过程设备基础课程设计完整版

PAGE过程设备机械设计基础课程设计设计任务书目录一、设计目的4二、设计内容51.确定筒体的直径和高度52.确定夹套的直径和高度53.确定夹套的材料和壁厚64.确定内筒的材料和壁厚75.水压试验及其强度校核86.选择釜体法兰97.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器108.选择搅拌传动装置和密封装置119.校核L1/B和L1/d1110.容器支座的选用计算1211.选用手孔、视镜、温度计和工艺接管13三、总结14四、致谢15五、参考书籍与指导老师16一设计目的1.机械是一门与工程实践紧密相关的课程，仅通过书本知识的学习很难做到真正体会知识的内涵。因此，进行此次课程设计训练对领会所学知识具有重要意义。2.通过设计能提高综合运用所学知识的能力，加强对课本知识内容的理解，了解和熟悉相关的设计规范，加深对过程设备的理解。3.通过全面考虑设计内容及过程的参与，初步掌握过程设备机械设计的一般方法和步骤，掌握识图、制图、设计计算、编写设计说明书等设计基本技能，培养一定的工程设计能力，树立正确的设计理念，为今后的工作实践打下基础。4.课程设计中很多问题需要同学们之间的相互探讨和交流，在设计过程中不仅能够做到取长补短，相互学习，而且有助于增强同学之间沟通交流的能力。5.设计中需要查阅许多资料，可以学到有关标准、手册、图册、规范及相关资料的查阅方法，并且在课程设计中需要正确选用设计标准，培养利用设计资料的能力。6.通过设计培养积极思考、深入钻研、独立工作的能力，踏实细致、积极主动的学习精神，及高质量高要求按时完成任务的工作习惯。二设计内容现在以设计任务书所示的设备设计条件D为例来进行搅拌釜反应器的设计。确定筒体的直径和高度选取反应釜装料系数η=0.8设备体积V=3.5m3由表中V=3.5m3，对于液-液相类型选取=1.2，由式计算得Di=1.549m将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径=1500mm，查附录，DN=1500mm时标准椭圆封头曲面高度h1=375mm，封头直边高度h2=40mm，容积=0.4860m3，表面积=2.5568m3。由查表得每一米高的筒体容积为V1=1.767m3,表面积F1=4.71m2。由计算得到H=(3.5-0.4860)/1.767=1.7057m筒体高度圆整为H=1700mm。H/D=1.13，复核结果基本符合原定范围。2.确定夹套的直径和高度对于筒体内径，，夹套的内径，因此Dj=1500+100=1600mm，符合压力容器公称直径系列。由估算：=(0.8×3.5-0.4860)/(1.767)=1.310m=1400mm,则=1700-1400=300mm，这样是便于筒体法兰螺栓装拆的。验算夹套传热面积为F=F1Hj+Fh=1.4×4.71+2.5568=9.15>7.5m2夹套传热面积符合设计要求。3．确定夹套的材料和壁厚由于夹套内的介质为水或蒸汽，介质对材料的腐蚀轻微，故选用Q235-A为夹套材料，查手册，知道板厚为4.5~16mm，设计温度为165℃时，Q235-A的许用应力（选用温度为200°C时的许用应力），夹套加热蒸汽系统装有安全阀，选取夹套设计压力，即，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，夹套上所有焊缝均取焊缝系数，取壁厚附加量中的钢板厚度负偏差C1=0.8mm，单面腐蚀取腐蚀余量C2=2mm.。夹套的壁厚计算如下：=(0.66×1600)/(2×105×0.6-0.66)+2.8=11.23mm凸形封头的壁厚附加量也只考虑和，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C1=0.8mm，C2=2mm，标准椭圆形夹套封头的壁厚为:=(0.66×1600)/(2×105×0.6-0.5×0.66)+1.8=11.23mm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壁厚均为=12mm。4．确定内筒的材料和壁厚筒体材料也选用Q235-R，筒体设计内压为p=1.1Pw=0.33MPa,设计温度120℃，参考前面计算夹套壁厚的结果，同时考虑到筒体又要受外压作用，按设计外压p=0.66MPa，所得壁厚大于内压设计壁厚，则按外压稳定设计的壁厚一定能满足内压设计要求，可以不再做内压设计校核。以下进行筒体外压校核：筒体受单面腐蚀，初选筒体壁厚tn＝14mm。选取，，筒体有效壁厚te=tn-C=14-2.8=11.2mm=1528mm，D0/te=1528/11.2=136mm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1/3。L=Hj+h2+h1/3=1400+40+375/3=1565mmL/D0=1565/1500=1.04查教材《过程设备机械基础》（华东理工大学出版社，2006）图，由D0/te=1548/11.2=138mm和L/D0=1565/1500=1.04，查得系数A=8.1×10-4；再查该书，由系数A查得系数B=105MPa。筒体的需用外压为=B/(D0/te)=105/(136)=0.770MPa>0.66MPa,且基本比较接近，所以取筒体=14mm,此外外压稳定和内压强度均能满足要求。选取筒体下封头壁厚=14mm，壁厚附加量中c1=0.8mm,c2=2mm,所以筒体下封头的有效壁厚te=tn-C==14-2.8=11.2mm标准椭圆封头的外压计算当量球面半径=0.9×1500=1350mm计算系数A为A=0.125/(1350/11.2)=1.04×10-3查表，得B=115MPa=115/(1350/11.2)=0.95MPa>0.66MPa取筒体下封头壁厚=14mm，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，为了便于制造取上封头和下封头壁厚相同。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相同。5.水压试验及其强度校核内筒体水压试验压力由pT=0.33+0.1=0.43MPa和pT=1.25p=0.4125MPa中大者，取pT=0.45Mpa。夹套水压试验压力由pT=0.66+0.1=0.76Mpa和pT=1.25p=0.825MPa中大者，取pT=0.85Mpa。内筒水压试验时，壁内应力=0.45×（1500+11.2）/（2×11.2×0.85）=35.7Mpa=0.45×（0.9×1500+0.5×11.2）/(2×0.85×11.2)=32.0Mpa夹套水试验时，壁内应力=111.8Mpa=100.4Mpa由于Q235-A在常温时的屈服强度为，计算可见水压试验时内筒、夹套壁内应力都小于，水压试验安全，满足要求。可见水压试验时内筒，夹套壁内应力都小于0.9σs，水压试验安全。在水压试验实验时，釜体将受外压作用。因夹套的实验压力为PTj=0.85Mpa，而筒体的许用外压为[P]=0.761MPa，固在夹套的水压实验时，筒内需要冲压才能稳定。6．选择釜体法兰根据筒体内操作压力、温度和筒体直径，查表初选乙型平焊法兰和《压力容器法兰类型与技术条件》，法兰材料为Q235-A,。再查标准JB4702—2000《乙型平焊法兰》，公称压力PN1.0MPA的Q235-A乙型平焊法兰在操作温度下120℃时的许用工作压力为0.66MPa。大于筒体设计压力0.6MPa，所选用的乙型平焊法兰合适。查标准《非金属软垫片》，《缠绕垫片》，和《金属包垫片》以及《压力容器法兰类型与技术条件》，选择石棉橡胶垫片和光滑面密封。查标准《甲乙型平焊法兰》，选用乙型平焊法兰光滑密封面，公称压力为1.0MPa，公称直径为DN1500.标记为：法兰GII10I-1500JB/T4701-2000垫片1500-1.0JB/T4704-20007.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器根据工艺条件要求，查阅《桨式搅拌器》（HG/T2123—1991），选搅拌器外径800mm,搅拌器直径d=60mm的平桨式搅拌器，标记为：搅拌器800-60HG/T2501.4-1991选择搅拌轴材料为45钢，查表得钢的许用扭应力为，计算系数，则搅拌轴的直径为mmmm)3.893~12.36(65.52)118~107(33nPAd考虑键槽对轴的强度的削弱和物料对轴的腐蚀，并根据表3-8可，取搅拌轴的直径为60mm。查阅标准《搅拌传动装置——联轴器》（HG21570—1995）中夹壳式联轴器型式、尺寸、技术要求，选用C型凸缘联轴器。公称直径60mm的联轴器的最大扭矩为Mn=975N•m。验算联轴器的扭矩，查表3-12，选取工作情况系数K=1.5，联轴器的计算扭矩为Mnj=KMn=1.5×9550×2.5/65=551<MnC型凸缘联轴器的标记为：联轴器DN60HG21570—19958.选择搅拌传动装置和密封装置查标准《搅拌传动装置和密封-传动轴、减速器型号及技术参数》（HG21568-1995）及其附录《单级立式摆线针轮减速器》，按照搅拌功率和转速选择摆线针齿行星减速机BLD1.5-2-29Q(Q表示夹壳式轴头)。查阅标准《Y系列三相异步电动机》（JB/T10391-2002），选电机Y100L-2，额定功率：3KW，转速1500r/min，根据表3-13查的摆线针齿行星减速机传动效率为0.95，减速机功率为30.95=2.85KW>2.5KW，符合搅拌标准要求。参考标准《单支点机架》（HG21566-1995），根据所选减速机设计减速机机架。根据操作条件选用带衬套及冷却水套铸铁填料箱，查《减搅拌传动装置——碳钢填料箱》（HG2153.7-1992），公称直径DN60的填料箱，标记为：填料箱PN0.6DN60HG/T21537.7-19929.校核L1/B和L1/d桨式搅拌器安装一层，根据安装要求和考虑带衬套填料箱有支承作用，得L1=1700+400=2100mm,参考《单支点机架》，机座J-A-6046215尺寸，可得B=590mmL1/B=2100/590=3.6<4L1/d=2100/60=35<40均符合要求。10.容器支座的选用计算反应釜因需外加保温，故选用B型悬挂式支座。反应釜的总质量包括物料（或水压试验的水）质量W1，釜体和夹套的质量W2，电动机、减速机、搅拌装置、法兰、保温层等附件质量W3。当釜内，夹套内部充满水时的质量比物料重，由此W1=（3.14/4Dj2Hj+3.14/4*D2(H-Hj)+Vh+Vhj）γ=(3.14×1.62×1.4/4+3.14×1.52×(1.72-1.52)+0.4860+0.5864)×103Kg=4417.4Kg釜体和夹套的质量可以查手册或自行计算，由此，W2=(3.14×7.84×103×1.7×(1.5282-1.52)/4+3.14×7.84×103×1.4×(1.6242-1.62)/4+2×278.1+269.2)Kg=2379.9Kg电动机和减速机总重约100Kg，搅拌器质量约为50Kg，筒体法兰约为120Kg，保温层质量约为100Kg。手孔及其它附件约为50KgW3=100+50+120+100+50=420kgW=W1+W2+W3=7217.3kg总重力约72KN反应釜安装四个支座，但按三个支座承载计算，查阅标准《耳式支座》（JB/T4725-1992）可以选用承载能力为30kN的支座B3JB/T4725-199211.选用手孔、视镜、温度计和工艺接管由《垂直吊盖带颈平焊法兰人孔》（HG21520--1995)，选用榫槽密封面的平盖人孔II（A·G）450-0.6HG21519-1995。由标准《压力容器视镜》（HG/T21619-21620--1986)或《组合式视镜》（HG21505--1992)，选用碳钢带颈视镜（HGJ501-86-4）IPN1，DN80（HG/T21619--21620--1986）。加强套管d温度计的选用可以参考生产厂家的产品目录，这里取公称长度1430mm，配凸面板式平焊管法兰PN0.6MPa，DN65，HG20593--1997（《板式平焊钢制管法兰》）。进料管口b采用φ32*3.5无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25，HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。出料管口h采用φ57*3.5无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25，HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。加热蒸汽进口管a采用φ32*3.5无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25,HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。冷凝器出口管p选用φ47*3.5无缝钢管，配法兰PN0.6，DN45，HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。压力表接管e选用φ32×3.5无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25,HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。备用口f采用φ57*4无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25，HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。压料管接口g采用φ57*3.5无缝钢管，配法兰PN0.6，DN50，HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。三总结这次搅拌釜的课程设计，是我们亲自将理论知识运用于解决实际问题