化工设备机械基础夹套反应釜课程设计终稿

夹套反应釜
内蒙古科技大学化学与化工学院
2013年12月
夹套反应釜十三组成员:
前言
化工设备机械课程是培养学生具有化工理论能力的技术基础课。

课程设计则是化工设备机械基础课程的实践性教学环节，同时也是我学习化工专业来第一次全面的自主进行化工设备设计能力的训练。

在这个为期两周的过程里，我们有过紧张，有过茫然，有过喜悦，感受到了学习的艰辛，也收获到了学有所获的喜悦，回顾一下，我觉得进行化工设备机械基础课程设计的目的有如下几点：
（1）通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用化工设备机械基础课程和其他先修课程的的理论与实际知识去分析和解决化工设备设计问题的能力。

（2）学习设计机械产品的一般方法，掌握机械设计的一般规律。

（3）通过制定设计方案，合理选择传动机构，正确计算零件的工作能力，确定尺寸及掌握机械零件，再进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装置或简单机械的设计过程和方法。

（4）学习进行机械基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册等。

目录
课程设计任务书 (1)
第一章反应釜釜体的设计 (2)
1.1反应釜筒体的设计和计算 (2)
1.2反应釜筒体封头的设计选型和计算 (3)
1.3反应釜筒体长度H的设计 (4)
1.4反应釜筒体壁厚设计 (5)
第二章反应釜夹套的设计 (5)
2.1夹套釜体DN、PN的确定 (5)
2.2夹套筒体的设计 (6)
2.3夹套封头的设计 (6)
2.4对筒体和封头进行强度校核 (7)
2.5法兰连接结构的设计 (8)
第三章反应釜传动装置 (10)
3.1.电动机的选型 (10)
3.2减速器的选型 (11)
3.3安装底座的设计 (11)
3.4机架的设计 (12)
3.5联轴器的型式及尺寸的设计 (12)
第四章搅拌装置的选型与尺寸设计 (14)
4.1反应釜的搅拌装置 (14)
4.2搅拌器的设计 (14)
4.3搅拌轴直径的初步计算 (14)
4.4搅拌轴长度设计 (16)
第五章反应釜的轴封装置 (17)
第六章反应釜的其它附件 (19)
6.1人孔的设计 (19)
6.2视镜的选取 (20)
6.3工艺管及法兰的选取 (21)
6.4温度计的选型 (23)
6.5液面计的设计及选型 (23)
6.6支座的设计及选型 (24)
第七章总结 (25)
参考文献 (26)
课程设计任务书
设计目的：把所学《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地结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基
本知识。

设计任务书
第一章 反应釜釜体的设计
1.1反应釜筒体的设计和计算
1.1.1筒体N D 的确定
对于直立反应釜来说，釜体设备的全容积是指圆柱形筒体及下封头容积，即
V = V g + V f
式中 V g ——设备筒体部分容积，m 3; V f ——封头容积，m 3
根据V 及选用的 H/D 1,将反应釜体视为圆柱形筒体，可初步估算筒体内
径。

长径比的影响
（1）对搅拌功率的影响，因为搅拌功率与搅拌桨叶直径的五次方成正比，如果搅拌桨叶的直径岁釜体长径比的减小而增大时，将会增大搅拌功率。

（2）对传热的影响，当使用夹套传热时，长径比的增大会使夹套的传热面积增大，同时改善传热效果。

（3）工艺上的特定要求，例如物料反应，要求通入反应釜的空气与物料要有足够的接触时间，这样液位就必须有一定的高度，因而反应釜的长径比应满足这样的特定要求。

由于反应时基本处于气液共存状态，换热一定要及时，所以主要目的要增大传热面积，根据实际经验几种搅拌器的长径比大致如附表所示。

(参考文献【1】P287表9-3)
所以设备的长径比
i
D L
=1.2 设备条件反应温度小于200℃，物料在反应过程中要呈沸腾的状态，并且在反应过程中要进行搅拌，根据操作时允许的装满程度来确定装料系数 。

本反应釜内的反应物质为氯乙烯单体，其粘度远小于水，为提高设备的利用率，故选用
η=0.6。

设备容积V 与操作容积的关系为Vg=ηV
故全容积为 V=Vg ∕η =4.3 将
i
D H
=1.2 ，η=0.6 代入公式得 D i mm Di H Vg 16636
.02.16
.24)/(433=⨯⨯⨯=≈πηπ
圆整后 D i =1600 根据规定N D =1600㎜
1.1.2 反应釜筒体N P 的确定
根据设计要求，反应釜体内部压力为2.8MPa ，因此N P =2.8MPa
1.2 反应釜筒体封头的设计选型和计算
1.2.1 封头的选型
根据设计要求，该反应釜的封头选用标准为椭圆形封头，类型是EHA 。

(参考文献【1】 P104 图4-4) 1.2.2 设计参数的确定
Pc=2.8MPa Φ=1 (双面焊接，100％无损探伤) C 1=1㎜ C 2=1㎜ 当操作温度为200℃ 时，查表得到16MnR 材料[]t
σ=170MPa
1.2.3 封头壁厚的计算 []C
t
i
c P D KP 5.02-Φ=
σδ
式子中 ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣⎡
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+=2
2261i i h D K 是 一经验式。

因所选的为标准椭圆形封头， 所以 K=1
将确定的参数代入公式 8
.25.0117021600
8.21⨯-⨯⨯⨯⨯=
δ=13.23mm
设计厚度
2C e +=δδ=13.23+1.0=14.23 ㎜
名义厚度 ∆++=1C e n δδ（圆整量） = 14.23+ 1 + ∆ = 15.23+∆ 圆整后取
n δ =16㎜
1.2.4封头深度计算 H=Di ∕4
故封头深度为 H=400mm
1.3反应釜筒体长度H 的设计
1.3.1 反应釜筒体长度H 计算 椭圆形封头的容积3
24
i F D V π
= 带入已知的数据，则 335362.06.124
m V F ==
π
筒体每米高容积 2
14
i D V π
=
带入相关数据，则 310106.2m V =
则筒体高度估算为 H=mm V V V F 18720106
.25362.03.41=-=-
圆整后取得 H=1800㎜ 1.3.2 反应釜体长径比L/Di 复核
反应釜体长度 L=H+h+i h 3
1
其中：H 为筒体
h 为标准椭圆封头直变长
i h 为椭圆深度
L=1800+25+3
1
×400= 1958mm
圆整后 L= 2000 mm 长径比复核 25.116002000==i D L
与所选用的长径比基本相符。

1.4反应釜筒体壁厚设计
内压容器的壁厚计算公式为 []C
t
i c P D P -Φ=
σδ2
代入数据得 29.138
.21170216008.2=-⨯⨯⨯=δ
设计厚度
2C e +=δδ=13.29+1.0=14.29 ㎜
名义厚度 ∆++=1C e n δδ（圆整量） = 14.29 + 1 + ∆ = 15.29+∆ 圆整后取
n δ = 16㎜
筒体的壁厚和封头的相同所以选n δ = 16㎜
第二章 反应釜夹套的设计
2.1 夹套釜体DN 、PN 的确定
2.1.1 夹套釜体DN 的确定
夹套直径与筒体直径的关系
Di 500~600 700~1800 2000~3000 Dj
Di+50
Di+100
Di+200
（参阅文献【3】表18—3）
1700100=+=i j D D ㎜ 2.1.2 夹套釜体PN 的确定
由设计要求知夹套内部压力为2.0MPa ，因此夹套釜体PN=2.0MPa
2.2 夹套筒体的设计
2.2.1 设计参数的确定
Pc=2.0MPa Φ=1（双面焊接，100％ 无损伤探伤） 11=C mm 12=C mm 查表得到 16MnR 的[]
MPa 156250
=σ
2.2.2 夹套筒体壁厚的设计
内压薄壁圆通的厚度设计可由公式
[]c
t
i
C P
D P -Φ=
σδ2 代入数据97.100
.2115621700
0.2=-⨯⨯⨯=
δmm
设计厚度97.11197.102=+=+=C e δδmm 名义厚度 1C e n +=δδ=11.97+1=12.97 mm 圆整后名义厚度14=n δmm 2.2.3 夹套筒体长度
椭圆形封头的容积 324
i F D V π
=
代入数据 37.124
⨯=
πF V =0.64311023
m 筒体每米高容积 214
i D V π
=
代入数据=1V 2.26980073m
则夹套筒体高度估算为8621.02698
.26432.06.21=-=-=V V V H F n i m
圆整后 i H =1000mm
2.3 夹套封头的设计
2.3.1 封头的选型
根据设计要求可选用椭圆形封头，类型是EHA
2.3.2 设计参数的确定
Pc=2.0MPa Φ=1（双面焊接，100％无损探伤）
11=C ㎜ 12=C ㎜
在250℃时 16MnR 的[]MPa t
156=σ
2.3.3 夹套封头壁厚的设计
将已知参数代入公式
[]mm
93.100
.25.0115621700
0.25.02=⨯-⨯⨯⨯=
-Φ=
c
t
j
c P D P σδ
93.1221=++=C C n δδ mm 圆整后 14=n δ ㎜
2.4对筒体和封头进行强度校核
根据参考文献【1】附表9-1得到：常温下[σ]=170MPa 在操作温度下（250℃）
[]t σ=156MPa 在操作时夹套的内压P=2.0MPa 筒体的内压Pc=2.8MPa Φ=1因
为： P <Pc 所以在进行校核时筒体应该按照筒体的内压P=2.8MPa 进行校核，夹套按照夹套的内压p=2.0MPa 进行校核。

2.4.1夹套（内压容器的试压）：
液压：Pt=1.25 p
[][]t
σσ=1.25×2.0 ×156170=2.72
气压：Pt=1.15 p
[][]t
σσ=1.15×2.0×156170=2.51 e δ=14－2=12㎜ s σ=345MPa
液压：T σ=
()e e i t D P δδ2+=()12
212170072.2⨯+⨯=194.03MPa
0.9Φs σ=0.9×1×345=310.5MPa
因为T σ< 0.9Φs σ，所以水压试验验证强度足够。

气压：T σ=
()e e i t D P δδ2+=12
2)
121700(51.2⨯+⨯=179.05MPa
0.8Φs σ=0.8×1×345=276MPa
因为T σ< 0.8Φs σ， 所以气压实验验证强度足够 2.4.2筒体（内压容器的试压）
液压：Pt=1.25 p
[][]t
σσ=1.25×2.8 ×156170=3.81
气压：Pt=1.15 p
[][]t
σσ=1.15×2.8×156170=3.51 e δ=16－2=14㎜ s σ=345MPa
液压：T σ=
()e e i t D P δδ2+=()14
214160081.3⨯+⨯=219.62MPa
0.9Φs σ=0.9×1×345=310.5MPa
因为T σ< 0.9Φs σ，所以水压试验验证强度足够。

气压：T σ=
()e
e i t D P δδ2+=172)172100(51.3⨯+⨯=218.55MPa
0.8Φs σ=0.8×1×345=276MPa
因为T σ< 0.8Φs σ， 所以气压实验验证强度足够
2.5法兰连接结构的设计
2.5.1 法兰的选型
法兰连接是由一对法兰、数个螺栓和一个垫片（圈）所组成。

法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于法兰密封表面上的凹凸不平处填满，这样就为阻止介质泄
漏形成了初始密封条件。

压力容器法兰从整体看有三种形式：甲型平焊法兰；乙型平焊法兰；长颈对焊法兰。

参阅文献【2】表10-1及文献【1】附表14-1，根据它们的公称直径（即与法兰配用的容器内径）和公称压力（可以理解为法兰的实际压力），选定法兰类型为长颈对焊法兰。

其主要尺寸如下表。

长颈对焊法兰尺寸（JB/T4701-2000)
D D1 D2 D3 D4 δ1δ2H h R
釜体1850 1780 1729 1709 1706 78 42 265 64 18
人孔610 565 526 516 513 16 26 205 35 12
底座560 515 476 466 463 16 25 200 35 12
所配螺栓
螺柱规格螺柱数量釜体M36 68
人孔M24 20
底座M20 20
2.5.2密封面选取
容器法兰密封面有三种形式：平面型密封面；凹凸型密封面；榫槽型密封面，因凹凸型、榫槽型密封面。

对于平面型压紧密封面，在P N≧0.6MPa的情况下，应用最为广泛。

此外，当釜体内介质有毒或易燃易爆时，不能采用，而氯乙烯单体是一种易燃、易爆且有毒的物质。

凹凸型密封面由一个凸面和一个凹面相配合组成，在凹面上放置垫片。

其优点便于对中，防止垫片被挤出，故可适用于压力较高的场合。

榫槽型密封面适用于易燃、易爆且有毒的介质以及有较高压力的场合，与本设计中的介质性质符合所以，密封面的型号选为榫槽型。

2.5.3 垫片尺寸
垫片是构成密封的重要元件，适当的垫片变形和回弹能是形成密封的必要条件。

最常用的垫片可分为非金属垫片、金属垫片以及非金属混合制的垫片。

考虑到操
作介质的有毒性、易燃性、易爆性，操作压力2.8MPa 温度小于 200℃，参阅文献【1】表6—3。

其主要尺寸如下图：
垫片的主要尺寸
内径（d/mm ） 外径（D/mm ） 宽（b/mm ）
厚度（δ/mm ）
釜体 1600 1632 16 3 人孔 450 478 14 3 底座 400
428
14
3
第三章 反应釜传动装置
3.1.电动机的选型
反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。

传动装置通常设置在釜顶封头的上端。

搅拌设备选用电动机问题，主要是确定系列、功率、转速以及安装形式等几
项内容。

电动机功率必须满足搅拌器运转功率与传动系统、轴封系统功率损失的要求。

可根据化工设计指导书165页公式计算。

电机的功率按下式计算：η
Nm N Pn +=
已知：kw P 8.2= 96.095.0-=η，选用 95.0=η，设计采用机械轴封。

功率消 耗小，kw Pm 8.0=，则kw Pd 58.3= 式中 Pn---电机功率，kw N---搅拌功率，kw
Nm---轴封系统的摩擦损失，kw η---转动系统的机械效率。

由于反应釜里的物料具有易燃性和易爆性，故选用 隔爆型三相异步电机。

估计电动机的功率Pd=3.58kw ，查阅文献可选用机型号为Y112M-2
电动机的规格
选取的型号
型号 转速（min r ）
功率(Kw)
效率(%) 质量(kg) Y112M-2
2890
4
85.5
46
3.2 减速器的选型
反应釜的减速机动大部分与电动机配套使用，只在搅拌转速很高时，才见到电动机不经减速机而直接驱动搅拌轴。

因此电动机的选用一般应与减速机的选用互相配合考虑。

《搅拌传动装置—单支点机架》(HG21566—95)标准的附录中列有常用的“釜用传动装置、减速机型号以及技术参数”，可以根据机架公称直径和搅拌轴速来选择减速机的型号。

参考文献【3】表18—6，机架公称直径DN=250mm ，减速机选用LC100两级圆柱齿轮减速机。

3.3 安装底座的设计
安装底座的作用是安装机架和密封箱体。

安装底座常用形式为RS(上装式无衬里图面)和LRS(上装式带不锈钢衬里图面)。

由于安装底座的公称直径与凸缘法
型号 功率（Kw ） 马力（HP ）
电流 （A ） 转速 （r/min ） 效率 (%) 功率因数 重量 （Kg ） Y80M1-2 0.75 1 1.8 2825 75 0.84 17 Y80M2-2 1.1 1.5 2.5 2825 77 0.86 18 Y90S-2 1.5 2 3.4 2840 78 0.85 22 Y90L-2 2.2 3 4.8 2840 80.5 0.86 27 Y100L-2 3 4 6.4 2880 82 0.87 34 Y112M-2 4
5.5
8.2
2890
85.5
0.87
46
兰相同，故在形式选取是应该注意与凸缘法兰的密封面相匹配。

参阅文献【2】表18—30，安装底座的主要尺寸如下表
安装底座尺寸/mm
公称直径DN （mm ）
外径D （mm ）
螺柱中心圆直径K
（mm ）
凹底直径D3(mm)
形式代号
400
565
515
415
LRS 3.4机架的设计
反应釜立式传动装置是通过机架安装在反应釜封头的底座或安装底盖上的，机架上端要求减速机装配，下端则与底座或底盖装配。

由于反应釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了带短节的夹克联轴节，且反应釜使用不带内置轴承的机械密封，参阅文献【3】表18—7，故选用A 型单支点机架（HG215666—95）由搅拌轴的直径d=50mm 可知，机架的公称直径DN=250mm ，尺寸如下图：
D 1（mm ）
D 2（mm ） D 3（mm ） D 4（mm ） D 5（mm ）
φ
-n （mm ）
H （mm ） H 1（mm ）
质量 （kg ）
290 350 395 425 455
22
12φ-
750 288 83
3.5 联轴器的型式及尺寸的设计
3.5.1 联轴器型式的确定
由于选用LC100两级圆柱齿轮减速机，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节（D 型）。

标记为：DN 50 HG5-213—65，结构如图。

由文献分别确定联轴节的尺寸和零件及材料，尺寸如表，零件及材料如表。

由于联轴节轴孔直径DN=50mm ，因此搅拌轴的直径d 调整至50mm 。

3.5.2联轴器的结构及尺寸
立式夹壳联轴节
夹壳；2-悬吊环；3-垫圈；4-螺母；5-螺栓
查文献4填下表
夹壳联轴节的尺寸
轴孔直径DN
50
D
1
d
2
d
3
d L
1
l
2
l
3
l螺栓
数量规格135 62 42 90 190 34 83 6 6 M12 4
l
5
l
6
l
7
lΔb f R
94 5 70 100 18 16 0.6 0.4
3.5.3联轴节的零件及材料
夹壳联轴节的零件及材料
件
号
名称材料件号名称材料
1 左、右
夹壳ZG-1Cr18Ni9Ti(GB2100) 4 螺母0Cr18Ni9Ti(GB/T
6170)
2 吊环0Cr18Ni9Ti(GB4385 Ⅲ) 5 螺栓A2-70(GB/T 5782)
3 垫圈A-140(GB/T 97.2)
第四章搅拌装置的选型与尺寸设计4.1反应釜的搅拌装置
在反应釜中，为增加反应速率、强化传质或传热效果以及加强混合等作用，常常装设搅拌装置。

搅拌装置由搅拌器与搅拌轴组成，搅拌器形式很多，通常由工艺确定。

搅拌轴可用实心或空心直轴，碳钢材料选用16MnR钢，有防腐或污染要求的场合，应采用不锈耐酸钢。

4.2搅拌器的设计
搅拌器又称搅拌桨或叶轮。

它的功能是提供工艺过程所需的能量和适宜的流动状态，以达到搅拌的目的。

搅拌器的型式主要有：桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式。

根据任务说明书要求，并参阅【3】表18-5，选取搅拌器，其参数如下表
搅拌器主要参数
型式直径Dj（mm）叶宽（mm）转速（r/min)
直叶800 120 85
Di=0.5DN=0.5×1600=800 b=0.15Di=0.15×800=180
搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱的高度有关。

搅拌桨浸入液体内的最佳深度为下封头与圆筒交界处。

由所选封头可知，搅拌桨高度为400 mm。

4.3搅拌轴直径的初步计算
4.3.1搅拌轴的直径的计算
轴的强度计算应根据轴的承载情况，采用相应的计算方法。

对于只传递扭矩
的圆截面，其强度条件为 []
ττρ
≤⨯==
3
6
2.01055.9d n P W T
其中，式中
τ——轴的扭剪应力，MPa ； T ——扭距，N·mm ；
ρW ——抗扭截面模量，3mm ；对圆截面轴，ρW =∏3d /16≈0.23d ； P ——轴所传递的功率，KW ； n ——轴的转速，r/min ； d ——轴的直径，mm ；
[]τ——轴的材料的许用应力，MPa 。

对于既传递扭矩又承受弯矩的轴，也可采用上式初步估算轴的直径；但应将轴的许用剪应力适当降低，以弥补弯矩对轴的影响。

将降低后的许用应力代入上式，可得如下设计公式
()[]mm n
P
A n P d 3362.0/1055.9=⨯=τ
A 是由轴的材料和承载情况确定的系数。

查阅参考文献【3】第十一章235页， 得A=118， 所以 d=1183
85
8
.2⨯=37.8mm 。

根据安装轴上零件及其他结构上的要求，轴径还需要适当增加5%—15%，通常得增加2—4mm 的腐蚀裕量。

所以 d=37.8⨯1.15+4=47.47mm
圆整得 50mm 。

轴的材料：16MnR 4.3.2搅拌轴刚度校核
电动机功率P=4.0K W ，搅拌轴的转速n=85r/min ，材料为45钢，[]τ=40MPa ，剪切弹性模量G=8⨯410MPa,许用单位扭转角[]θ=00.1/m 。

由Tmax=9.557.33716485
8
.2106=⨯
⨯（Nmm) 3max max 10180
⨯⨯=
π
θρGJ T 得 []m m /0.1/9433.018
40
1.087.3337164004
max =<=⨯⨯⨯=
θθπ
所以圆轴的刚度足够。

4.4 搅拌轴长度设计
根据所选联轴器，传动轴伸入釜体长度L 1=350mm ，（参考文献【2】P470，表18—37）可知L=H-L 1-L 2，其中H 为釜体高度，L2为桨叶距釜底距离。

封头的深度为400mm 。

H=400+1800+400=2600mm.
桨叶距釜底距离L2的确定：L2=400mm 所以，搅拌轴长度L=2600-350-400=1950mm
传动轴轴径d （mm ） 伸入釜体长度L1(mm) 50
350
第五章反应釜的轴封装置
解决化工设备的跑、冒、滴、漏问题，特别是防止有毒、易燃介质的泄露，是一个很重要的问题。

因此在反应釜设计过程中选择合理的密封装置是很重要的。

密封装置按照密封面间有无相对运动，可区分为静密封和动密封两大类型。

静止的反应釜封头和转动的搅拌轴之间存在相对运动，为防止介质的泄露也必须采用密封装置，成为搅拌轴密封装置，或简称“轴封”。

在反应釜中使用的轴封装置主要是填料箱密封和机械密封两种。

填料箱密封
填料箱密封结构简单，填料装拆方便，但使用寿命较短，尽管大多数填料是非金属的并有润滑剂，轴旋转时轴和填料间的摩擦和磨损是不可避免的，因而总有微量的泄露。

机械密封
机械密封又称端面密封。

机械密封系指两块环形密封元件，在其光洁而平直的端面上，依靠介质压力或弹簧力的作用，在互相贴合的情况下相对转动，从而构成了密封结构。

机械密封是一种功能耗小、泄露率低、密封性能可靠、使用寿命长的转轴密封。

主要用于腐蚀、易燃、易爆、剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备轴封转轴的选取。

在本设计中，釜内介质为氯化烯，考虑到乙烯有毒且易燃、易爆，一旦泄露出将对人身安全及生产安全构成威胁，为避免生产事故的发生，合理的选取轴封装置至关重要。

比较填料箱密封和机械密封的特点，权衡各影响因素，最终选定轴封装置为机械密封。

填料箱密封和机械密封的比较
比较项目填料箱密封机械密封
泄漏量180—450mL/h 一般平均泄露量为填料箱密封的
1%
摩擦功损
失
机械密封为填料箱密封的10%-50%
轴磨损有磨损，用久后轴要换几无损失
维护及寿
命需要经常维护，更换填料，个别
情况8小时（每班）更换一次
寿命0.5—1年或更长，很少需要维
护
高参数高压、高温、高真空、高转速、
大直径密封很难解决
可以
加工及安
装加工要求一段，填料更换方便动环、静环表面光洁程度及平面要
求高，不易加工，成本高；装拆不
便
对材料要
求
一般动环、静环要求较高减摩性能
机械密封型号：59B型
适用范围:
压力：0 ～ 5MPa
温度：-50 ～ 250℃
转速：≤5000r/min
介质：油、水、有机溶剂及其他弱腐蚀性溶剂。

形式特点：59B型密封是平衡型多弹簧结构、轴向尺寸小、密封端面受压平均。

采用由聚四氟乙烯或柔性
石墨制作的契形环做辅助密封圈，结构紧凑，密封可靠。

第六章 反应釜的其它附件
6.1 人孔的设计
6.1.1 人孔的选取
人孔的设置是为了安装，拆卸，清洗和检修设备内部的装置，当设备的直径大于900mm 时，应开设人孔。

人孔的形状有圆形和椭圆形两种。

圆形孔制造方便，应用较广泛。

人孔的大小及位置应以人进出设备方便为原则，对于反应釜，还要考虑搅拌器的尺寸，以便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入筒体内，参阅文献【2】表11—2其主要尺寸如下表： 人孔类型 公称压力 公称直径 Dw ×S D D1 d 带颈对焊法兰人孔
4.0
450
480×14
685
610
448
开孔位于以椭圆封头为中心80%封头内直径的范围内 6.1.2 人孔补强的计算
计算所需要的最小补强面积A
对内压圆筒或球壳 )1(2r et f d A -+=δδδ 4582=+=t i C d d mm ² []1.45.021=-=
c
t
i
c P D k P φσδ mm
K1=0.57，（参阅文献【1】表5—3）1=r f 则 A=1877.8mm ² 计算有效补强范围
①补强有效宽度 B=}22,2max {nt n d d δδ++ 2d=916 mm
d+25563021924582=⨯+⨯+=+nt n δδ 则 B=916mm ②补强的有效高度 ，外侧的有效高度1h 1h =min{nt d δ，接管实际外伸高度}
nt d δ=117 则 1h =117mm
有效高度2h =min{nt d δ,接管实际内伸高度} 2h =0 计算补强范围内多余的补强面积
①有效补强区内壳内有效厚度减去计算厚度之外的多余面积1A
)
1)((2))((1r e et e f d B A -----=δδδδδ 则 2.59081=A mm ²
②有效补强区内壳内有效厚度减去计算厚度之外的多余面积2A
r t et r t et f C h f h A )(2)(22212-++=δδδ
[]mm 15.48
.215628
.24582=-⨯⨯=
-=
c
t
c
i t p p d φσδ
9.55800)15.428(11722=+-⨯=A mm ²
③有效补强区内焊接缝金属的截面积3A 23∆=A 判断是否需要补强
由于A A A A A e >++=321,则开孔不需另行补强
6.2 视镜的选取
视镜是用来观察设备内部情况的，由容器制造厂（按HGJ501-86），有的则可直接外购（HG 21605- 95）
该反应主要反应形式为气液混合态反应，在反应结束后聚氯乙烯会形成液体在釜底，因此有必要安装视镜，观察内部的反应情况。

6.2.1 视镜的结构
由于釜内介质压力P w =2.8MPa ，DN=2000mm ，反应釜内密封不透光，故本设计选用防爆带灯视镜
6.2.2视镜的相关参数
视镜的尺寸
n*d
公称直径公称压力 D D1 b H(≈)防
爆115 6.0 200 165 40 220 8*M16
视镜的材料
件号名称数量材料
1 视镜玻璃 1 钢化硼硅玻（HGJ501-86)
2 衬垫 2 石棉橡胶（GB3985-83)
3 接缘 1 1Cr18Ni9Ti
4 紧压环 1 Pg16Q235-C
5 双头螺柱8 35
6 螺母16 25
6.3 工艺管及法兰的选取
6.3.1 工艺管选取的规格
反应釜上工艺管口，包括温度计口、压力计口、进料口、出料口及其他仪表管口等，其结构和容器上的管口基本相同。

管口的管径及分布部位置由工艺要求决定。

A：进料管口，有固定式和可拆式两种
接管伸进设备内，可避免物料沿釜体内壁流动，以减少物料对釜壁的局部磨损与腐蚀。

管一般制成45º斜口，以避免喷洒现象。

对于易磨损、易堵塞的物料，宜采用可拆式管口，以便清洗和检修。

考虑到氯乙烯对管壁具有腐蚀性，所以在设计中采用检修和更换方便的可拆式进料管口。

B:出料管口，有上出料管口和下出料管口等形式。

当反应釜内液体物料需要输送到位置更高或者与它并列的另一设备中去时，
可采用压料管装置，利用压缩空气或惰性气体的压力，将物料压出。

压料管一般做成可拆式，釜体上的管口大小要保证压料管能顺利取出。

为防止压料管在釜体内因搅拌的影响而晃动，除使其基本与釜体贴合外，并以管卡或挡板固定。

在本设计中，物料无需输送到更高的位置或者与它并列的另外设备中去。

所以采用下出料管口形式。

6.3.2管道法兰选取的规格尺寸
查文献[2]填下表 接管名称
公称直径
DN
接管外径
A
连接尺寸
法
兰厚度
C
密封面厚度
f
法兰内径
B
D
K
d
L n
Th
工艺物料进口 100 108 210 170 88 18 4 M 16 16 2 59 加热蒸汽进口 50 89 140 160 88
18
4 M 16 16 2 59 温度计接口 65
76
160 130 118 14
4 M 12
16 2 78 放料口 100 108 210 170 144 18 4 M16
18 2 110 加热蒸汽出口 50
89
140 160 88
18
4
M 16
16 2
59
接管名称 密封面型式
垫片尺寸(mm) 垫片材质
外径O D
内径i d 厚度 工艺物料进口 RF 210 110 2 耐油石棉橡胶板 加热蒸汽进口 RF 200 91 2 耐油石棉橡胶板 温度计接口 RF 160 77 2 耐油石棉橡胶板 放料口 RF 210 110 2 耐油石棉橡胶板 加热蒸汽出口
RF
200
91
2
耐油石棉橡胶板
6.4 温度计的选型
温度计的型号
检测元件名称分度号测量范围
镍铬-镍硅热电偶K 负50到1000
镍铬-铜镍热电偶 E 负40到800
铁-铜镍热电偶J 负40到700
铜-铜镍热电偶T 负400到300
6.5液面计的设计及选型
考虑到反应结束后，容器内的聚氯乙烯会以液体存在，因此在容器上设置液位计，在液位计的选择，需要考虑液面计需要承受的压力，工作温度等条件，综合各种条件，选择出最符合条件的液面计。

我们设计的反应釜的设计压力为2.8兆帕，工作温度最高为200度，因此确定使用反射式玻璃板液面计。

内容反射式玻璃管液面计
标准号HG 21590- 95
法兰形式及代号B型：长颈对焊凸面法兰（HG 20595- 97）
液面计型号R型
公称压力PN4.0
使用温度0~250
材料代号不锈钢（锻钢1Cr18Ni9Ti）
结构形式普通型
6.6 支座的设计及选型
公称直径DN Mm
1m 高的容积V
m ³ 1m 厚度为16mm 钢板质
量kg 1600
2.017
638
（1）筒体质量：DN=1600mm ，δn=16mm ，每米质量638Kg ， Q1=4.11486388.1=⨯kg 公称直径 曲面高度 直边高度 容积 厚度 质量 1600
400
25
0.586
16
362
（2）筒体封头质量：DN=1600mm, δn=16mm 的椭圆形封头质量 Q2==⨯3622724Kg
（3）介质质量：介质密度为910，容积2.6m 3，则质量为 Q3=23669106.2=⨯ Kg
（4）夹套筒体质量：DN=1700mm ，δn=14mm ，则 Q4=1×592=592Kg
（5）夹套封头质量：DN=1700mm ，δn=14mm 的椭圆封头质量为 Q5=365Kg
（6）其他：视镜约6.4Kg ，电机约46Kg ，釜体法兰146.5Kg 则总重量Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+6.4+46+146.5=8805.3Kg
根据参考文献【2】表13-6选取B 型支座
支座号
支座本体允许
载荷
适用容器公称
直径 高度 支座质量
4
60 KN 1000-2000mm
250mm 15.7Kg
第七章总结
本次化工设备机械基础课程设计历时两周，是学习化工专业以来第一次独立的课程设计。

在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。

在以前机械基础知识的学习中，我对于课程设计的认识是很有限的，我们所遇到的关于专业的实际应用也仅限于书上的例题和为了考试做的一些资料，它们都是理论上的或者局部的计算，而这次的课程设计让我接触到完完整整的机械产品计算和一些辅助设备的计算。

让我感觉到，光是平时学习的内容对于在化工方面的应用是远远不够的，这需要我们平时自觉的培养自己的自学能力，设计中我学会了离开老师进行自主学习，参看多本指导书，完善自己的设计。

通过本次课程设计的训练，让我对自己的专业有了更加感性和理性的认识，这对我们的继续学习是一个很好的指导方向，我们了解了课程设计的基本内容，掌握了化工设备设计的主要程序和方法，增强了分析和解决机械实际问题的能力。

同时，通过课程设计，还使我们树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风，加强机械设计能力的训练和培养严谨求实的科学作风更尤为重要。

最后，我还要感谢我的指导老师对我们的教导与帮助，感谢同学们的相互支持，与他们一起对一些问题的探讨和交流让我开拓了思路，也让我在课程设计时多了些轻松、愉快。

通过本次课程设计的训练，让我对自己的专业有了更加感性和理性的认识，这对我们的继续学习是一个很好的指导方向，我们了解了机械设计的基本内容，掌握了化工设计的主要程序和方法，增强了分析和解决机械实际问题的能力。

同时，通过课程设计，还使我们树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风，加强机械设计能力的训练和培养严谨求实的科学作风更尤为重要。

另外，我们得感谢张老师和韩老师给予我们这次任务，并在这次任务完成的过程中给予我们最大的帮助。