夹套反应釜的设计（全套）文档格式.doc
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1.2.2夹套高度计算 10
1.2.3传热面积的计算 10
1.3夹套反应釜的强度计算 11
1.3.1强度计算的原则及依据 11
1.3.2按内压对筒体和封头进行强度计算 12
1.3.2.1压力计算 12
1.3.2.2罐体及夹套厚度计算 12
1.3.3按外压对筒体和封头进行稳定性校核 14
1.3.4水压试验校核 16
（二）、搅拌传动系统 17
2.1进行传动系统方案设计 17
2.2作带传动设计计算 17
2.2.1计算设计功率Pc 17
2.2.2选择V形带型号 17
2.2.3选取小带轮及大带轮 17
2.2.4验算带速V 18
2.2.5确定中心距 18
2.2.6验算小带轮包角 18
2.2.7确定带的根数Z 18
2.2.8确定初拉力Q 19
2.3搅拌器设计 19
2.4搅拌轴的设计及强度校核 19
2.5选择轴承 20
2.6选择联轴器 20
2.7选择轴封型式 21
（三）、设计机架结构 21
（四）、凸缘法兰及安装底盖 22
4.1凸缘法兰 22
4.2安装底盖 23
（五）、支座形式 24
5.1支座的选型 24
5.2支座载荷的校核计算 25
（六）、容器附件 26
6.1手孔和人孔 27
6.2设备接口 27
6.2.1接管与管法兰 27
6.3视镜 28
四、设计结果汇总 31
五、参考资料 33
六、后记 35
七、设计说明书评定 37
八、答辩过程评定 37
一、设计任务书
设计题目：
夹套反应釜的设计
设计条件：
设计参数及要求
简图
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/℃
100
130
设计温度/℃
<
120
150
介质
染料及有机溶剂
水蒸气
全容积/m3
2.5
操作容积/m3
2.0
传热面积/m2
>
3
腐蚀情况
微弱
推荐材料
Q345R或Q245R
搅拌器型式
浆式
搅拌轴转速/（r/min）
200
轴功率/kW
4
工艺接管表
符号
公称尺寸
连接面形式
A
25
PL/RF
蒸汽入口
B
65
进料口
C1，2
-
视镜
D
温度计管口
E
压缩空气入口
F
40
放料口
G
冷凝水出口
设备安装场合
室内
二、设计方案简介
搅拌釜式反应器的工艺给出的条件一般包括：
釜体容积、设计压力、设计温度、介质腐蚀性、传热面积、搅拌形式、转速和功率、工艺接管尺寸等。
我们作为设计者要做的工作就是根据工艺条件提出的要求和条件，对搅拌反应釜的容器、搅拌轴、传动装置和轴封装置结构进行合理的选型、设计和计算。
搅拌反应釜的机械设计大体上按以下步骤进行：
（1）进行罐体的设计计算
（2）进行搅拌传动系统设计
（3）设计机架结构
（4）选择凸缘法兰及安装底盖结构
（5）选择支座形式及进行计算
（6）选择容器附件
（7）绘制总装配图（A1图纸）
（8）编写设计说明书一份
三、工艺计算及主要设备计算
（一）、罐体和夹套的结构设计
夹套式反应釜是由罐体和夹套两大部分组成的。
罐体在规定的操作温度和操作压力下，为物料完成其搅拌过程提供了一定的空间。
夹套传热是一种应用最普遍的外部传热方式。
罐体和夹套的设计主要包括其结构设计，各部分几何尺寸的确定和强度的计算与校核。
罐体一般是立式圆筒容器，有顶盖、筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。
罐底通常为椭圆形封头。
1.1罐体几何尺寸计算
1.1.1确定筒体内径
一般由工艺条件给定全容积V，筒体内径按照D1公式估算
D1≈[1]
式中V——工艺条件给定容积，m3；
i——长径比，
其按物料选取，根据参考文献[1]，
图1-1几种搅拌釜的长径比值
选取i=1.3。
由任务书给出的V=2.5m3，可得D1=1.348m=1348mm，查阅压力容器公称直径GB9019—1998[2]
图1-2筒体的容积、面积和质量
圆整为D1=1400mm,同时得到V1m=1.539m3/m，F1m=4.40m2。
1.1.2确定封头尺寸
反应釜筒体与夹套最常用的封头型式是标准椭圆封头，以内径为基准的椭圆封头类型代号为EHA，其内径与筒体内径相同，根据筒体内径D1=1400mm,参阅[3]可选取以下信息：
曲边高度h1（mm）350
直边高度h2（mm）25
内表面积F封（m2）2.2346
容积V封（m3）0.3977
图1-3以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸
1.1.3确定筒体高度
反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。
则筒体高度按公式计算，并进行圆整。
H1=（V－V封）/V1m[4]
式中V封——封头容积，m3；
V1m——1m高筒体容积，m3/m；
V1m=1.539m3/m，V封=0.3977m3
H1=（2.5－0.3977）/1.539=1.366m=1366mm
圆整后H1=1400mm
当筒体高度确定后，应按圆整后的筒体高度修正设计容积，则
V修正=V1m×
H1＋V封=1.539×
1.4＋0.3977=2.5523m3
1.2夹套几何计算
夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。
夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构。
1.2.1夹套内径
夹套下封头直径D2可根据筒体内径D1[5]：
表1-1夹套直径D2/mm
D1
500-600
700-1800
2000-3000
D2
因为D1=1400mm在700-1800mm之间，所以D2=D1+100=1400+100=1500mm
1.2.2夹套高度计算
夹套高H2由传热面积决定，不能低于料液高。
若装料系数η没有给定，则应合理选用装料系数的值，尽量提高设备利用率。
通常取η=0.6-0.85。
染料及有机溶剂的粘度较大，选用η=0.8。
夹套高H2由公式
H2=（ηV—V封）/V1m[6]
其中操作容积V1=ηV=0.8×
2.5=2.0m3
H2=（0.8×
2.5523－0.3977）/1.539=1.0684m=1068.4mm
圆整为H2=1100mm
1.2.3传热面积的计算
夹套所包围罐体的表面积（筒体表面积F筒＋封头表面积F封）一定要大于工艺要求的传热面积F，即
F筒＋F封≥F[6]
式中F筒——筒体表面积F筒，F筒=H2×
F1m，m2
F封——封头面积，m2
F1m——1m高筒体内表面积，m2/m
F筒=H2×
F1m=1.100×
4.40=4.84m2，
F筒＋F封=4.84＋2.2346=7.0746m2>
3m2
因此符合传热要求。
因圆筒型夹套传热面积小，故选用圆筒型夹套。
图1-4U型夹套与圆筒型夹套的比较
1.3夹套反应釜的强度计算
当反应釜的几何尺寸确定后，则要根据已知的公称直径、设计压力和设计温度进行强度计算，确定罐体及夹套的筒体和封头的厚度。
1.3.1强度计算的原则及依据
根据任务书给出的条件，反应釜体内为正压外带夹套，被夹套包围的罐体分别按内压和外压计算，罐体内压为0.2MPa，外压为极限时最大内外压差0.3MPa；
其余部分按内压圆筒设计。
圆筒为正压外带夹套：
[7]
（1）当圆筒体的公称直径DN≥600mm时，被夹套包围部分的筒体分别按内压和外压计算，取其中最大值；
（2）当圆筒体的公称直径DN<
600mm时，全部圆筒分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值。
1.3.2按内压对筒体和封头进行强度计算
1.3.2.1压力计算
材料选择Q235B，由设计压力P1（罐体内）0.2MPa，设计压力P2（夹套内）0.3MPa，可得：
工作压力（罐体内）为0.2/1.1=0.18MPa
工作压力（夹套内）为0.3/1.2=0.25MPa[8]
设计温度（罐体内）t1<
120℃；
温度（夹套内）t2<
150℃；
液柱静压力：
P1H==×
1.0×
103×
10×
1.4=0.014MPa
式中——水的密度，kg/m3；
——重力加速度，取值10m/；
h——罐体筒体高度H1=1.4m；
计算压力：
P1C=P1＋P1H=0.2+0.014=0.214MPa；
液柱静压力忽略,计算压力：
P2C=P2=0.3MPa
1.3.2.2罐体及夹套厚度计算
因我们选用的为双面焊的对接焊缝且局部无损伤，故选取罐体及夹套焊接接头系数=0.85[9]
图1-5焊接接头系数
设计温度下材料需用应力=113MPa[10]
图1-6钢板许用应力
罐体筒体计算厚度=1.56mm；
[11]
夹套筒体计算厚度=2.35mm；
罐体封头计算厚度=1.56mm；
夹套封头计算厚度=2.34mm；
取最小厚度=3mm作为计算厚度，腐蚀裕量C2=2.0mm[12]，
罐体筒体设计厚度=+C2=2.0+3=5mm；
夹套筒体设计厚度=+C2=2.0+3=5mm；
罐体封头设计厚度=+C2=2.0+3=5mm；
夹套封头设计厚度=+C2=2.0+3=5mm；
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