反应釜的设计计算PPT课件

• 搅拌轴刚度的校核
• 为了防止搅拌轴产生过大的扭转变形，从而在扭转中振动，影响正常工作，应 把轴的扭转变形限制在一个允许的范围内，即规定一个设计的扭转刚度条件。
工程上以单位长度的扭转角不得超过许用扭转角的刚度条件，即
•
max
由上式可导出实心轴直径为
M n max GI p
103 180o
d
4
• 轴传递最大转矩：
M
m a x
9553
pn n
9553
5.5 238.8
0.9
198N
m
• 搅拌轴为实心轴，则直径：
1
d 4.92
M n max
4
G 1 4
•
d=0.045m
.
20
结构计算计算结果
• 主要接管尺寸的计算
• 进料管和出料管
•
df =16mm
• 查手册取20 2.5无缝钢管，法兰选用板式平焊钢管法兰PL2.5，B型，DN50。
过程装备与控制工程课程设计
Course design of process equipment and control engineering
.
1
任务书
• 主要内容： • 1 设计方案的确定及工艺流程的说明； • 2 反应器的工艺计算； • 3 基本尺寸计算及基本结构设计； • 4 壳体、开孔补强与搅拌轴及耳式支座的强度校核； • 5 绘制反应器的装配图。
•
Pl gh 5%Pw ， 所以
• 则计算压力： pc p 0.11MPa
Pl 忽略不计。
.
13
结构计算计算结果
• 计算厚度：
Pc Di
2
Pc
pc Di
2 t
pc
0.111200 2189 0.85 0.11
0.41mm
.
14
结构计算计算结果
• 设计厚度：d C2 d C2 2.41mm
• 冷却水管的计算
•
ds=26.6mm
• 查手册取无缝钢管 303.5
DN40。
，法兰选用板式平焊钢管法兰PL2.5，B型，
.
21
主体设备配置图
.
22
强度校核
• 压力试验，选用液压试验
T 20.33MPa 0.9s 263.95MPa
• 内筒水压试验
•
Pcr
2.59Et 2 LD0 D0
t
• ,支座本体安全
.
25
强度校核
• 支座处壳体内应力的计算
支座处壳体 所受的支座 弯矩
支座弯矩引 起的最大应 力周向应力
3370KN·m m
146.7Mpa
由压力引起 的一次总体 薄膜应力周 向应力
支座弯矩引 起的最大应 力轴向应力
16.38Mpa 229.4Mpa
由压力引起 的一次总体 薄膜应力轴 向应力
• 搅拌轴材料的选择
• 常用优质碳素钢有35、45、50钢，其中以45钢应用最多。搅拌轴受到扭转和弯 曲的组合作用，其中以扭转为主。本次设计选用45钢作为搅拌轴的材料。
.
19
结构设计计算结果
• 搅拌轴直径的计算
• 搅拌轴的材料选为45钢，轴材料剪切弹性模量G 79GPa，许用剪切应力
40MPa 1o /m
8.19Mpa
• 应力校核
• 支座上端A点 支座下端B点：
mp、 mpx t 189 M P a
• 经计算校验合格
支座弯矩引 57.869Mpa 支座弯矩引 32.328Mpa
起的最大应
起的最大应
力周向应力
力轴线应力
.
26
强度校核
• 地脚螺栓的强度验算
bt
FL1 nbt Abt
571.25 1 243.37
内筒直径（mm）
1200
内筒高度（m）
1200
内筒壁厚（mm）
6
夹套直径（mm）
1300
夹套高度（m）
0.63
夹套壁厚（mm） 夹套材料
电动机型号
6 Q345R Y·132M2-6
内筒材料 搅拌功率（kw）
搅拌器类型
Q345R 3.91
盘式涡轮
搅拌轴直径（mm）
45
搅拌轴材料
45钢
挡板数量
4
挡板宽度（mm）
=0.20MPa>pT
故在做水压试验时，内筒稳定性符合要求
.
23
强度校核
耳式支座结构设计参数
垫板厚度 上盖板宽度 筋板厚度
底板厚度
底板的许用 弯曲应力
250mm 70mm 8mm
垫板宽度 上盖板厚度 底板宽度
10mm
支座筋板设计温度下的 拉伸弹性模量
141Mpa 筋板材料的许用应力
200mm 16mm 160mm 19700Mpa
H ''
Vg
4
V0 Di 2
1.15 0.3208 0.8
1.222
4
0.96m
• 根据标准圆整取 H '' 1000mm
• 但是 H / Di 1 ~ 3 ，则重新选取。再取 H / Di 1.3 ，则有：
• •
Di 1.15m
H " 1.05m
则圆整 则圆整
Di 1200mm H '' =1200mm
•
—反应时间，143.75min；
• X A —乙酸酐的转化率92％。
• Q0 —单位时间原料液处理量，0.6m3/h；
• V —反应器的实际体积，1.8m3；
• —装料系数0.8；
•
.
7
结构设计部分
• 釜体结构形式的选择 • 筒体：圆柱形 • 釜底的封头形状：标准椭圆型 • 顶盖连接方法：不可拆 • 换热器形式：U形夹套
.
12
结构设计计算结果
• 釜体筒体厚度的计算
•
设定操作温度T=100℃。腐蚀余量为 C2 2mm ，钢板负偏差 C1 0.3mm
• 取焊接接头系数 0.85 选材上，由于承受压力较高，所以选择Q345R。
t 189 MPa
• 内压 0.1MPa • 设计压力： pw 0.1MPa
•
p 1.1pw 0.11MPa
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
.
16
结构计算计算结果
• 反应釜的搅拌装置
• 搅拌功率的计算
•
粘度计算公式
n
l g m
x i lg i
i1
•
解得
m 3.02 104 pa s
•
搅拌器直径 d=400mm
•
叶片直径 b=80mm
•
叶轮转速 n= 238.8r/min
.
8
• 釜体直径的计算
结构设计计算结果
• 对于直立反应釜来说，釜体容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积之
和，根据釜体容积和物料性质，选定
H
/ Di
值，估算筒体内径
D
。由于此反应
i
为液—液反应，故而取 H / D i 1 ，先忽略釜体封头的容积。
.
9
结构设计计算结果
• 筒体内径：
Di
3
4Vg
Vr Q0 0.6 143.75 1.44m3
• 反应器的实际体积：
V Vr 1.44 1.8m3
0.8
.
6
工艺设计计算部分结果参数汇总
• CA0 —原料液中乙酸酐的起始浓度，9.5×10^-2 mol/L；
• CA —反映后乙酸酐的浓度，7.6×10^-3 mol/L；
• Vr —有效体积，1.44m3；
120
进料/出料管
Φ20×2.5
冷却水进出管
Φ30×3.5
筒体水压试验压力 （MPa）
0.825
夹套水压试验（MPa）
3.3
耳式支座型号
B3
耳式支座数量
4
耳式支座材料
Q235A
地震烈度
9度
地脚螺栓材料
Q235B
地脚螺栓数量
4
冷却水流量（m3/h）
1
人孔
DN450
场地
B类
.
29
.
30
.
2
设计条件：
• 乙酸酐分解式为
（ C H 3C O ）2 O H 2 O 2 C H 3C O O H
• 该反应的反应速率方程为，反应温度下反应速率常数为0.08 m in -1。每小时处理
量为 0.6m3 ，原料中乙酸的浓度 CA0 95mol / m3 。试设计一台连续操作釜式
反应器达到要求：
( H )
3
4 1.15
1 0.8
1.22m
Di
• 根据标准圆整取 Di 1300mm
.
10
• 釜体高度的计算
结构设计计算结果
查表可知，直径为1300mm的椭圆封头总深度 H h 350mm ，A 1.9340m2
内表面积， Vh 0.3208m3 。
.
11
结构设计计算结果
• 对于直立式反应釜，其圆筒部分筒体的高度为
11.58MPa
• 式中，摩擦系数取支座与基础垫板之间钢对钢的静摩擦系数0.3（按钢结构设计 规范）。计算得的值小于0，表明不承受剪切力。
• 开口补强的计算
• 被削弱的金属面积A=168.2㎡ 封头起补强作用金属面积A1=1516.5㎡ • 因为 A1＞A ，所以需要补强圈进行补强
.
27
强度校核
•
雷诺数
Re 2.1106
.
17
结构计算计算结果
• 经查《过程设备设计》功率曲线可知，功率准数Np=6 • 搅拌功率P=3.91kw • 叶轮距槽底的安装高度Hi =400mm • 挡板宽度Wb =120mm
• 电机的选用 • 电动机功率P=4.57kw • 根据电动机的标准，查《机械设计课程设计》，电动机可选用Y ·132 M 2-6，
p pe 0.25 pw 20894 0.251288.78 21216.20N
• 支座本体计算
• 单个支座本体承受的实际载荷
Q
m0g GE kn
4M1 nDMFra biblioteke103
46430 4 0.83
4 1.27 107 4 1638
103
21.74kN
•
单个支座本体允许载荷
则有：
Q
Q可 以查表可知BN型耳式支座系列参数尺寸，可知[Q]=30KN。
.
3
接近设计条件的实物图
.
4
工艺设计计算结果
• 原料的处理量
CA CA0(1 Af ) 95(192%) 7.6mol / m3
• 反应时间
Vr Q0
Vr FA0
CA0Af rA
9592% 0.608103
143.75min
CA0
.
5
工艺设计计算结果
• 反应体积
• 反应器的有效体积：
147Mpa
地脚螺栓常 温下的许用 切应力
117.6Mpa 支撑面许用耐压应力
11.768Mpa
.
24
强度校核
• 水平风载荷和地震载荷计算
•
（地震为九度）
pe 0.5m0g 0.5 0.9 4737 .8 9.8 20894 N
pw 0.95 fiq0D0H0 10 6 0.95 1 550 1312 1200 350 330 10 6 1288 .78N
功率5.5kw，转速960r/min。
.
18
结构计算计算结果
• 减速机的选用
• 根据轴转速960r/min，电动机功率为5.5kw。查表可知：应选用滚筒减速机，编 号为96012。
• 联轴器的选用
T 9550 P
T 95505 4 198.96N m
n
960
• 查《机械设计课程设计》可知：联轴器应选GY4，类型为凸缘联轴器。
180 32 180
7.9 10 4 2 106
33.96mm
• 搅拌轴直径 D 44mm＞33.96mm ，满足条件。
.
28
设计结果汇总
反应器类型
间歇釜式反应器
实际体积（m3）
1.8
釜体设计压力（MPa）
0.1
反应时间（min） 夹套设计压力 （MPa）
143.75 0.1
设计温度（℃）
100
141Mpa
支座数量
筋板长度
底板长度
设计温度下支 座材料的许用 应力
地脚螺栓材料 Q235B，腐蚀 裕量3mm，规 格M24
4 205mm 310mm
113Mpa
支座高度
筋板内侧间距
螺纹中心至底板外 缘距离
支座材料的屈服强 度
每个支座的地 地脚螺栓常温下的
脚螺栓个数1个。
许用应力
200mm 125mm 50mm 235Mpa
• 名义厚度：n d C1
•
n d C1 圆整 2.71mm 圆整，圆整为6mm。
• 有效厚度：e n C1 C2
e n C1 C2 3.7mm
.
15
结构计算计算结果
• 夹套的选择
夹套的内径 夹套高度
夹套筒体厚度
夹套封头厚度
1300mm
0.63m
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm