化工设备机械基础课程设计夹套反应釜023838.docx

1、化工设备机械基础课程设计夹套反应釜023838广州大学化学化工学院本科学生化工设备机械基础课程设计实验课程 化工设备机械基础课程设计实验项目 夹套反应釜设计专业 班级学号 姓名指导教师及职称开课学期 2013 至 2014 学年 第一 学期时 间 2014 年 1 月 6 日 1 月 17 日夹套反应釜设计任务书设计者姓名 : 班级： 学号：指导老师姓名： 日期： 2014年01月10号一、 设计内容设计一台夹套传热式的反应釜二、 设计参数和技术特性指标简图与说明比例设计参数及其要求容器内夹套内工作压力 /MPa设计压力 /MPa0.20.4工作温度 / 设计温度 / 110150染料介质及有

2、冷却水或蒸汽溶剂全容积 /m35操作容积 /m34传热面积 /m29腐蚀情况微弱推荐材料Q235B（316）搅拌器型式桨式搅拌轴转速 /（r/min）50轴功率 /kW1.4条件内容修改接管表修改标记修改内容签字日期符号公称尺寸DN连接面型式用途A25RF蒸汽入口B100RF加料口C100RF视镜D25RF温度计接口单位名称E25RF压缩空气接口工程名称F80RF加料口设计项目G25RF冷凝水出口条件标号H设备图号M位号 / 台数N提出人日期备注三、 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、 选择接管、管法兰、设备法兰、手孔、视镜等容器附件4、 绘总装配图 参考

3、图见插页附图前言化工设备机械基础 是针对化学工程、 制药工程类专业以及其他相近的非机 械类专业，对化学设备的机械知识和设计能力的要求而编写的。 通过此课程的学习， 是通过学习使同学掌握基本的设计理论并且具有设计钢制典型的中、低、常压化工 容器的设计和必要的机械基础知识。化工设备机械基础课程设计是 化工设备机械基础 课程教学中综合性和实践 性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学 习初次尝试化工机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自 主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、 查取数据、进行过程和设备的设计计算，并

4、要对自己的选择做出论证和核算，经过 反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。化工设备课程设计师培养学生设计能力的重要事件教学环节。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，当学生首次完成该课程设计后应达到 以下几个目的：(1)熟练掌握查血文献资料、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。(2)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，并提出保证该过程正常、安全可行所需的检测和

5、计 量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。(3)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。(4)用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图标来表达自己的设计思想和计算结果。化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。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。概述 5第一章 罐体和夹套的设计 61、 罐体和夹套的结构设计-62、 罐体的几何尺寸 6（ 1） 确定筒体内径2） 确定封头尺寸（ 3） 确定筒体高度 63、 夹套的几何尺寸 7（ 1） 确定夹

6、套内径 7（ 2） 确定夹套高度 74、 夹套反应釜的强度计算1） 强度计算的原则及依据（ 2） 按内压对筒体和封头进行强度计算 8（ 3） 按外压对筒体和封头进行强度校核 9（ 4） 水压试验校核计算-105、 夹套反应釜设计计算数据一览表 10（ 1） 几何尺寸 10（ 2） 强度计算 11（ 3） 稳定性校核（按外压校核厚度）4） 水压试验校核13第二章 反应釜其它附件 141、 支座2、手孔和人孔-143、 15设备接口 15（ 1） 设备法兰2） 接管和管法兰16（ 3） 补强圈 16（ 4） 液料出料管和过夹套的物料进出口 164、 视镜 17参考文献本设计根据化工设备的机械理论知

7、识，参照给顶工艺参数，科学合理地设计出 符合要求的夹套反应釜，其涉及的内容如下：（ 1） 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，如封头型式、传热面积、搅拌类型、传动形式、轴封和 各种附件的结构形式。（ 2） 容器的设计 其主要内容有：a） 根据工艺参数确定各部分几何尺寸；b） 考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；c） 对罐体、夹套等进行强度和稳定性计算、校核；（ 3） 相关附件的选择 包括视镜、法兰手孔和人孔。（ 4） 绘图 包括装配图、部件图和零件图。如标准零件、部件，写出标准号及 标记，不必绘图。（5）编制技术要求 提出制造、装配、检验

8、和试车等方面的要求。采用标准技 术条件标注文号。本设备按照 GB1 50 1998钢制压力容器进行制造、实验和验收，并接受国 家质量技术监督局颁发的压力容器安全技术监督规程的监督。2.焊接采用电弧焊。3.焊接接头型式及尺寸处图中注明外，按 GB 985 88 规定；角焊缝的腰高按 薄板的厚度；法兰焊接按相应的法兰的标准中的规定。4.筒体、封头及其相连接的对接焊接接头应进行 X射线探伤检查， 检测长度不 得少于各条焊接接头长度的 20%，且不小于 250mm，级为合格。5.设备制造完毕后，设备内以 0.55Mpa（表压）进行水压试验，合格后焊接夹 套，夹套以 0.65Mpa（表压）进行水压试验。

9、6.设备上凸缘与安装底座的连接表面，应在组焊后加工。7.设备组装后，在搅拌轴上端轴封处测定轴的径向摆动量不得大于 0.5mm，搅拌轴轴向窜动量不得大 3 mm。8.设备组装后，低于临界转速时，先运转十五分钟后，以水代料，并使设备 内达到工作压力；超过临界转速时，直接以水代料，严禁空远转，并使设备内达到 工作压力，进行试运转，时间不少一小时。在运转过程中，不得有不正常的噪音和 振动灯不良现象。10. 管口及支座方位按本图（或管口及支座方位见管口方位图）第一章 罐体和夹套的设计1、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。 罐底通常为椭圆形

10、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，用以支承搅拌器及其传动装 置。顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种筒体内径 D11000mm，宜采用可拆连接。当要求可拆时做成法兰连接。夹套的形式与罐体相同。2、罐体几何尺寸计算（1）、确定筒体内径将釜体视为圆柱形筒体， 一般由工艺条件给定容积 V、筒体内径 D1按式 1估算：式1式中 V工艺条件给定容积， m3;i 长径比， i=H1/D1=1.1 （按物料的类型选取，见表 1 ）当 D1 估算值圆整到公称直径系列，见附表 D-1。取 D1=1700mm表1种类设备内物料类型I一般搅

11、拌釜液-固相或液 -液相物料11.3气- 液相物料12发酵罐类1.7 2.5（2）、确定封头尺寸封头选用椭圆封头，型号是 JB/T 4746-2002公称直径 DN / mm总深度 H/mm内表面积 A/m2容积 V/ m3直边高度 h/mm17004503.26620.699925（3）、确定筒体高度立式反应釜釜体的容积通常是指圆柱形筒体和下封头包含的容积，即： V=V筒+V封。DN=1800m时m，查表得 V封=0.6999m3,V1m=2.270m3式中 V封封头容积（见附表 D-2）， m3；V1m 1米高的筒体容积（见附表 D-1），m3/m。当筒体高度确定后，应按圆整后的筒体高度修

12、正实际容积，则圆整后的釜体高度H1=1900m。m式3式中 V封封头容积（见附表 D-2）， m3；V1m 1米高筒体容积（见附表 D-1）， m3/m。H1圆整后的筒体高度 ,m。3、夹套几何尺寸计算（1）夹套内径 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。夹套的内径 D2可根据筒体内径 D1选取 D2=D1+100=1800mm表2 夹套直径D2 （mm）D1500600700180020003000D2D1+50D1+100D1+200夹套下封头型式同罐体封头，其直径 D2与夹套筒体相同（2）夹套高度夹套高 H2由传热面积决定，不能低于料液高。通常

13、由工艺给定装料系数，或根据 已知操作容积和全容积进行计算，即 =操作容积 / 全容积。装料系数 没有给定， 则应合理选用装料系数 的值，尽量提高设备利用率。通常取 =0.6 0.85 。如物料在反应过程中要起泡或呈沸腾状态， 应取低值， =0.6 0.7 ；如物料反应平稳 或物料粘度较大时， 应取大值， =0.80.85所以 取0.8 。夹套高H2按下式估算。H 2 （ V V封）/V1m （0.8 5 0.6999） / 2.270 1.454m 1500mm 式4式中 V封封头容积（见附表 D-2）， m3；V1m 1米高筒体容积（见附表 D-1），m3/m。夹套所包围的罐体的表面积 （筒

14、体表面积 F筒+封头表面积 F封）一定要大于工艺要求的 传热面积 F，即式中F筒筒体表面积， F筒=H2F1m=1.55.34=8.01 F封封头表面积（见附表 D-2）， F封=3.2662F1m 1m高内表面积（见附表 D-1）， /m，F=F封+F筒=3.2662+8.01=11.2762 9满足要求。 式5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。平密封面法 兰见附图 1。4、夹套反应釜的强度计算（1）强度计算的原则及依据当夹套的反应釜几何尺寸确定后，则根据已知的公称直径、设计压力和设计温度进 行

15、强度计算，确定罐体及夹套和封头的厚度。强度计算应考虑以下几种情况。a.圆筒内为常压外带夹套时：当圆筒的公称直径 DN600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；b.圆筒内为真空外带夹套时：当圆筒的公称直径 DN600时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力+0.1MPa）圆筒设计，其余部分按真空设计；当圆筒的公称直径 DN600时，全部筒体按外压（指夹套压力 +0.1MPa）圆筒 设计；c.圆筒内为正压外带夹套时：当圆筒体的公称直径 DN600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。当圆筒的公称直径

16、DN 600时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算， 取其中 最大值。（2）按内压对筒体和封头进行强度计算由工艺条件及微弱的腐蚀情况， 确定设备的材料为 Q235R（3-16），由工艺知罐 体内的设计压力 p1 0.2MPa ，夹套内的设计压力 p2=0.4MPa罐体的设计温度 t1 120，夹套的设计温度 t2 3800mm, min=D1/1000+4mm2 对高合金钢制容器 min 不小于 2mm故取最小厚度作为计算厚度 1=1=min=2D1/1000=2 1700/1000=3.4mm 2= 2 = min=4.0+0.5=4.5mm查文献1 表9-10，得 C1=0.50mm查文献

17、1, 取单面腐蚀，得 C2=1mm罐体筒体设计厚度1d= 1+C2=3.4+1=4.4mm夹套筒体设计厚度2d= 2+C2=4.0+1=5mm罐体封头设计厚度/1d=/ 1+C2=3.4+1=4.4mm夹套封头设计厚度/2d=/ 2+C2=4.0+1=5mm罐体筒体名义厚度1n= 1d=4.4mm min- 1 =3.4-2.06=1.340.5=C1夹套筒体名义厚度2n= 2d=5.5mm min- 1=4.5-4.0=0.50.5=C1罐体封头名义厚度/ 1n=/ 1d=4.4mm min- 2 =3.4-2.06=1.340.5=C1夹套封头名义厚度/ 2n=/ 2d=5.5mm min

18、- 2=4.5-4.0=0.50.5=C1(3)按外压对筒体和封头进行强度校核1 罐体筒体名义厚度 1n= 1d=4.4mm厚度附加量 C=C1+C2=0.50+1=1.50mm罐体筒体有效厚度 1e= 1n-C=4.4-1.5=2.9mm罐体筒体外径 D0=D1-21n=1700+2 4.4=1708.8mm筒体计算长度 L=H2+1/3h1=1500+1/3450=1650mm系数 L/D0=1650/1708.8=0.966系数 D0/ e=1708.8/2.9=589系数 A=0.000095系数 B，无数据0.02150.4许用外压 所以 4.4mm的钢板不能用2 假设名义厚度为 1

19、2mm，由表可知 C1 0.8mm ，则 厚度附加量 C=C1+C2=0.80+1=1.80mm罐体筒体的有效厚度 1e=1n-C=12-1.8=10.2mm 罐体筒体外径 D0=D1-21n=1700+2 12=1724 mm 筒体计算长度 L=H2+1/3h1=1500+1/3450=1650mm系数 L/D0=1650/1724=0.957系数 D0/ e=1724/10.2=169系数 A=0.00066MPa系数 B=92MPa故容器稳定性满足要求3 假设罐体封头的名义厚度为 12mm，由表可知 C1 0.8mm，则 厚度附加量 C=C1+C2=0.80+1=1.80mm罐体封头的有

20、效厚度 1e= 1n-C=12-1.8=10.2mm罐体封头外径 D0=D1-21n=1700+212=1724 mm标准椭圆封头当量球壳半径 R0=0.9DO=0.9 1724=1552mm系数 B=112MPa故椭圆形封头稳定性满足要求(4)水压试验校核计算罐体试验压力 p1T 1.25p1 t 1.25 0.2 0.25MPa t夹套水压试验压力 p2T 1.25p2 t 1.25 0.4 0.5MPa t查文献得 s=235MPa, T0.9 ?s=169.2MPa罐体圆筒应力 1T p1T(D1 1e)0.25(1700 10.2) 20.96MPa 169.2MPa2 1e2 10

21、.2故筒体水压校核合格夹套内压试验应力 2T p2T(D 2 2e)0.5(1800 10.2) 44.37MPa 9按公式 5 计算2）强度计算强度计算（按内压计算罐体及夹套厚度）步骤项目代号参数及结果备注2-1设备材料Q235R（316）根据工艺条件或者腐蚀情况确定2-2设计压力（罐体内） p1，MPa0.3由工艺条件决定2-3设计压力（夹套内） p2，Mpa0.4由工艺条件决定2-4设计温度（罐体内） t1 ，110由工艺条件决定2-5设计温度（夹套内） t2 ，C12-24夹套筒体名义厚度2n,mm5.5min- 2=4.5 -4.0C12-25罐体封头名义厚度2n,mm4.4min- 3=3.4 -2.06C12-26夹套封头名义厚度2n,mm5.5min- 4=4.5 -4.0C1(3) 稳定性校核稳定性校核(按外压校核罐体厚度)步骤项目及代号参数及结果备注3-1罐体筒体名义厚度 ,mm4.4根据计算结果假设3-2厚度附加量 C=C1+C21.5根据文献 1 第九章计算3-3罐体筒体有效厚度 e=n-C,mm2.9根据文献 1 第九章计算3-4罐体筒体外径 D0=D1+2n,mm1708.8根据文献 1 第十一章计算3-5筒体计算长度 L=H2+1/