完美升级版夹套反应釜毕业论文任务Word下载.docx
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在教师指导下，通过课程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。
因此，当学生该课程设计后，应达到一下几个目的：
⑴熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。
⑵在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可行所需的检测和计量参数。
⑶准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。
⑷用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。
课程设计是一项很繁琐的设计工作。
除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。
设计任务书
设计目的：
把所学《化工设备及技术》及相关知识，在课程设计中综合运用，把化工工艺条件与化工设备设计有机地结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。
设计要求：
（1）进行罐体和夹套设计计算
（2）进行搅拌传动系统设计a.进行传动系统方案设计;
b.做传动设计计算;
c.进行上轴的结构设计和强度校核;
d.选择联轴器;
e.进行罐内搅拌轴的结构设计及搅拌器与搅拌轴的连接结构设计;
f.选择轴封的型式
（3）设计机架结构
（4）选择凸缘法兰结构
（5）选择接管\管法兰\设备法兰\试镜等容器附件
（6）绘总装配图（纸）
设计内容：
设计一台夹套反应釜。
设计参数要求
容器内
夹套内
工作压力，
0.4
0.5
设计压力，
0.44
0.55
工作温度，℃
100
130
设计温度，℃
120
150
介质
染料及有机溶剂
冷却水或蒸汽
全容积V，m³
0.9
传热面积，m³
3.5175
腐蚀情况
微弱
推荐材料
Q345R
搅拌器型式
推进式
搅拌轴转速，rmin
200
轴功率，KW
4
接管表
符号
公称尺寸
连接面形式
用途
A
25
PLRF
蒸汽入口
B
65
加料口
C1、C2
C2cc
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
1．设计方案的分析和拟定
根据任务书中的要求，一个夹套反应釜主要有搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管等一些附件构成。
而搅拌容器又可以分为罐体和夹套两部分。
搅拌装置分为搅拌器和搅拌轴，根据任务说明书的要求本次设计搅拌器为推进式搅拌器；
考虑到填料轴封的实用性和应用的广泛性，所以轴封采用填料轴封。
在阅读了设计任务书后,按以下内容和步骤进行夹套反应釜的机械设计。
（1）总体结构设计,包括进行罐体和夹套设计计算。
根据工艺的要求，并考虑到制造安装和维护检修的方便来确定各部分结构形式。
（2）搅拌器传动系统的设计。
①根据工艺参数确定各部几何尺寸；
②考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；
③对罐体、夹套进行强度和稳定性计算、校核；
（3）传动系统设计，包括选择电机、确定传动类型、选择联轴器等。
（4）决定并选择轴封类型及有关零部件。
（5）绘图，包括总图、部件图。
（6）编制技术要求，提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。
2罐体和夹套的结构设计
罐体一般采用立式的圆筒形容器，有顶盖，筒体和罐体构成。
通过支座安装在基础平台上。
封头一般采用椭圆形封头。
顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头，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制的横梁，用以支撑搅拌器及其传动装置。
顶盖与罐体分别于筒体相连。
罐体与筒体的连接常采用焊接连接，顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种。
由于筒体内径Di<
1200mm，因此下封头与筒体的连接采用焊接连接。
而为了拆卸清洗方便，上封头采用法兰与筒体连接。
夹套型式与罐体大体一致。
3．罐体几何尺寸计算
1.确定筒体内径
一般由工艺条件给定容积V、筒体内径，已知V=1.0m3
将Di圆整到公称直径系列
式中i为长径比即：
，由表4-2选取。
常用搅拌容器的高径比
种类
筒体内物料类型
高径比i
反应釜、混合槽、溶解槽
液-液或液-固体系
1-1.3
反应釜、分散槽
气-液体系
1-2
聚合釜
悬浮液、乳化液
2.08-3.85
搅拌发酵罐
1.7-2.5
4.确定封头尺寸
椭圆封头选取标准件，它的内径与筒体内径相同，标准椭圆封头尺寸见附表4-2.即DN=D1=1000（mm）
椭圆封头选取标准件见图2-1，它的内径于筒体内径相同，其厚度计算并向上圆整，常用标准椭圆封头尺寸见表D-2，质量见表D-3.准可知：
曲边高度，直边高度
5.确定筒体高度
圆整
验算在1~1.3之间
查表得
实际容积
6.夹套几何尺寸计算
1.夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据
安装和工艺两方面的要求而定。
夹套的安装尺寸，夹套内径D2
可根据筒体内径D1按下表4-3选取，夹套下封头型式同筒体封
头，直径D2与夹套筒体相同。
夹套直径D单位mm
500~600
700~1800
2000~3000
D+50
D+100
D+200
2.夹套高H2有传热面积而决定，不能低于料液高，
装料系数：
η=操作容积全容积因物料反应较平静，，取较大值
夹套高H2计算：
H2=（ηV-V封）V1m代入数值计算
7.夹套的连接形式
整体夹套和罐体有两种连接型式，即可拆卸式和不可拆卸式。
而不可拆卸式夹套连接型式有多种，考虑到罐体材质是不锈钢，而夹套是普通碳钢，在结构上避免不锈钢罐体与碳钢的夹套直接焊接，以防止在焊缝处渗入过量碳元素使不锈钢产生局部腐蚀。
选用如下结构型式：
1.内筒及夹套的受力分析
工艺提供的条件为：
釜体内筒中设计压力为0.385MP，夹套内设计压力为0.495MP，则夹套筒体和夹套封头承受0.495MP内压：
而内筒的筒体和下封头既承受0.385MP内压，同时又承受0.495MP外压，其最恶劣的工作条件为：
停止操作时，内筒无压而夹套内仍有蒸汽压力，此时内筒承受0.495MP外压。
2.夹套反应釜的强度计算
夹套反应釜几何尺寸确定后，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。
3.强度计算的原则及依据
制压力容器》的规定。
（1）圆筒内为常压外带套时
当圆筒公称直径时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力）圆筒设计，其余部分按常压设计；
（2）圆筒内为真空外带夹套时
当圆筒公称直径时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力）圆筒设计，其余部分按真空设计；
当圆筒公称直径时，全部筒体按外压（指夹套压力）筒体设计；
（3）圆筒内为正压外带夹套时
当圆筒公称直径时，被夹套包围部分的筒体分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值；
其余部分按内压圆筒设计。
当圆筒公称直径时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。
8.强度计算（按内压对筒体和封头进行强度校核）
罐体和夹套材料选用,设计温度t1=170℃（容器内），t2=200℃（夹套内）；
设计压力0.33MP（容器内），0.44MP（夹套内）。
焊接接头系数取
材料16MnR在设计温度下许用应力为（假设厚度在6-7mm）
罐体简体计算厚度
筒体设计厚夹套度
罐体封头厚度
夹套封头
16MnR为低合金钢，其最小厚度
腐蚀裕量
罐体筒体设计厚度
夹套筒体
罐体封头
夹套封头
查表得：
（钢板厚度6-7mm）
罐体简体名义厚度
夹套封头名义厚度
对低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于，若加上的腐蚀裕量，名义厚度至少应取。
由钢材标准规格，名义厚度取为。
9.稳定性校核
1.罐体筒体名义厚度
厚度附加量
罐体筒体有效厚度
罐体筒体外径
筒体计算厚度
许用外压力
计算失稳，重设名义厚度
2.罐体筒体名义厚度（假设）
钢板厚度负偏差
罐体筒体有效厚度
罐体筒体外
筒体计算长度
查表得A=0.0068B=82
许用外压
3.罐体筒体名义厚度（假设）
查表得A=0.0011B=130
稳定性满足要求
假设厚度满足要求，
4.设计封头的厚度
（1）椭圆封头
封头名义厚度
封头钢板厚度负偏差
封头厚度附加量
罐体封头有效厚度
罐体封头外径
标准椭圆封头当量球壳外半径
罐体封头最小厚度
（2）平板封头
查表得
平盖系数
平板形封头的焊接接头系数
平板形封头计算厚
腐蚀余量
设计厚度
所以平板封头厚度
10.水压试验校核
罐体试验压力
夹套水压试验压力
查表得
材料屈服点应力
罐体圆筒应力
<
263.93MPa
所以罐体水压强度足够
夹套内压试验压
所以夹套水压强度足够
11.搅拌器选型
在课程设计中，常选用两种搅拌器，桨式搅拌器和推进式搅拌器。
由本设计课题给定条件，选推进式搅拌器。
推进式搅拌器多为三叶式，旋转方向不同可分为左旋式和右旋式。
推进式搅拌器常以单层安装，一般安装在与下封头焊缝等高的位置上。
它与轴的的链接是通过轴套用平键或紧定螺钉固定，轴端加固定螺母。
推进式搅拌器的主要尺寸
，D=50,d=90,
12.传动装置设计
反应釜的传动装置是为搅拌器提供动力和运动的。
传动装置一般包括：
电动机，变速器，联轴器，搅拌轴，机架，安装底座及凸缘法兰等。
当搅拌轴较长时，为加工和安装方便，常将搅拌轴分段制造。
安装搅拌器的部分称搅拌轴或下轴，与搅拌器输出轴相连的部分为传动轴或上轴。
搅拌轴与传动轴采用刚性联轴器连成一整体轴。
反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。
传动装置设置在釜顶封头的上部，其设计内容一般包括：
电机；
减速机的选型；
选择联轴器；
选用和设计机架和底座等。
电动机的选型
搅拌设备通常采用电动机驱动。
确定电动机型号应根据搅拌轴功率，安装形式和周围工作环境等因素确定。
最常用的为Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机；
当有防爆要求时，可采用YB系列。
Y系列三相异步电动机主要技术要求数据见表E-5，表E-6列出基本安装型式为B35型的主要连接型式及外形尺寸
减速器的选型
常用减速装置有齿轮减速器、涡轮减速器、V带以及摆线针齿行星减速器等。
根据n=200rmin,P=4W.查表4-9，选择减速器种类。
电动机选用Y132M2-6,减速器选用DC系列圆柱齿轮减速机HG3139.3，与电动机直接相连，轴封选用填料密封。
允许正反旋转，可采用夹壳联轴器或弹性块式联轴器与搅拌轴连接；
不允许承受外加轴向载荷或只允许使用在搅拌轴向力较小的场合，可用于有爆要求的场合，与电动机直连供应。
13.机架的选用
立式搅拌设备传动装置是通过机架安装在搅拌设备封头上的，机架内应留有足够的位置，以容纳联轴器、轴封装置等部件，并保证安装操作所需要的空间。
大多数情况下，机架中间轴承装置，以改善搅拌轴的支撑条件。
机架下端采用螺柱与安装底盖连接，机架的公称直径一般等于或小于安装底盖的公称直径。
安装底盖与凸缘法兰、机架和轴封有关系。
单支点机架的选用条件
a）电动机或减速器有一个支点，经核算可承受搅拌轴的载荷；
b）搅拌容器内设置地轴承，作为一个支点；
c）轴封本体设有可以作为支点的轴承；
d）在搅拌容器内，轴中部设有导向轴承，可作为一个支点的。
当按上述条件选用单支点机架时，减速器输出轴与搅拌轴之间采用弹性联轴器连接；
当不具备上述条件而选用单支点机架时，减速器输出轴与搅拌轴之间采用刚性联轴器连接。
机架的选型的主要尺寸：
（mm）查表E-8得：
机架代号DJ45
14.甲型平焊法兰选取
当筒体与上封头用法兰连接时，常采用甲型平焊法兰连接，这是压力容器法兰中的一种，甲型平焊法兰密封面结构常用平密封面和凹凸密封面两种。
此设计选用平密封面，其主要尺寸见表D-4
表D-4甲型平焊法兰系列尺寸mm
公称直径DN
D1
D2
D3
D4
d
规格
厚度
1000
1130
1090
1055
1045
1042
23
M20
15、挡板
挡板是一种常用的搅拌附件之一。
当搅拌器沿容器中心线安装，搅拌物料的黏度不大，搅拌转速较高时，液体将随着桨叶旋转方向一起运动，容器中心部分的液面下降，形成漩涡，降低混合效果。
为了消除这种现象，通常在容器中加入挡板，把回转的窃向流改变为径向和轴向流动，增加了流动的剪切强度，改善搅挡板沿罐壁均匀分布直立安装。
与罐体下封头的切线齐平。
16.安装底盖的选取
安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌装置与容器连接的主要连接件。
安装底盖的常用形式为RS和LRS型，其他结构、密封面型式以及传动轴的安装型式，按HGT21565选取。
安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同。
形式选取时应注意与凸缘法兰的密封面配合。
安装底盖的主要尺寸见表D-7和表D-8。
表D-7安装底盖的尺寸
安装底盖公称直径DN
机架公称直径
d2
k
d5
d6
S
300
445
400
12~22
320
50
17.凸缘法兰的选取
凸缘法兰一般焊接于搅拌容器封头上，用于连接搅拌装置，亦可兼作安装，维修，检查用孔。
凸缘法兰分整体和衬里两种结构形式，密封面分突面和凹面两种。
凸缘法兰的主要尺寸见表D-6。
表D-6凸缘法兰主要尺寸
公称直径
d1
d3
d4
h1
h2
h4
280
325
350
36
5
18.搅拌轴设计
1.搅拌轴的选材
搅拌轴的设计包括材料的选用，结构确定，支承条件确定和强度计算等内容。
搅拌轴的材料以45钢应用最广，当介质有腐蚀等要求时用采用不锈钢材料。
当搅拌轴分段安装时，搅拌轴和传动轴可根据其接触介质的情况，分别采用不同的材料。
2.搅拌轴的结构
搅拌轴的结构可采用实心轴或空心轴，结构形式根据轴上安装的搅拌器类型；
支承的结构和数量以及与联轴器的链接要求而定，还要考虑腐蚀等因素的影响。
链接推进式和涡轮式搅拌器的轴头需车削台肩，开键槽，轴端还要车螺纹。
3.确定轴的直径
已知：
轴功率p=4kw
轴转数n=200rmin
轴材料45钢
轴所传递的转矩
材料许用扭转切应力
查表得A=115
最小直径确定：
开一个键槽，轴径扩大5%，d=32.78mm
圆整轴的直径d=42mm
由结构确定轴的各段直径分别为
4.轴长度的确定
：
段比螺母稍长
=55mm
5.轴承的选取
轴承同时承受径向力及轴向力的作用，转速较高，轻载荷
可选用角接触轴承。
初选轴承7213C，查表E-2，其尺寸为d*D*B=65*120*23
搅拌轴与上轴采用联轴器连接，当选用刚性联轴器时，两轴当作一个整体进行设计和校核，依靠上轴的一个轴承作为支撑。
当搅拌轴的转速小于等于200rmin，无需进行临界转速校核
6.键的选取
键1：
连接搅拌轴和搅拌桨之间的键d=50mm
键2:
联轴器之间的键d=45mm
根据轴的直径查表选取键，选择键1为b=14,；
——抗扭断面系数，；
——降低后的扭转许用剪应力，M
mm
即强度符合要求
查表知：
表3-1常用轴材料的许用切应力
轴的材料
Q23520
27535
45
（调质）
（退火）
MPa
12-20
20-30
30-40
40-52
18-24
40-50
15-25
注：
表中是考虑了弯曲等影响后的许用应力。
转动中弯矩较小的取较大值，弯矩大的取较小值；
轴径大的取较小值，轴径小的取较大值；
操作条件好的取教大值，操作条件差的取较小值；
采用20、35钢时可取较大值。
2.刚度校核
由
式中—剪切弹性模量，对于碳钢及合金钢
—在精密稳定的传动中，可取；
一般传动和搅拌轴的计算可选；
对精度要求低的传动可选。
得：
=39.1mm
因39.1mm<
40mm
所以刚度满足要求
19.凸缘联轴器
常用的电机和减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接的，并传递运动和转矩的。
联轴器分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类。
常用的联轴器有弹性块式联轴器，刚性凸缘联轴器、夹壳联轴器和紧箍夹壳联轴器等，刚性凸缘联轴器主要形式和尺寸见表E-10。
搅拌轴分段时，其自身的连接必须采用刚性联轴器，搅拌轴与变速器或电动机出轴间的联轴器按轴的不同的支承条件进行选取。
扭矩Tc=KAT=1.7×
191=324.7N.m,（查表15-1，确定Ka为1.7）又，查表15-5,确定联轴器的型号TL7，公称转矩=500N.M
所以确定轴承的最小直径为45mm
联轴器示意图如下：
表E-4凸缘联轴器主要尺寸
型号
公称转矩【n】r.min
轴孔直径d1、d2
轴孔长度L（J型）
b
b1
s
GY6
900
84
140
80
56
8
20.支座
夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。
标准耳式支座分为A型、B型和C型三种，当设备需要保温或直接支撑在在楼板上时选B型或C型，否则选A型。
查图D-6，选择2号支座，查表D-9得：
、mm
地脚螺栓：
30-M24.
21.设备接口
化工容器及设备，往往由于工艺操作等原因，在筒体和封头上需要开一些各种用途的孔。
1.液体进料口
液体进料管一般从顶盖引入。
进料管应伸进罐体内并且下端的开口截成45度角，开口方向朝着设备中心，以防冲刷罐体，减少物料对壁面的腐蚀。
常见结构有固定式；
可拆式，进料管能够抽出，清洗、检修比较方便，用于易磨蚀、堵塞的物料；
管上开小口是为了防止虹吸现象。
2.液体出料口
出料管结构设计主要从物料易放进、阻力小和不易堵塞等
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