植物油反应釜-毕业设计

PAGE学校代码：10128学号：200720506069学校代码：10128学号：200720506069本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书（题目：题目：植物油反应釜设计学生姓名：学院：系别：专业：过程装备与控制工程班级：指导教师：年月内蒙古工业大学本科生毕业设计说明书摘要反应釜是通过搅拌装置对植物油生产过程中酸化碱炼过程中的液—液相进行充分的混合，从而进一步脱去大部分游离脂肪酸、磷脂、色素、铁与铜离子及一些含硫化合物等物质的反应设备，在植物油生产工艺过程中占有十分重要作用。本设计依据国家相关标准、规范对中搅拌式反应釜进行了强度和刚度设计，并且对反应釜的整体结构、标准零部件的选型、非标准件的结构和选材进行了优化设计。本文按照给定的工艺参数对筒体、封头、及开孔补强等进行了系统的强度计算，校核了它们的刚度；并根据给定的换热面积，确定了釜体夹套的高度。以此为依据进行了施工图的设计。本设备的设计、制造接受国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》的监察。本次设计提高了运用标准规范和查阅文献资料的能力，为今后的工程设计奠定了良好的基础。关键词：反应釜；结构；强度；开孔补强。AbstractThereactionkettleisthroughthemixingunittovegetableoilproductionprocessacidificationalkalirefiningprocessofliquid-liquidfullmix,thusfurtheroffmostofthefreefattyacid,lecithin,pigment,ironandcopperionsandsomeofsulfurcompoundsofsubstancessuchasreactionequipmentinvegetableoilproductionprocess,holdstheveryimportantrole.Thisdesignbasedonrelatedstandards,normstostirtypereactionaxeinthestrengthandstiffnessofthereactionkettledesign,andthestructureofthecomponentsoftheselectionofthestandard,non-standard,thestructureofthematerialandtheoptimizationdesign.Thispaperaccordingtoagivenprocessparametersonthecylinderbody,sealinghead,andopenholetofillstrongofstrengthcalculationsystem,checktheirstiffness;Andaccordingtothegivenheattransferarea,makesuretheaxebodycliptheheightoftheset.Basedonthedesignoftheconstructiondrawing.Thisequipmentinthedesign,manufacturetoreceivethenationalqualitytechnologysupervisionbureau"pressurevesselsafetytechnologyandinspectionrulesformonitoring.Thisdesignbyusingthestandardandimprovetheabilityoftheliteraturereview,theengineeringdesignforthefuturetolayagoodfoundation.Keywords:thereactionkettle;Structure;Strength;Holetofillstrong.目录引言 1第一章压力容器类别的确定 21.1设计参数的确定 21.1.1设计压力 21.1.2设计温度 21.2容器类别的确定 21.2.1物料的性质 21.2.2容器类别的确定 2第二章设备本体的设计 42.1计算符号说明 42.2罐体的设计 52.2.1筒体的设计计算 52.2.2封头的设计计算 92.2.3夹套几何尺寸的确定 102.3水压试验校核 122.4附件的选取 122.4.1接管的选取 122.4.2人孔选型 132.4.3视镜的选取 142.5开孔补强 152.5.1开孔补强的原因 152.5.2开孔的一般规定 152.5.3补强设计原则 162.5.4不另行补强原则 162.5.5适合开孔范围 162.5.6开孔补强计算 17第三章传动装置的设计 223.1传动装置设计 223.1.1减速机选型 233.1.2机架的选型 243.1.3安装底盖 243.1.4法兰的选用 253.2密封形式的选取： 263.3搅拌器的选型 273.3.1搅拌器的主要尺寸 273.3.2搅拌器位置的确定： 283.4搅拌轴设计 293.4.1轴材料的取 293.4.2初步确定轴最小轴径 293．5联轴器的选取 303.5.1机架内联轴器选取 303.5.2釜内联轴器的选取 31第四章耳座的选取 334.1计算符号说明 334.2设备承受质量载荷的计算 334.3耳式支座的强度计算及校核 354.3.1耳座的选取 354.3.2耳座的强度计算及校核 36结论 38参考文献 39谢辞 40内蒙古工业大学本科生毕业设计说明书PAGE40引言反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等）、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等生产型用户和各种科研实验项目的研究，用来完成水解、中和、结晶、蒸馏、蒸发、储存、氢化、烃化、聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工艺过程的容器。反应釜的广义理解即有物理或化学反应的不锈钢容器，通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。随之反应过程中的压力要求对容器的设计要求也不尽相同。生产必须严格按照相应的标准加工、检测并试运行。第一章压力容器类别的确定1.1设计参数的确定设计压力是容器设计的基础，正确的设计参数是保证压力容器安全合理设计的必要条件之一。1.1.1设计压力设计压力实在相应的设计温度下用以确定容器壁厚计算及其他元件尺寸压力，设计压力不低于工作压力，对于夹套的反应釜存在两个压力即釜内设计压力和夹套设计压力。本次设计给定的釜内设计压力为0.6Mpa夹套设计压力为0.4Mpa1.1.2设计温度设计温度指容器在正常工作过程中，在相应的设计压力下，壳壁或受压元件金属可能达到的最高或最低的壁温本次设计给定的釜内设计温度t=90℃(有工艺条件确定)1.2容器类别的确定1.2.1物料的性质反应釜内的物料为植物油酸化液，具有腐蚀性，较低粘度。1.2.2容器类别的确定1、按压力分：由于计压力为0.6Mpa，为0.4Mpa都在0.11.6Mpa之间。故属于低压容器2、按作用分：反应釜主要用于植物油的物理化学反应。故该反应釜为反应容器。3、按安装方式分：该容器有固定的安装和使用地点，工艺条件和操作人员也较固定的压力容器。故该反应釜为固定式压力容器。4、按我国压力容器安全监察规程：该反应釜属于第一类压力容器。5、按制造方法分：多焊结构，属于焊接容器。6、按工作温度分：设计温度为t=90℃，在-20℃200℃条件下工作，属于常温压力容器。 第二章设备本体的设计 2.1计算符号说明符号单位意义开孔补强所需的补强面积开孔补强有效补强面积mm开孔补强的有效厚度mm厚度附加量Mm圆筒内径mm夹套内径强度削弱系数mm筒体高度mm夹套高度mm封头曲面高度mm封头直边高度标准封头系数Mpa试验压力PMpa液柱静压力罐体公称容积mm计算厚度mm设计厚度mm名义厚度mm有效厚度mm接管的有效厚度mm接管的名义厚度mm接管的计算厚度Mpa材料许用应力t=90℃Mpa圆筒薄膜应力装料系数焊缝系数2.2罐体的设计罐体的设计主要包括筒体和封头的设计筒体采用钢板卷焊而成，设计参数如下：设计压力=0.6Mpa，筒体内径,设计温度t=90℃由于介质为植物油，筒体内部必须光滑，而且伴随着筒体内部的搅拌筒体作用材料要有高强度。综合考虑以上要求和工艺因素选用0Cr18Ni9钢号钢板标准使用状态厚度（mm）()()在90℃下许用应力0Cr18Ni9GB4237固溶2605202051372.2.1筒体的设计计算1、根据设计压力和液柱静压力确定计算压力公称容积由筒体加上底封头的体积式中：—筒体高度，m—高径比，对于植物油反应釜高径比宜为2.083.85，这里取。2、实际装药量式中：装料系数，通常取0.60.8，本设计取3、计算压力液面高度：式中：—封头曲面高度，mm—直边段高度，mm液柱静压力由于所以不需考虑静压力，所以筒体的设计压力4、圆筒壁厚计算a)焊接接头为双面对接接头局部检测，系数筒体壁厚因为取材为不锈钢且介质腐蚀性不大，故钢板负偏差，腐蚀余量。所以圆筒名义厚度因为筒体下半部分受到夹套内压作用需要进行外压校核。5、下半筒体许用外压校核根据名义厚度确定外压的范围本设备为带夹套的筒体，所以当根据内压计算出筒体厚度时，必须进行外压计算校核，以确定名义厚度是否适合夹套内部压力。采用工程设计方法取筒体受外压部分的计算长度则查《过程设备设计》图4—6得A=0.00035查《过程设备设计》图4—9得B=55Mpa则许用外压即不符合要求取筒体受外压部分的计算长度查《过程设备设计》图4—6得A=0.0006查《过程设备设计》图4—9得B=65Mpa则许用外压不符合要求取则则查《过程设备设计》图4—6得A=0.0008查《过程设备设计》图4—9得B=75Mpa则许用外压即时许用外压与0.4Mpa接近，所以筒体的名义厚度定义为2.2.2封头的设计计算封头采用钢板冲压而成，设计参数如下设计压力筒体内径设计温度℃本次设计采用标准椭圆形封头标准椭圆形封头尺寸表公称直径DN/mm16004252.90070.5864得1、封头材料选取由于介质为植物油，筒体内部必须光滑，而且伴随着筒体内部的搅拌筒体作用材料要有高强度。综合考虑以上要求和工艺因素封头材料同样选取0Cr18Ni9钢号钢板标准使用状态厚度（mm）()()在90℃下许用应力0Cr18Ni9GB4237固溶2605202051372、封头厚度计算封头与筒体相同的厚度为10mm,封头外有夹套故需进行外压校核计算。3、封头的许用外压计算封头的有效厚度式中：—标准封头系数为0.92.2.3夹套几何尺寸的确定1、夹套的内径要根据通体的内径确定表中与分别为筒体和夹套的内径。则=1700mm2、夹套高度的计算夹套下封头内径与夹套筒体的内径相同夹套的高度可根据换热面积确定即3、夹套厚度的计算夹套受到0.4Mpa的内压作用夹套内部盛装为水则工作时的液柱静压力为则可以忽略液柱静压力夹套的计算压力为夹套材料选择热轧钢板，其夹套筒体计算壁厚夹套采用双面焊，局部探伤检查，查《过程设备设计》表4-3得则查《过程设备设计》表4-2取钢板厚度负偏差，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量，对于碳钢取腐蚀裕量，故夹套厚度附加量。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度4、夹套封头的厚度计算夹套封头的计算压力为圆整后2.3水压试验校核筒内：则筒体厚度符合要求。夹套：则夹套部分符合要求2.4附件的选取2.4.1接管的选取1、排气孔采用无缝钢管，配用突面板式平焊管法兰：HG20593法兰PL40-0.6RFQ2352、工艺物料进孔采用无缝钢管，配用突面板式平焊管法兰：HG20593法兰PL100-0.6RFQ2353、出油口采用无缝钢管，配用突面板式平焊管法兰：HG20593法兰PL100-0.6RFQ2354、夹套冷却水进水管采用无缝钢管，配用突面板式平焊管法兰：HG20593法兰PL40-0.6RFQ2355、夹套冷却水排水管采用无缝钢管，配用突面板式平焊管法兰：HG20593法兰PL40-0.6RFQ235根据物料的性质及工艺要求，与筒体相连的接管选取不锈钢管。外伸长度见下表公称直径DNmm管长mm适用公称压力Mpa120150200200故与筒体相连伸长度选取为150mm。与夹套相连的接管外伸长度为100mm。2.4.2人孔选型选择回转盖带颈法兰人孔，尺寸如下表所示:尺寸如下表所示：封面形式公称压力PN（Mpa）公称直径DN突面[RF]0.64502059555022010430螺柱螺栓数量螺柱螺栓总质量（）直径长度222433015020020161032.4.3视镜的选取选择不带颈视镜标记为：视镜ⅡPN10DN150，HGJ501—86-20尺寸如下表所示：公称直径DN/mm公称压力PN（Mpa）螺柱数量直径1501025021540301101212M16标准图号HGJ501—86-202.5开孔补强2.5.1开孔补强的原因因为在容器开孔的部分，其强度不但不会被削弱而且由于容器的结构连续性遭到破坏，壳体与接管变形不一致，在开孔和接管处会产生较大的附加内力，产生变形，故在开孔部分需要适当的加厚壳体的厚度。2.5.2开孔的一般规定a．壳体上的开孔应为圆形，椭圆或长圆形。当在壳体上开椭圆形或长圆形孔时，孔的长径与短径之比应不大于2.0.b.凸形封头上开设长圆孔时，开孔补强应按长圆形孔长轴计算：筒体上开设长圆孔，当长轴、短轴<2，且短轴平行与筒体轴线时，开孔补强应按长圆形，开孔补强应按长圆形开孔短轴计算，当长轴、短轴>2时，均应按长圆形开孔长径计算。2.5.3补强设计原则等截面积补强：局部补强的金属截面积A应大于或等于因开孔所削弱的壳壁截面积，即。这种方法在开孔补强设计方法中最早采用。偏于保守且比较繁琐，但使用历史较长，受静压条件下的结果比较可靠。目前被设计规范所采用。2.5.4不另行补强原则并非所有容器上所有开孔都需要补强，因为在设计时，容器及接管的实际壁厚与强度所需的壁厚相比，都有一定的裕量。所以，当开孔尺寸在一定范围内时，可以不另行补强。不另行补强最大开孔直径，壳体满足下述全部条件时可以不另行补强。设计压力小于或等于2.5Mpa两相邻开孔中心间距（以曲面弧度计算）应不小于两孔直径的两倍。接管公称外径小于或等于89mm接管最小壁厚满足下表要求接管壁厚表接管公称外径528587569最小壁厚3.54.05.06.0注：1、钢材的标准抗拉强度下限值时，接管与壳体的连接宜采用全熔透的结构形式;2、接管腐蚀余量为1mm2.5.5适合开孔范围1)。2)封头：a.开孔最大直径b.在椭圆形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直于封头表面，孔得孔边或外加补强元件的边缘与封头边缘的投影距离不小于0.1Di=160mm2.5.6开孔补强计算立式容器，内径Di=1600mm,封头上开有φ100的出油孔，对其进行补强计算。封头开孔补强计算1、开孔所需补强面积a)、封头的计算厚度b)、开孔所需补强面积A式中：—强度削弱系数，；—接管有效厚度，—d—开孔直径，。2、有效补强范围（a）有效补强宽度B有效补强宽度应在或中取较大值，所以B=204mm(b)有效补强高度h外侧高度取较小值，故内侧高度取较小值，即(c)有效补强面积封头多余金属面积封头有效厚度封头多余金属面积的计算接管多余面积接管计算厚度接管多余面积接管区焊缝面积（焊脚取6.0mm）有效补强面积由此可知,故开孔后不需要另行补强，此开孔为出油孔封头上最大的开孔，则其他开孔均不需要补强。2、筒体的开孔补强计算开孔补强所需面积筒体的计算厚度取5mm（b）开孔所需补强面积A式中：—强度削弱系数，；—接管有效厚度，d—开孔直径，。2、有效补强范围（a）有效补强宽度B有效补强宽度应在或中取较大值，所以B=904mm(b)有效补强高度h外侧高度取较小值，故内侧高度取较小值，即(c)有效补强面积封头多余金属面积封头有效厚度封头多余金属面积的计算接管计算厚度接管多余面积接管区焊缝面积（焊脚取6.0mm）有效补强面积由此可知,故开孔后不需要另行补强，此开孔为人孔是筒体上最大的开孔，则其他开孔均不需要补强。第三章传动装置的设计搅拌过程分为气流搅拌和机械搅拌两大类。机械搅拌设备包括两部分：搅拌机和搅拌容器。搅拌机又包括搅拌器和传动装置。机械搅拌设备主要用于工艺过程的混合（如溶解，乳化，分散，固体悬浮等），传质（如溶解，气体吸收，结晶，萃取等）。传热（在搅拌容器内加热，冷却等）。3.1传动装置设计搅拌设备传动装置一般包括电动机，变速器，联轴器，搅拌轴，传动轴，机架，安装底盖及凸缘法兰等。3.1.1减速机选型根据输出转速选定减速机，摆线针齿行星减速器在所有减速器中应用较广，其特点：效率高、工作耐久、维护简单、体积小、结构简单等由输出转速为选用BLD型立式直联式表3—1外形参数及安装尺寸机型号电动机减速机输出轴径d外形尺寸型号功率kw轴径通用型l341-44.032652196017981安装尺寸3403102701841859.570.53.1.2机架的选型根据轴径d=60mm的减速机出口尺寸安装底盖和凸缘法兰的安装尺寸查资料选单支点机架。表3—2机架的主要参数机架公称直径传动轴轴径dA型轴承型号25060750268462153.1.3安装底盖安装底盖选用RS型表3—3RS型安装底盖的基本结构尺寸（mm）安装底盖公称直径机架公称直径k螺柱孔S螺纹孔数量数量40025056551516262905035012M203.1.4法兰的选用表3—4凸缘法兰的主要尺寸4004105655154304554285螺栓数量公称直径16M24264246481453.2密封形式的选取：轴封式搅拌设备的一个重要组成部分。其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压和真空状态以及防止物料溢出和杂质的掺入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于反应工况复杂，轴的偏摆震动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于搅拌设备上。反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种形式。机械密封是一种功耗小、泄露率低、密封性能可靠、使用寿命长的旋转轴密封。与填料密封相比，机械密封的效率约为填料密封1%，功率消耗约为填料密封的30%。故采用机械密封。选取HG21571—1995表3—5机械密封的主要尺寸/mm螺柱孔不大于封液进出口A、B/(〞)60240210176818150G1/23.3搅拌器的选型3.3.1搅拌器的主要尺寸表3—6搅拌器的主要尺寸：/mm螺栓销数量数量110065M1641611412050250.23.3.2搅拌器位置的确定：1搅拌器进入搅拌容器内液面下的深度2搅拌器到搅拌容器底的距离C=828mm3多层搅拌器相邻搅拌器的间距4挡板的厚度5挡板至筒壁的距离3.4搅拌轴设计3.4.1轴材料的取表3—70Cr18Ni9材料热处理0Cr18Ni9淬火2055203.4.2初步确定轴最小轴径对于搅拌轴而言，承受扭转和弯曲的联合作用其中以扭转为主，故按扭转计算轴的强度和刚度。1、输出轴上功率,转速搅拌轴转速由艺条件可知：，传动装置机械效率。则传递功率2、按扭转变形计算轴径搅拌轴的扭矩：3、按扭转变形计算轴径综合考虑搅拌装置型号的选取，取4、搅拌轴刚度校核所以圆轴的刚度足够，取综合考虑反应釜结构选取。3．5联轴器的选取联轴器时间两个独立的设备连接在一起进行传动，联轴器除将两个轴联接在一起回转外，为了确保传动质量，要求被连接的轴安装在同一轴心上。联轴器可分为刚性联轴器和弹性联轴器，就搅拌轴分段时，其自身连接必须采用刚性联轴器。3.5.1机架内联轴器选取机架内采用带短节联轴器其主要尺寸如下：图—带短节联轴器表3-8A型带短节联轴器主要参数传动轴轴径D60451557081许用扭矩许用转速质量（kg）ABABAB170260339429355196020.122.5选用圆头普通平键（b×h）14×9GB1096-197916×10GB1096-19793.5.2釜内联轴器的选取标记为：HG21570—95联轴器C55—304表3-9凸缘联轴器（C型）主要尺寸/mm轴径551708598203730194021选用圆头普通平键（b×h）16×10GB1096-197918×11GB1096-1979第四章耳座的选取4.1计算符号说明符号单位意义容器总质量外力矩许用外力矩每个支座实际承受的载荷每个支座许用的载荷水平力分布圆直径4.2设备承受质量载荷的计算4.2.1设备质量载荷的计算1、各部分质量的计算筒体质量：封头质量：估算耳座质量：夹套的质量：夹套筒体的质量：夹套封头的质量：夹套内水的质量：电动机质量：减速器质量：机架、凸缘法兰及安装底盖质量：轴、联轴器与搅拌器质量：人孔、接管及法兰等附件质量：2、容器个各整体部分的质量计算容器壳体和耳座的质量：容器内构件质量：操作时容器内物料质量：人孔、法兰、接管及罐顶质量：容器内充满水质量：偏心质量：容器的操作质量：容器的最大质量：容器的最小质量：4.3耳式支座的强度计算及校核4.3.1耳座的选取耳式支座是立式容器设备的主要支座形式。裙座的结构包括底板、筋板、和垫板组成。耳座的选材耳座不与物料直接接触，也不承受容器内部的反应压力，故可选取较经济的Q235为材料，其它耳座部件也可选用此材料。耳座结构的选取本设备选用A型耳座，此形式的耳座制造方便，应用广泛。耳座与壳体的焊接形式，选用平齐焊接。耳式支座的选配4.3.2耳座的强度计算及校核1、容器总质量，2、出不选取支座型号及数量并计算出安装尺寸，容器总重约62.954KN，选用A型考虑总重不是很大，选用A6型支座四个，支座号支座本体允许载荷[Q]/kN使用容器公称直径DN高度H螺栓（孔）筋板d螺纹620040036M3025025012支座质量/kg底板垫板40.8315230201155004001260根据耳座和筒体的尺寸则螺栓分布圆直径：3、由于设备置于室内，不考虑风载，取，则水平力为：每个支座实际承受的载荷：校核支座反力对器壁作用的外力矩M所以4个A6耳式支座满足要求。标记为JB/T4725—1992，支座A6，材料：235结论本次毕业设计对我来说受益匪浅，这是我大学四年学习阶段的最后一个环节，也是对我四年来所学的专业知识地一次综合性