1.5m3带搅拌装置的反应釜设计

1、 课程设计的设计内容设计条件及设计内容分析由设计条件单可知，设计的反应釜容积为1.5m3、操作容积为1.2m3：搅拌装置配置的电动机功率为3.0kw、搅拌轴的转速为85r/min、搅拌浆的形式为框式；加热的方式为用夹套内的导热油进行电加热：装置上设有6个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、12个电加热器套管、1个人孔（或固体物料进口）、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）焊缝的结果与尺寸设计

2、；（8）电机、减速机的选型；（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。第一章 反应釜釜体的设计1.1釜体、的确定1.1.1釜体的确定已知l/ =1.0，由v=(/4)，l=1.0，得，圆整由文献1表16-1查得釜体的1.1.2釜体pn的确定由于操作压力0.3，由文献1表16-9可知：0.61.2釜体筒体壁厚的设计1.2.1设计参数的确定设计压力：（1.051.1），取1.1=1.10.3mpa；液体静压：由筒体高度=1.01.2=1.44m,取液体物料的平均密度为86

3、0kg/,若按釜内全部充满料液计算液相静压强，则有=10121pa因=5，故可以忽略；计算压力： = = 1.1；设计温度：130 ；焊缝系数： 0.85（局部无损探伤）；许用应力：根据材料0cr18ni10ti、设计温度130，由文献1表14-4知137；钢板负偏差：0.25（查文献1表14-6，gb6654-1996）；腐蚀裕量：1.0（尚耐腐蚀材料，单面腐蚀；查文献1表14-7）。1.2.2筒体壁厚的设计由公式 得：+0.25+1.0=2.95mm圆整 刚度校核：不锈钢的考虑筒体的加工壁厚不小于5mm，故筒体的壁厚取1.3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

4、标准椭球型，代号eha、标准jb/t47462002。1.3.2设计参数的确定由于封头，故可用整板冲压成型，因此取焊缝系数1.0，其他设计参数与筒体相同。1.3.3封头的壁厚设计由公式得 =2.70圆整得根据规定，取封头壁厚与筒体壁厚一致1.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定根据，由文献1表16- 5知：直边高度：25容 积：0.2545深度 ：300内表面积fk：1.6552 1.4筒体长度的设计 1.4.1筒体长度h的设计，=1102圆整得:=11001.4.2釜体长径比的复核=；满足要求1.5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

5、压=0.1。1.5.2试差法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚6，则:=6-1.25=4.75，=1212，由得：=1.171212=22651.2筒体的计算长度=1100+325=1208.3=22651.2=1208.3；故该筒体为短圆筒。圆筒的临界压力为：由=/，=3得=0.447/3=0.149因=0.1 =0.149；所以假设6满足稳定性要求。故筒体的壁厚6。1.5.3图算法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚6，则：=6-1.25 = 4.75，=1212，。筒体的计算长度=1100+325/3=1208.2在文献1图15- 4中的坐标上找到0.997的值，由该点作水平线与对应的线相交，沿此点再作竖

6、直线与横坐标相交，交点的对应值为：0.00036。由文献1图15-7中选取，在水平坐标中找到=3.610-4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，得到系数的值为：47mpa、=1.79105。根据=得：=0.184（）因为0.10.184，所以假设6合理，取封头的壁厚6。由文献1表16-3知：dn=1200mm，=6的筒体单位高筒节质量约为178kg/m，则筒体质量为1781.100=195.8kg1.6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=0.1。1.6.2封头壁厚的计算设封头的壁厚=6，则：= 6-1.25=

7、4.75（），对于标准椭球形封头=0.9，0.91200=1080，=1080/4.75查文献1式（15-6）可得，计算系数：= 5.510-4由文献1图15- 7的水平坐标上找到=5.510-4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，得到系数的值为值为：64、=1.79105根据=得：=0.28因为0.11.8时取1.8，+0.1= 0.43， 取=0.433.1.2液压试验的强度校核由 得：因54.51.8时取1.8。=1.251.10.11.0=0.138，+0.1= 0.21，取=0.21。3.3.2液压试验的强度校核由 得：因33.3 0.9 =

8、0.9235085=179.7（），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=20.21=0.42或0.3150.84mpa，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，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.11，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。 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

9、型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。4.1.1法兰的设计(1)根据1200mm、0.6，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ff 1200-0.6 jb/t 4701-2002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：52（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41图41 甲型平焊法兰表 41 法兰结构尺寸公称直径dn/法兰/螺栓规格数量1200133012901255124112385823m20524.1.2密封面型式的选型根据0.61.6、介质温度1

10、30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(jg/t 539），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1240120034.1.4螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格本设计选用六角头螺栓（c级、jg/t 5780-2000）、型六角螺母（c级、jg/t 41-2000）平垫圈（100hv、jg/t 95-2002）螺栓长度的计算：螺栓的长度由法兰的厚度（）、垫片的厚度（）、螺母的厚度（）、垫圈厚度（）、螺栓伸出长度确定。其中=58、=3、=

11、18、=3、螺栓伸出长度取=0.420.8螺栓的长度为：=151.32取160螺栓标记： jg/t 5780-2000 螺母标记： jg/t 41-2000 垫圈标记： jg/t 95-2002 20-100hv 4.1.5法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料根据甲型平焊法兰、工作温度=120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43所示。表43 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3525100hv4.2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）导热油进口采用573.5

12、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：hg 20592 法兰 pl 50-0.1 rf 20。（2）n2（g）进口采用323.5无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用凸面板式平焊管法兰：hg 20592 法兰 pl 25-0.6 rf 0cr18ni10ti。（3）工艺物料进口采用573.5无缝钢管，管的一端切成，伸入罐内一定长度。配用的凸面板式平焊管法兰：hg 20592 法兰 pl 50-0.6 rf 0cr18ni10ti。（4）放料口采用1084.0无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用凸面板式平焊管法兰：hg 20592 法兰 pl 100-0.6 rf 0cr1

13、8ni10ti。与其配套的是手动下展式铸不锈钢放料阀，标记：放料阀6-100 hg 5-11-81-3。（5）导热油出口采用573.5无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用凸面板式平焊管法兰：hg 20592 法兰 pl 50-0.1 rf 20。（6）安全阀接口采用323.5无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用凸面板式平焊管法兰：hg 20592 法兰 pl 25-0.6 rf 0cr18ni10ti。（7）冷凝器接口采用1084.0无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用凸面板式平焊管法兰：hg 20592 法兰 pl 100-0.6 rf 0cr18ni10ti。（8）加热器套管采用无缝钢管，

14、罐内的接管与下封头内表面磨平。配用凸面板式平焊管法兰：hg 20592 法兰 pl 65-0.1 rf 20。（9）固体物料进口采用无缝钢管，罐内的接管与下封头内表面磨平磨平。配用凸面板式平焊管法兰：hg 20592 法兰 pl 200-0.1 rf 20。4.3管法兰尺寸的设计工艺接管配用的凸面板式平焊管法兰的结构如图。由文献4表3-2-3并根据、和接管的，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4-3和表4-4。 图43 板式平焊管法兰表4-4 板式平焊管法兰的尺寸（hg20592）接管名称公称直径接管外径连 接 尺 寸法兰厚度密封面厚度法兰内径n2接口

15、2532100751141014233工艺物料进口50571401101441216359导热油进口50571401101441216359固体物料进口20021932028018816223222冷凝器接口、放料口10010821017018416183110导热油出口50571401101441216359加热器套管65761601301441216378安全阀接口32381209014412163394.4垫片尺寸及材质工艺接管配用的凸面板式平焊管法兰的垫片的结构如图4-4所示，查文献4表3-2-31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.

16、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接管名称密封面型式垫片尺寸()垫片材质外径内径厚度n2接口rf71322耐油石棉橡胶板工艺物料进口rf107572耐油石棉橡胶板导热油进口rf107572耐油石棉橡胶板固体物料进口rf2732192耐油石棉橡胶板冷凝器接口、放料口rf1521082耐油石棉橡胶板导热油出口rf107572耐油石棉橡胶板加热器套管rf116762耐油石棉橡胶板安全阀接口rf82382耐油石棉橡胶板4.5人孔的设计由于釜体的内径=，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，本设计选用不锈钢a型回转盖带颈平焊法兰人孔，其结构尺寸如图4

17、-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。 图4-5 a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回转盖带颈平焊法兰人孔的尺寸（）公称压力（mpa）密封面形式公称直径dnd wsdd1ab螺栓规格数量0.6凸面4504806590550325150m207516lh1h2bb1b2d重量(kg)2002201022822262088.9 表4-7 人孔0.6450的明细表件号名称数量材料件号名称数量材料1人孔接管10cr18ni10ti8

18、销轴1452螺母8259开口销2353螺栓83510垫圈2100hv4法兰11cr18ni9ti11轴耳1q235-a5垫片1耐油石棉橡胶板12轴耳1q235-a6手柄1q235-a13轴耳1q235-a7法兰盖11cr18ni9ti14轴耳1q235-a4.6视镜的选型由于釜内介质压力较低（0.3）且考虑mm，本设计选用两个=80mm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，其结构见图4-6。图4-6 视镜的结构型式查文献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，尺寸见表4-8，文献4表3-5-4确定其材料，材料见表4-9，视镜在封头上对称布置。标

19、 记：视镜0.6，80标准图号：hgj 501-86-14。质 量：6.8kg表4-8 视镜的尺寸视镜玻璃双头螺柱数量直径长度80 8941601303624868 m1240表4-9 视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(hgj501-86-0)4压紧环1q235-a2衬 垫2石棉橡胶板5双头螺柱8353接 缘11cr18ni9ti6螺母825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3.0，搅拌轴的转速85，根据文献1表11-1选择搅拌轴材料为1cr18ni9ti，25，剪切弹性模量8104，许用单位扭转角1

20、.0/m。由得：=利用截面法得：=由得：=搅拌轴为实心轴，由：=解得40.7mm，取41mm5.1.2搅拌轴刚度的校核由文献2式（8-13）：得：=0.54因为最大单位扭转角max0.541.0，故圆轴的刚度足够。考虑到搅拌轴与联轴器配合，41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200，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：40 hg 2157095，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

21、5-2所示。由于联轴节轴孔直径=40，因此搅拌轴的直径调整至40。图5-1 立式夹壳联轴节1-夹壳；2-悬吊环；3-垫圈；4-螺母；5-螺栓表5-1 夹壳联轴节的尺寸轴孔直径40螺栓数量规格118483576162207156m12质量/kg804558516120.60.47.60表5-2 夹壳联轴节的零件及材料件号名 称材 料件 号名 称材 料1左、右夹壳zg-1cr18ni9ti4螺 母0cr18ni9ti2吊 环0cr18ni9ti5螺 栓a2-70 3垫 圈a-1405.4搅拌桨尺寸的设计框式搅拌桨的结构如图5-2所示。由文献5表3-1-17和表3-1-15确定不锈钢框式搅拌桨的尺寸

22、见表5-3、零件明细表见表5-4。图5-2框式搅拌桨的结构1-桨叶;2-横梁;3-筋板;4-连接螺栓;5-螺母;6-穿轴螺栓;7-螺母表5-3 框式搅拌桨的尺寸（hg/t212391）螺栓螺孔螺栓螺孔数量数量95050m16216.5m12813463重量730237350170512035150.088表5-4 零件明细表件号名称数量材料件号名称数量材料1桨叶211895螺母811892横梁211896穿轴螺栓211893筋板411897螺母411894连接螺栓811895.5搅拌轴的结构及尺寸的设计5.5.1搅拌轴长度的设计搅拌轴的长度近似由釜外长度、釜内未浸入液体的长度、浸入液体的长度

23、三部分构成。即：=+其中=（机架高；减速机输出轴长度）=500-79=421（）=+（釜体筒体的长度；封头深度；液体的装填高度）液体装填高度的确定： 釜体筒体的装填高度式中操作容积，；釜体封头容积，；筒体的内径，。故=0.8364m，取故液体的总装填高度=836+325=1161（） =1100+2325-1161=589mm浸入液体搅拌轴的长度的确定：搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱高度有关。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：当时为最佳装填高度；当时，需要设置两层搅拌桨。由于=1161=1200，本设计选用一个搅拌桨。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：=21161/3=774故浸入液

24、体的长度：=774搅拌轴的长度为：=421+589+774=1784；取=17805.5.2搅拌轴的结构由于搅拌轴的长度较大，考虑加工的方便，将搅拌轴设计成两部分。与减速机相联的搅拌轴轴长为上半部：=+ 式中，为搅拌轴深入釜内的长度，mm；当时取=250=500-79+250=671，取 =670则搅拌轴下部分的轴长为：=1780-670=1110。第六章 传动装置的选型和尺寸计算6.1电动机的选型由于反应釜里的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，故选用隔爆型三相异步电机（防爆标志）。根据电机的功率3.0、转速1500，由文献6表10-5-3选用的电机型号为：y2-100l1-4，由文献6表10-4

25、-5查得质量为34kg。6.2减速器的选型6.2.1减速器的选型根据电机的功率3.0、搅拌轴的转速85、传动比为1500/8517.65，选用直联摆线针轮减速机（hg5-745-78），标记zld2.04a17。由文献7表9-2-41确定其安装尺寸，直联摆线针轮减速机的外形见图6-1、安装尺寸如表6-1。6.2.2减速机的外形安装尺寸表61 减速机的外形安装尺寸d4dp260230200432006-124ebm1516148.514430796.3机架的设计由于反应釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了带短节的夹壳联轴节，且反应釜使用不带内置轴承的机械密封，故选用wj型无支点机架（hg215

26、6695）。由搅拌轴的直径40mm可知，机架的公称直径200，由文献2附表3可查得其结构尺寸如图62所示。 图6-1 直连摆线针轮减速机 图62 wj型无支点机架6.4底座的设计对于不锈钢设备，本设计如下底座的结构，其上部与机架的输出端接口和轴封装置采用可拆相联，下部伸入釜内，结构与尺寸如图6-3所示。 图6-3 底座的结构 第七章 反应釜的轴封装置设计反应釜中应用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。考虑到釜内的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，因此选用机械密封。根据0.3、130、d=40mm。由文献6表7-3-78选用205型（双端面小弹簧uu型）釜用机械密封，其结构和尺寸如图6-4

27、所示。 图6-4 釜用205型机械密封结构 第八章 支座的选型及设计8.1支座的选型及尺寸的初步设计8.1.1悬挂式支座的选型由于设备外部设置有100的保温层，文献1表16-23所以选耳式b型支座，支座数量为4个。8.1.2悬挂式支座的尺寸的初步设计反应釜总质量的估算：+式中：釜体的质量，kg；（筒体195.8+封头76.42349kg）夹套的质量，kg；（筒体127.1+封头117.7245kg）搅拌装置的质量，kg；（联轴器7.6+搅拌桨15+电动机34+机架48+搅拌轴20+减速器130+底盘32.56+凸缘法兰20310kg）附件的质量，kg；（人孔88.9+视镜6.82+无缝钢管80

28、+管法兰54+螺栓螺母垫片20+冷凝器10001256kg）保温层的质量，kg；（100kg）将各已知值代入上式得反应釜的总质量约为2260kg。物料总质量的估算：式中：釜体介质的质量，kg；夹套内导热油的质量，kg考虑到后期的水压试验，对物料总质量的计算以水装满釜体和夹套计算，估算结果为2630kg。装置的总质量： 每个支座承受的重量按最坏受力情况考虑（即有可能只有两个支座承载）：4.899.81/224 根据,由文献1表16-23初选b型耳式支座，支座号为4。标记：jb/t 4725-92 耳座b4材料：q235-af系列参数尺寸见表8-1。表8-1 b型耳式支座的尺寸底板筋板垫板地脚螺栓

29、支座重量规格250200140147029016010315250840302415.78.2支座载荷的校核计算耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算：式中d=19629.81，=4890，=4，=0，代入上式得因为q=60kn，故选用的耳式支座满足要求。 第九章 焊缝结构的设计 9.1釜体上主要焊缝结构的设计 ()筒体的纵向焊缝 （b）筒体与下封头的环向焊缝 （c）人孔接管与封头的焊缝 （d）进料管与封头的焊缝 （e）冷凝器接管与封头的焊缝 （f）温度计接管与封头的焊缝（h）出料口接管与封头的焊缝图9-1 釜体主要焊缝的结构及尺寸9.2夹套上的焊缝结构的设计夹套上的焊缝结构及尺寸如图9-2。

30、（a）夹套筒体的纵向焊缝 （b）夹套筒体与封头的横向焊缝 （c）导热油进口接管与筒体的焊缝 （e）导热油出口接管与筒体的焊缝 （f）釜体与夹套的焊缝图9-2 夹套主要焊缝的结构及尺寸第十章 人孔的开孔及补强计算10.1封头开人孔后被削弱的金属面积的计算由于人孔的开孔直径较大，因此需要进行补强计算，本设计采用等面积补强的设计方法。釜体上封头开人孔后被削弱的金属面积为： 式中：=480-12+2（1+612.5%）=472=1.45=4721.45+0=68410.2有效补强区内起补强作用的金属面积的计算10.2.1封头起补强作用金属面积的计算式中：取两者中较大值，故944=6-1.25=4.75=6-1-612.5%=4.25=1=1557.610.2.2接管起补强作用金属面积的计算其中： 取其中的较小值53.22=0.56=0，=392.810.2.3焊缝起补强作用金属面积的计算1810.3判断是否需要补强的依据有效补强区内起补强作用的金属面积为：=1557.6+392.8+18=1968.4被削弱的金属面积为：=684因为=684=1968.4，所以不需要补强。第十一章 反应釜的装备图11.1视图的选择11.1.1选择主视图根据设备设计条件单中的图示特点，采用全剖视