取H2=950m。
(2)校核传热面积下工艺要求传热面积为3m常筛奖4-1、4-2,封头表面积F封=1.2096m,1m高筒节表面积F筒二H2xF1m=0.8x3.14=2.512m则:
实际总传热面积F=F封+F筒=1.2096+2.512=3.7604m>7m玻可用。
2.釜体及夹套的强度计算
(1)选择设备材料,确定设计压力由已知建议并分析工艺要求和腐蚀因素,决定采用建议意见,选用Q235-A热轧钢板,其中100C-150C下的许用应力为:
[Q=113Mpa。
设计压力的确定:
夹套的筒体和封头是内压容器,按已知:
设计压力P=0.3Mpa
釜体的筒体和封头既受内压又受外压的作用。
内压设计压力P=0.2Mpa设计外压的取法是考虑操作过程出现的最大压力差,所以取P=0.3Mpa为设计外压。
(2)夹套的筒体和封头壁厚计算
夹套筒体壁厚3夹二PD夹/(2[Q©-P)+C
式中,P=0.3MpaD夹=1100mm[q=113Mpa;0为焊缝系数,采用双面焊缝,进行局部无损探伤检查:
©=0.85(夹套封头用钢板拼焊);
壁厚附加量C=C1+C2+C3Q1其中C1为钢板负偏差,初步取C1=0.6mm,
腐蚀裕量C2=2mn热加工减薄量C3=2(圭寸头热加工C3=0.5mr)i,因此:
C=0.6+2+0=2.6mm
3夹=[(0.3x1100)/(2x113x0.85-0.3)]+2.6=4.32mm,圆整到钢板厚度标准规格,取3夹=5mm
夹套封头壁厚3封夹二{PD夹/2[Q©-0.5P+C}+C
式中:
P、D夹、c]、©取值同上式,其中C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1m,代入上式:
3封夹二{0.3x1100/2x113x0.85-0.5x
0.3}+3.1=4.819mm
为照顾到筒体和封头焊接的方便取3封夹二3夹=5mm
(3)釜体的筒体壁厚3筒
1)按承受0.2Mpa的内压设计
3
筒》PD1/(2[C©-P)+C
式中,设计压力P=0.2Mpa筒体内径D仁1000mm许用应力[C=113Mpa(同夹套材料);焊缝同夹套,故©=0.85,壁厚附加量
C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mmh述各值代入上式:
3筒》(0.2x1000x/2x1130.85)+2.6=3.642mm
2)按承受0.3Mpa的外压设计
设罐体筒体的名义厚度31n=7mm
厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm
罐体筒体有效厚度31e=31n-C=7-2.6=4.4mm
罐体筒体外径D10=D1+31n=1000+2x7=1014mm
筒体计算长度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1034.8mm
系数L/D0=1034.8/1014=1.205系数DO/3e=1014/4.4=230
由参考资料图9-7,查得:
系数A=0.000255,系数B=38则许用外压[P]=B
3e/D=(38x4.4)/1014=0.165<3Mpa因此壁厚4.4mm不能满足外压稳定
要求,需增大壁厚重新计算。
现重新假设31n=8mm
厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm
罐体筒体有效厚度31e=31n-C=8-2.6=5.4mm
罐体筒体外径D10=D1+31n=1000+2x8=1016mm
筒体计算长度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1035.13mm
系数L/D0=1034.8/1014=1.019系数D0/3e=1016/5.4=188
由参考资料图9-7,查得:
系数A=0.00046,系数B=63则许用外压[P]=B
Se/D=63x5.4/1016=0.335>0.3Mp故8e=5.4mm满足外压稳定性要求,其圆整到标准钢板厚度规格取3e=8mm.
(4)釜体的封头壁厚计算
1)按内压计算8封:
8封》PD1/(2[Q©-0.5P)+C
式中,P=0.2Mpa,D仁1000mm,©=0.85,[c]=113Mpa,
C二C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mn代入上式:
8封》0.2x1000/(2x113x0.85-0.5x
0.2)+3.1=4.14mm
考虑到封头与筒体的焊接方便取封头与筒体等壁厚8封=8mm.
2)按外压校核8封,采用图算法:
圭寸头计算壁厚80=8-C=8-3.1=4.9mm
椭圆封头的计算当量半径Rv=K1D1由设计规定或查资料知K1=0.9,故
Rv=0.9x1000=900mm;
系数A=0.125x80/Rv=0.125x4.9/900=0.000681,由图查得B=92,则许用外压[P]:
[P]=B(30/Rv)=92x(4.9/900)=0.501Mpa大于水压实验时的压力
0.4Mpa,故用3圭寸=8mm夕卜压稳定安全.
(5)水压实验校核
1)确定实验水压Pr,根据设计规定知:
釜体水压取Pr=P+0.1=0.2+0.1=0.3Mpa
夹套水压取Pr=P+0.1=0.3+0.1=0.4Mpa
2)内压实验时:
釜体筒壁内压应力。
r二Pr[D1+(S-C)]/2(S-C)=0.3x
[1000+(8-2.6)]/2(8-2.6)
=27.93Mpa.
夹套筒壁内压应力cr夹二
[D1+(S-C)]/2(S-C)=0.3[1000+(5.4-2.6)]/2(5.4-2.6)=78.77Mpa.
釜体圭寸头壁内应力cr封
二P[K1D1+0.5(S-C)]/2(S-C)=0.3[0.9x
1000+0.5(8-3.1)]/2(8-3.1)=27.63Mpa
夹套封头壁内应力cr封
二P[K1D1+0.5(S-C)]/2(S-C)=0.4[0.9x
1100+0.5(5.4-3.1)]/2(5.4-3.1)=86.19Mpa因Q235-A常温。
=235Mpa看出。
r,°r夹,°r夹,°r封夹都小于0.9°s=0.9235=211.5Mpa,故水压实验安全.
3)外压水压实验
釜体筒体外压校核:
80=8-C=8-2.6=5.4mm,D0/8
0=1010.8/5.4=187,L/D0=1035.13/1010.8=1.024由图查A=0.00045,B=62,故许用外压[P]=BS0/D0=62x5.4/1010.8=0.331Mpa<水压压力Pr=0.4Mpa,故在0.4Mpa外压水压实验时应在釜体内充压,以防釜体筒体失稳.
釜体底圭寸头外压校核因其允许外压[P]=0.501Mpa>外压Pr=0.4Mpa,
故安全.
计算结果
釜体
夹套
筒体
8mm
5mm
封头
8mm
5mm
3.5支撑与密圭寸设计
反应釜是立式安装,故采用耳式支座,并选择B型筋板。
选择的耳式支座支座
号为3,允许载荷30KN,高度200mm,地脚螺栓30-M24。
反应釜搅拌轴处的密封,属于动密封,选用填料密封。
用PN=0.6MPa轴颈
d=40mm,D1=175mm,D2=145mm,H=147mm。
四标准零部件的选取
4.1支座
1)支坐类型:
根据罐体的公称直径是1000mm,可由参考文献2的附表4-9选择标准耳式
支坐,又因设备思需要保温故选择B型,由JB/T4725—92可知选择耳座B3。
2)数量:
4个(对称且承重)。
3)[Q]=30KN。
4.2手孔
查参考文献2的附表4-10,根据DN=150mm,PN=1.0Mpa,选择带颈平焊法兰手孔,其有关资料如下:
标准号HG21530-95凹凸面MFM
H1=160mm,H2=85.5mm,m=23.3kg
4.3视镜
由DN=80mm,PN=1.0MPa,可知选择不带颈的视镜,查参考文献可得资料如下:
D=145mm,D1=120mm,b1=25mm,b2=14mm标准号为JB593-64-2
4.4法兰
设备共需选用4个,其中压力容器法兰1个,管法兰3个
1)根据DN=1000mm,PN=0.6MPa,查参考文献2的附表4-4和4-5可知选取甲型平焊法兰:
名称为法兰-T900-0.6;具体资料如下:
D=1130mm,D仁1090mm,D2=1055mm,D3=1045mm,D4=1042mm,d=23mm;螺柱M20,数量32;凸面法兰质量:
67.5kg,凹面法兰质量:
65.3kg
2)图中ABEG接管公称尺寸均为25mm。
根据DN=25mm,PN=1.0MPa,查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下:
管子外径A=32mm,法兰外径D=100mm,法兰理论质量为0.65kg。
3)图中D接管公称尺寸为65mm。
根据DN=65mm,PN=1.0MPa,查参考文献2的附表
4-12可得有关资料如下:
管子外径A=76mm,法兰外径D=160mm,法兰理论质量为1.61kg。
4)图中F接管公称尺寸为40mm。
根据DN=40mm,PN=1.0MPa,查参考文献2的附表
4-12可得有关资料如下:
管子外径A=45mm,法兰外径D=130mm,法兰理论质量为1.20kg。
4.5接管
查参考文献2的附表4-12,根据各种零件的DN不同,PN=1.0Mpa,选取保温设备接管,由资料可知接管的伸出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm,则接管
A.B.D.E.F.G长均为150mm。
五参考文献
1、《化工设备机械基础》(第二版)赵军张有忱段成红编
化学工业出版社
2、《化工设备机械基础课程设计指导书》
蔡纪宁张秋翔编
化学工业出版社
3、《化工机械手册》
化工机械手册编辑委员会编
2012.7.12
天津大学出版社