化工课件设计夹套反应釜课件设计2文档Word下载.docx
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设计一台夹套传热式带搅拌的配料罐。
二、设计参数和技术特性指标
见下表
三、设计要求
1.进行罐体和夹套设计计算;
2.选择支座形式并进行计算;
3.手孔校核计算;
4.选择接管、管法兰、设备法兰;
5.进行搅拌传动系统设计;
(1)进行传动系统方案设计(指定用V带传动);
(2)作带传动设计计算:
定出带型,带轮相关尺寸(指定选用库存电机Y1322-6,转速960r/min,功率5.5kW);
(3)选择轴承;
(4)选择联轴器;
(5)进行罐内搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计;
6.设计机架结构;
7.设计凸缘及安装底盖结构;
8.选择轴封形式;
9.绘制装配图;
10.绘传动系统部件图。
表1夹套反应釜设计任务书
简图
设计参数及要求
容器内
夹套内
工作压力,
Mpa
设计压力,
MPa
0.2
0.3
工作温度,
℃
设计温度,
<
100
150
介质
染料及有机溶剂
冷却水或蒸汽
全容积,m3
1.0
操作容积,m3
0.8全容积
传热面积,m2
>
3.5
腐蚀情况
微弱
推荐材料
Q235-A
搅拌器型式
推进式
搅拌轴转速,r/min
200
轴功率,kW
4
接管表
符号
公称尺寸DN
连接面形式
用途
a
25
蒸汽入口
b
加料口
c
80
视镜
d
65
温度计管口
e
压缩空气入口
f
40
放料口
g
冷凝水出口
h
手孔
设计说明书
1.夹套反应釜的结构
夹套反应釜主要由搅拌容器、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。
搅拌容器分罐体和夹套两部分,主要由封头和筒体组成,多为中、低压压力容器;
搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成,其形成通常由工艺设计而定;
传动装置是为带动搅拌装置设置的,主要由电机、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;
它们与支座、人孔、工艺管等附件一起,构成完整的夹套反应釜。
1.1夹套反应釜的功能和用途
反应釜具有耐高温、耐腐蚀、生产能力强等优点,广泛用于合成塑料、合成橡胶、合成纤维、农药、颜料、树脂、化肥等行业。
还用于医药,化工,食品,轻工等行业中的水解,中和,结晶,蒸馏,蒸发,储存等生产环节。
釜体上的夹套主要是用于加热和冷却的模块。
其中带搅拌的夹套反应釜是精细化工、涂料、热熔胶、医药及食品等工业中常用的反应设备之一。
它是一种在一定压力和温度下,借助搅拌器将一定容积的两种(或多种)液体以及液体与固体或气体物料混匀,促进其反应的设备。
1.2夹套反应釜的反应条件
夹套反应釜的设计要注重反应的条件,一般考虑夹套和搅拌器的材料、上下进出口的设计,主要分为温度、压强、进料口和出料口、材料这几个因素。
温度----这个一般都应当有严格的控制,所以在设计的时候要注意温度计选择。
要是反应温度高可能要使用油浸泡温度计,所以要留可以装油的管槽,要是温度低还要注意冰封现象发生。
要是温度在100度到0度之间,要求不高的情况下,可以用塞子直接套温度计(注意压强)。
压强----压强的高低要选择合适的反应釜,一般只要能承受两倍的大气压就可以了。
进料口和出料口----一般进料口做一定大就一个可以了,要注意一些比如回流口、真空口什么的,还有就是出料口的大小,有些物质反应后不容易放出,所以要设计合适。
材料----一般反应釜都是玻璃的,要是工业生产最好用搪瓷的,搅拌的金属要注意保护不要被腐蚀,放料活塞要可以防腐。
还有就是夹套的进出水的控制,防止部分比如盐水的滞留。
2.设计标准
(1)HG/T20569-94《机械搅拌设备》
(2)GB150-1998《钢制压力容器》
(3)HG21563~21572-95HG21537.7~8-92《搅拌传动装置》
(4)TCEDS8-90《压力容器强度计算书统一格式》
(5)CD130A20-86《化工设备设计文件编制规定》
3.设计方案的分析和拟定
由夹套反应釜设计任务书可知,本次设计内容是设计一台夹套传热式带搅拌的配料罐。
任务书中已经给定此夹套反应釜一些设计参数及要求,我先对已有数据进行进一步分析并确定此次设计的总体设计方向。
此次我要设计的是全容积为1,操作容积为0.8的夹套反应釜。
1、设计压力:
容器内的设计压力为0.2MPa,夹套内的设计压力为0.3MPa,由此可知本反应釜是在常压下工作。
2、设计温度:
容器内的设计温度<
100℃,夹套内的设计温度<
150℃,设计温度均不高,不需要对反应釜作保温措施。
3、介质选择:
容器内的介质为染料及有机溶剂,夹套内的介质为冷却水或蒸汽。
4、搅拌器:
选用推进式搅拌器,搅拌轴转速为200r/min,轴功率为4kW。
5、材料选择:
任务书上的推荐材料为最常用的Q235-A碳素钢材,由此釜中的其他接管法兰等钢材也选用Q235-A碳素钢材。
封头为标准的椭圆封头,材质也选用Q235-A碳素钢。
6、传动系统:
任务书指定选用库存电机Y1322-6,转速960r/min,功率5.5kW,给定搅拌传动系统用V带传动。
7、接管设计:
已知反应釜的用途为传热带搅拌,因此反应釜需要蒸汽入口、加料口、视镜、温度计管口、压缩空气入口、放料口、冷凝水出口、手孔。
任务书中已经分别给出相应的公称尺寸:
蒸汽入口公称尺寸DN=25、加料口公称尺寸DN=25、视镜公称尺寸DN=80、温度计管口公称尺寸DN=65、压缩空气入口公称尺寸DN=25、放料口公称尺寸DN=40、冷凝水出口公称尺寸DN=25、手孔公称尺寸DN=100。
8、焊接选择:
焊接采用电弧焊,焊条牌号:
采用J507焊条。
9、法兰焊接:
法兰焊接按相应法兰标准的规定,角焊缝及搭接焊缝的焊叫尺寸按两焊件中较薄板的厚度。
10、检验事项:
(1)、容器上的A类和B类焊缝应进行X射线探伤检查,探伤长度为20%,X射线探伤应符合JB4730-94《压力容器安全技术监察规程》规定,Ⅲ级为合格.
(2)、设备制造完毕后设备内0.25MPa进行水压试验,合格后焊上夹套,夹套内以0.38MPa进行水压试压。
(3)、设备上凸缘与安装底座的连接表面,应在组焊后加工,安装时轴线应处于垂直状态,搅拌轴轴封处轴的径向摆动量不得大于0.5mm,搅拌轴轴向窜动量不得大于0.3mm。
(4)、设备制造完毕后以水代料试运转1小时,应使设备达到工作压力,试运转过程中不得有不正常的噪音和震动。
此外,设计中还需选择接管、管法兰、设备法兰、轴承、联轴器、轴封形式,最后完成设计时,需将设计的反应釜绘制成装配图及绘出传动系统部件图。
4.各部分结构尺寸的确定和设计计算
4.1罐体和夹套的结构设计
罐体一般是立式圆筒形式容器,有顶盖、筒体、罐底,通过支座安装在基础平台上。
罐底通常为椭圆形封头。
顶盖在受压状态下常选用椭圆形封头,对于常压或操作压力不大而直径较大的设备,顶盖可采用薄钢板制造的平盖,并在薄钢板上加设型钢(槽钢和工字钢)制的横梁,用以支承搅拌器及其传动装置。
顶盖和钢底分别与筒体相连。
罐底与筒体的连接常采用焊接连接。
顶盖与筒体的连接型式分为开拆和不可拆两种,筒体直径1200㎜,宜采用可拆连接。
当要求可拆时,做成法兰连接。
夹套型式与罐体相同。
4.1.1罐体几何尺寸计算
1、釜体形式为常用结构圆筒形,封头形式为常用结构椭圆形。
原始尺寸如下表4-1:
全容积()
1.0
操作容积()
0.8
传热面积()
3.5
表4-1原始尺寸
2、几种搅拌釜的长径比i值如下表4-2,此次设计任务的内物料为液-液相物料,所以i的取值范围为1~1.3。
又因为设计容器不大,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i=H1/D1=1.2。
表4-2i取值
种类
设备内物料类型
i
一般搅拌器
液-固相或液-液相物料
1~1.3
气-液相物料
1~2
发酵罐类
1.7~2.5
初算筒体内径按式
计算,得
m
按下表4-3筒体的容积、面积和质量,选取圆整筒体内径=1000mm,一米高的容积=0.785,内表面积=3.14。
表4-3筒体的容积、面积和质量
按附表4-4以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸,选取釜体封头容积=0.1505
表4-4以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸
釜体高度按式
计算,得
=(1-0.1505)/0.785=1.0822m
选取圆整釜体高度=1000mm
实际容积按式
=0.785*1.000+0.1505=0.9355
4.1.2夹套几何尺寸计算
按表4-5夹套直径选取夹套筒体内径=+100=1100mm,
表4-5夹套直径
装料系数η按式
计算,得
=0.8/1.0=0.8
夹套筒体高度H2按式
=(0.8*1.0-0.1505)/0.785=0.8274m
选取圆整夹套筒体高度H2=950mm。
按表4-4以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸,选取罐体封头表面积=1.1625。
按表4-3筒体的容积、面积和质量,选取一米高筒体表面积=3.14。
实际总传热面积F按式
`
校核,得
=3.14*0.95+1.1625=4.1455>
3.5
综上所述,筒体和夹套尺寸为下表4-6所示:
表4-6筒体和夹套尺寸
直径(mm)
高度(mm)
筒体
1000
夹套
1100
950
4.2夹套反应釜的强度计算
4.2.1强度计算(按内压计算强度)
据工艺条件或腐蚀情况确定,设备材料选用Q235-A。
由工艺条件给定,设计压力(罐体内)=0.2MPa,
设计压力(夹套内)=0.3MPa,
设计温度(罐体内)<
100℃,
设计温度(夹套内)<
150℃。
按表4-7所示焊接接头系数,选取罐体及夹套焊接接头系数=0.85。
表4-7焊接接头系数
按表4-8压力容器用碳素钢钢板的许用应力,选取设计温度下材料许用应力
[]t=113Mpa。
表4-8压力容器用碳素钢钢板的许用应力
罐体筒体计算厚度按式
夹套筒体计算厚度按式
罐体封头计算厚度按式
夹套封头计算厚度按式
壁厚附加量,其中C1为钢板负偏差,初步取=0.6mm,腐蚀裕量=2mm,热加工减薄量=2(封头热加工=0.5mm),因此:
=0.6+2+0=2.6mm
罐体筒体设计厚度按式
=1.04+2.0=3.04mm
夹套筒体设计厚度按式
=1.72+2.0=3.72mm
罐体封头设计厚