化工机械课程设计说明书

1、 化工反应釜的设计是化工设备机械基础的主要设计之一，通过化工反应釜的设计来掌握化工设备机械基础的基本理论和选用机械标准件的基本知识。同时在教师的指导下，通过课程设计，培养学生独立运用所学到的基本理论并结合生产实际综合的分析和解决生产实际问题，最终达到具有典型化工压力容器的设计能力。为了能达到熟练掌握化工容器的设计能力，在化工容器设计中要着重培养以下能力：能够熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定的能力。能够在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程

2、正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施的能力。能够准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型的能力。能够用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果的能力。化工反应釜的课程设计是化工设备机械基础课程中综合性和实践性较强的环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性的重要途径。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己选择方案、自己做出决策，不但要自己查取数据、进行过程和设备的设计计算，同时也要求对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。

3、化工容器设计是一项很繁琐的设计工作，在设计中除了要考虑各种设计要求因素外，还要考虑诸多的政策、法规和经济环保等因素，因此在课程设计中除了注重多学科、多专业的综合因素的相互协调，更要有耐心，并保持严谨的科学态度，最终做出完美的科技作品。课程设计任务书设计目的：把所学化工设备机械基础及相关知识，在课程设计中综合运用，把化工工艺条件与化工设备设计有机地结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。设计要求：设计时要有较精确的设计内容和步骤，一份设计计算说明书，(设计计算说明书是图纸设计的理论依据，是设计计算的整理和总结，是审核设计的技术文件之一。主要内容有：1.前言 2.目录； 3. 设计任

4、务书； 4. 设计方案的分析和拟定； 5. 各部分结构尺寸的确定和设计计算； 6. 设计汇总；8.参考资料。)手工图纸一张，用A2纸作图。设计内容：设计一张带有搅拌装置的夹套反应釜。设计任务设计参数要求容器内夹套内工作压力 ，Mpa设计压力 ，Mpa0.2工作温度 ，设计温度 ，<200250介质氯乙烯单体蒸汽全容积 ，m³6操作容积 ，m³焊缝系数1腐蚀情况（轻微腐蚀）推荐材料搅拌器型式浆式搅拌轴转速 ，r/min85轴功率 ，KW设计方案的分析和拟定： 根据任务书的要求，一个夹套反应釜的设计，主要在于釜体（内筒、封头、夹套）及附件（人孔、支座、工艺接管、视镜、法兰

5、、填料孔、测温系统、搅拌装置、传动装置、轴封装置等）的设计及选择。第一部分容器的设计77788991010111313第二部分 釜体法兰的选取1414法兰的选择.15152.4垫片尺寸及材质162.5螺栓、螺母的尺寸规格16第三部分 传动装置设5选择搅拌器、搅拌轴202222222525第四部分 附件的设计2525262627272829第五部分计算传热面积.31第六部分人孔补强.31资料汇总.33结束语.35夹套反应釜设计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

6、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。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

7、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。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。第一部分 容器的设计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

8、所包含的容积，现估算筒体直径。选取反应釜装料系数 ，由 ，可得设备体积对于汽液相类型选取 ，由公式估算筒体的内径为将计算直径圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径 ，查附录，DN=1800mm时的标准椭圆封头曲面高度 ，直边高度 ，封头容积 ，表面积 。由手册和计算得每一米高的筒体容积为 ，表面积。公称直径曲面高度直边高度内表面积容积厚度质量1800450258225102621233914396164541851220571筒体高度圆整为H=2000 mm。于是 ，复核结果基本符合原定范围由以上计算筒体公称直径为1800mm,根据下表，查得夹套内径。Di/mm50060070018002000

9、3000Dj/mmDi+50Di+100Di+200由于筒体内径1800 mm，估算夹套的内经 mm，符合公称直径系列。按公式估算夹套的高度为选取夹套高度 ，则 ，这样是便于筒体法兰螺栓装拆的。对于夹套来说，其内部压力为2.5MPa,外部为大气压，所以夹套的厚度计算方法是外压容器的计算方法。 由于设计要求介质为蒸汽，介质对材料的腐蚀轻微，故选用为夹套材料，设计温度为250时，的许用应力 ，夹套筒体与内筒的环焊缝因无法双面焊和作相应的探伤检查，从安全考虑，夹套上所有焊缝均与焊缝系数 ，取厚度附加量中的钢板厚度负偏差 mm ，双面腐蚀取腐蚀余量 。 夹套的壁厚计算如下：夹套椭圆封头部分厚度的计算符

10、合椭圆封头厚度的计算方法,根据公式，计算封头壁厚。 凸形封头的厚度附加量也只考虑和 ，加工成型的减薄量由制造厂根据加工条件来确定，以保证壁厚符合图纸要求，设计计算时可以不作考虑。取 mm， mm，标准椭圆形夹套封头的壁厚为圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准，选取夹套的筒体和封头厚度均为 mm。根据设计要求，筒体内部压力为0.2MPa，夹套内部压力为2.5MPa,筒体内部温度为200摄氏度，夹套内部温度为250摄氏度，因此确定筒体部分的厚度计算采用外压容器的计算方法，其具体步骤如下：（1）对的圆筒和管子假设，令，定出比值和在化工设备机械基础第六版，第132页图5-5左方找到，将此点沿水平方向向右移

11、与线相交（与中间值用内插法)。若>50则用=50查图，若<0.05，则用=0.05查图。过此交点沿垂直方向下移在图5-5的下方得到系数A,根据所用材料选用在化工设备机械基础第六版，第136图5-9，在图的下方找到由3）所得的系数A，在图的右方得到系数B。按下列计算许用外压力P=比较计算外压力与P,若>P则需再假设厚度筒体材料也选用，筒体受内压力取设计压力为，设计温度为250，设计外压 ，所得壁厚大于内压设计的壁厚，则按外压稳定设计的壁厚，一定能满足内压设计要求，可以不再作内压设计校核。 考虑到内筒筒体按外压设计，且受双面腐蚀作用，可以初选筒体壁厚 ，并取 ， ，筒体有效厚度

12、， 内筒受外压作用的计算长度L为被夹套包围的筒体部分加凸形封头高的，则查教材化工设备机械基础（大连理工大学出版社，第六版）表55，由 和 ，可以查的系数 , 再查该书表59，由系数A查的系数 筒体的许用外压为：>因为>，且比较接近，所以取筒体 ，此外外压稳定和内压强度均能满足要求，（若选 ， ，和上面方法一样，求得<，不满足要求。）其方法与圆筒部分计算步骤类似，现计算如下： 选取筒体下封头壁厚 ，壁厚附加量 ， mm，所以筒体下封头的有效厚度 ；标准椭圆封头的外压计算当量球面半径 ， ，所以计算系数A为查教材化工设备机械基础（大连理工大学出版社，第六版）表59，由系数A查的系

13、数 ，许用外压为取筒体下封头壁厚 符合外压稳定和内压强度要求。 筒体的上封头只受内压作用，并不受外压作用，为了便于制造上封头壁厚与筒体下封头壁厚相同最为合适。 壁厚确定以后需对其进行校验，由于气压试验较危险，一般不采用，顾此处选择水压试验。 内筒体水压试验压力为，即；夹套水压试验压力为，取进行校核：夹套水压试验时壁内应力为由于在常温时的屈服强度为，牌号钢板厚度抗拉强度屈服点16MnR616510640345>1636490620325>3660470600305>60100460590285>100120450580275下表列出的抗拉强度和屈服点： 可见水压试验时内筒

14、、夹套壁内应力都小于，水压试验安全。当夹套作水压试验时，釜体将受外压作用。因夹套的试验压力为，而筒体的许用外压为，故在夹套水压试验时，筒体内需要充压才能保持筒体稳定。第二部分 釜体法兰的选取法兰：法兰连接结构是一个组合件，一般是由连接件、被连接件、密封原件组成。法兰（Flange）又叫法兰盘或突缘。法兰是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端。法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封。法兰分螺纹连接（丝接）法兰和焊接法兰。法兰连接是由一对法兰、数个螺栓和一个垫片（圈）所组成。法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于法兰密封表面上的凹凸不平处填满，这样就为阻止介质泄漏形成了初始密封条件。压力容器

15、法兰从整体看有三种形式：甲型平焊法兰；乙型平焊法兰；长颈对焊法兰。现根据设计条件对其进行选型：参考董大勤编著的化工设备机械基础（化学工业出版社）第254页，表10-2，法兰的选型：甲型平焊法兰法兰标准类型：法兰 RF 1800-0.25 JB/T4700-2000 法兰材料;Q235-A所选公称直径1800所对应的参数：公称直径DNDD1D2D3D4aa1d厚度质量螺栓规格数量1800193018901855184118382356M2052MPa< 0.25MPa ，温度小于200，可选取突面密封面，型号代号为RF。垫片是构成密封的重要元件，适当的垫片变形和回弹能是形成密封的必要条件。

16、最常用的垫片可分为非金属垫片、金属垫片以及非金属混合制的垫片。考虑到操作介质的有毒性、易燃性、易爆性，操作压力0.2MPa，温度小于 200，选择密封垫片为耐油橡胶石棉垫。垫片标记：垫片 1800-0.25 GB/T539 主要尺寸如下:内径（d/mm）外径（D/mm）宽（b/mm）厚度（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：52螺纹规格 amax emin K（公称） rmin SminI型六角螺母A级（摘自GB/T41-2000 等效ISO4031:1999）螺纹规格 emin

17、mmax mmin Smax Smin 螺距螺栓长度的计算：L=2S法兰+S垫片+S螺母=258+3+30+23圆整L=150mm第三部分 传动装置设计传动装置的组成：安装在釜盖上的凸缘法兰、安装底盖支承着机架和密封箱，传动轴则吊装在机架上的轴承箱内、穿越密封箱体深入釜内，再利用釜内联轴器与搅拌轴相连。在机架的顶部连接板上安装着电动机与减速机，减速机的输出轴通过带短节的联轴器与传动轴上端的轴径相连。现针对其组成对其中每一个部件进行选型：凸缘法兰：焊在釜体封头上，整个传动装置就装在它的上边，它还可以兼作釜体维修的检查孔用。参考董大勤编著的化工设备机械基础（化学工业出版社）第463页，由传动轴轴径

18、50，容器公称直径DN1800查得凸缘法兰、安装底盖公称直径为400。确定凸缘法兰型号为HG21564-95 表：法兰、安装底盖、机架的公称直径与传动轴轴径的搭配容器公称直径凸缘法兰安装底盖的公称直径传动轴轴径304050607080机架公称直径500,600200200200700,80025025025025012,001,40030020020030030030016,001,800400200200250250（300）300300表:凸缘法兰的尺寸公称直径DN200250300400500700900D3403954455656708301045K295350400515620780

19、990Di200245280410430530720h6565658590100110安装底盖；其作用主要是安装机架和密封箱体，在对传动系统维修时还可以临时搁置传动轴。由安装底盖公称直径400，安装底盖是上装式凸面，选择安装底盖型号为HG21565-95 RS表:安装底盖形式代号传动轴安装形式密封面形式凸面（R）凹凸面（M）整体衬里（L）整体衬里（L）上装式（S)RSLRSMSLMS下装式(X)RXLRXMXLMX表;安装底盖尺寸公称直径DN200250300400500700外径D340395445565670830螺柱中心圆直径K295350400515620780机架：是用来支承减速机和

20、传动轴的，轴承箱也归属于机架。查表18-33，得机架的公称直径为250再查表18-35所以选择机架型号为HG21566-95 A，其主要参数如下表机架公称直径DN传动轴轴径dHH250507502683.5选择搅拌器、搅拌轴搅拌器：搅拌器又称搅拌桨或叶轮。它的功能是提供工艺过程所需要的能量和适宜的流动状态，以达到搅拌目的。工艺过程对搅拌的要求可以分为混合、搅动、悬浮、分散四种。各种形式的搅拌器的桨叶形状可归纳为三类：平直桨叶、斜桨叶和螺旋面桨叶。这些桨叶的搅拌器在液体中搅拌时产生不同的流动状态:基本流向有环向流、径向流和轴向流。 （1）根据工艺设计要求，设计功率P=2.8KW,转速n=85r/

21、min,计算搅拌轴直径，选择搅拌器材料为45号钢查过程设备机械基础表3-11，得45号钢许用应力为,计算系数A=118107，则搅拌器直径为表：材料计算系数表轴的材料Q2,35,2035,1Cr18Ni9Ti4540Cr,35SiMn,42SiMn,40MnB,3Cr13/Mpa1220203030404052A16013513511811810710798=（118107）由于设计要求搅拌器直径需增加5%15%还要增加24的腐蚀裕量，还考虑键槽对舟强度的削弱和对物料的腐蚀，再圆整得到d=50mm.根据设计需要选择浆式搅拌器，参考董大勤化工设备机械基础表18-47搅拌器的形式主要尺寸特性参数，

22、其选型原则是之间；之间搅拌器直径 内筒内直径取搅拌器直径 ,计算搅拌器搅拌轴长度=2*+H-L(0.81.5)Di 带入数值得搅拌轴长=2*450+2000-350-900=1650mmb=90mm（2）对搅拌器进行强度校核所以d=50mm符合强度要求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）。根据设计要求，功率为2.8KW，转速为85r/min，由电动机型号参数表选择电机型号为Y112M-2 具体参数如下表：型号type功率(kw)马力电流（A）转速效率(r/min)功率因数重量Y80M1-2128257517Y80M2-228257718Y90

23、S-2228407822Y90L-23284027Y100L-23428808234Y112M-24289046来自百度减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等。其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与

24、扭矩的转换设备。参考李多民化工过程设备机械基础（中国石化出版社），选择减速器摆线针轮减速机型号为BLD4.0-3-17，减速比=85/1440联轴器是连接轴与轴并传递运动和扭矩的零件，其种类很多，在搅拌传动装置系统中采用的有：凸缘联轴器（包括带短节联轴器）、夹壳联轴器和块式弹性联轴器。1)由设计需要，选择C型凸缘联轴器。C型凸缘联轴器是由两个带凸缘的半轴联轴器组成，并用螺栓将二者连成一体。用于釜外时在两个半联轴器中间加一个短节，用于传动轴和减速机输出的轴的连接或传动轴与机架中间短轴连接，联轴器的短节拆卸后，其留出的空间可供在机架的侧向空间内拆卸或安装下半联轴器，机架中间轴承箱及传动轴密封装置。

25、联轴器的结构如下图所示:由李多民化工过程设备机械基础（中国石化出版社）最大扭矩联轴器的计算扭矩选择C型凸缘联轴器主要参数为：C型凸缘联轴器L=169，许用扭矩355N*mC型凸缘联轴器尺寸轴径dDL1L2L许用扭矩许用转速质量4515570811693551960155051514轴是传动运动和动力的重要零件、工作时既受弯曲、又承受扭矩的轴称为转轴，如减速器中的齿轮轴；只传递扭矩的轴称为传动轴，只受弯曲不受扭矩作用的轴称为心轴，如自行车上的前轴。参考董大勤编著的化工设备机械基础（化学工业出版社）第463页，由传动轴轴径50，容器公称直径DN1800，由表18-33，查得机架公称直径为250。选

26、择HG21568-95 ASC400/350-45反应釜的轴封装置设计 反应釜的轴封装置的选型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。所以机械密封型号为径向双端面平衡性密封，适用温度为-20300摄氏度，压力=<1.6MPa,适用介质:易燃易爆有毒物质型号为2002第四部分 附件的设计人孔的作用：为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。查表11-2选择人孔HG20594 带颈平焊法兰人孔 公称压力为1MPa,公称直径450mm 主要参数如下表：公称压力公称直径dw*sDD1螺栓规格螺栓数量总质量回转盖1400

27、426*826515M2416103/113450480*828565M2420125/135500530*828620M2420153/163400426*1032525M2716134/144450480*1034585M2720171/181500530*1034650M30*220235/245化工容器及设备，往往由于工艺操作等原因，在筒体和封头上需要开一些各种用途的孔。出料管结构设计主要从物料易放尽、阻力小和不易堵塞 等因素考虑。另外还要考虑温差应力的影响。公称直径DN接管长度（保温设备）适用公称压力<=1513020501507035020070500200物料进出口公称直径

28、DN=100mm 长度200 壁厚8mm法兰选型：HG20593法兰PL100- 2.5RF 16MnR蒸汽管道公称直径DN=25nn 长度130mm 壁厚3mm 法兰选型：HG20593法兰PL25-0.25 RF 16MnR根据化工原理教材附表查得3)液位计管： = 8 D外 = 57 L = 130管法兰 D = 165 B1 = 59 m= 6 kg4)温度计接管： = 8 D外 = 57 L = 130管法兰 D = 165 B1 = 59 m= 6 kg视镜主要用来观察设备内物料及其反应情况，也可作为料面指示镜，一般成对使用，当视镜需要斜装或设备直径较小时，采用普通不带颈视镜 HG

29、J501-86 公称压力为0.98MPa,公称直径50.主要参数如下表：公称直径公称压力DD1b1b2螺柱数量螺柱直径质量5010（0.981216(1.57)19010034246M1225(2.45128010（0.98）16013036248M1216(1.57)16013036268M1225(2.45)16013036288M12根据工艺要求选择HGJ516-87 铜-康铜热电偶检测元件名称分度号测量范围镍铬-镍硅热电偶K负200到1300镍铬-康铜热电偶E负200到900铁-康铜热电偶J负200到800铜-康铜热电偶T负200到4

30、001）总体重量的计算 查化工原理课本 附录五 知道钢的密度 故：计算筒体的体积 已知 由 联立可得 =3194.5 kg 查 董大勤<<化工设备机械基础 >>课本 （ p196） 得封头表面积S=3.654 钢材与筒体相同 故得 =3夹套质量计算 夹套底部质量的计算 查 董大勤<<化工设备机械基础 >>课本 （ p196）得 又 由 = =670.2 kg 夹套直体部分质量的计算 = =1067.8 kg 估算传动装置及电机的质量为400Kg因此选择支座TB/4725-92，耳座A 4 材料：Q235-AF 夹套反应釜多为立式安装，当设备外有保

31、温层宜选用A型耳式支座。查附表24知（单位：mm）; 支座数： 4个； 允许载荷 Q =60 KN 支座质量：11.1Kg 地脚螺栓：M24 d=30 高度 H=250 底板：l1=200 b1=140 s1=70 筋板：l2=160 b2=160 垫板：l3=315 b3=250 e=40 董大勤化工设备机械基础，化学工业出版社，第346页表13-5第五部分传热面积计算 已知： 夹套 公称直径 DN=1900mm 夹套高度 H=1200mm参考 董大勤 化工设备机械基础第 457 页 表 18-27知公称直径 内筒筒体部分的夹套高度11900第六部分 人孔补强人孔补强的计算=（=0.9为标准

32、椭圆形封头）代入得B=MAX2d，d+=900mm=（B-d）（）-（）（1-） =14661 =2×67（7.5-0.27）+2×67（7.5-2） = A= =（461+2×2）×则>A 所以不用补强参考文献:1化工设备机械基础 董大勤 化学工业出版社，2003 2化工设备机械基础 刁玉玮 大连理工出版社，20063 化工设备课程设计指导方书起 化学工业出版社，20104 化工设备与机械管来霞 化学工业出版社 20105 化工设备机械基础 汤善甫 华东理工大学出版社 20046 化工设备设计基础 谭蔚 天津大学出版社 20077 化工制图刘立平 化学工业出版社 20108 过程设备机械设计潘红良 华东理工大学出版社 20069 化工原理修订版夏清 天津大学出版社 201110过程装备成套技术设计指南黄振仁 化学工业出版社，200311化工机械基础 陈国桓 化学工业出版社 200612化工过程设备机械基础李多民 中国石化出版社 2006设计汇总现对本次设计汇总如下：筒体：公称直径DN1800 内筒厚度 高度H=2000mm 夹套：公称直径DN1900 夹套厚度