夹套反应釜设计

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查教材表10-10,取钢板负偏差C1=0.25mm,则δd1+C1=3.34,考虑到最小厚度 为3mm,取名义厚度δn=5mm
罐体封头壁厚的设计厚度为
查教材表10-10,取钢板负偏差C1=0.25mm,则δd1’+C1=3.34mm,考虑到最小厚度 为3mm,取名义厚度δn’=5mm
1.3.4夹套筒体及封头壁厚计算
查【1】161页表10-10,取钢板负偏差C1=0.3mm,则δd1+C1=3.86,考虑到最小厚度 为3mm,取名义厚度δn=5mm
为照顾到筒体和封头焊接和取材的方便取δ封夹=δ夹=6mm。
1.3.5釜体的筒体壁厚δ筒
1.3.5.1按承受0.18Mpa的内压设计
式中,设计压力P=0.18Mpa;筒体内径D1=1100mm;许用应力[ó]=113Mpa(同夹套材料);焊缝同夹套,故φ=0.85,壁厚附加量C=C1+C2+C3=0.5+2+0=2.5mm;上述各值代入上式:
系数L/D0=842/1110=0.759系数D0/δe=1110/2.5=444
由【1】168页图10-15,查得:系数A=0.00019;由【1】170页图10-17,查得:系数B=27则许用外压[P]=Bδe/D=(27ⅹ2.5)/1110=0.06<3Mpa因此壁厚5mm不能满足外压稳定要求,需增大壁厚重新计算。现重新假设δ1n=8mm
釜体底封头外压校核因其允许外压[P]=0.501Mpa>外压Pr=0.4Mpa,故安全.
表1-1釜体夹套厚度计算结果
釜体
夹套
筒体
8 mm
6mm
封头
8 mm
6mm
二、进行搅拌传动系统设计
2.1.进行传动系统方案设计和作带传动设计计算
此搅拌釜采用V带推进搅拌器,选用库存电机Y160M2-8,转速n1=720r/min,功率5.5KW,搅拌轴转速n2=200r/min,轴功率4.7KW,设计V带。
5
材料许用扭转切应力[t],N/mm2
35
7
轴端直径d>=365(P/n[t])1/3
32
8
开一个键槽,轴径扩大5%,mm
35.7
9
圆整轴端直径d,mm
40
10
长度l,mm
530
2.2.2搅拌轴直径的设计
2.2.2.1取用材料为45钢,[ ]=40 ,剪切弹性模量 =8.1×104 ,许用单位扭转角[ ]=1°/m。
由于 =1050 < =1100 ,本设计选用一个搅拌桨。
搅拌桨浸入液体内的最佳深度为:S=2Hi/3=2x1050/3=700( )
故浸入液体的长度: =700( )
搅拌轴搅拌轴的长度 为: =268+530+700=1498( )
取 =1500( )
2.2.4搅拌抽临界转速校核计算
由于反应釜的搅拌轴转速 =200 不大于200 ,故不作临界转速校核计算。
由参考资料图9-7,查得:系数A=0.0006,系数B=81则许用外压[P]=Bδe/D=81ⅹ5.2/1116=0.38>0.25Mp故δe=5.2mm满足外压稳定性要求,其圆整到标准钢板厚度规格取δe=8mm.
1.3.6釜体的封头壁厚计算
1.3.6.1按内压计算δ封:
式中,P=0.18Mpa,D1=1100mm,φ=0.85, [ó]=113Mpa, C=C1+C2+C3=0.5+2+0=2.5mm,代入上式:
查【2】表4-3, D2= D1+100=1100+100=1200mm。套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。
1.2.3确定夹套高度
装料系数η=操作容积/全容积=0.9/0.95=0.85
按式4-4计算夹套高度:
H2≥(ηV- V封)/ V1m=(0.85×1.053-0.198)/0.95=0.734m
0.95m3夹套反应釜设计计算说明书
一、罐体和夹套设计计算
1.1罐体几何尺寸计算
1.1.1选择筒体和封头的形式
选择圆柱筒体及椭圆形封头。
1.1.2确定筒体内径
已知设备容积要求0.95m3,按式(4-1)初选筒体内径:
式中,V=0.95m3,根据【2】38页表4-2,常反应物料为液-液类型,i=H1/D1=1~1.3,取i=1.3,代入上式,计算得
取H2=750mm。选取直边高度h2=25mm。
1.2.4校核传热面积
查【2】附表D-2,由D1=1100mm,得罐体封头表面积F1封=1.3980m2
查【2】附表D-1,一米高筒体内表面积F1m=3.46m2
校核传热面积:
实际总传热面积F=F筒+ F1封=F1m×H2+F1封=3.46×0.75+1.398=3.99m2>3.8m2,可用。
夹套筒体壁厚的设计厚度为
采用双面焊缝,进行局部无损探伤检查,按【1】161页表10-9,取焊缝系数φ=0.85(夹套封头用钢板拼焊),C2=2mm,则
查【1】161页表10-10,取钢板负偏差C1=0.3mm,则δd1+C1=3.86,考虑到最小厚度 为3mm,取名义厚度δn=5mm
夹套封头壁厚的设计厚度为
夹套封头壁内应力
因Q235-A常温σ=235Mpa,看出σr,σr夹,σr夹,σr封夹都小于0.9φσs=179.8Mpa,故水压实验安全.
1.3.7.3外压水压实验
釜体筒体外压校核:
δ0=δ- C=8-2.8=5.2mm,L/D0=842/1110=0.759D0/δe=1110/5.2=215
由【1】168页图10-15查得A=0.0006,由【1】170页10-17查得B=81,故许用外压[P]=BS0/D0=81ⅹ5.2/1116=0.38Mpa>水压压力Pr=0.32Mpa,故在0.32Mpa外压水压实验时应可以不在釜体内充压,以防釜体筒体失稳.
其中 =H+M+F-A(H-凸缘法兰的高度;M-安装底盖的高度;F-机架高度;A-机架H1)
=40+50+550-372=268( )
= + ( —釜体筒体的长度; —封头深度; 液体的装填高度)
液体装填高度 的确定:
釜体筒体的装填高度
式中 —操作容积( ); —釜体封头容积( ); —筒体的内径( )
1.3罐体及夹套的强度计算
1.3.1确定计算压力
按工艺条件,罐体内设计压力P1=0.2MPa;夹套内设计压力P2=0.3MPa
液体静压力P1H=ρgH2×10-6=1000×9.8×0.75×10-6=0.007MPa,取P1H=0.01MPa
计算压力P1c=P1+P1H=0.18+0.01=0.19MPa
液体的总装填高度 = =750+25+275
=1050( )
=900+2x(25+275)+2x40-1050=530( )(40-甲型平焊法兰高度)
浸入液体搅拌轴的长度 的确定:
搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱高度有关。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为: (见文献[4]215)
当 时为最佳装填高度;当 < 时,需要设置两层搅拌桨。
定功率增量Δp1
KW
0.23
18
包角修正系数Ka
0.88
19
带长修正系数KL
0.98
20
V带根数Z
Z=Pd/{( P1+Δp1)ⅹKaKL}
=7.2/{(1.63+0.23)x0.93ⅹ1.13}=4.49取Z=5
2.2搅拌轴的设计
由于搅拌轴的长度较大,考虑加工的方便,将搅拌轴设计成两部分
2.2.1进行上轴的结构设计及强度校核
考虑到封头与筒体的焊接方便取封头与筒体等壁厚δ封=8mm.
1.3.6.2按外压校核δ封,采用图算法:
封头有效壁厚δ0=δ- C=8-2.8=5.2mm
椭圆封头的计算当量半径Rv=K1D0,由设计规定或查资料知K1=0.9,故Rv=0.9ⅹ1116=1005mm;
系数A=0.125ⅹδ0/Rv=0.125ⅹ5.2/1005=0.00065,由【1】170页图10-17,查得B=84,则许用外压[P]:
表2-1 V型带的型号选择与计算
步骤
设计项目
单位
公式及数据
1
传动的额定功率P
KW
5.5
2
小皮带轮转速n1
r/min
720
3
大皮带轮转速n2
r/min
200
4
工况系数KA
1.3
5
设计功率Pd
KW
Pd=KAⅹP=1.3ⅹ5.5=7.15取Pd=7.2
6
选V带型号
根据Pd和n1选取B型带
7
速比i
i=n1/n2=720/200=3.6
利用截面法得: M
由 得Baidu Nhomakorabea =
搅拌轴为实心轴,则: =
≥30.39mm取 =40mm
2.2.2.2搅拌轴刚度的校核
由 得:
因为最大单位扭转角 max=0.620 <[ ]=1 。所以圆轴的刚度足够。
2.2.3搅拌轴长度的设计
搅拌轴的长度 近似由釜外长度 、釜内未浸入液体的长度 、浸入液体的长度 三部分构成。即: = + +
厚度附加量C=C1+C2+C3=0.8+2+0=2.8mm
罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C=8-2.8=5.2mm
罐体筒体外径D10=D1+2δ1n=1100+2ⅹ8=1116mm
筒体计算长度L=H2+1/3h1=750+1/3(300-25)=842mm
系数L/D0=842/1116=0.754系数D0/δe=1116/5.2=215
[P]=B(δ0/Rv)=84ⅹ(4.9/1116)=0.391Mpa大于水压实验时的压力0.25Mpa,故用δ封=8mm,外压稳定安全.
1.3.7水压实验校核
1.3.7.1确定实验水压Pr,根据设计规定知:
釜体水压取
夹套水压取
1.3.7.2内压实验时:
釜体筒壁内压应力
夹套筒壁内压应力
釜体封头壁内应力
将D1的估算值圆整到公称直径系列,取D1=1100mm,
1.1.3确定封头尺寸
标准椭圆形封头尺寸查附表4-2,DN=1100mm,选取直边高度h2=25mm。
1.1.4确定筒体高度
当D1=1100mm, h2=25mm时,由【2】附表D-2查得椭圆形封头的容积V封=0.1980m3,由附表D-1查得筒体1m高的容积V1m=0.950m3,按式(4-2):
取Ld=2000
14
确定中心距d确定安
装V带时所需最小中
心amin和最大中心
距amax
mm
a=a0+(Ld- Ld0)/2=500+(500-140)/2=465
15
小皮带轮包角α1
(°)
α1=180°-(d2-d1)/aⅹ
57.3°=136°>120°
16
单根V带额定功率P1
KW
1.63
17
i≠1时,单根V带额
2.3联轴器的型式及尺寸的设计
由联轴器的型式选用凸缘联轴节。标记为:GYH5 GB/T5843-2003,结构如图2-1。
图2-1联轴器
2.4轴承的型式及尺寸的设计
根据搅拌轴的大小,选择带轮和联轴器的连接选用平键12x8x40;轴承选用7210C,90x50x20;
1.3.5.2按承受0.25Mpa的外压设计
设罐体筒体的名义厚度δ1n=5mm
厚度附加量C=C1+C2+C3=0.5+2+0=2.5mm
罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C=5-2.5=2.5mm
罐体筒体外径D10=D1+2δ1n=1100+2ⅹ5=1110mm
筒体计算长度L=H2+1/3h1=750+1/3(300-25)=842mm
上轴材料选用常用材料45钢,结构如图4-17.由于上轴只要受转矩,故按转矩初估最小轴径,轴上开有一个键槽,轴径扩大并圆整后,取最小轴径为40mm。
表2-2上轴的计算
步骤
项目及代号
参数及结果
1
轴功率P,Kw
4.7
2
轴转数n,r/min
200
3
轴材料
45
4
轴所传递的转矩T=9550P/n,N`m
224.4
H1=(V-V封)/V1m=(0.950-0.198)/0.95=0.7916m
考虑到安装的方便,取H1=0.9m,则实际容积为
V= V1m×H1+ V封=0.950×0.9+0.198=1.053m3
1.2夹套几何尺寸计算
1.2.1选择夹套结构
选择【2】39页图4-4 (b)所示结构。
1.2.2确定夹套直径
夹套无液体静压,忽略P2H,故P2c=P2。
1.3.2选择设备材料
分析工艺要求和腐蚀因素,决定选用Q235-A热轧钢板,其中100℃-150℃下的许用应力为:[ó]t=113Mpa。
1.3.3罐体筒体及封头壁厚计算
罐体筒体壁厚的设计厚度为
采用双面焊缝,进行局部无损探伤检查,按教材表10-9,取焊缝系数φ=0.85,C2=2mm,则
8
小皮带轮计算直径d1
mm
140
9
验算带速V
m/s
V=лd1n1/60ⅹ1000=5.3
10
大皮带轮计算直径d2
mm
d2=id1(1-ε)=500
11
初定中心距a0
mm
0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2)
取a0=500
13
V带的基准长度Ld0
mm
Ld0≈2a0+л/2(d1+d2)+
(d2-d1)/4a0=2070
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