反应釜课程设计正文

1、.设计条件及设计内容分析由设备条件单可知，设计的反应釜容积为1.8m3、操作容积为1.54m3；搅拌装置配置的电机功率为3.0KW、搅拌轴转速为85r/min、搅拌桨形式为框式；加热方式为用夹套内导热油进行电加热；装置上有8个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、10个电加热套管、1个固体物料进口、1个测控接管。反应釜设计的主要内容有：（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）、设计釜体的法兰连接结构、选择接管、管法兰；（4）、人孔的选型及补强计算；（5）、支座的选型及验算；（6）、视镜的选型；（7）、焊缝的结构及尺寸设计；（8）、电机、减速机的

2、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）、绘制总装配图及搅拌轴零部件等。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的确定对于直立的反应釜来说，釜体的设备容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积，即 V=VT+VF式中 VT 设备筒体部分容积，m3;VF 封头容积，m3。根据V及选定的L/Di值，将釜体视为圆柱形筒体，可以初步估算筒体内径，且根据设备条件单知L/Di=1.1。 由题可知L/Di=1.2 且=1.8 则,圆整后Di=1300mm，根据

3、规定DN取1200mm。1.1.2 釜体PN得确定因操作压力为PW=0.58MPa，查标准得PN=0.6MPa1.2 釜体筒体壁厚的设计1.2.1 设计参数的确定 因釜体上装有安全阀，取P=1.1PW P=1.1PW=1.10.58=0.638MPa PL=1.0103101.1×1.210-6=0.0132MPa 由于PL/P=100%=2.1%<5% 因此可以忽略PL 取PC=P=0.638MPa ，因带有夹套，双面腐蚀C2=1,查表得0Cr18Ni10Ti材料1.2.2 筒体壁厚的设计由公式Sn=得由Sn=mm 考虑不锈钢常用厚度为5mm,则取Sn=5mm1.3 釜体封头

4、的设计1.3.1 封头的选型 由题目可得该反应釜的封头采用标准椭圆形封头，类型是EHA。1.3.2 设计参数的确定P=1.1PW=1.10.58=0.638MPa，PL=0.0132MPa（可忽略，道理同上）压力同釜体PC=P=0.638MPa=1（双面焊，100%无损探伤）C1=0.25mm C2=1mm(双面腐蚀), 查表得0Cr18Ni10Ti材料1.3.3 封头的壁厚的设计由公式得Sn=4.38mm 取封头Sn与筒体一致，则Sn=5mm1.4 筒体长度H的设计1.4.1 筒体长度H的设计 由DN=1200mm查EHA标准可知VF=0.2545m3 筒体每米高容积V1=1.131m3/m

5、，则： 筒高估算为圆整取 H=1370mm1.4.2 釜体长径比L/Di的复核釜体长度为圆整后L=1500mm长径比复核为1.5 外压筒体壁厚的设计1.5.1 设计外压的确定 PC=0.1MPa1.5.2 试差法设计外压筒体的壁厚设筒体的壁厚为Sn=5mm Se=Sn-C=5-1.25=3.75mmD0=Di+2Sn=1200+25=1210mm由Lcr=1.17 D0（D0/ Se）1/2得Lcr=1.171210×(1210/3.75)1/2=25430.1mmL=1500mmLcr=25430.1mm该筒体为短圆筒，圆筒的临界压力Pcr=2.6E/LD0(D0/Se)1/2查文

6、献1中图15-7得E=1.86105代入得Pcr=2.61.861053.752/15001210(1210/3.75)1/2=0.208MPa P=Pcr/m对于圆筒 m=3 得 P=0.208/3=0.069MPa 由于PPC，则假设不合理。再取Sn=6mm，Se=Sn-C=6-1.25=4.75mm，D0=Di+2Sn=1200+26=1212mm则：PC，假设Sn=6mm合理。1.5.3 图解法设计筒体的壁厚设Sn=6mm，Se=Sn-C=6-1.25=4.75mm，D0=Di+2Sn=1200+26=1212mmL/DO=1.25，DO/ Se=255.16查文献1中图15-4得A=

7、0.00026，再查图15-7得B=32MPa则于是PPC，设计合理。1.6 外压封头壁厚得设计1.6.1 设计外压得确定 PC=0.1MPa1.6.2 封头壁厚得计算设封头的壁厚为Sn64mm Se=Sn-C=4.75mm参考文献1中公式15-5PC，设计合理。综上所述，取内压和外压两者中最大壁厚，即筒体与封头Sn=6mm。第二章 反应釜夹套的设计2.1 夹套釜体DN，PN得确定2.1.1 夹套釜体DN得确定 Dj=Di+300=1200+300=1500mm 根据规定，DN=1500mm2.2.2 夹套釜体PN得确定因操作压力为常压 查得PN=0.25MPa2.2 夹套筒体的设计2.2.1

8、 设计参数的确定P=1.1PW=1.10.1=0.11MPa 因为釜体内反应物浓度与水相近，故按水计算反应物静压，即： P液=1.0103101.610-6=0.016MPa P液不能忽略 PC=P+P液=0.11+0.016=0.126MPa，t=130，=0.85（由于检测不便，作局部检测），C1=0.25，C2=1mm（夹套外有保温层，为单面腐蚀），查Q235-B的t=113MPa2.2.2 夹套筒体壁厚的设计设夹套筒体壁厚Sn=4mm 由公式Sn=得圆整Sd=4mm Sn=Sd 因此假设合理按刚度条件重新校核由于Di=1400<3800mm，则Smin=2Di/1000且Smin

9、3mm,于是Smin=3mm，SSmin+ C2=4mm圆整Sn=4mm2.2.3 夹套筒体的长度确定Hj=1.14m=1140mm圆整 Hj=1200mm2.3 夹套封头的设计2.3.1 封头的选型 由所给题目可得封头采用椭圆形封头，类型是EHA。2.3.2 设计参数的确定因为釜体内反应物浓度与水相近，故按水计算反应物静压，即： P液=1.0103101.610-6=0.016MPa P液不能忽略 PC=P+P液=0.11.1+0.016=0.126MPa2.3.3 封头的壁厚的设计设夹套封头的壁厚Sn=4mm t=113MPa C1=0.25mm C2=1mm由公式Sn=得Sn=圆整Sd=

10、4mm，因此假设合理。因为Sn=4mm EHA椭球形封头不生产，所以釜体筒体厚度和封头厚度为6mm。2.3.4 直边尺封头的寸、体积及重量的确定封头直边尺寸h=25mm，查文献1表16-5知DN为1500的体积为0.4860 m3，查表16-6知重量为117.7kg。2.3.5 封头的结构与尺寸的确定公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m315004002.56680.48602.3.6 带折边的锥形封头壁厚的确定半顶角过渡部分锥体部分圆整后取较大者，则=4mm，为了与筒体保持一致取=6mm。2.4 传热面积的校核DN=1500釜体下封头的内表面积Fh = 1.6552m2

11、DN=1200筒体（1m高）的内表面积F1= 4.77m2夹套包围筒体的表面积FS=F1×Hj = 4.77×1.2=5.724m2Fh+FS= 1.6552+ 5.724 = 7.3792 m2由于釜内进行的反应是放热反应，产生的热量不仅能够维持反应的不断进行，且会引起釜内温度升高。为防止釜内温度过高，在釜体的上方设置了冷凝器进行换热，因此不需要进行传热面积的校核。如果釜内进行的反应是吸热反应，则需进行传热面积的校核，即：将Fh+FS = 7.3792m2与工艺需要的传热面积F进行比较。若+，则不需要在釜内另设置蛇管；反之则需要蛇管。第三章 反应釜釜体及夹套的压力试验3.

12、1 釜体的水压试验3.1.1 水压试验压力的确定 水压试验的压力：且不小于(+0.1) ，当1.8时取1.8。PT=1.250.6381=0.7975MPa PT=0.7975MPa>P+0.1=0.738MPa PT=0.7975MPa3.1.2 液压试验的强度校核由得=101.15MPa对于不锈钢，=203MPa得=85.936MPa<0.9=0.92031.0=182.7MPa因此液压强度足够.3.1.3 压力表得量程、水温及水中浓度的要求压力表的最大量程：P表=2PT=20.7975=1.595MPa或1.5PT P表4PT 即 1.19625MPa P表3.19MPa水温

13、：t15水中浓度：b25mg/L3.1.4 水压试验的操作过程 在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.7975，保压不低于30，然后将压力缓慢降至0.638，并保压足够长时间，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，将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。3.2 釜体的气压试验3.2.1 气压试验压力的确定 由公式PT=1.15P得PT=1.150.6381=0.7337MPa3.2.2 气压试验的强度校核由公式得=93.04MPa=93.04<0.8=0.82031.0=16

14、2.4MPa因此气压强度足够.3.2.3 气压试验的操作过程做气压试验时，将压缩空气的压力缓慢升至0.05MPa时，保持5min进行初检合格后继续升至0.36685MPa，其后按每级0.07337MPa为级差升至0.7337MPa，保持10min，然后降至0.638MPa并保持足够长时间同时进行检查，如有泄露，修补后重新进行试验，至合格为止。3.3 夹套的液压试验3.3.1 水压试验压力的确定且不小于(+0.1) ，当1.8时取1.8。PT=1.250.126=0.1576MPa 因为PT<P+0.1=0.226MPa得PT=0.226MPa3.3.2 液压试验的强度校核由得=35.80

15、MPa=35.80MPa<0.9=0.92350.85=179.78MPa因此强度足够。3.3.3 压力表的量程、水温的要求压力表得量程：P表=2PT=20.226=0.452MPa或1.5PT P表4PT 即 0.339MPa P表0.904MPa水温 t53.3.4 水压试验的操作过程 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0.226，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.1808，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。

16、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）法兰的选型：甲型平焊法兰法兰的标准代号：法兰FF1200-0.6 JB/T4701法兰的材料：0Cr18Ni10Ti （2）法兰的结构与尺寸D D1 D2 D3 D4 b d 规格 数量1330 1290 1255 1241 1238 58 23 M20 484.1.2 密封面形式的选型 因为PN=0.25MPa<1.6MPa,介质温度：130 查文献1P331表16-14 知密封面采用光滑面或凹凸面。4.1.2 垫片的设计

17、（1） 垫片法兰的选型、材料 垫片选用耐油橡胶石油垫片，材料为耐油橡胶石棉板（2）垫片的结构与尺寸内径d/mm 外径D/mm 厚度S/mm1200 1240 24.1.4 螺栓、螺母的尺寸规格 （1）螺栓、螺母的选型 六角头螺栓A级 I型六角螺母A级（2）螺栓、螺母的尺寸标准号六角头螺栓A级 数量：48螺纹规格 amax emin K（公称） rmin SminM20 10 33.53 12.715 0.8 29.67I型六角螺母A级（摘自GB/T41-2000 等效ISO4031:1999）螺纹规格 emin mmax mmin Smax Smin 螺距M20 32.95 18 16.9 3

18、0 29.16 2.5螺栓长度的计算：L=2S法兰+S垫片+S螺母=258+3+30+2310%=154.9mm圆整L=150mm4.1.5 法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料法兰垫片螺栓螺母垫圈0Cr18Ni10Ti耐油橡胶石棉板A级钢A级钢0Cr18Ni10Ti4.2 工艺接管的设计（1） 导热油进口采用无缝钢管，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 PL50-0.6 RF 20。（2） N2（气）进口采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。（3）温度计接口采用无缝

19、钢管，伸入釜体内一定长度。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL65-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。（4）工艺物料进口采用无缝钢管，管的一端切成，伸入罐内一定长度。配用的突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL50-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。（5）放料口采用无缝钢管，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。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 HG5-11-81-3.（6）导热油出口采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592

20、 法兰 PL50-0.6 RF 20。（7）安全阀接口采用无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。（8）冷凝器接口采用无缝钢管，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。（9）加热器套管采用无缝钢管，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 PL80-0.1 RF 20。4.3 管法兰尺寸的设计4.3.1 管法兰的选型 突面板式平焊法兰 代号PL 标准号HG205934.3.2 管法兰的尺寸查文献

21、2填下表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坡口宽度b 安全阀接口、N2接口253210075581141014333工艺物料进口5057140110881441216259导热油进口5057140110881441216259温度计接口65761601301181441216278冷凝器接口、放料口100108210170144184M16182110导热油出口5057140110881441216259加热器套管808919015012418416182914.4 垫片尺寸及材质 管道法兰用软垫片查文献3填下表密封面形式及垫片尺寸接管名称密封面型式垫片尺寸()垫

22、片材质外径内径厚度安全阀接口、N2接口RF64342耐油石棉橡胶板工艺物料进口RF96612耐油石棉橡胶板导热油进口RF96612耐油石棉橡胶板温度计接口RF160772耐油石棉橡胶板冷凝器接口、放料口RF1521152耐油石棉橡胶板导热油出口RF96612耐油石棉橡胶板加热器套管RF132762耐油石棉橡胶板4.5 固体物料进口的设计固体物料进口的尺寸公称压力（）密封面形式公称直径螺栓直径长度数量1.0MPa突面2502738390350M207012总重()1908420261840.9固体物料进口的明细表件号名称数量材料1人孔接管10Cr18Ni10Ti2螺母16253螺栓16354法兰

23、11Cr18Ni9Ti5垫片1耐油石棉橡胶板6法兰盖11Cr18Ni9Ti7手柄1Q235-A8销轴1459开口销23510垫圈2100HV11轴耳4Q235-A4.6 视镜的设计4.6.1 视镜的选型带颈视镜4.6.2 视镜的结构视镜主要用来观察设备内物料及其反应情况，也可以作为页面指示镜。常用的视镜有视镜、带颈视镜和压力容器视镜（分别有带颈和不带颈两种）几种。4.6.3 视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸和材料规定标记：视镜 DN=125、PN=0.6标准图号：JB595-64-7视镜的尺寸视镜玻璃单头螺柱数量直径×长度125205175201650133888M1238视镜的

24、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(HGJ501-1986-0)4压紧环1A32衬 垫2石棉橡胶板（GB3985-1983）5单头螺柱8A3(GB901-76)3接 缘11Cr18Ni9Ti6螺母16A3(GB52-76)4.7 支座的选型及设计4.7.1 支座的选型由于设备外部设置有100的保温层，所以选耳式B型支座，支座数量为4个。4.7.2 支座载荷计算及尺寸的初步设计（1）筒体质量：DN=1200，Sn=6mm，每米质量178kg,则：（2）筒体封头质量：DN=1200，Sn=6mm的椭圆形封头质量为76.4kg,则：（3）介质质量：介质密度以水计，容积为1.

25、8m3，则质量为：（4）夹套筒体质量：DN=1500，Sn=6mm，每米重223kg,，则（5）夹套封头质量：DN=1500，Sn=6mm的椭圆形封头质量为117.7kg,则：（6）导热油质量：密度以水计，体积（7）附件质量：人孔约42kg，其它附件约35kg，则：（8）冷凝器重量：则重质量为：支座最大载荷为：根据公称直径和最大载荷，查文献1得支座尺寸如下表：B型耳式支座的尺寸(mm)H底板筋板垫板地脚螺栓支座重量l1b11S1l2b22l3b33ed规格kg25020014014702901601031525084030M2415.74.7.3 支座载荷得校核计算耳式支座实际承受的载荷按下式

26、近似计算：Ge=12009.81=11772N，m0=400kg，k=0.83，n=4，p=0，Se=500D= Q=10-3=8.57KN因为Q=8.57KNQ=60KN，所以选用的耳式支座满足要求。 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P3.0KW ，搅拌轴的转速n85r/min，材料为45钢 ， 40，剪切弹性模量G8×104MPa，许用单位扭转角1.0°/m。 由得：（） 利用截面法得： ()由 得： 搅拌轴为实心轴，则： 得=34.8mm圆整后考虑腐蚀裕量，取d=40mm5.1.2 搅拌轴刚度校核 得

27、 =0.9433°/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，取d=50mm5.2 搅拌轴临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速=85200，故不作临界转速校核计算。5.3 联轴器的型式及尺寸的设计5.3.1 联轴器型式的确定 由于选用摆线针轮减速机，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节（D型）。标记为：DN 50 HG5-21365，结构如图。由文献分别确定联轴节的尺寸和零件及材料，尺寸如表，零件及材料如表。由于联轴节轴孔直径DN=50mm，因此搅拌轴的直径d调整至50mm。5.3.2 联轴器的结构及尺寸立式夹壳联轴节1- 夹壳；2-悬吊环；

28、3-垫圈；4-螺母；5-螺栓查文献4填下表夹壳联轴节的尺寸轴孔直径50螺栓数量规格135624290190348366M129457010018160.60.45.3.3 联轴节的零件及材料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-1Cr18Ni9Ti(GB2100)4螺 母0Cr18Ni9Ti(GB/T 6170)2吊 环0Cr18Ni9Ti(GB4385 )5螺 栓A2-70(GB/T 5782)3垫 圈A-140(GB/T 97.2)5.4 搅拌桨尺寸的设计5.4.1 框式搅拌桨的结构 框式搅拌桨的结构如图所示。由文献5表确定不锈钢框式搅拌桨的尺寸见表，零

29、件明细表见表。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5.4.2 框式搅拌桨的尺寸框式搅拌桨的尺寸螺栓螺孔螺栓螺孔数量数量114050M16216.5M12813470重量91028542017051203519不大于0.0885.4.3 框式搅拌桨零件明细表零件明细表件号名称数量材料件号名称数量材料1桨叶2Cr18Ni12Mo2Ti5螺母8Cr18Ni12Mo2Ti2横梁2Cr18Ni12Mo2Ti6穿轴螺栓2Cr18Ni12Mo2Ti3筋板4Cr18Ni12Mo2Ti7螺母4Cr18Ni12Mo2Ti4连接螺栓8Cr18Ni12Mo2Ti

30、5.5 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L近似由釜外长度L1、釜内未浸入液体的长度L2、浸入液体的长度L3 三部分构成。即：= L1+ L2+ L3其中L1=H-M (H:机架高；M:减速机输出轴长度) L1=500-76=424mm L2=HT+HF-Hi (HT:釜体筒体长度;HF:封头深度;Hi:液体的装填高度) 液体装料高度Hi的确定： 釜体筒体的装填高度式中VC操作容积(m3)；VF釜体封头容积(m3)；Di筒体的内径(m)H1=1.1372m液体的总装填高度Hi=H1+h1+h2=1137.2+325+25=1487.2m L2=1367+2

31、5;（25+325）-1487.2=582.8mm 浸入液体搅拌轴的长度L3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：（见文献4215） 当Di=Hi时为最佳装填高度；当Di<Hi时，需要设置两层搅拌桨。 由于Hi=1487.2mmDi=1200mm，本设计需使用两层搅拌桨，但由于是框式搅拌桨，无法选用两层，故本设计使用单层搅拌桨。 搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：S=2Hi/3=21487.2/3=991.47mm 故浸入液体的长度L3=991.5mm 搅拌轴的长度L为：L=424+582.8+991.5=1998.3mm 圆整 取

32、L=2000mm5.5.2 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：L/=H-M+L4 (L4:搅拌轴深入釜内的长度，d=50mm时取350mm)L/=500-76+350=775mm 取L/=775mm搅拌轴下部分的轴长为L/=L-L/=2000-775=1225mm第六章 传动装置的选型与尺寸设计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dAT4）。根据电机的功率P3.0KW、转速n1500r/min，由文献5选用的电机型号为：YB100L2-4。6.2 减速器的选型6.2.

33、1 减速器的选型根据电机的功率P3.0KW、搅拌轴的转速n85r/min、传动比为1500/ 8517.65，选用直联型一级摆线针轮减速机（HG5-745-78），标记ZLD3.04A17。由文献6确定其安装尺寸，直联摆线针轮减速机的外形见图、安装尺寸如表。直连摆线针轮减速机6.2.2 减速机的外形安装尺寸：减速机的外形安装尺寸260230200506-1141521853.51476616.3 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XD型D单支点机架（HG2156695）。由搅拌轴的直径d50mm可知，机架的公称直径250。尺寸如表。XD型D单支点机架尺寸DiDLD3D4D5n+H辅型号机架质量A2452953403303608-222204621044kg6.4 底座的设计对于不锈钢设备，本设计采用图底座的结构，其上部