化工设备机械基础课程设计夹套反应釜.docx

1、化工设备机械基础课程设计夹套反应釜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介质染料及有溶剂冷却水或蒸

2、汽全容积/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G25 RF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、 绘总装配图参考图见插页附图前 言 化工

3、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，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比

4、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

5、)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-6（2） 确定封头尺寸-6（3） 确定筒体高度-63、 夹套的几何尺寸-7（1） 确定夹套内径-7（2） 确定夹套高度-74、 夹套反应釜的强度

6、计算-8（1） 强度计算的原则及依据-8（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）-12（4） 水压试验校核-13第二章 反应釜其它附件-141、 支座-142、 手孔和人孔-153、 设备接口-15（1） 设备法兰-15（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-18概 述本设计根据化工设备的机械理论知识，参照给顶工艺参数，科学合理

7、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、检验和试车等方面的要求。采用标准技术条件标注文

8、号。本设备按照GB 1501998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 98588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。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

9、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

10、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一般搅拌釜液-固相或液-液相物料11.3气-液相物料12发酵罐类1.72.5（2）、确定封头尺寸封头选用椭圆封头，型号是

11、JB/T 4746-2002公称直径总深度H/mm内表面积容积V/ 直边高度17004503.26620.699925（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=1800mm时，查表得V封=0.6999m3,V1m=2.270m3 式2式中V封封头容积（见附表D-2），m3；V1m1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正实际容积，则圆整后的釜体高度H1=1900mm。 式3式中V封封头容积（见附表D-2），m3；V1m1米高筒体容积（见附表D-1），m3/m。H1圆整后的筒体高度,m。3

12、、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=0.60.85。如物料在反应过程中要起泡或呈

13、沸腾状态，应取低值，=0.60.7；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。 式4式中V封封头容积（见附表D-2），m3； V1m1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=8.01F封封头表面积（见附表D-2），F封=3.2662F1m1m高内表面积（见附表D-1），/m，F=F封+F筒=3.2662+8.01=11.27629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

14、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

15、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DN600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，夹套内的设计压力p2=0.4MPa罐体的设计温度t1120，夹套的设计温度t20.5=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=/

16、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-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+24.4=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

17、数B，无数据许用外压0.02150.4所以4.4mm的钢板不能用。假设名义厚度为12mm，由表可知 ，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+212=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许用外压故容器稳定性满足要求假设罐体封头的名义厚度为12mm，由表可知，则厚度附加量C=C1+C2=0.80+1=1.

18、80mm罐体封头的有效厚度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=0.91724=1552mm系数MPa系数B=112MPa许用外压故椭圆形封头稳定性满足要求罐体封头的最小厚度min=0.15%D1=0.15%1700=2.55mme=10.2mm满足要求。（4）水压试验校核计算罐体试验压力夹套水压试验压力查文献得s=235MPa,T0.9?s=169.2MPa罐体圆筒应力169.2MPa故筒体水压校核合格夹套内压试验应力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）t2，150由工艺条件决定2-6液柱静压力p1H=10-6gh,MPa0.01862根据文献1第九章计算2-7