内压容器夹套式反应釜设计.docx

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内蒙古科技大学课程设计说明书

内蒙古科技大学

化工设备机械基础课程设计

题目：

内压容器夹套式反应釜

学生姓名：

学号：

班级：

指导老师：

摘要

本文是对带搅拌的夹套式反应釜做简单的设计，简要的说明了设计方法和理论依据。

设计内容主要包括以下几个方面：

反应釜釜体的设计，反应釜夹套的设计，反应釜传动装置的设计、搅拌装置的设计、以及轴封装置的设计，还有一些例如人孔、视镜等其他部件的设计。

主要是通过以上几个部分的设计确定其筒体，封头等壁厚，长度的大小，然后进行相应的强度校核，以保证设计设备的使用安全，以及通过查阅标准选型对其他装置的选型，其中应考虑到反应釜筒体内，和夹套中温度、压力、介质的影响。

尤其注意是氯乙烯单体具有有毒且易燃易爆的特性，在选型时应确保人员、设备的安全。

并综合经济条件，方案的可行性完善反应釜的设计选型。

关键词：

反应釜，压力容器，搅拌装置，夹套

Abstract

Thisarticleistobringmixingjacketedtypereactionkettledosimpledesign,brieflyillustratesthedesignmethodandtheoreticalbasis.

Designcontentmainlyincludesthefollowingaspects:

thedesignofthereactionkettlebody,thedesignofjacketedreactor,reactionkettlegearingdesign,thedesignofthemixingplant,aswellasthedesignoftheshaftsealingdevice,andsomesuchasthedesignofthemanhole,sightglasses,andothercomponents.

Mainlythroughthedesignoftheaboveseveralpartsdetermineitsshell,sealthetopwallthickness,thesizeofthelength,thenthecorrespondingintensity,toensurethatthedesignoftheuseofsafetyequipment,andbylookingatstandardselectionofotherdevicesselection,whichshouldtakeintoaccountthereactionkettledrumbody,andtheinfluenceoftemperature,pressure,mediuminthejacket.Especiallypayattentiontoisthecharacteristicofvinylchloridemonomeristoxicandflammableandexplosive,theselectionshouldensurethesafetyofpersonnelandequipment.Andgeneraleconomicconditions,thefeasibilityoftheschemedesignselectiontoimprovethereactionkettle.

Keywords:

thereactionkettle,pressurevessel,stirringdevice,jacket

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章绪论 1

1.1设计的目的及意义 1

1.2设计的要求 1

1.3反应釜概述 1

第二章反应釜釜体的设计 2

2.1反应釜筒体的设计和计算 2

2.1.1筒体的确定 2

2.1.2反应釜筒体的确定 3

2.2反应釜筒体封头的设计选型和计算 3

2.2.1封头的选型 3

2.2.2设计参数的确定 3

2.2.3封头壁厚的计算 3

2.2.4封头深度计算 3

2.3反应釜筒体长度H的设计 3

2.3.1反应釜筒体长度H计算 3

2.3.2反应釜体长径比L/Di复核 4

2.4反应釜筒体壁厚设计 4

第三章反应釜夹套的设计 5

3.1夹套釜体DN、PN的确定 5

3.1.1夹套釜体DN的确定 5

3.1.2夹套釜体PN的确定 5

3.2夹套筒体的设计 5

3.2.1设计参数的确定 5

3.2.2夹套筒体壁厚的设计 5

3.2.3夹套筒体长度 5

3.3夹套封头的设计 6

3.3.1封头的选型 6

3.3.2设计参数的确定 6

3.3.3夹套封头壁厚的设计 6

3.4对筒体和封头进行强度校核 6

3.4.1夹套（内压容器的试压） 6

3.4.2筒体（内压容器的试压） 7

3.5法兰连接结构的设计 7

3.5.1法兰的选型 7

3.5.2密封面选取 8

3.5.3垫片尺寸 8

第四章反应釜传动装置 9

4.1电动机的选型 9

4.2减速器的选型 9

4.3安装底座的设计 9

4.4机架的设计 10

4.5联轴器的型式及尺寸的设计 10

4.5.1联轴器型式的确定 10

4.5.2联轴器的结构及尺寸 11

4.5.3联轴节的零件及材料 11

第五章搅拌装置的选型与尺寸设计 12

5.1反应釜的搅拌装置 12

5.2搅拌器的设计 12

5.3搅拌轴直径的初步计算 12

5.3.1搅拌轴的直径的计算 12

5.3.2搅拌轴刚度校核 13

5.4搅拌轴长度设计 14

第六章反应釜的轴封装置 15

第七章反应釜的其它附件 17

7.1人孔的设计 17

7.1.1人孔的选取 17

7.1.2人孔补强的计算 17

7.2视镜的选取 18

7.2.1视镜的结构 18

7.2.2视镜的相关参数 18

7.3工艺管及法兰的选取 19

7.3.1工艺管选取的规格 19

7.3.2管道法兰选取的规格尺寸 20

7.4温度计的选型 21

7.5支座的选型及设计 21

参考文献 23

致谢 24

VI

第一章绪论

1.1设计的目的及意义

《化工设备机械基础课程设计》是化工工艺类专业学生十分重要的教学环节之一。

目的是使我们进一步加深并综合运用《化工设备机械基础》及相关课程所学过的基本理论、知识，训练和掌握典型化工设备机械设计的基本技能。

培养我们熟悉、查阅并运用各种有关的设计手册、规范、标准、图册等设计技术资料，进一步培养我们运算、编写设计说明书、制图等基本技能，为以后工作做基本的训练。

以及培养我们独立思考，解决问题和团队合作的能力。

1.2设计的要求

此次设计要求我们树立正确的设计思想，实事求是，秉着认真、严肃的态度综合考虑经济性、实用性、安全可靠性等工程实际问题；要求我们在设计过程中遇到问题不敷衍，通过查阅资料，积极思考，自主解决问题；要求我们正确使用标准和规范，做到有法可依，有章可循。

本次课程设计题目是内压夹套式反应釜的设计，设计压力为体内：

2.8MPa，夹套：

2.0MPa；设计温度为体内：

<200℃，夹套：

250℃；介质为体内：

氯乙烯单体，夹套内：

蒸汽。

搅拌形式为浆式；转速为85r/min；功率为2.8kw。

操作容积为1.4m3。

设计内容主要有：

反应釜釜体的设计、反应釜夹套的设计，包括其筒体、封头壁厚、公称直径；反应釜传动装置的设计；反应釜搅拌装置的设计；反应釜轴封装置的设计；以及包括人孔、视镜、接口管、法兰等其他装置的设计。

1.3反应釜概述

反应釜主要是由带传热装置的釜体和搅拌传动装置组成。

釜体是物料进行化学反应的空间，大多数釜体都带夹套，它的结构与一般容器无差异，需要考虑的问题主要是如何根据工艺要求确定其长径比。

化学反应总伴随有吸热或放热，为了控制反应的正常进行，就要有供热或冷却的传热装置，如外置式夹套与内置式蛇管。

本设计即是利用外置式夹套进行换热。

为了使参加反应的各种物料混合均匀，接触良好以利于化学反应的进行，大多数反应釜都有搅拌装置。

搅拌器有多种形式，不同形式的搅拌器有各自适用的运转条件，适用的介质性质以及它对物料所造成的液体流动状态。

本设计采用的浆式搅拌器。

2

第二章反应釜釜体的设计

2.1反应釜筒体的设计和计算

2.1.1筒体的确定

对于直立反应釜来说，釜体设备的全容积是指圆柱形筒体及下封头容积，即

V=Vg+Vf式（2.1）

式中Vg——设备筒体部分容积，m3；

Vf——封头容积，m3；

根据V及选用的H/Di，将反应釜体视为圆柱形筒体，可初步估算筒体内径。

长径比的影响：

（1）对搅拌功率的影响，因为搅拌功率与搅拌桨叶直径的五次方成正比，如果搅拌桨叶的直径岁釜体长径比的减小而增大时，将会增大搅拌功率。

（2）对传热的影响，当使用夹套传热时，长径比的增大会使夹套的传热面积增大，同时改善传热效果。

（3）工艺上的特定要求，例如物料反应，要求通入反应釜的空气与物料要有足够的接触时间，这样液位就必须有一定的高度，因而反应釜的长径比应满足这样的特定要求。

由于反应时基本处于气液共存状态，换热一定要及时，所以主要目的要增大传热面积，根据实际经验几种搅拌器的长径比大致如《化工设备机械基础》[1]所示。

设备条件反应温度小于200℃，物料在反应过程中要呈沸腾的状态，并且在反应过程中要进行搅拌，根据操作时允许的装满程度来确定装料系数η。

本反应釜内的反应物质为氯乙烯单体，其粘度远小于水，为提高设备的利用率，故选用η=0.85。

设备容积V与操作容积的关系为：

Vg=ηV式（2.2）

故全容积为V=Vg∕η=1.647m3

若长径比L/Di=1.4时

式（2.3）

圆整后Di=1100根据规定DN=1100mm

2.1.2反应釜筒体的确定

根据设计要求，反应釜体内部压力为2.8MPa，因此=2.8MPa

2.2反应釜筒体封头的设计选型和计算

2.2.1封头的选型

根据设计要求，该反应釜的封头选用标准为椭圆形封头。

2.2.2设计参数的确定

Pc=2.8MPa，Φ=1（双面焊接，100％无损探伤）C1=1mm，C2=1mm

当操作温度为200℃时，查表得到16MnR材料=170MPa

2.2.3封头壁厚的计算

式（2.4）

式子中是一经验式。

因所选的为标准椭圆形封头，

所以K=1

将确定的参数代入公式

设计厚度=9.10+1.0=10.10mm式（2.5）

名义厚度=10.10+1+∆=11.10+∆