反应釜总体结构设计毕业设计6.docx
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反应釜总体结构设计毕业设计6
反应釜总体结构设计毕业设计6
1前言
1.1课题介绍
搅拌设备使用历史悠久，广泛应用于化工、医药、食品、采矿、造纸、涂料、冶金、废水处理等行业中。
搅拌器除用作化学反应器和生物反应器外，搅拌反应器还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。
在化工容器制造过程中，一台压力容器从设计到投入运行，要经过设计、制造、检验、安装、运行监督和维修等多个环节，设计是其中一个十分重要的环节。
设计的正确、合理与否，不仅涉及到制造、检验等环节的难易程度，影响到压力容器的制造成本和运转费用，而且直接关系到产品运行的可靠性。
1.2课题研究背景及发展趋势
压力容器从产生到现在，大约可以分为三个阶段：
第一阶段,主要表现在20世纪初，随着石油化学工业的发展，所以一些应用于化工生产的中、低压力容器的设计与试验应用，主要是薄壁容器的碳钢容器及部分不锈钢容器的应用。
第二阶段，21世纪50年代以后，随着世界经济的飞速发展，压力容器有广泛的应用于工业、农业、军工及民用等许多部门，这时的压力容器不能单独地构成一台设备，它内部必须装入为完成某一化工单元操作所需的内件，诸如合成塔、分离器、热交换器及特殊工艺的高压容器。
第三阶段，21世纪的中国等发展中国家，制造也的发展是社会发展、经济提高的基础。
但随着世界性的能源危机，许多国家正在大力的开发能源，一方面加紧开发煤气和天然气，另一方面积极发展核能发电，这些能源装置需要大量的高压容器和超高压容器。
预计在不久的将来，高压容器的设计理论与制造技术将会成为我们所要掌握的关键部分。
1.3机械搅拌设备的组成
机械搅拌设备由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。
搅拌容器包括釜体、封头、内构件以及各种用途的开孔接管等，在运行过程中与搅拌机共同完成介质的悬浮、分散、乳化、混匀、溶解、吸收、萃取、化学反应以及传热等物理、化学反应。
搅拌机包括传动装置、搅拌器、搅拌轴、轴封等。
1.4课题设计内容、设计参数及生产工艺
0>.容
搅拌容器：
1.壳体材料的选择以及厚度的计算和校核；
2.上下封头型式的确定以及厚度的计算和校核；
3.管口开孔补强计算及接管规格的确定；
4.容器支座的确定.
搅拌机：
1.搅拌器的选型及校核；
2.搅拌轴的计算及选材；
3.传动装置的选择；
4.电机功率的计算；
5.搅拌轴封的型式确定及材料选用.
.数
设计压力：
0.6MPa;
设计温度：
35℃
水的密度：
1000kg/m3
有机物的密度：
835kg/m3
水的粘度：
1×10-3N?
?
s/m3
有机物的粘度：
0.802×10-3N?
?
s/m3
水的重量分率：
0.8
有机物的重量分率：
0.2
混合物表面张力：
30×10-3N/m
搅拌器转速：
130r/min
2.反应釜总体结构设计
搅拌压力容器的结构和计算按GB150的规定。
反应釜的机械设计是在工艺设计之后进行的，设计依据是工艺提出的要求和条件。
设计工艺条件一般包括反应釜的全容积、最大工作压力、工作温度、介质腐蚀性、搅拌形式、转速和功率、工艺接管尺寸方位等,而这些条件都是由用户提供的。
反应釜设备主要用于医药，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。
该反应釜主要由筒体、封头、搅拌轴、搅拌器、电动机、减速机、联轴器、轴承组件、填料箱、机架等部件组成。
在阅读了设计任务书之后，按以下内容和步骤进行搅拌反应釜的机械设计。
总体结构设计。
根据工艺要求并考虑制造、安装和维护检修的方便，确定各部分结构形式，如封头形式、传动类型、轴封和各种附件的结构形式。
搅拌容器的设计。
根据工艺参数确定各部分几何尺寸；
考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体材料；
对罐体、封头等进行强度和稳定性计算、校核。
传动装置设计，包括选择电动机、确定传动类型、选择减速机、联轴器、机架及支座设计等。
决定并选择轴封类型及有关零部件。
绘图，包括总装图、部件图和零件图。
编制技术要求，提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。
反应釜结构简图见图2.1：
图2.1反应釜总图
2.1搅拌容器的设计
搅拌容器的结构和设计按GB150-1998《钢制压力容器》的规定。
.器的几何尺寸计算
搅拌容器罐体一般是立式圆筒容器，有顶盖、筒体和封头，通常支座安装在基础或平台上。
罐底通常为椭圆形封头。
顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头。
..1计算筒体的内径D
一般由工艺条件给定容积v,筒体的内径可按如下公式计算
其中V表示工艺条件给定的容积，,此处V3
i表示长径比（按物料类型选取,见下表）
表2.1几种搅拌釜的长径比i值
种类设备内物料类型i一般搅拌釜液-固相或液-液相物料1～1.3气-液相物料1～2发酵罐类1.2～2.5
代入数据并进行计算得
将D估算值圆整到公称直径，取D1400mm
..2确定封头的形式及尺寸
本搅拌反应釜的封头采用标准椭圆封头，且椭圆封头的内径与筒体的内径相同，故DN1400mm
封头形状如下图二：
图2.2标准椭圆封头形状及其尺寸
查以内径为公称直径的椭圆封头的形式和尺寸表得
h1350mmh225mmV0.3977
..3确定筒体的高度H
反应釜容积通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。
故筒体高度可以按如下公式计算
式中V表示封头容积，
V表示1m高筒体的体积，
查椭圆形封头尺寸表得V0.3977
查筒体的容积、面积和质量表得V1.539
代入数据计算得H圆整得H1.7m
故与取定值符合
当筒体高度确定后，应按圆整后的筒体高度修正实际容积，则
.器筒体内压计算
..1计算条件
设计压力P0.6
液柱静压
故计算压力P0.6Mpa当液柱静压力小于设计压力的5%时，液柱静压力可以忽略不计
设计温度t35℃
内径D1400mm
焊接接头系数取
筒体材料：
Q235-B热轧（板材）
..2厚度计算
计算厚度：
钢板厚度负偏差C取1mm
腐蚀裕量C取2mm
则设计厚度
名义厚度向上圆整到8mm
有效厚度
..3压力试验时应力校核
压力试验类型：
液压试验
试验压力值：
式中：
表示试验温度下许用应力，113Mpa
表示设计温度下许用应力，113Mpa
压力试验允许通过的应力水平
试验温度下屈服点
试验压力下圆筒的应力：
校核条件：
校核结果：
合格
..4压力及应力计算
最大允许工作压力
设计温度下计算应力
校核条件
校核结论：
合格
2．1．3搅拌容器上下封头内压计算
..1计算条件
上下封头都为校准椭圆封头，且符合JB/T4746-2002《压力容器封头》要求
设计压力p0.6Mpa
设计温度t35℃
内径D1400mm
焊接接头系数
曲面高度
材料：
Q235-B热轧（板材）
试验温度许用应力
设计温度许用应力
钢板厚度负偏差
复试裕量
..2厚度计算
形状系数
计算厚度
则设计厚度
名义厚度向上圆整到8mm
有效厚度
满足设计要求
..3压力计算
最大允许工作压力
最大允许工作压力计算压力
校核结论：
合格
.管开孔补强计算
人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。
当设备直径大于900mm是应开设人孔。
人孔的形状有圆形和椭圆形两种。
圆形人孔制造方便，应用较为广泛。
人孔的大小及位置应以人进出设备方便为原则，对于反应釜，还要考虑搅拌器的尺寸，以便搅拌轴能通过人孔放入罐体内。
容器开孔后由于壳体材料的削弱，出现开孔应力集中现象。
因此，要考虑加强。
补强圈就是用来弥补设备壳体因开孔过大而造成的强度损失的一种常用形式。
补强圈形状应与被补强部分相符，使之与设备壳体密切贴合，焊接后能与壳体同时受力。
补强圈上有一小螺纹孔（M10），焊后通入空气，以检查焊缝的气密性。
补强圈的厚度和材料一般与设备壳体相同。
..1接管规格：
f,
..1.1设计条件
设计压力
设计温度℃
壳体型式：
椭圆形封头
接管材料：
Q235-B热轧板材
补强圈材料名称：
Q235-B热轧
壳体开孔处焊接接头系数：
1
壳体内直径：
D1400mm
壳体开孔处名义厚度：
壳体厚度负偏差
壳体腐蚀裕量
壳体材料许用应力
接管名义厚度：
椭圆封头长短轴之比为2
开孔中心至封头轴线的距离为0mm
接管实际外伸长度
接管实际内伸长度
接管焊接接头系数
接管腐蚀裕量
接管厚度负偏差
接管材料许用应力
补强圈材料许用应力
..1.2开孔补强计算
（a）补强及补强方法判别
补强判别根据下表，允许不另行补强的最大接管外径为89mm。
本开孔外径远大于该值，故需另行考虑其补强。
表2.2不另行补强的接管最小厚度mm
接管公称外径253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0注：
1.钢材的标准抗拉强度下限值时，接管与壳体的连接宜采用全熔透的结构形式;
接管的腐蚀裕量为1mm
补强方法判别
开孔直径
本凸形封头开孔直径d416mm,满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。
b开孔所需补强面积
封头计算厚度由于在椭圆封头中心区域开孔，所以封头计算厚度按下式确定，即
式中按下表取值
表2.3系数
2.62.42.22.01.81.61.41.21.01.181.080.990.900.810.730.650.570.50开孔所需补强面积先计算强度削弱系数，接管有效厚度。
开孔所需补强面积按下式计算，即
c有效补强范围
有效宽度B按如下公式确定
取二者中的大值
故B832mm
有效高度外侧有效高度按如下公式确定
（实际外伸高度）取二者中的小值
故
内侧有效高度按如下公式确定
（实际内伸高度）
故。
d有效补强面积
封头多余金属面积
封头有效厚度
封头多余金属面积按下公式计算
接管多余金属面积
接管厚度
接管多余金属面积按下公式计算
接管区焊缝面积（焊脚取6.0mm）
有效补强面积
e所需另行补强面积
f补强圈设计
根据接管公称直径DN518选补强圈，参照补强圈标准JB/T4736查补强圈尺寸表，取补强圈外径D680mm,内径d430mm。
因B832mmD，补强圈在有效补强范围内。
补强圈厚度为
考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为8mm（与封头厚度相同，便于制造时准备材料）。
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。
接管是用来与管道或其他设备连接的，接管的伸出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm。
本设备需要接管来满足进料和出料。
当采用补强圈补强时，接管厚度可参照下列值选取：
..2接管规格：
a,
..2.1设计条件
设计压力
设计温度℃
壳体型式：
椭圆形封头
接管材料：
Q235-B热轧板材
补强圈材料名称：
Q235-B热轧
壳体开孔处焊接接头系数：
壳体内直径：
D1400mm
壳体开孔处名义厚度：
壳体厚度负偏差
壳体腐蚀裕量
壳体材料许用应力
接管名义厚度：
椭圆封头长短轴之比为2
开孔中心至封头轴线的距离为500mm
接管实际外伸长度
接管实际内伸长度
接管材料名称及类型：
20钢（GB8163）,管材
接管焊接接头系数
接管腐蚀裕量
接管厚度负偏差
接管材料许用应力
补强圈材料许用应力
..1.2开孔补强计算
a补强及补强方法判别
补强判别根据下表，允许不另行补强的最大接管外径为89mm。
本开孔外径大于该值，故需另行考虑其补强。
补强方法判别
开孔直径
d-开孔直径，为在壳体或封头计算厚度中面上通过开孔中心沿各个所考虑截面上测至接管内壁的弦长，并加2倍厚度附加量
本凸形封头开孔直径d166mm,满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。
b开孔所需补强面积
封头计算厚度由于开孔位于以椭圆形封头中心为中心80%封头内直径的范围内，所以封头计算厚度按下式确定，即
开孔所需补强面积先计算强度削弱系数，故取
接管有效厚度。
开孔所需补强面积按下式计算，即
c有效补强范围
有效宽度B按如下公式确定
取二者中的大值
故B332mm
有效高度外侧有效高度按如下公式确定
（实际外伸高度）取二者中的小值
故
内侧有效高度按如下公式确定
（实际内伸高度）
故。
d有效补强面积
封头多余金属面积
封头有效厚度
封头多余金属面积按下公式计算
接管多余金属面积计算
接管厚度
接管多余金属面积按下公式计算
接管区焊缝面积（焊脚取6.0mm）
有效补强面积
e所需另行补强面积
f补强圈设计
根据接管公称直径DN150选补强圈，参照补强圈标准JB/T4736取补强圈外径D300mm,内径d170mm。
因B332mmD，补强圈在有效补强范围内。
补强圈厚度为
考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为4mm，但为便于制造时准备材料，补强圈名义厚度也可取为封头的厚度，即取
2.2反应釜搅拌装置设计
搅拌装置由搅拌器、搅拌轴及其支承等组成。
.的设计
搅拌器又称搅拌浆或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件。
其功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。
..1搅拌器的结构设计
为了提供能量与造成液体的流动状态，搅拌器必须有合理的结构和足够的强度。
所谓的结构指叶片的几何尺寸及安装位置要合理，叶片的制造工艺合理，叶片与搅拌轴的连接方式稳妥可靠，叶片安装检修方便。
搅拌器的选型一般从三个方面考虑：
搅拌目的、物料粘度和搅拌容器容积的大小。
选用是除满足工艺要求外，还应考虑功耗、操作费用，以及制造、维护和检修等因素。
根据给定的工艺条件，综合考虑各方面的因素，本文设计的搅拌器为推进式结构。
推进式搅拌器结构简单，制造方便，适用于黏度低、流量大的场合，利用较小的搅拌功率通过高转速的桨叶能够获得较好的搅拌效果。
..2计算条件
搅拌器直径:
DJ400mm
符合标准要求：
～0.5
搅拌器的桨叶数：
搅拌器距离容器底部的高度：
C0.5mm,
..3搅拌器结构图及其主要尺寸：
结构图如下：
图2.3推进式搅拌器
表2.4推进式搅拌器主要尺寸
DJdd1d0键槽H质量，
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