搅拌反应釜课程设计.docx

搅拌反应釜课程设计.docx

《搅拌反应釜课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《搅拌反应釜课程设计.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

搅拌反应釜课程设计

课程设计说明书

专业：

班级：

__

学号：

指导

设计时间：

要求与说明

一、学生采用本报告完成课程设计总结。

二、要求文字（一律用计算机）填写，工整、清晰。

所附设备安装用计算机绘图画出。

三、本报告填写完成后，交指导老师批阅，并由学院统一存档。

一、设计任务书

设计题目：

夹套反应釜的设计

设计条件：

设计参数与要求

设计参数与要求

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

染料与有机溶剂

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

PL/RF

进料口

C1，2

100

-

视镜

D

25

PL/RF

温度计管口

E

25

PL/RF

压缩空气入口

F

40

PL/RF

放料口

G

25

PL/RF

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）选择凸缘法兰与安装底盖结构

（5）选择支座形式与进行计算

（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、工艺计算与主要设备计算

（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。

染料与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，确定罐体与夹套的筒体和封头的厚度。

1.3.1强度计算的原则与依据

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；其余部分按内压圆筒设计。

（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

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

罐体与夹套厚度计算

因我们选用的为双面焊的对接焊缝且局部无损伤，故选取罐体与夹套焊接接头系数=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；

钢板厚度负偏差C1=0.6mm；

罐体筒体名义厚度==5mm（满足-=3-1.56=1.44mm>C1=0.6mm）

同理：

夹套筒体名义厚度=5mm；

罐体封头名义厚度=5mm；

夹套封头名义厚度=5mm；

1.3.3按外压对筒体和封头进行稳定性校核

假设一：

罐体筒体名义厚度=5mm；

厚度附加量C=C1+C2=2.5mm；[13]

罐体筒体有效厚度=-C=5-2.5=2.5mm；

罐体筒体外径=+2=1400+2×5=1410mm；

筒体计算长度L=+=1100+×350=1217mm；[14]

式中——夹套筒体高度=1100mm；

——曲边高度，350mm

系数=1217/1410=0.863；

系数=1410/2.5=564

系数A[15]图10-3得：

A=0.00012；

系数B[16]图10-4得：

B不存在，故采用公式：

许用外压[P]==0.0218MPa（其中E=1.54×105）<0.3MPa,所以计算失稳，要重定名义厚度。

假设二：

罐体筒体名义厚度=10mm；

钢板厚度负偏差C1=0.8mm；

厚度附加量C=C1+C2=2.8mm；

罐体筒体有效厚度=-C=10-2.8=7.2mm；

罐体筒体外径=+2=1400+2×10=1420mm；

筒体计算长度L=++25=1100+×350+25=1242mm；

式中——夹套筒体高度H2=1100mm；

h1——由表查得h1=350mm；

系数=1242/1420=0.875；

系数=1420/7.2=197.2；

系数A查图得：

A=0.0006；

系数B查图得：

B=83；

许用外压=0.42MPa>0.3MPa，满足对稳定性的要求。

假设罐体封头名义厚度=10mm；

罐体封头钢板厚度负偏差C1=0.8mm；

罐体封头厚度附加量C=C1+C2=2.8mm；

罐体封头有效厚度=－C=10－2.8=7.2mm；

罐体筒体外径=+2=1400+2×10=1420mm；

标准椭圆封头当量球壳外半径=0.9×1420=1278mm；

系数=0.0007，系数B=98；

许用外应力=0.497MPa>0.3MPa；

罐体封头最小厚度=0.15%=1400×0.0015=2.1mm（小于，满足要求）。

1.3.4水压试验校核

罐体试验压力=1.25×0.2×=0.25MPa，当设计温度小于200℃时，二者接近，可以忽略。

[17]

夹套水压试验压力=1.25×0.3×=0.375MPa；

材料屈服点应力=235MPa；

=0.9×0.85×235=179.8MPa，表示为水压试验时的许可应力。

罐体圆筒应力：

=24.1MPa<79.8MPa；

夹套内压试验应力:

=39.25MPa<179.8MPa；

（二）、搅拌传动系统

搅拌传动系统为整个体系提供动力支持，其中有电动机、减速器、搅拌轴与其联动器等。

接下来就是对这些设备进行设计计算，通过查找相关的资料，我们可以确定它们的型号与性能。

2.1进行传动系统方案设计

反应釜的立式减速机的选用依据：

机轴转速n=960r/min,电动机功率为5.5kW，搅拌轴转速为n1=200r/min。

I况系数KA=1.2，又有传动比i=n/n1=960/200=4.8，d1=106mm。

所以减速机