夹套反应釜的设计.docx

1、夹套反应釜的设计一、 关于夹套反应釜设计任务说明-（2）二、 夹套反应釜设计-（3）1.夹套反应釜的总体结构-（3）2.罐体和夹套的设计-（3）3.反应釜的搅拌装置-（13）4.反应釜的传动装置-（16）5反应釜的轴封装置-（22）6反应釜其它附件-（23）三、 附表-（28）1 筒体的容积、面积和质量-（28）2 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸-（28）四、 参考-（29）五、 附图-（30） 关于夹套反应釜设计任务说明本设计根据化工设备的机械理论知识，参照给顶工艺参数，科学合理地设计出符合要求的夹套反应釜，其涉及的内容如下：一总体结构设计。根据工艺要求并考虑制造安装和维护检修的方便

2、，确定各部分结构形式。二搅拌容器的设计；三传动系统的设计；四决定并选择轴封类型及有关零部件；五绘图；六编制技术要求，提出制造、装机、检验和试车方面的要求。应用标准技术条件的可标注文件号。设计中需注意以下几点：一 对相关的数据进行正确的计算和校核；二 需查获资料的数据必须精确可靠；三 读图正确，构想主体模型；四 对工艺给定外的隐含条件必需考虑，如环境因素等；五 对构件的形式进行合理的选择；六 制图时比例适当，数据精确，符合要求；在化工、石油化工、炼油、轻工、制药、食品等工业领域中采用大量的设备。但这些设备由于生产过程中所起的作用及工作原理不同，要求设备的形状、尺寸、结构型式也不同，所以对化工容器

3、进行设计是必需的一个过程。在设计中不仅要熟练掌握化工设备的基础知识，还要正确把握其工艺特性及工程的定量、定性地核算夹套反应釜设计1 夹套反应釜的总体结构带搅拌的夹套反应釜是化学、医药及食品等工业中常用的典型反应设备之一。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。一台带搅拌的夹套反应釜。它主要由搅拌容器、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，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置

4、的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；封头装置为动密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。2 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。罐体和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。夹套传热是一种应用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。2.1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

5、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D11200mm，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。2.2罐体几何尺寸计算2.2.1确定筒体内径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，=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1。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1.72.52.2.2确定封头尺寸椭圆封头选标准件，它的内径与筒体内径相同D1=15

6、00mm、封头厚度因为钢号为Q235-A所以，封头厚度封头百出高度h2=25mm、封头容积V封=0.4860m32.2.3确定筒体高度H1反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度H1按下式计算并进行圆整。 式2式中V封封头容积（见附表2），m3；V1m1米高筒体容积（见附表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H=1400mm。 式3式中V封封头容积（见附表2），m3；V1m1米高筒体容积（见附表1），m3/m。H1圆整后的筒体高度,m。2.3夹套的几何尺寸计算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

7、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=1600mm 表2夹套直径D2 mmD1500600700180020003000D2D1+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。夹套高H2由传热面积决定，不能低于料液高。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所以取=0.80。物料反应平稳或物料粘度较大十，应取大值，=0.80.85所以取0.80。夹套高H2按下式估算。 式4式中V封封头容积（见附表2），m3；V1m1米高筒体容积（见附表1），m3/m。夹套所包围的罐体的表面积（筒体

8、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5式中F筒筒体表面积，F筒=H2F1m=1.14.715=5.1865F封封头表面积（见附表2），F封=2.5568F1m1m高内表面积（见附表1），/m，F=F封+F筒=2.5568+5.1865=7.74335满足要求。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。2.4夹套反应釜的强度计算2.4.1强度计算的原则及依据强度计算应考虑以下几种情况。（1） 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

9、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；（2） 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；（3） 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。2.4.2按内压对筒体和封头进行强度计算液柱静压力p1H=10-6gh=10-69.

10、81 (h1+h2+h3)= 0.0147 MPa计算压力p1c=p1+p1h=0.3+0.0147=0.3147MPa计算压力p2c=p2=0.35罐体筒体计算厚度夹套筒体计算厚罐体封头计算厚度夹套封头计算厚度厚度附加量C=C1+C2=2+0.6=2.6罐体筒体设计厚度1c=1+C1=2.46+2.6=5.06mm夹套筒体设计厚度2c=2+C1=2.92+2.6=5.52mm罐体封头设计厚度/1c=/1+C1=2.46+2.6=5.06mm夹套封头设计厚度/2c=/2+C1=2.918+2.6=5.518mm2.4.3按外压对筒体和封头进行强度校核罐体筒体有效厚度1e=1n-C=8-2.8=

11、5.2mm罐体筒体外径D1O=D1+21n=1500+28=1516mm筒体计算长度L=H2+1/3h1+h2=1100+1/3375+25=1250mm系数L/D1O=1250/1516=0.8245系数D1O/1e=1516/5.2=291.54许用外压力罐体筒体有效厚度1e=1n-C10-2.8=7.2mm罐体筒体外径D1O=D1+21n=1500+210=1520mm筒体计算长度L=H2+1/3h1+h2=1100+1/3375+25=1250mm系数L/D1O=1250/1520=0.822系数D1O/1e=1520/7.2=211.11许用外压力罐体封头有效厚度/1e=/1n-C1

12、0-2.8=7.2mm罐体封头外径D/1O=D/1+2/1n=1100+1/3375+25=1250mm标准椭圆封头当量球壳外半径R/1O=0.9D/1O=0.91520=1368mm系数许用外压力罐体封头名义厚度/1n=10mm2.4.4水压实验校核计算罐体实验压力夹套水压实验压力罐体圆筒应力夹套内压实验应力2.5夹套反应釜设计计算数据一览表2.5.1几何尺寸表3步骤项目及代号参数及结果备 注1-11-21-31-41-51-61-71-81-91-101-111-121-131-141-151-161-171-181-191-20全容积V，m3操作面积V1,m3传热面积F,釜体形式封头形式

13、长径比初算筒体内径圆整筒体内径D1,一米高的容积V1m,m3釜体封头容积V1封,m3釜体高度H1=(VV1封)/V1m,m圆整釜体高度H1,mm实际容积V=V1mH1+V1封,m3夹套筒体内径D2,mm装料系数=V操/V或按=0.60.85选取夹套筒体高度H2(VV1封)/V1m,m圆整夹套筒体高度H2,mm罐体封头表面积F1封,m2一米高筒体内表面积F1m,m2实际总传热面积F=F1mH2+F1封，m23.02.55圆筒形椭圆形1.11.51515001.7780.4861.41414002.97516000.81.07611002.55684.7157.74335由工艺条件决定由工艺条件决

14、定由工艺条件决定常用结构常用结构按表1选取按式1选取按附表1选取按附表1选取按附表2选取按式2计算选取按式3计算按表2选取计算按式4计算选取按附表2选取按附表1选取按式5校核2.5.2强度计算（按内压计算厚度）表4步骤项目及代号参数及结果备 注2-12-22-32-42-52-62-72-82-92-102-112-122-132-142-152-162-172-182-192-202-212-222-232-242-252-26设备材料设计压力（罐体内）p1,MPa设计压力（夹套内）p2,MPa设计温度（罐体内）t1,设计温度（夹套内）t2,液柱静压力p1H=10-6gh,MPa计算压力p1

15、c=p1+p1h,MPa液柱静压力p2H,MPa计算压力p2c=p2罐体及夹套焊接接头系数设计温度下材料许用应力t,MPa罐体筒体计算厚度夹套筒体计算厚罐体封头计算厚度夹套封头计算厚度钢板厚度负偏差C1,mm腐蚀裕量C2,mm厚度附加量C=C1+C2罐体筒体设计厚度1c=1+C1,mm夹套筒体设计厚度2c=2+C1,mm罐体封头设计厚度/1c=/1+C1,mm夹套封头设计厚度/2c=/2+C1,mm罐体筒体名义厚度1n,mm夹套筒体名义厚度2n,mm罐体封头名义厚度/1n,mm夹套封头名义厚度/2n,mmQ235-A0.30.351001200.01470.314700.350.851132.

16、462.922.462.9180.62.02.65.065.525.525.5186666据工艺条件或腐蚀情况确定由工艺条件给定由工艺条件给定由工艺条件给定由工艺条件给定按参考文献1第八章计算计算忽略计算那参考文献1表9-6选取按参考文献1表9-4或9-5选取按参考文献1第九章计算按参考文献1第九章计算按参考文献1第十章计算按参考文献1第十章计算按参考文献1表9-109-11选取按参考文献1第九章计算按参考文献1第九章计算按参考文献1第九章计算按参考文献1第九章计算按参考文献1第十章计算按参考文献1第十章计算圆整选取圆整选取圆整选取圆整选取2.5.3稳定性校核（按外压校核厚度）表5序号项目及代

17、号参数及结果备注3-13-23-33-43-53-63-73-83-93-103-113-123-133-143-153-163-173-183-193-203-213-223-233-243-253-263-273-283-293-30罐体筒体名义厚度1n,mm厚度附加量C=C1+C2罐体筒体有效厚度1e=1n-C,mm罐体筒体外径D1O=D1+21n,mm筒体计算长度L=H2+1/3h1+h2,mm系数L/D1O系数D1O/1e系数A系数B许用外压力罐体筒体名义厚度1n,mm厚度附加量C=C1+C2罐体筒体有效厚度1e=1n-C,mm罐体筒体外径D1O=D1+21n,mm筒体计算长度L=H

18、2+1/3h1+h2,mm系数L/D1O系数D1O/1e系数A系数B许用外压力罐体筒体名义厚度1n,mm罐体封头名义厚度/1n,mm厚度附加量C=C1+C2罐体封头有效厚度/1e=/1n-C,mm罐体封头外径D/1O=D/1+2/1n,mm标准椭圆封头当量球壳外半径R/1O=0.9D/1O,mm系数系数B许用外压力罐体封头名义厚度/1n,mm82.85.2151612500.8245291.540.0003240.1410.3510102.87.2152013680.00066910.4770.3510假设按参考文献1表9-109-11选取按参考文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算按参考

19、文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算查参考文献1图11-5查参考文献1图11-8按参考文献1第十一章计算失稳，重设名义厚度假设按参考文献1表9-109-11选取按参考文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算查参考文献1图11-5查参考文献1图11-8按参考文献1第十一章计算稳定确定假设按参考文献1表9-109-11选取按参考文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算查参考文献1图11-5查参考文献1图11-8按参考文献1第十一章计算稳定确定2.5.4水压实验校核表6序

20、号项目及代号参数及结果备注4-14-24-34-44-54-6罐体实验压力夹套水压实验压力材料屈服点应力S,MPaT0.9S,MPa罐体圆筒应力夹套内压实验应力0.250.292235179.826.17179.832.59178.8按参考文献1第九章计算按参考文献1第九章计算按参考文献1第九章计算按参考文献1第九章计算按参考文献1第九章计算按参考文献1第九章计算3.反应釜的搅拌装置搅拌装置由搅拌器、轴及其支承组成。搅拌器的型式主要有：桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式等。根据设计任务书及搅拌器型式选用表选取。搅拌器型式选用表（摘自HG/T2056994）表7工艺过程类别控制因素适用搅

21、拌器型式D1/DJH0/DJ调和（低粘度均相液体混合）容积循环速率推进式、涡轮式推进式：4:13:1涡轮式：6:13:1不限分散（非均相液体混合）液滴大小（分散度）容积循环速率涡轮式3.5:13:11:11:23.1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形结构。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。为防螺纹腐蚀可加轴头保护帽见附图1、2。推进式搅拌器DJ常取内径D1的1/51/2，DJ=0.251500=375mm，N/n=4/300=0.0133200r/min的，还要进行临界转速的校核。（1）搅拌轴的材料：用45号钢。（2）搅拌轴的结构：常用实心

22、或空心直轴，其结构型式根据轴上安装的搅拌器类型、支承的结构和数量、以及与联轴器的连接要求而定，还要考虑腐蚀等因素的影响。介质为盐类无腐蚀性。轴上安装一层搅拌器。搅拌器的轴头需车削台肩，开键槽，轴端还要车螺纹。表9机架代号搅拌轴轴端尺寸DJ型h1h2h3h4d0d1d2M1d3d4R1t1b1HH2质量，kgDJ3511331524354242.8M451.54550146860034078（3）搅拌器强度校核通常搅拌轴强度校核计算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面积粗糙程度要求：一般搅拌轴要求运转平稳，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

23、控制轴的直度。当转速n=300r/min时，直线度允差1000:0.1。轴的配合面的配合公差和表面粗糙度可按所配零件的标准要求选取。（5）搅拌轴的支承，一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。为保证搅拌轴悬臂稳定性没，轴的悬臂长L1、轴径d和两轴承间距B应满足下列关系：L1/B45；L1/d4050L14050 L112801600 所以L1=1280H1符合要求1280/B45 B256320 所以B取260mm若轴封处能起支承作用，B应算至轴封处，当d的裕量较小和轴转速较高的L1/B及L1/d取偏小值。反应釜搅拌轴的滚动轴承，通常根据转速、载荷的大小及轴径d选择，高转速、轻载荷可选用角接触

24、球轴承。低速、重载荷可选用圆锥滚子轴承。常用轴承型号及主要尺寸见附表3附表5。安装轴承的公差带常采用K6，外壳孔的公差带长采用H7。安装轴承处的轴配合表面粗糙度Ra取0.81.6，外壳孔与轴承配合表面粗糙度取16。成对安装的轴承，当温度变化较大时，应优先采用背对背安装。（6）搅拌器的临界转速校核计算。搅拌轴上装有搅拌器，往往由于结构不对称，加工安装有误差等原因，使回转中心离开其几何轴线而产生回转离心力，使轴受到周期性载荷干扰。当周期载荷的频率与搅拌轴的自然频率接近时，轴便发生剧烈振动，这种现象称为轴的共振。产生共振时，搅拌轴的转速称为临界转速。一般搅拌轴常设计呈刚性轴，使n（0.750.8）nc1。当轴上装有单层且经过很好平衡的搅拌器时，其一阶临界转速nc1为： 其中E=2.01105106Pa W1=4.59N n=300r/min则有 0.75 nc1=370.1r/min n0.75 nc1搅拌轴符合要求式中 E轴材料弹性模量，Pa； I轴的惯性矩，I=1/64（d）2，m4； d轴径，m；0.032； B两支点间距离，m；0.26； W1搅拌器重，N； L1搅拌器外伸端长度，m。搅拌轴的强度计算步骤一览表见下表：表10步骤项目及代号参数及结果备注1轴功率P,kW4由工艺条件确定2轴转数n,r/min