安徽理工大学制药工程化工设备立式反应釜课程设计方案内容朱文权

1、反应釜设计的有关内容由设计条件单可知，设计的反应釜体积为1.2 m3 、操作体积为 0.96 m3 ；搅拌装置配制的电机功率为 1.5 KW 、搅拌轴的转速为100 r / min 、搅拌桨的形式为 桨式 ；加热的方式为用夹套内的导热油进行电加热；装置上设有7 个工艺接管、 2 个视镜、 4 个耳式支座、 8个电加热器套管、1 个人孔、 2 个测控接管。反应釜设计的内容主要有：（ 1）釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计；（ 2）夹套的的强度、刚度计算和结构设计；（ 3）设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰；（ 4）人孔的选型及补强计算；（ 5）支座选型及验算；（ 6）视镜的选型；（ 7

2、）焊缝的结构与尺寸设计；（ 8）电机、减速器的选型；（ 9）搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计；（ 10）选择联轴器；（ 11）设计机架结构及尺寸；（ 12）设计底盖结构及尺寸；（ 13）选择轴封形式；（ 14）绘总装配图及搅拌轴零件图等。1第一章反应釜釜体的设计1.1 釜体 DN 、 PN 的确定1.1.1 釜体 DN 的确定已知L/D2L， L=1.2 D，得i=1.2，由 V=( /4)D iiDi34V341.2Di1.08m ，圆整取 Di 1100mm1.21.2，3.14由文献【 1】表 16-1查得釜体的 DN 1200mm1.1.2 釜体 PN 的确定由于操作压力p 0.3 MPa

3、 故： PN 0.6 MPaW1.2 釜体筒体壁厚的设计1.2.1 设计参数的确定设计压力 p ： p （ 1.051.1） pW ，取 p 1.1 pW =1.10.3MPa；液体静压 pL：由筒体高度L D i =1.2 错误！未找到引用源。1.2=1.44m ,取液体物料的D平均密度为 860kg/ m 3,若按釜内全部充满料液计算液相静压强，则有pL gh = 8609.807 1.44=12145Pa0.0121MPa0.0121.3.14% 5，故可以忽略pL ；因 pL / p =0.03141.10.3计算压力 pc ：pc ppL =p = 1.1 错误！未找到引用源。MPa

4、 ；设计温度 t ： 65 ；焊缝系数： 0.85（局部无损探伤） ；许用应力 t ：根据材料 0Cr18Ni10Ti 、设计温度 65，由文献 【 1】表 14-4 知 t 137 MPa ；钢板负偏差 C1： C1 0.25 mm（查文献【 1】表 14-6， GB6654-96 ）；腐蚀裕量 C2 ： C2 1.0 mm（尚耐腐蚀材料，单面腐蚀；查文献【1】表 14-7）。1.2.2 筒体壁厚的设计2由公式 Snpc DiC 得：2pcSn1.10.31200+0.25+1.0=2.95mm1370.851.120.3圆整Sn3mm刚度校核：不锈钢的Smin3mm考虑筒体的加工壁厚不小于

5、5mm，故筒体的壁厚取Sn5mm1.3 釜体封头的设计1.3.1 封头的选型由文献【 1】表 16-4 选釜体的封头选标准椭球型，代号EHA 、标准 JB/T4746 2002。1.3.2 设计参数的确定p 1.1 pW =1.1 错误！未找到引用源。MPa ；pcppL = p =1.1 错误！未找到引用源。MPa ；由于封头 Di1200mm，故可用整板冲压成型， 1.0；C1 0.25 mm （ GB6654-96 ）；C2 1.0 mm。1.3.3 封头的壁厚设计由公式 Snpc DiC 得t20.5 pcSn1.10.312000.25 1.0 =2.70 mm13710.51.12

6、0.3圆整得 Sn3mm根据规定，取封头壁厚与筒体壁厚一致Sn5mm1.3.4 封头的直边尺寸、体积及重量的确定根据 DN1200 mm ，由文献【 1】表 16- 5 知：直边高度 h1 ： 25 mm3容积 VF： 0.1980 m3总 深 度H =300 mm内表面积 A ： 1.3980 m2质量 m ： 53.7kg1.4 筒体长度 H 的设计1.4.1 筒体长度 H 的设计V VTVF ，VTV VF ， Di 2 H V VF4HVVF =4 (1.20.1980)=1.055 m23.141.124D i圆整得 : H =1055 mm1.4.2 釜体长径比 L / Di的复核

7、L / Di (H h2 )/ Di =10553001.232；满足要求11001.5 外压筒体壁厚的设计1.5.1 设计外压的确定由设计条件单可知，夹套内介质的压力为常压，取设计外压p =0.1 MPa 。1.5.2 试差法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚 Sn 5 mm，则 : Se = Sn C =5-1.25=3.75 mm，Do Di2Sn =1110 mm，由 Lcr1.17DoDo 得： Lcr =1.17 11101110=22343.7 mmSe3.75筒体的计算长度L=H1h1）1（3h 2 =1055+300=1155 mm3Lcr =22343.7 mm L ；故该筒体为短

8、圆筒。圆筒的临界压力为：4pcr2.59ESe22.591.87 1053.752D 011100.309MPa11551110L D03.75Se由P=/m，m=3 得crP =0.309/3=0.103 MPa因 P =0.1 MPaP =0.103 MPa ；所以假设 Sn 5 mm满足稳定性要求。故筒体的壁厚Sn 5 mm。1.5.3 图算法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚Sn 5 mm，则： Se = SnC =5-1.25 = 3.75 mm， DoDi2Sn=1110 mm， D0 / Se1110/ 3.75296 。1筒体的计算长度L = H（ h1h 2）=1055+300/3=

9、11553L / D01155 /11101.041在文献【 1】图 15- 4 中的 L / Do 坐标上找到0.780 的值，由该点作水平线与对应的D0 / Se296 线相交，沿此点再作竖直线与横坐标相交，交点的对应值为：A 000026.。由文献【 1】图 15-7 中选取，在水平坐标中找到A =2.6 10-4 点，由该点作竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再作水平线与右方的纵坐标相交，得到系数B 的值为：B 33MPa、 E =1.87 105 MPaB得：根据 p =Do / Se33=0.111（ MPa ） p =1110 / 3.75因为 p 0.1 MPa p 0.11

10、1MPa ，所以假设 Sn 5 mm合理， 取封头的壁厚Sn 5 mm。由文献【 1】表 16-3 知：DN=1100 mm ，Sn =5 mm的筒体单位高筒节质量约为136kg/m ，则筒体质量为136 1.055=143.48kg51.6 外压封头壁厚的设计1.6.1 设计外压的确定封头的设计外压与筒体相同，即设计外压p =0.1 MPa 。1.6.2 封头壁厚的计算设封头的壁厚Sn =5 mm，则： Se = Sn C = 5-1.25=3.75 （ mm），对于标准椭球形封头K =0.9， RiKDi 0.9 1100=990 mm， Ri / Se =990/3.75A0.1250.

11、125-4查文献【 1】式（ 15-6）可得，计算系数：=990/3.75 = 4.735 10R / Sie由文献【 1】图 15- 7 的水平坐标上找到 A =4.735 10-4点，由该点作竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再作水平线与右方的纵坐标相交，得到系数B 的值为值为：B 5MPa 、 E =1.87 105 MPaB55根据 p =得： p =Ri / Se990/3.75=0.208 MPa 因为 p 0.1 MPa 1.8 时取 1.8pT 1.25 0.33 10.413MPa ， p +0.1= 0.43MPa ， 取 pT =0.43 MPa3.1.2 液压试验的强

12、度校核由pT( DiSnC )max2( SnC )得：0.43（11005-1-0.25）max2 （5 - 1- 0.25）63.3 MPa因max 63.3 MPa 1.8 时取 1.8。ttpT =1.25 0.11 1.0=0.138 MPa ， p +0.1= 0.21 MPa11取 pT =0.21 MPa3.3.2 液压试验的强度校核由pT ( DiSnC )maxC )得：2( Sn因max 31.05 MPa 0.9s=0.9 235 0.85=179.7（ MPa ）故液压强度足够3.3.3 压力表的量程、水温的要求压力表的量程：P 表 = 2 pT =20.21=0.4

13、2 MPa 或 0.315 0.84MPa，水温 5。3.3.4 液压试验的操作过程在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至 0.21 MPa ，保压不低于30min ，然后将压力缓慢降至0.105 MPa ，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。12第四章反应釜附件的选型及尺寸设计4.1 釜体法兰联接结构的设计设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。4.1.1 法兰的设计(1)根据 DN 1100mm、

14、PN 0.6 MPa ，由文献【 1】表 16-9 确定法兰的类型为甲型平焊法兰。标记：法兰FF1200-0.6JB/T4701-2002查文献【 1】表 16-12 可知，材料： 16MnR查文献【 1】表 16-13 可知，螺栓规格：M20 ；螺栓数量： 48（ 2）查文献【 1】图 16-7 可确定法兰的结构，表16-3 可确定法兰的主要尺寸，法兰的结构和主要尺寸如图41 如表 4 1图 4 1 甲型平焊法兰表 4 1 法兰结构尺寸13公称直径DN/ mm法兰 / mm螺栓DD1D2 D3D4d规格数量1100123011901155114111385523M20484.1.2 密封面形

15、式的选型根据 PN 0.6 MPa 1.6 MPa 、介质温度 65和介质的性质，由文献【1】表 1614 可知密封面型式为光滑面。4.1.3 垫片的设计由文献【 1】表 331 页 16-14 得垫片选用耐油橡胶石棉垫片，材料为耐油橡胶石棉板（ GB/T539 ），文献【 2】表 8-5 可确定其结构及尺寸，见图42 和表 4-2图 4-2垫片的结构表 4-2垫片的尺寸D0 / mmdi / mm/ mm1140110034.1.4 螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格及材料本设计选用六角头螺栓（C 级、GB/T5780-2000）、型六角螺母 （ C 级、GB/T41-2000 ）平垫圈（ 100H

16、V 、 GB/T95-2002 ）螺栓长度 L 的计算：螺栓的长度由法兰的厚度（）、垫片的厚度 （ S ）、螺母的厚度 （ H ）、垫圈厚度 （ h ）、螺栓伸出长度 0.3 0.5d 确定。其中 =58 mm、S =3mm、H =30 mm、h =3 mm、螺栓伸出长度取 0.4d =0.427.7 mm螺栓的长度 L 为： L2SH2h0.4d258330230.427.7 =166.08 mm取 L 170 mm螺栓标记：GB/T5780-2000M 2013014螺母标记：GB/T41-2000M 20垫圈标记：GB/T95-200224-100HV法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料根

17、据甲型平焊法兰、工作温度t =130的条件，由文献【3】附录 8 法兰、垫片、螺栓、螺母材料匹配表进行选材，结果如表4 3 所示。表 4 3 法兰、垫片、螺栓、螺母的材料法兰垫片螺栓螺母垫圈16MnR耐油橡胶石棉3520100HV4.2 工艺接管的设计在文献【 2】表 8-2 对应无缝钢管的公称直径DN 可查其外径D0、壁厚 Sn.。（ 1）导热油进口接管采用错误！未找到引用源。473.5 无缝钢管，罐内的接管与夹套内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL40-0.1RF20。（ 2） N 2（g）进口采用错误！未找到引用源。32 3.5 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用

18、突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL25-0.6RF0Cr18Ni10Ti 。（ 3）工艺物料进口采用错误！未找到引用源。 47 3.5 无缝钢管， 管的一端切成45 ，伸入罐内一定长度。配用的突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL40-0.6RF0Cr18Ni10Ti 。（ 4）放料口采用错误！未找到引用源。108 4.0 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL100-0.6RF0Cr18Ni10Ti 。与其配套的是手动下展式铸不锈钢放料阀，标记：放料阀6-100HG5-11-81-3.（ 5）导热油出口采用错误！未找到引用源。47 3.5

19、无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL40-0.1RF 20。（ 6）安全阀接口采用错误！未找到引用源。32 3.5 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL25-0.6RF0Cr18Ni10Ti 。15（ 7）冷凝器接口采用错误！未找到引用源。 108 4.0 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰： HG20592 法兰 PL100-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti 。（ 8）加热器套管采用错误！未找到引用源。无缝钢管，罐内的接管与下封头内表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592法

20、兰PL50-0.1RF20。（ 9）固体物料进口采用错误！未找到引用源。12 6 无缝钢管，罐内的接管与下封头内表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592法兰PL200-0.1RF20。（ 10）视镜采用 88 4 无缝钢管， 接管与封头内表面磨平。 配用突面板式平焊管法兰： HG20592 法兰 PL80-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti 。4.3 管法兰尺寸的设计工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的结构如图。由文献【 4】表 3-2-3 并根据PN0.1MPa 、 0.6MPa 和接管的 DN ，由板式平焊管法兰标准（HG20592 ）确定法兰的尺寸。管法兰的结构和尺寸见图4-

21、3 和表 4-4。图 4 3板式平焊管法兰表 4-4板式平焊管法兰的尺寸（HG20592 ）公 称连接尺寸法兰密封面法兰接 管厚接管名称直 径外 径厚度内径nDNADKLThd度BCf16安全阀接口、 N 2 接口253210075114工艺物料进口4045130100144导热油进口4045130100144固体物料进口200219320280188冷凝器接口、放料口100108210170188导热油出口4045130100144加热器套管50571401101444.4 垫片尺寸及材质MMMMMMM101458233121688246121688246162225422221618144

22、21101216882461216124259工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的垫片的结构如图4-4 所示，查文献【2】表 7-8可确定其尺寸，尺寸、材质表4-5 所示。4.4.1 垫片的结构图 4-4 管道法兰用软垫片4.4.2 密封面形式及垫片尺寸表 4-5密封面形式及垫片尺寸垫片尺寸 ( mm)接管名称密封面型式外径 DO内径 di厚度安全阀接口、 N2 接口RF63322工艺物料进口RF86452导热油进口RF86452固体物料进口RF2732192冷凝器接口、放料口RF1521082导热油出口RF86452加热器套管RF96572垫片材质耐油石棉橡胶板耐油石棉橡胶板耐油石棉橡胶板耐油

23、石棉橡胶板耐油石棉橡胶板耐油石棉橡胶板耐油石棉橡胶板4.5 人孔的设计由于釜体的内径Di =1100mm900mm，因此需要在釜体的封头上设置人孔，以便于安装、维修、检查釜体的内部结构，本设计选用PN 0.6、 DN 450 不锈钢 A 型回转盖带颈平焊法兰人孔，其结构尺寸如图4-5 所示。由文献 【 4】表 3-4-1 查得其尺寸见表4-6、材料见表 4-7。17图 4-5A 型回转盖带颈平焊法兰人孔结构1- 人孔接管； 2- 螺母； 3-螺栓； 4- 法兰； 5-垫片； 6-手柄； 7- 法兰盖； 8-销轴； 9-开口销； 10-垫圈； 11、12、13、14-轴耳表 4-6 回转盖平焊法

24、兰进料口的尺寸公称压力密封面公称直径d wSDD 1AB螺栓（MPa）形式DN规格数量4504806590550325150M2075160.6突面LH1H 2bb1b2d重量 (kg)20022010228/3022262088.9表 4-7物料进口 PN 0.6 DN 450 的明细表件号名称数量材料1接管10Cr18Ni10Ti2螺母8253螺栓8354法兰11Cr18Ni9Ti5垫片1耐油石棉橡胶板6法兰盖11Cr18Ni9Ti7手柄2Q235-A4.6 视镜的选型4.6.1 视镜的选型由于釜内介质压力较低（pW 0.3 MPa ）且考虑 DN1100mm ，本设计选用两个DN =80

25、mm 的不带颈视镜。该类视镜具有结构简单，不易结料，窥视范围大等优点，4.6.2 视镜的结构其结构见图4-6。18图 4-6 视镜的结构型式4.6.3 视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料查文献 【 4】可确定视镜的规定标记、标准图号,文献【 4】表 3-5-2 确定其尺寸，表3-5-4 确定其材料见图4-6，尺寸见表4-7，材料见表4-8，视镜在封头上对称布置。标记：视镜PN 0.6， DN 80标准图号： HGJ501-86-14 。质量： 6.8kg表 4-7视镜的尺寸DN视镜玻璃DD1b1b2H1双头螺柱d n S数量直径长度801601303624868M12 40表 4-8视

26、镜的材料件号名称数量材料件号名称数量材料1视镜玻璃1钢化硼硅玻璃4压紧环1Q235-A(HGJ501-86-0)2衬 垫2石棉橡胶板5双头螺柱8353接 缘11Cr18Ni9Ti6螺母82519第五章搅拌装置的选型与尺寸设计5.1 搅拌轴直径的初步计算5.1.1 搅拌轴直径的设计电机的功率 P 1.5 KW，搅拌轴的转速 n 100r / min ，根据文献【 1】表 11-1 选择搅拌轴材料为1Cr18Ni9Ti，25MPa，剪切弹性模量G 4MPa ，许用单位扭转8 10角 1.0 /m。由 m9.553106P 得： m =9.5331061.5Nmmn100利用截面法得：M T max

27、m = 9.533 1061.5Nmm100由 maxM T得：W9.553106 P =9.5331061.5Wn2500拌轴为实心轴，由：W0.2d3 = 9.533 1061.52500解得 d 30.60mm ，取 d 32mm5.1.2 搅拌轴刚度的校核由文献【 2】式（ 8-13）： xamM Txam180103 得：GJ209.55310 61.51803=0.98 / mmax1043241080.1100因为最大单位扭转角max 0.98/ m 1.0/ m ，所以圆轴的刚度足够。考虑到搅拌轴与联轴器配合，d 32 mm 可能需要进一步调整。5.2 搅拌抽临界转速校核计算由于反应釜的搅拌轴转速n 200 r / min ，故无需做临界转速校核计算。5.3 联轴器的型式及尺寸的设计由于选用摆线针齿行星减速机，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节（ D 型）。标记为： DN 40 HG 21570 95，结构如图5-1。由文献 【 5】表 5-3-16 可确定联轴节的尺寸，如表 5-1，由文献 【 4】表 3-5-37 可查得零件及材料，如表5-2 所示。由于联轴节轴孔直径DN =40 mm，因此搅拌轴的直径d 调整至 40 mm。图 5-1立式夹壳联轴节1-夹壳； 2-悬吊环； 3-垫圈； 4-螺母； 5- 螺