搅拌反应釜设计要点

1、<<化工容器>>课程设计一搅拌反应釜设计姓名：余景超学号：2010115189专业：过程装备与控制工程学院：化工学院指导老师：淡勇老师2013年6月18日目录一设计内容概述1.1设计要求1.2设计参数1.3设计步骤二罐体和夹套的结构设计2.1几何尺寸2.2厚度计算2.3最小壁厚2.4应力校核三传动部分的部件选取3.1 搅拌器的设计3.2 电机选取3.3 减速器选取3.4 传动轴设计3.5 支撑与密封设计四标准零部件的选取4.1 手孔4.2 视镜4.3 法兰4.4 接管五参考文献一设计内容概述（一）设计内容：设计一台夹套传热式配料罐4£A.7J-V：=工好LW/

2、-Lip_3siA卖修吟1IE.一十TJ单ET1F设计参数及要求容器内夹套内工作压力，MPa0.180.25设计压力，MPa0.20.3工作温度，C100130设计温度，C120150介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽全容积，m31.0操作容积，m30.802传热面积，m3腐蚀情况微弱推后材料Q235-A接管表符号公称尺寸DN连接面形式用途A25蒸汽入口B25加料口C80视镜D65温度计管口E25压缩空气入口F40放料口G25冷凝水出口H100手孔（二）设计要求：压力容器的基本要求是安全性和经济性的统一。安全是前提，经济是目标，在充分保证安全的前提下，尽可能做到经济。经济性包括材料的节约，经济的制

3、造过程，经济的安装维修。搅拌容器常被称为搅拌釜，当作反应器用时，称为搅拌釜式反应器，简称反应釜反应釜广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、农药、化肥等行业。反应釜由搅拌器、搅拌装置、传动装置、轴封装置及支座、人孔、工艺接管等附件组成。压力容器的设计，包括设计图样，技术条件，强度计算书，必要时还要包括设计或安装、使用说明书。若按分析设计标准设计，还应提供应力分析报告。强度计算书的内容至少应包括：设计条件，所用规范和标准、材料、腐蚀裕度、计算厚度、名义厚度、计算应力等。设计图样包括总图和零部件图。设计条件，应根据设计任务提供的原始数据和工艺要求进行设计，即首先满足工艺设计条件。设计条件常用设计条

4、件图表示，主要包括简图，设计要求，接管表等内容。简图示意性地画出了容器的主体，主要内件的形状，部分结构尺寸，接管位置，支座形式及其它需要表达的内容。（二）设计参数和技术性能指标（三）设计步骤：1.进行罐体和夹套设计计算；2,搅拌器设计；3 .传动系统设计；4 .选择轴封；5,选择支座形式并计算；6 .手孔校核计算；7 .选择接管，管法兰，设备法兰确定筒体和封头的几何尺寸(1)筒体和封头的形式选择圆柱筒体及椭圆形封头。(2)确定筒体和封头的直径设备容积要求1m常从已钩衔-液类型，故由式(4-1):H1/D1=1-1.3,考虑容器不大，为使直径不致太小，在顶盖上容易布置接管和传动装置，故选取H1/

5、D1=1.2。D1由(4-1)估算：D1=/4V/兀H1/D1"4x1/兀x1,2=1.0621将D1的估算值圆整到公称直径系列，故取D1=1000mm.封头内径值采用椭圆型封头，直边高h0由附表4-2初选h0=40mm(3)确定筒体高度H1当D1=1000mm,h0=40mW,由附表4-2查得椭圆形封头的容积V=0.1623m常筛奖4-1查得筒体1m高的容积V1米=0.785m/m,按式(4-2):H1=V-V圭寸/V1米=(1-0.1623)/0.785=1.067m取H1=1.0m,于是H1/D1=1.062/1.067=1。(4)选取夹套直径D=D1+100=1100mmi夹

6、套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。(1)确定夹套高度按式(4-4)定夹套高度H2,式中T为装料系数，刀=操作容积/设备容积=08/1=0,8，代入公式：H2A(刀V-V封)/V1米=0.812取H2=950mm(2)校核传热面积下工艺要求传热面积为3m常筛奖4-1、4-2,封头表面积F封=1.2096m,1m高筒节表面积F筒=H2xF1m=0.8x3.14=2.512m则:实际总传热面积F=F圭t+F筒=1.2096+2.512=3.7604m>7m玻可用。2.釜体及夹套的强度计算(1)选择设备材料，确定设计压力由已知建议并分析工艺要求和腐蚀因素，决定采用建议意见，选用Q235-

7、A热轧钢板，其中100C-150c下的许用应力为：日=113Mpa。设计压力的确定：夹套的筒体和封头是内压容器，按已知：设计压力P=0.3Mpq釜体的筒体和封头既受内压又受外压的作用。内压设计压力P=0.2Mpa,设计外压的取法是考虑操作过程出现的最大压力差，所以取P=0.3Mpa为设计外压。(2)夹套的筒体和封头壁厚计算夹套筒体壁厚S夹=PD3fe/(20-P)+C式中，P=0.3Mpa;D夹=1100mm=113Mpa;0为焊缝系数，采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查：0=0.85(夹套封头用钢板拼焊)；壁厚附加量C=C1+C2+G3Q1其中C1为钢板负偏差，初步取C1=0.6mm,腐蚀裕

8、量C2=2mmy口工减薄量C3=2(封头热加工C3=0.5mm,因此：C=0.6+2+0=2.6mm3夹=(0.3x1100)/(2x113x0.85-0.3)+2.6=4.32mm,圆整到钢板厚度标准规格，取8夹=5mm夹套封头壁厚S封夹=PD夹/2百0-0.5P+C+C式中：P、D夹、0取值同上式，其中C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mm代入上式：S封夹=0.3x1100/2x113x0.85-0.5x0.3+3.1=4.819mm为照顾到筒体和封头焊接的方便取5封夹=5夹=5mm(3)釜体的筒体壁厚5筒1) 按承受0.2Mpa的内压设计筒APD1/(20-P)+C式中，设

9、计压力P=0.2Mpq筒体内径D1=1000mm许用应力=113Mpa(同夹套材料)；焊缝同夹套，故0=0.85,壁厚附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mmt述各值代入上式：S筒A(0.2x1000x/2x1130.85)+2.6=3.642mm2) 按承受0.3Mpa的外压设计设罐体筒体的名义厚度81n=7mm厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm罐体筒体有效厚度81e=81n-C=7-2,6=4.4mm罐体筒体外径D10=D1+21n=1000+2x7=1014mm筒体计算长度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1034.8mm系数L

10、/D0=1034.8/1014=1.205系数D0/Se=1014/4,4=230由参考资料图9-7,查得：系数A=0.000255,系数B=38则许用外压P=BSe/D=(38x4.4)/1014=0.165<3Mpa因此壁厚4.4mm能满足外压稳定要求，需增大壁厚重新计算。现重新假设S1n=8mm厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm罐体筒体有效厚度81e=S1n-C=8-2.6=5.4mm罐体筒体外径D10=D1+21n=1000+2x8=1016mm筒体计算长度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1035.13mm系数L/D0=1034.8

11、/1014=1.019系数D0/Se=1016/5.4=188由参考资料图9-7,查得：系数A=0.00046,系数B=63则许用外压P=BSe/D=63x5.4/1016=0,3350.3Mp故Se=5.4mmW足外压稳定性要求,其圆整到标准钢板厚度规格取8e=8mm.(4)釜体的封头壁厚计算1)按内压计算S封：5封PD1/(2a0-0.5P)+C式中，P=0.2Mpa,D1=1000mm,0=0.85,弟113Mpa,C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mr入上式:S封A0.2x1000/(2x113x0.85-0.5x0.2)+3.1=4.14mm考虑到封头与筒体的焊接方便取

12、封头与筒体等壁厚S封=8mm.2)按外压校核S封，采用图算法：封头计算壁厚80=8-C=8-3.1=4.9mm椭圆封头的计算当量半径Rv=K1D1由设计规定或查资料知K1=0.9,故Rv=0.9x1000=900mm;系数A=0.125xS0/Rv=0.125x4.9/900=0.000681,由图查得B=92则许用外压P：P=B(S0/Rv)=92x(4.9/900)=0.501Mpa大于水压实验时的压力0.4Mpa,故用5封=8mm外压稳定安全.(5)水压实验校核1) 确定实验水压Pr,根据设计规定知：釜体水压取Pr=P+0.1=0.2+0.1=0.3Mpa夹套水压取Pr=P+0.1=0.

13、3+0.1=0.4Mpa2) 内压实验时:釜体筒壁内压应力6r=PrD1+(S-C)/2(S-C)=0.3x1000+(8-2.6)/2(8-2.6)=27.93Mpa.夹套筒壁内压应力(Tr夹=D1+(S-C)/2(S-C)=0.31000+(5.4-2.6)/2(5.4-2.6)=78.77Mpa.釜体封头壁内应力err封=PK1D1+0.5(S-C)/2(S-C)=0.30.9x1000+0.5(8-3.1)/2(8-3.1)=27.63Mpa夹套封头壁内应力err封=PK1D1+0.5(S-C)/2(S-C)=0.40.9x1100+0.5(5.4-3.1)/2(5.4-3.1)=86

14、.19Mpa因Q235-A常温（r=235Mpa看出（Tr,6r夹，6r夹，6r封夹都小于0.96s=0.9235=211.5Mpa,故水压实验安全.3) 外压水压实验釜体筒体外压校核：80=8-C=8-2.6=5.4mm,D0/50=1010.8/5.4=187,L/D0=1035.13/1010.8=1.024由图查A=0.00045,B=62,故许用外压P=BS0/D0=62x5.4/1010.8=0.331Mpa<水压压力Pr=0.4Mpa,故在0.4Mpa外压水压实验时应在釜体内充压，以防釜体筒体失稳.釜体底封头外压校核因其允许外压P=0.501Mpa>外压Pr=0.4M

15、pa,故安全.计算结果釜体夹套筒体8mm5mm封头8mm5mm3.5支撑与密封设计反应釜是立式安装，故采用耳式支座，并选择B型筋板。选择的耳式支座支座号为3,允许载荷30KN,高度200mm,地脚螺栓30-M24。反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，选用填料密封。用PN=0.6MPa,轴颈d=40mm,D1=175mm,D2=145mm,H=147mm。四标准零部件的选取4.1支座1）支坐类型：根据罐体的公称直径是1000mm,可由参考文献2的附表4-9选择标准耳式支坐，又因设备思需要保温故选择B型，由JB/T472592可知选择耳座B3。2）数量：4个（对称且承重）3)Q=30KN。4.2 手

16、孔查参考文献2的附表4-10,根据DN=150mm,PN=1.0Mpa,选择带颈平焊法兰手孔，其有关资料如下：标准号HG21530-95凹凸面MFMH1=160mm,H2=85.5mm,m=23.3kg4.3 视镜由DN=80mm,PN=1.0MPa,可知选择不带颈的视镜，查参考文献可得资料如下：D=145mm,D1=120mm,b1=25mm,b2=14mm标准号为JB593-64-24.4 法兰设备共需选用4个，其中压力容器法兰1个，管法兰3个1）根据DN=1000mm,PN=0.6MPa,查参考文献2的附表4-4和4-5可知选取甲型平焊法兰：名称为法兰-T900-0.6;具体资料如下：D

17、=1130mm,D1=1090mm,D2=1055mm,D3=1045mm,D4=1042mm,d=23mm;螺柱M20,数量32;凸面法兰质量：67.5kg,凹面法兰质量：65.3kg2）图中ABEG接管公称尺寸均为25mm。根据DN=25mm,PN=1.0MPa,查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：管子外径A=32mm,法兰外径D=100mm,法兰理论质量为0.65kg。3）图中D接管公称尺寸为65mm。根据DN=65mm,PN=1.0MPa,查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：管子外径A=76mm,法兰外径D=160mm,法兰理论质量为1.61kg。4）图中F接管公称尺寸为40mm。根据DN=40mm,PN=1.0MPa,