化工机械设计说明书

化工设备机械基础课程设计题目：1.2m3夹套反应釜设计学院:化学与化工学院专业:化学工程与工艺姓名:吴羊11661151291166115322刘艳魁1166115225116611533711661152291166115310指导老: 张永强韩晓完成日: 2013/12/41目录一．课程设计任务书 3二．设计方案的分析和拟定 3三．夹套反应釜的设计 4釜体的尺寸 4容积 4确定筒体的直径和高度 4确定筒体封头尺寸 5外压圆筒与封头的设计 5确定筒体的材料、厚度 5确定夹套的直径和高度 9压力试验及强度校核 10外压容器的试压（液压试验。 10夹套压力校核。 10釜体法兰选择 11反应釜的搅拌装置 12搅拌器的设计 12搅拌器设计 13反应釜的传动装置 14电动机的选用 14减速器的选用 15凸缘法兰 15安装低盘 16机架选用 16传动轴的选用 17联轴器 18反应釜的轴封装置 18反应釜的人孔 198.1人孔 19选用人孔法兰 20人孔、凸缘法兰开孔补强计算 20支座的选型与设计 22支座的选型 22支座载荷计算尺寸的初步设计 23支座载荷的校核计算 24设备接口 25进料管和出料管钢管的外径和壁25加热蒸汽进出管钢管的外径和厚度 26温度计接口 27安全阀接口 27视镜的选择 27四.设计心得 29五.参考文献 292一．课程设计任务书设计目的：把所学的《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的结合起来，巩固和加强有关机械课程的基本理论和基本知识。设计要求：A0.2MPa，由此可知本反应釜是在常压下工作。B、设计温度：容器内的设计温度<200℃，夹套内的设计温度250℃，设计温度均不高，不需要对反应釜作保温措施。D、介质选择：容器内的介质为氯乙烯单体,夹套内的介质为蒸汽。E、搅拌器：选用桨式搅拌器，搅拌轴转速为85r/min，轴功率为2.8kW。F、操作容器体积：1.2m3G、单面腐蚀余量C

=1mm，焊缝系数1,C2

1mmH16MnR16MnR45二．设计方案的分析和拟定3在阅读任务设计书之后，按以下内容和步骤进行夹套反应釜的机械设计。总体结构设计。根据工艺的要求，并考虑到制造安装和维护检修的方便来确定各部分结构形式。搅拌器的设计。A．根据工艺参数确定各部件几何尺寸；BC．对罐体，夹套进行强度和稳定性计算，校核；传动系统设计，包括选择电机。确定传动类型，选择联轴器等。决定并选择轴封类型及有关零件。绘图，包括总图，部件图。编制技术要求，提出制造，装配，检验和试车的方面的要求。三．夹套反应釜的设计釜体的尺寸釜体的尺寸主要是确定它的容积.长径比和壁厚。容积V0V,装料系数选择填料系数=0.6V 1.2三者关系为：VoV得Vo 2m³确定筒体的直径和高度选取长径比:iH1.6Di

0.6估计圆筒内径为：433421.6D 33421.6iDi

1200mm。8-24V1

1.131m3Fi

3.77m28-27DN

1200mm时的标准椭圆封头曲面高度h1

300mm，直边高度h 25mm，封头容积V

0.2545m3，表面积Fh

1.665m2。VV 2筒体高度为H V h1

1.131

1543mm筒体高度圆整为H1600mm。L于是i

1600

1.33，复核结果基本符合原定范围。D 1200修正体积：VVH

1.1311.60.25452.064m32.0m31 h确定筒体封头尺寸DN

D1200mmi筒体的封头高度：H=325mm外压圆筒与封头的设计确定筒体的材料、厚度16MnR，0.2MPa2.3MPa外压部分计算出的壁厚肯定符合条件。被夹套包围的筒体按内压计算，受双面腐蚀作用，取C=1mm，C =2mm，初选筒体1 2厚度 32mm ，由表4—9查得P97—钢板厚度的负偏差n则有效厚度： C321229mme n5故 e

201内筒受外压作用的计算长度L为被夹套包围的同体的部分和凸形封头高的1/3。VV 1.20.2545H h 0.8359m,i V 1.1311取H900mmih

300则LHi

h2 3

90025 1025mm3故LD 0

0.854查 表 9 — 76

知 A6.0103 ，再 查 表 9 — 8 知7B=150MPa

150 3.622.5MPaPBD0BD0e许用外压 远大于P，故不符合要求。再选筒体厚度 26mm，且C=1mm，C =2mm。n 1 2则 C261223mme nD故 0e

120052.17,L 0.85423 D09—7A4.51039—8B=135MPa。许用外压: P'

135 BD0BD0e

P.5a PP a且

与P 接近。所以，取筒体 23mm，此外，外压稳定和内压强度均能满足要求。e8确定夹套的直径和高度DiDi500~600700~18002000~3000DjD50iD100iD200iDj

D10012001001300mmi夹V

VV

套 高 度 ：0.2545H n 0j V

n3.141.22

0.836m836mm2 D24 i圆整得夹套高度Hj

1000mm由于夹套内的介质为蒸汽，介质对材料的腐蚀轻微，故选用16MnR为夹套材料。计算夹套厚度：从安全考虑，焊缝系数1,C1

1mm，单面腐蚀取腐蚀余量C2

1mm，查表“压力容器用功低合金钢钢板的许用应力”。许用应力t

156MPaPD

2.51300夹套厚度： c

CCP

1113mm215612.5n夹套传热面积：

t 1 2c查表“EHA椭圆形封头内表面积、容积”知内表面积A1.6552m2查表“筒体的容积、内表面积及质量(钢制1F1

4.77m2则FAFH则1 j

1.6552 4.771.06.4252m29压力试验及强度校核外压容器的试压（液压试验。P 1.25P1.25x2.53.125MPaTP 3.12523T i eT 2e

83.08MPa223 应满足条件： T T s200℃： 285MPas 0.91285256.5MPaT s250℃： 275MPas 0.91275247.5MPaT s所以 则水压试验强度足够。T s式中： PT

→试验压力P→设计压力t→容器元件材料在设计问题下地许用应力。 →圆筒材料在试验温度下的屈服点。s夹套压力校核。T200

170MPa,t156MPa e

CC1

1311170P T

1.252.5156

3.41MPaP 3.4111T i eT 2e

187.45MPa21110易得： ，所以夹套压力校核强度足够。T s釜体法兰选择P=0.2MPa，t=200℃，Di

1200mm。10-1PN

0.25MPa平焊法兰平焊法兰对焊法兰类型甲型乙型长颈公称压力0.250.60.61.01.6PN（MPa)1.01.62.54.06.4由表10-2选用平焊法兰，得法兰尺寸：D1330,D1

1290,D2

1255,D3

D4

1238螺栓数量：36 螺纹M20 质量：85.3KgDD1D2D3D4d规格数量1130109010551045104223M20321230119011551141113823M20321330129012551241123823M2032公称法兰公称法兰\mm螺柱直径质量mmkg100065.1110071.5120085.311反应釜的搅拌装置搅拌器的设计85r/minP48618-47D搅拌器外径：jDi

~取D 1200720mmjb ~Dj取b=0.15×720=108mm桨叶数Z 2j螺栓d:M0 12

数量：4螺钉d:M1 12

数量：11216,b90,c140m110,f45,e5质量m=10.42Kg搅拌器设计45轴的材轴的材料Q2，35,2035,1Cr18Ni9Ti4540Cr,35SiMn,42SiMn,40MnB38SiMnMo,3Cr13MPaT12-2020-3034-4040-52A160-135135-118118-107107-98钢的许用应力30~40MPaA118~则搅拌轴的直径pndApn

1181073

2.8852.88537.8×1.15+4=47.47mm圆整到搅拌轴的标准直径系列d=500mm轴的扭转强度条件：max

MTWpWp称为截面的抗扭截面模量P扭矩：MT

9.55106nd3

3134000N.mmW 24531mm3p 16故d=50mm强度足够Pw单位用w n的单位用r/mint —截面上最大剪应力max13—考虑由弯曲作用的材料扭转许用剪应力，MPa搅拌轴的形位公差和表面n＜100r/min1000:0.15轴的表面粗糙度可按所配零件的标准要求选取。搅拌轴的支撑L1，dB满足以下关系：L1/B≤4~5;L1/d≤40~50K6.H17反应釜的传动装置反应釜的搅拌器是由传动装置来带动，转动装置一般包括电动机、减速器、联轴器及搅拌轴等，转动装置通常设置在反应器的顶盖（上封头）上。本设计内容包括：电机，减速机的选型，选择联轴器，选用和设计机架和底座等。电动机的选用虑搅拌轴通过轴封装置是应摩擦而损耗的功率。内容。本设计选用Y系列三相异步电动机，电动机的功率为：PPP e P——Pm——轴封的摩擦时功率，Kwη——传动系统的机械功率p=2.8KwP2319-7η=0.95~0.96选用η=0.95P 1.8d1.21031.8501.21030.197kwm由Pe

PPm

2.80.197 3.2kw0.95因为电动机的效率为85%，3.2电动效率：P0.853.76kw14圆整P=4Kw电动选型Y4额定电流转速额定电流转速效率功率因素重量8.8A1440r/min84.5%0.8247kg电动校核：4×84.5%=3.36Kw＞3.2Kw所以，选用电机符合。减速器的选用减速器的作用是传递运动和改变转速，以满足工艺条件要求，搅拌转速为85r/min，功率P=4Kw，减速比为i=1440／85=16.9，圆整的减速比为i=17即可确定选用机型为减速比 i=17的摆线针齿行星减速器，其标定符号为BLD4-3-17。该型号有标准产品，查《化工设备》P223，表9-8。凸缘法兰修的检查孔使用。查《化工设备机械》董大勤，P46318-28选用凸缘法兰尺寸：DN=250D=395h=65㎜材料选用16MnR其标记为HG21564-95，法兰R25.-16MnR查《化工机械基础》P271选用垫片、螺纹、螺母材料胶板本设计选用GB/73985石棉橡胶板、适用范围胶板法兰类型种类垫片温度材料法兰温度螺柱螺柱与螺母螺母温度范围范围材料材料范围GB/7398平行520~350板材20~350GB/7699GB/769920~350法兰石棉橡16MnR352515安装低盘RSp46418-29.面搭配一致。由《化工设备机械基础》董大勤，p46318-30DN=250D=395螺柱中心圆直径K=350㏑d=50D2=240螺柱中心圆直径K2=210㎜机架选用机架是用来支撑加速机和传动轴的。传动轴也归属于机架，机架机型有种，本设计选用A18-35机架的外形和尺寸及所配的轴承型号16DN=250d=50H1=268D1=290D2=350D4=425D5=455轴型型号：46212机架质量：m=93Kg支点轴承间距：L=620㎜传动轴的选用轴。传动轴的形式由机架形式，传动轴安装形式和釜内联轴器形成确定。p4718-37，得：d=50d1=40，Cd2=45L=350传动轴材料选用：1Cr1317联轴器性凸缘联轴器(Cp4718-38选用为：C型凸缘联轴器d2=50㎜ D=155㎜ L1=70㎜L=169许用扭矩：515N·m扭矩转座：1960r/min质量：14Kg反应釜的轴封装置式。他们都有一定的标准，设计时可根据要求直接选用。本设计选用机械密封，机械密封是一种功率小，泄露率低，密封性能可靠，使用寿命长的轴封装置，主要用于腐蚀、易燃、易爆、剧毒以及带有固定颗粒的介质中工作的有压和真空设备。18反应釜的人孔人孔人孔的设备是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置，设备的直径11-3.密封面型式：凸面（RP公称压力：0.6MPa选用回转盖A=300mmB=125mmL=200mmH1=210mmH2=102mmb=28mmb1=26mmb2=28mmdw×s=426×6D=540mmD1=495mm总质量：m=289kg19螺柱式螺栓：规格M36×3，数量：16人孔盖厚度b1=24mm，b=28mm，b2=28mm选用人孔法兰由人孔公称直径DN=400mm和内压0.2MPa查《化工机械基础》表10-19选用板式平焊法兰和法兰尺寸与质量。公称直径：DN=400mm钢管外径：A1=426mm连接尺寸：法兰外径D=540mm螺孔中心圆直径K=495mmn=16Th=M20板式平焊法：法兰内径B1=430mm坡口宽度b=0法兰厚度C=28mm法兰质量m=17.1kg法兰盖：厚度C=24mm质量m=42.0kg人孔、凸缘法兰开孔补强计算人孔开口在釜体上部，按内压要求进行补强计算20Adet式中A----开孔削弱所需要的补强面积d----开孔直径 mm-----圆筒或球壳开孔处的计算厚度mm -----接管有效厚度 mmet

1frfr 强度削弱系数。等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比。当该比值大于1.0时，取fr=1.0A公称直径：DN=400mm外径×壁厚：dnt

4269.5补强管内伸最小长度：63mm理论重量：9.8kg／100mm80％在封头内直径的范围内时，K1=0.9 KP

0.20.91200 1c

0.692mm2t0.5Pc故

215610.50.2Ad4260.692295.02mm2计算有效补强范围①有效补强宽度B=2d=2×426=852Bd2n

2nt

42622627.5493取二者中的较大值B=852②补强有效高度外侧有效高度d4267.5hd4267.5nt

56.52mmh1=接管实际外伸高度=150mm取二者中较小值即h1=56.52mm内侧有效高度d426d4267.5nt

56.52mmh2=接管实际外伸高度=63mm取二者中较小值即h2=56.52mmAe21①有效补强内壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A1计算：Ade

et e

1fr0.69228900.50mm2②有效补强区内接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A2A 2h2 1

ft

2h2

C f2T r式中：------接管的计算厚度当接管为无缝管时1t接管的计算厚度为：Pc P

0.240021561

0.26mmt tPc多余的面积为256.520.261256.522818.41621.721440.13mm2A3≈0④判断是否需要补强Ae=A1+A2+A3=8900.50+1439+0=10497.89mm²Ae=10340.63mm²﹥295.02mm²=A比较结果得：开孔后不需要再补强。支座的选型与设计支座的选型由于设备的外部设置有24mm保温层，所以选耳式B型支座，支座数量为4个。22支座载荷计算尺寸的初步设计（1）筒体质量：DN=1200,n

24mm,每米筒体质量724kg,m1.67241158.4kg1筒体封头质量：DN=1200,nm 2344688kg2夹套筒体质量：DN=1300,n

24mm的椭圆形封头质量为344kg,14mm,每米重454kg,m1454454kg3夹套封头质量：DN=1300,nm 212kg4

14mm的椭圆形封头质量。3物料质量：氯乙烯的密度为0.91103kg ，则它的质量为3mm0.911031.21092kg5289kg47kg1042kg93kg联轴器质量14kg其他附件质量约为50kg附件总质量：m 2894710.4285.3931450588.72kg6支支座支座号允许载荷底板筋板支支座支座号允许载荷底板筋板垫板螺栓公称直径DN高度H座质量l1bδS1δ1l2b2l3b3δed规格kg325020083030M2013.5KN12330700~140020016010510502051258mmm1 2

mm3

mm5 6=1158.4+688+454+212+1092+588.7223=4192.72kg总的负荷量Q=mg=4192.12*9.8=41088.66N。支座最大载荷为：QQ

41.09

20.54KN2 2支座载荷的校核计算耳式支座实际承受的载荷按下式仅是计算：mg

phGSQ 0 e kn

e e103n 式子中：m0

--------------------设备总质量（kg）时k=0.83距离（mm）

g-----------------重力加速度，取g=9.81G 偏心载荷，Nek n 支座数量h 水平作用点至支座底板之间的Se 偏心距（mm）P---------------------水平力（本设计P=0） 螺栓分布圆直径针对本实验m0

=4192.98kgg9.81ms2G 12009.8111772NeK=0.83n=4S 205600805mme4192.989.8111772 11772Q=22.9KN因为

0.834

41357.32

103KNQ22.9KN30KN所以选用耳式支座满足要求。24设备接口进料管和出料管钢管的外径和壁厚P350，26mm，108mm，P27810—19，89mm连接尺寸：板式平焊法兰：

DN=100mmDN=210mm螺孔中心圆直径K=170mmn=4螺纹Th=M16b=0法兰厚度C=18mm法兰质量m=3.14kg法兰盖：

厚度C=18mm25加热蒸汽进出管钢管的外径和厚度由钢管厚14mm，查得钢管