化工课件设计夹套反应釜课件设计2文档.docx
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化工课件设计夹套反应釜课件设计2文档
化工设备机械基础课程设计
题目：
1m3夹套反应釜设计
学院:
化学与材料工程学院
专 业:
化学工程
班 级:
10化工
姓名:
学号:
10111003101
指导老师:
完成日期:
2012年6月1日
夹套反应釜设计任务书
设计者：
班级：
10化工学号：
10111003101
指导老师：
日期：
一、设计内容
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
25
加料口
c
80
视镜
d
65
温度计管口
e
25
压缩空气入口
f
40
放料口
g
25
冷凝水出口
h
100
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
计算,得
=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
计算，得
=（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
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
计算，得
夹套筒体计算厚度按式
计算，得
罐体封头计算厚度按式
计算，得
夹套封头计算厚度按式
计算，得
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
计算，得
=1.04+2.0=3.04mm
夹套筒体设计厚度按式
计算，得
=1.72+2.0=3.72mm
罐体封头设计厚
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