化工设备罐体和夹套的设计.docx

1、化工设备罐体和夹套的设计罐体和夹套的设计 夹套式反应釜是由罐体和夹套两大部分组成。 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 是一种最普遍的外部传热方式。 它是一个套在罐体外面能形成密封空 间的容器，既简单又方便。罐体合夹套的设计主要包括其结构设计， 各部件几何尺寸的确定和强 度的计算与校核。罐体和夹套的结构设计 罐体一般是立式圆筒形容器， 有顶盖，筒体和罐底，通过支座安装在 基础或平台上。顶盖在受压状态下操作选用椭圆形封头， （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， 在薄钢板上加设型钢制的横梁， 用以支撑搅拌器及其

2、传动装置。 顶盖 与罐底分别与筒体相连。 罐底与筒体的连接采用焊接连接。 顶盖与筒 体的连接形式为可拆连接。夹套的型式与罐体相同。罐体几何尺寸计算确定筒体内径工艺条件给定容积 V 、筒体内径估算 D1：式中V工艺条件给定容积，m3 ；Hli长径比，i=将D1估算值圆整到公称直径1000mm确定封头尺寸椭圆封头选标准件内径与筒体内径相同曲边高度hi=250mm直边高度h2=25mm内径面积 A=1.625m2封头容积 V=0.1505m3封头厚度一山质量血厂汀阳乜确 定 筒 体式中圆整后的筒体高度为1500则反应釜容积 p - V. . X - V, - 15- j. 15i： 5 1. 323

3、 JU-式中夹套几何尺寸计算夹套和筒体的连接常焊接成密封结构夹套的安装尺寸通常在一一丄川。夹套内径吩-1 1厂；门门夹套下封头型式同罐体封头，其直径 I与夹套筒体封头相同为1100mm通常取加汕I夹 套 高式中夹 套 所 包 围 的 筒 体 表 面 积1.1625 + 3.5581F 4.721 if式中 2- 11- J. 1 1 . J . U： 1米高内封头表面积查表为一/丄夹套反应釜的强度计算强度计算的原则及依据强度计算中各参数的选取及计算，均应符合 GB 150- 1988钢制压 力容器的规定。夹套反应釜设计计算举例几何尺寸步骤项目及代号参数及结果备注1-1全容积V, m31.3由工

4、艺条件给定1-2操作容积V1, m31.299由工艺条件给定1-3传热面积F, m24由工艺条件给定1-4釜体形式圆筒形常用结构1-5封头形式椭圆形常用结构1-6长径比1.4按表4-2选取1-7初算筒体内径，m1058按式4-1计算1-8圆整筒体内径1000按附表4-1选取1-9米高的容积V1m , m30.785按附表4-1选取1-10釜体封头容积0.1505按附表4-2选取1-11釜 体 高 度1.464按式4-1计算1-12圆整釜体高度1500按式4-1计算1-13实际容积1.328按式4-2计算1-14夹套筒体内径B ，mm1100按式4-2计算1-15装料系数耳14，或按7? = 0

5、-6-0 85选取0.8选取1-16夹套筒体高度H2 ，m1.133按式4-2计算1-17圆整夹套筒体高度比，mm1100选取1-18罐体封头表面积21.1625按附表4-2选取1-19米咼筒体内表面积，I：23.14按附表4-1选取1-20实际总传热面积2 , 24.721按式4-5校核强度计算（按内压计算厚度）步 项目及代号骤2-1设备材料2-2设计压力（罐体内）P1,2-3设计压力（夹套内）P2,2-4设计温度（罐体内）t1，2-5设计温度（夹套内）t2,2-6液柱静压力2-7计算压力MPa2-8液柱静压力MPa2-9计算压力2-10罐体及夹套焊接接头系数02-11设计温度下材料需用应力

6、汀，2-12罐体筒体计算厚度2-13夹套筒体计算厚度2-14罐 体 封 头 计 算 厚2-15夹 套 封 头 计 算 厚2-16钢板厚度负偏差C1, mm2-17腐蚀裕量C2, mm2-18厚度附加量C1 +C2, mm2-19罐体筒体设计厚度2-20夹套筒体设计厚度2-21罐体封头设计厚度2-222-23罐体筒体名义厚度，mm2-24夹套筒体名义厚度2-25罐体封头名义厚度mm2-26夹套封头名义厚度 n, mm稳定性校核（按外压校核厚度）序号项目及代号参数 及 结 果备注3-1罐体筒体名义厚度3-2厚度附加量C1 +C2，mm3-3罐体筒体有效厚度3-4罐体筒体外径3-5筒体计算长度3-6

7、系数】。3-710/系数心3-8系数A3-9系数B3-10许用外压力3-11罐体筒体名义厚度, mm3-12厚度附加量C1 +C2, mm3-13罐体筒体有效厚度3-14罐体筒体外径3-15筒体计算长度3-16系数血3-17Dr/ 系数3-18系数A3-19系数B3-20许用外压力3-21罐体筒体名义厚度，mm3-22罐体封头名义厚度3-23厚度附加量Ci +C2, mm3-24罐体筒体有效厚度3-25罐体筒体外径3-26标准椭圆封头当量球壳外半径，mm3-27系 数_ 0.125R) !A 儿 ，-MPa3-28系数B3-29许用外应力,MPa3-30罐体封头名义厚度水压试验校核序号项目及代

8、号参数及结果备注4-1罐体试验压力阳十说晋Mpa4-2夹套水压试验压力P- = 1-25P MPa4-3材料屈服点应力心，4-44-5罐体圆筒应力“ PlT(D1+fflJIT =4-6夹套内压试验应力匸2臥 ，反应釜的搅拌装置推进式搅拌装置是调和低粘度均相液体混合的。主要利用容积循环速 率来控制，则不限。搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计推进式搅拌器类似风扇扇叶结构。它与轴的连接是通过轴套用平键或 紧定螺钉固定，轴端加固定螺母，为防止螺纹腐蚀可加轴头保护帽。直径，常取罐体内径：的 ，二*宀 fminDj = 300mm d. = 40mm d】=80mm dQ = M12 d = 12m

9、m t = 43.6 H = 65mm m = 3.62kg搅拌轴设计搅拌轴的机械设计主要是结构设计（包括轴的支撑结构）和强度校核，我们选定的反应釜转速n200r/min的，需要进行临街转速校核。1）搅拌轴的材料：选用45号钢，材料选用20Rn。2）搅拌轴的结构：连接推进式搅拌器，轴头需削台肩，开键槽，轴端还要车螺纹。安装搅拌器的部分称为搅拌轴或下轴，与减速机输出轴相连的轴通常称为传动轴或上轴。与联轴器配合的轴头结 构，按联轴器的要求而定。3)搅拌轴强度校核，通常搅拌轴强度校核计算常与轴结构设计同时 进行，边画图，边计算，边修改。4)搅拌轴的形位公差和表明粗糙度要求： 一般搅拌轴要求运转平稳，

10、 为防止轴的弯曲对轴封处的不利影响，因此轴安装和加工要控制 轴的直度。该反应釜的转速 n=200r/min 时，直线度允差 1000：0.15)搅拌轴的支撑，一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。当 搅拌轴的长度较长时，轴的刚度条件变坏。搅拌轴的支撑常采用滚动轴承。成对安装的轴承，温度变化较大时， 应优先采用背对背安装。6)搅拌轴的临近转速校核计算。搅拌轴上安装有搅拌器，往往由于 结构不对称、加工安装有误等原因，使回转中心离开其几何轴线 而产生回转离心力，使轴收到周期性载荷干扰。当周期载荷频率 与搅拌轴的自然频率接近时，轴便发生剧烈震动，这种现象称为轴共振序号项目及代号参数及结果备注1轴功率

11、P, kW2轴转数n， /nrin口3轴材料4轴所传递的扭矩T = 9.55 X 10Gn ，N.mm5材料许用扭转剪应力】，6系数Ao7轴端直径，mm8开一个键槽，轴径扩大 5%，mm9圆整轴端直径d,mm反应釜的传动装置反应釜的搅拌器是由传动装置来带动的。 传动装置通常设置再釜顶封 头的上部。反应釜传动装置的设计内容一般包括： 电机、减速机的选 型；选择联轴器；选用和设计机架和底座等。常用电机及其连接尺寸 搅拌设备选用电动机的问题主要是确定系列、 功率、转速以及安装形 式和防爆要求等几项内容。该反应釜选用 Y 系列全封闭自扇冷式三 相异步电动机。 电机功率必须满足搅拌器运转功率与传动系统、

12、 轴封 系统功率损失的要求， 还要考虑有时在搅拌操中会出现不利条件造成 的功率过大。电机功率可按下式确定：釜用减速机类型、标准及其选用反应釜用的立式减速机， 主要的类型有谐波减速机、 摆线针轮行星减 速机、二级齿轮减速机和 V 带传动减速机，他们大多有标准，在这 里选用的是 V 带减速机V 带减速器根据课程设计的特点，选择 V 带，其特点是：结构简单，制造方便， 价格低廉，能防止过载，噪声小。但不适合用于防爆场合。步骤设计项目单位公式及数据备注1传动的额定功率P2小皮带轮转速n13大皮带轮转速巳4工况系数Ka5设计功率Pd6选V带型号7速比i8小皮带轮计算直径d19验算带速卩10小皮带轮计算直

13、径d111验算带速卩12滑动率E13大皮带轮计算直径d214初定中心距015带的基准长度L血16确定中心距n确定安装V带 时所需最小中心距ff min和最 大中心距包max17小皮带轮包角b 118单根V带额定功率P11920包角修正系数丘21带长修正系数反22V带根数z凸缘法兰凸缘法兰一般焊接于搅拌容器封头上， 用于连接搅拌传动装置，亦可 兼作安装、维修、检查用孔。凸缘法兰分整体和衬里俩种结构形式， 密封面分凸面和凹面两种。安装底盖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 整个搅拌传动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，其他结构、密封面形式以及

14、传动 轴的安装形式以按 HG 21565- 95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。机架是安放减速机用的，它与减速机底座尺寸应匹配。V带减速机自 带机架， 选用其他类型标准釜用减速机按标准选配机架。 因为减速器 输出与搅拌器之间采用弹性联轴器连接，所以该设计选用 DJ 单支点 机架。联轴器 电机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌器之间的连接， 都 是通过联轴器连接的。该设计选用刚性凸缘联轴器。反应釜的轴封装置 轴封是搅拌设备的一个重要组成部分。 其任务是保证搅拌设备内处于 一定的正压和真空状态以及防止反应物料溢出和杂质的渗入。 鉴于搅 拌设

15、备以立式容器中心顶插式搅拌为主， 很少满釜操作， 轴封的对象 主要为气体；而且搅拌设备由于反应工程复杂，轴的偏摆震动大，运 转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于搅拌设备上。 反应釜搅拌轴处的密封， 属于动密封， 常用的有填料密封和机械密封 俩种形式，他们都有标准，设计时可根据要求直接选用。填料密封填料密封是搅拌设备最早采用的一种轴封结构。 它的基本结构是由填 料、填料箱、压盖、压紧螺栓及油杯等组成。因其结构简单、易于制 造，在搅拌设备上得到广泛应用。采 用 填 料 密 封 时 ， 应 优先 选 用 标 准 填 料 箱 。 标 准填 料 箱 中HG21537.792 为碳钢填料箱。填料

16、箱密封的选用还应注意以下几方面：1)当填料箱的结构和填料的材料选择合理，并有良好润滑和冷却条 件时，可用于较高的工作压力、温度和转速条件下；2)当填料无冷却、润滑时，转轴线速度不应超过 1m/s；3)当搅拌容器内介质温度大于 200时，应对填料密封进行有效冷 却；4)当从填料箱油杯中压注密封润滑液时，润滑液压力一般应略高于 被密封介质的压力 ,以防止容器内介质的泄露；采用密封润滑液 时，润滑液流入容器内对工艺性能有影响时，应在填料箱下端轴 上设置储油杯；5)填料箱一般可不设支撑套，应将搅拌轴的支撑设置在机架上。反应釜的其他附件支座夹套反应釜多为立式安装， 我们选用的支座为耳式支座。 标准耳式支

17、 座分为 A 型和 B 型，该反应釜选择的是 B 型。每台反应釜常用 4 个支座， 但作承重计算时， 考虑到安装误差造成的 受力情况变坏，应按俩个支座计算。手孔和人孔 手孔和人孔的设置是为了安装、拆卸、清晰和检修设备内部的装置。手孔直径一般为150mm250mm,应使工人带上手套并握有工具的手 能方便的通过。当设备的直径大于900mm时，应开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形俩种。圆形人孔制造方便，应用较为广泛。人孔的大小机位置应 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 便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。手孔和人孔的种类较多，该反应釜选用带颈平焊法兰手孔。设备接口化工容

18、器及设备， 往往由于工艺操作等原因， 再筒体和封头上需要开 一些各种用途的孔。接管与管法兰 接管和管法兰是用来与管道或其他设备连接的。 标准管法兰的主要参 数是公称直径（DN）和公称压力（PN）。接管的伸出长度一般为从法兰封面到壳体外径为 150mm,当考虑设备保温等要求时，可取伸出长度为 200mm。管法兰选用了： 板式平焊法兰和带颈平焊法兰。 法兰的封面形式主要 有凸面、凹凸面、榫槽面三种。补强圈容器开孔后由于壳体材料的削弱,出现开孔应力几种现象。因此,要 考虑补强。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 失的一种最常用形式。 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） ,焊接后通入压缩空气, 以检查焊缝的气密性。 补强圈的厚度 和材料一般均与设备壳体相同。液体出料管出料管结构设计主要从物料易放尽、阻力小和不易堵塞等因素考虑。 另外还要考虑温差应力的影响。夹套进气管当夹套装设进气管时, 为防止气体直冲管壁,影响罐体强度。所以选 择夹套进气管。视镜视镜主要用来观察设备内物料及其反应情况,也可作为料面指示镜, 一般成对使用，当视镜需要斜装或设备直径较小时，采用带颈视镜 该反应釜选用的为带颈视镜。