反应结晶釜的设备设计

1、课程设计题 目 反应结晶釜的设计 学院 专业 班级 学生 学号 指导教师课程二一九年十一月四日济南大学课程设计学院 专业学生 学号设计题目一、课程设计的内容主要内容为反应结晶釜的设计。该釜工艺过程：向釜内加入2 m3物料后， 启动反应， 反应过程控制在 150 和 0.2 Mpa 的压力，反应结束后负压下 80100蒸发溶剂，热量由夹层 0.2 Mpa 、 130 的蒸汽提供。达到浓度后，冷却结晶。冷却由夹层切换至凉水提供。其中物料产沫较少， 经计算传热面积需 7 m2，生产过程采用桨式搅拌，转速50转/ 分，功率为 4千瓦。二、课程设计的要求1. 根据题目要求，设计自己认为适宜的化工生产设备

2、。2. 独立完成给定的设计任务后计算出符合要求的化工设备，要求设备选材合理，尺寸达到 题目压缩求。3. 综合应用化学工程和相关学科的理论知识与技能，分析和解决实际问题。4. 完成课程设计的撰写。三、文献查询方向及范围1 化工设备机械基础 （第四版） ，董大勤 , 高炳军 , 董俊华编，化学工业出版社， 2012 年。2 化工容器及设备简明设计手册，贺匡国编，化学工业出版社， 2002 年。3 化工设备设计基础（第三版），谭蔚编，天津大学出版社， 2015 年。2目录1 前言 11.1 课程目的 11.2 结晶釜的结构 11.2.1 结晶釜的功能和用处 11.2.2 结晶釜设计的内容 12 设计

3、标准 23 设计方案分析 34 反应釜釜体设计 44.1 釜体几何尺寸的确定 44.1.1 罐体几何尺寸计算 44.1.2 确定釜体高度 Ht 54.1.3 夹套直径选取 54.1.4 确定夹套高度 54.1.5 校核传热面积 54.1.6 釜体及夹套受力分析 64.1.7 夹套壁厚 64.1.8 夹套封头厚度 74.1.9 釜体壁厚 74.1.10 釜体封头壁厚 84.2 连接筒体和封头的设备法兰选择 84.3 支座的选用计算 84.3.1 支座选用 84.3.2 反应釜总载荷计算 84.4 人孔选择与补强校核 94.5 搅拌轴和传动计算 94.5.1轴的强度计算 94.5.2 轴的刚度计算

4、 94.5.3 回题 10结论 11参 考 文 献 12附录 13济南大学课程设计1 前言1.1 课程目的设备设计目的是要设计出一种能达到预定功能要求、 具有性能好、 成本低、价值 最优，能满足市场需求的机械产品。 设备设计的特点是从抽象概念到具体产品的演化 过程。从抽象的 产品规划 、功能需求、原理方案设计到较具体的结构方案设计、总体 设计等。设计者在设计过程中， 不断丰富和完善产品的 设计信息 ，直到完成整个产品 的设计。 设备设计是一个逐步求精和细化的过程。 在产品设计的初期阶段， 设计者对 于产品的结构关系与参数的表达，往往是模糊的和不完善的。随着设计过程的发展， 产品的结构和参数关系

5、才逐渐清晰和不断完善。 设备设计是一个反复修改和迭代的过 程（即设计再设计的反复过程）。在此过程中，设计者需要不断的修改某些设计 参数和结构，以达到最终的设计要求。1.2 结晶釜的结构1.2.1 结晶釜的功能和用处 结晶釜可根据用户工艺要求进行设备选材分为： 316L、 304 两种。管体内外抛光 处理 Ra0.45, 加热层分为螺旋带和夹套式。加热能源分为蒸汽和 电加热 可供选择。保 温板材用 304材料并填充聚氨酯发泡剂 。设有视灯视镜、 搅拌装置、入孔加料口、洗 罐器、呼吸器 、药液入口、注射水入口、回流口、蒸汽入口、凝水出口、冷却水入、 出口、物料出口、排污口、取样口、测温口、液位装置

6、。结晶釜是物料混合反应后， 夹层内需冷冻水或冷媒水急剧降温的结晶设备， 其关 键环节在于夹层面积的大小， 搅拌器的结构形式和物料出口形式， 罐体内高精度抛光， 以及罐体内清洗无死角的要求来满足工艺使用条件。 结晶釜是化工、 制药、食品等行 业的物料混合、加温、降温、搅拌等国内过程中的混合反应设备。由于工艺和介质不 同，物料有易燃、易爆、巨毒、高温高压的状况常为多见。由于工艺和介质不同，物 料有易燃、易爆、巨毒、高温高压的状况常为多见。设备的搅拌形式、转速、加温和 降温的要求不同。该设备的设计选材、结构和减速机防爆与不防爆要求也不同。1.2.2 结晶釜设计的内容结晶釜机械设计大体上包括： 确定结

7、晶反应釜的结构形式和尺寸； 选择材料； 计算强度或稳定性；选用主要零部件；绘制图样；提出技术要求。2 设计标准1)HG/T 20569-94机械搅拌设备2)GB150-1998钢制压力容器3)HG2156321572-95 HG 21537.78-92搅拌传动装置4)TCEDS8-90压力容器强度计算书统一格式5)CD130A20-86化工设备设计文件编制规定133 设计方案分析本次设计内容为反应釜的设计。设计条件为： 设计压力：釜内 0.2Mpa ；夹层 0.2Mpa 设计温度：釜内 150 ；夹层 130 介质：釜内弱腐蚀性有机溶剂、染料，反应产沫较少，夹层为冷却水、蒸汽； 传热面积（夹套

8、）： 7.6 搅拌型式：桨式，转速 50 转/ 分，功率 4.0 千瓦； 操作容积： 3 立方米；设备容积： 3.5 立方米； 建议采用材料： Q235-A传动系统：选用库存电机 Y1322-6 ，转速 960r/min ，功率为 5.5kw ，给动搅拌传动 系统用 V 带传动接管设计：已知结晶釜的用途为冷却结晶， 因此反应釜需要冷却水入口、 加料口、 人孔、温度计管口、压缩空气入口、 放料口、手孔、备用管口、压料管、压料管套管。表 1 公称尺寸蒸汽入口或冷却水出口25加料口25人孔400温度计管口80备用管口40压料管50压料管管套80放料管40冷却水出入口25压缩空气管口25焊接选择：焊接

9、采用电弧焊，焊条牌号：采用 J507 焊条。法兰焊接： 法兰焊接按相应法兰焊接标准的规定， 角焊缝及塔接焊缝的焊接尺寸 按两焊件中较薄板的厚度。该釜工艺过程：向釜内加入 2.6 m3 物料后，启动反应，反应过程经历 150温度 和 0.2MPa 的压力，反应结束后负压下 80 100蒸发溶剂，热由夹层 0.2MPa 、130 的蒸汽提供。达到浓度后， 冷却结晶。冷由夹层切换的凉水提供。 其中物料产沫较少， 经计算传热面积需 7.6 。搅拌型式：桨式，转速 50 转/ 分，功率 4.0 千瓦。4 反应釜釜体设计4.1 釜体几何尺寸的确定釜体的几何尺寸是指筒体的内径 Di 、高度 H，如图 1 所

10、示图 1 釜体几何尺寸釜体的几何尺寸首先满足化工工艺要求。对于带搅拌器的反应釜来说，容积 V 为主 要决定参数。 顶盖和钢底分别与简体相连。 罐底与筒体的连接常采用焊接连接。 顶盖 与筒体的连接型式分为开拆和不可拆两种，筒体直径D11200 mm, 宜采用 可拆连接。当要求可拆时，做成法兰连接。夹套型式与罐体相同。4.1.1 罐体几何尺寸计算（1）釜体形式为常用结构圆筒形，封头形式为常用结构椭圆形。原始尺寸如下 表 2 所示：表 2 原始尺寸全容积 V（m3）3.5操作容积 V1（ m3）32传热面积 F（ m）7.62）初算筒体内径 D1 按式3 4VD1= i计算，得 D1=1.549m，

11、取圆整筒体内径 D1=1500mm，封头取相同内径， 其 h0 据化 工设备设计基础 P106页表 3-13，估计封头壁厚为 10-18，初步直边高度取 h0=40mm。4.1.2 确定釜体高度 Ht32 （ 1）据 DN=1500mm，h0=40mm，1 m 高的容积 V m=1.77m3，内表面积 Am=4.71m2。3V 封 =0.486m3HtVm =1.7m于是 Ht / D1=1.7/1.5=1.1适合4.1.3 夹套直径选取 根据下表，表 3 夹套直径与筒体直径的关系D1/mm500600700180020003000Dj/mmD1+50D1+100D1+200取 Dj=D1+1

12、00=1600mm4.1.4 确定夹套高度Hj V-V封 =0.8 3.5- 0.486 =1.31mVm 1.77取 Hj=1.4m=1400mm4.1.5 校核传热面积工艺要求 7.6 查附表得 F 封=2.56 Fm=4.71 则 F 釜 =F 封+Ft=2.56+4.71*1.4=9.15 7.6 实际 Hj=H t-200=1500mm这样在保证法兰装卸方便的前提下 （200mm）可具有最大的传热面积， 增加了设备的 操作弹性。若夹套传热面积不够工艺要求，只有再加蛇管。图 2 夹套直径及高度4.1.6 釜体及夹套受力分析 釜内设计压力 0.2Mpa； 夹套设计压力 0.2Mpa； 开

13、始升温时，釜内无压力，夹套内最大工作压 力可接近 0.2Mpa，故此时内筒承受最大外压 0.2Mpa。4.1.7 夹套壁厚夹套筒体采用对接双面焊缝，按局部探伤取焊缝系数 0.85，腐蚀裕度 2mm 设 150 113KpaPD12 t -P2.34mmmin2D110003mmdC 2=3+2=5mm查表得，取 C1=0.5mm ； n6mm查 t 无变化， n=6mm 合适4.1.8 夹套封头厚度 采用标椭封头可直接取筒体厚度 6mm 4.1.9 釜体壁厚（1）内压工况设 t=113MpaPD12 t -P 1.46mmmin2D110002.8mm取 min=3mmd=3+2=5mm查 C

14、1=0.5mm 取 n=6mm（2）外压工况e=7mmD0=1700+2*7=1714mmL=Hj+1/3h=1500+1/3*700=1733.3mm则 L/D0= 1.011；D0/ e= 245；圆整 n=10mm根据内外压工况，壁厚取大 n=10mm4.1.10 釜体封头壁厚(1)内压工况 上封头可直接取内压工况的壁厚 6mm。(2)外压工况 下封头可按外压取筒体壁厚 10mm。4.2 连接筒体和封头的设备法兰选择据设计温度 120，设计压力 0.2Mpa，材料 Q235-A，查 P120 表 3-21，应按 PN0.6Mpa选择法兰。查表 3-20，选标准甲型平焊法兰，标记：法兰 P

15、N0.6 DN1400 GB9115-88。法兰垫片选择：查 P117表 3-19，选石棉橡胶板。4.3 支座的选用计算4.3.1 支座选用 因反应釜需外加保温，故选 B 型悬挂式支座。4.3.2 反应釜总载荷计算( 1)釜体和夹套筒体重 Q1查表，据 DN=1500， n=10mm，1m 高筒节重 372kg；DN=1600， n=6mm， 1m 高筒节重 223kg；故 Q1=788kg(2) 釜体和夹套封头重 Q2，Q2=197.4*2+133.4*1=528.2kg(3) 料 液重载 Q3按水压试验时充满水计，以夹套尺寸估算： 釜体封头直边高 40mm夹套封头直边也取 40mm故 Q3

16、=3676kg(4) 附件及保温总重人孔重 200kg其它重 300kgQ4=500kg，故 Q=Q1+Q2+Q3+Q4=5.5T 按两支座承载计，每个支载 2.7T。查表，选支座 B3JB1165-814.4 人孔选择与补强校核 人孔选回转盖人孔 标记：人孔 AIV PN0.6 DN400 JB583-79-3 筒节 d=400mm， n=10mm 补强圈 D1=440mm，D2=720mm补=10.7mm取 补 =12mm（留 40mm 得塔焊空）4.5 搅拌轴和传动计算Mt max34.5.1 轴的强度计算WpD=63.7mm；4.5.2 轴的刚度计算图 3 圆轴扭转的相对变形D=51m

17、；m应同时满足强度及刚度两个条件， 取两者大值。 考虑到轴上开槽及腐蚀等削弱因 素，直径应扩大 1.15 倍，然后再圆整。取 d=80 ( 1.1563.7=73mm)关于轴的支承：轴是靠轴承来支承的；轴承就是一种松紧合适的套子。 安装规定的稳定条件：L1/B 4-5L1/d 40-50不满足时的解决办法：增加 d增加 B增加轴承 轴承有轴套和轴瓦组成，轴套与轴定配合(靠紧钉螺钉)，轴瓦包住轴套是动配合， 磨埙的是轴套，磨坏了可再换。4.5.3 回题减速机据 n=50转/ 分 P=4KW 可选机型号 3或 4，减速比为 29的摆线针轮减速机 标记 BLD4-3-29 或 BLD4-4-29电机

18、功率电机容量需大于 5KW机座据轴径 d=80 查 P207表 6-10选 J-A-80机械密封 标记：机械密封 PN0.6 DN 65-4图 4 a 带衬套铸铁填料箱 b 带油环铸铁填料箱结论本课题要求学生综合运用所学专业基础知识， 设计结晶反应釜。 该题目是实际应 用题目，通过课程设计过程使学生得到较全面的基本工程训练。结晶反应釜是通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、 冷却及低高速的混配功能。 所设计的反应釜具有一定的工作精度和工作速度， 简捷实 用。设计方案运用化工设备设计技术， 机械结构要保证与釜体的组合关系。 反应釜是 广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢 化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器，