搅拌反应釜计算设计说明书

课程设计
设计题目搅拌式反应釜设计_______ 学生姓名 _______________________ 学号 ___________________________ 专业班级过程装备与控制工程
指导教师 ________________________
“过程装备课程设计”任务书
设计者姓名： 班级:
指导老师： 1. 设计内容
设计一台夹套传热式带搅拌的反应釜 2. 设计参数和技术特性指标
3. 设计要求
（1）进行罐体和夹套设计计算；（2）选择接管、管法兰、设备法兰；（3）进行 搅拌传动系统设计；（4）设计机架结构；（5）设计凸缘及选择轴封形式；（6）绘 制配料反应釜的总装配图；（7）绘制皮带轮和传动轴的零件图
设计参数及要求
容器内
夹套内
工作压力，MPa
设计压力，MPa
工作温度，C
设计温度，C
v 100
v 150
介质 有机溶剂
蒸汽
全容积，mi 操作容积，m 5 传热面积，mf > 3 腐蚀情况 微弱 推荐材料 Q345R 搅拌器型式 推进式 搅拌轴转速 250 r/min 轴功率
3 kW
接管表
符 号 公称尺 寸DN 连接面 形式
用途
A 25 PL/RF 蒸汽入口 B
65 PL/RF
加料口 C 1,2 100
视镜 D 25 PL/RF 温度计管口 E 25 PL/RF 压缩空气入口
F
40 PL/RF 放料口 G
25
PL/RF
冷凝水出口
学号:
日期：
1罐体和夹套的设计
1.1 确定筒体内径
表4-2 几种搅拌釜的长径比i值
当反应釜容积V小时，为使筒体内径不致太小，以便在顶盖上布置接管和
传动装置，通常i取小值，此次设计取i = 1.1 o
一般由工艺条件给定容积V、筒体内径D,按式4-1估算：得D=1084mm.
式中V ----- 工艺条件给定的容积，m3;
i ――长径比，i也（按照物料类型选取，见表4-2）
D1
由附表4-1可以圆整D1 = 1100, 一米高的容积乂米=0.95 m3
1.2确定封头尺寸
椭圆封头选取标准件，其形式选取《化工设备机械基础课程设计指导书》图4-3，它的内径与筒体内径相同，釜体椭圆封头的容积由附表4-2 V M= 0.198 m3，（直边高度
取50mm。

1.3确定筒体高度
反应釜容积V按照下封头和筒体两部分之容积之和计算。

筒体高度由计算
H1==（2.2-0.198 ）/0.95=0.949m，圆整高度H1= 1000mm 按圆整后的H1修正实际容积由式
V=V1m< H1+V封=0.95 X 1.000+0.198=1.148 m3
式中V封封头容积，m3；
V,米一一一米高的容积m3/m
H1 ――圆整后的高度，m
1.4夹套几何尺寸计算
夹套的结构尺寸要根据安装和工艺两方面的要求。

夹套的内径D2可根据内
径D1由
选工艺装料系数=0.6~0.85选取，设计选取 =0.80
1.4.1 夹套高度的计算H2=（n V-V封）/V1m=0.758m 14
2.夹套筒体高度圆整为H2 = 800mm 143罐体的封头的表面积由《化工设备机械基础》附表4-2查的F封
=1.398。

1.4.4 一米高的筒体内表面由《化工设备机械基础》附表4-1查的。

F1m=3.46
1.4.5实际的传热面积F=4.166>3，由《化工设备机械基础》式4-5校核4.166〉3所
以传热面积合适。

2夹套反应釜的强度计算
强度计算的参数的选取及计算均符合GB150-1998《钢制压力容器》的规程。

此次设的工作状态已知时，圆筒为外压筒体并带有夹套，由筒体的公称直径
D N 600 mm被夹套包围的部分分别按照内压和外压圆筒计算，并取其中较
大者。

2.1设备选用Q-235-A优质沸腾碳素钢。

2.2设计的设备有工艺参数给定的内压为 5 = 0.25MPa
2.3夹套内的设计压力由工艺参数给定为p2= 0.33MPa
2.4罐体内的设计温度t1100 °C。

2.5夹套内的设计温度t2 150 Co
2.6在加压和工作状态下要考虑液柱的高度由《化工设备机械基础课程设计指导
书式P1h=0.01MPa
2.7计算压力
2.8 夹套的液柱静压力p2H 0MP P1c=P1+P1h=0.25+0.0仁0.26MPa
2.9计算压力p2c = p2
2.10通过焊接的容器，其焊缝中可能存在一定的缺陷，而且在焊缝附近会由于
受热而引起组织结构的变化，从而成为薄弱环节，因此在计算是要加入焊缝
系数可按《过程设备设计》表4-5选取二0.85做为其接头系数
2.11设计温度下的材料许用应力［「由《化工设备机械基础》表9-5查取［「=
113。

2.12罐体的筒体的计算厚度。

S 仁P1cD1/ (2[ 6 ]t①-P1c)
=0.26 X 1300/ (2X 113X 0.85-0.26 ) =0.891mm 2.13夹套的筒体的计算厚度S 2=P2cD2/ (2[ 6 ]t①-P2c)
=0.3X1400/(2X113X0.85-0.3 )=1.234mm。

2.14罐体封头的计算厚度S T =P1cD1/ (2[ 6 ]t①-0.5P1C ) =0.26 X1300/(2X
113X0.85-0.5 X 0. 26 )
=0.89mm
2.15夹套封头的计算厚度S 2' =P2cD2/ (2[ 6 ]t①-0.5P2c )
=0.3 X1400/(2X 113X0.85-0.3 X 0.5)
=1.233mm
2.16钢板的厚度负偏差G由《过程设备设计》表4-2取G 0.6mm。

2.17 腐蚀裕量C2=2.0mm
2.18 由此的厚度附加量。

C=C1+C2=2.6mm
2.19则罐体筒体的设计厚度S 1d=S 1+C2=2.891mm
2.20则夹套筒体的设计厚度S 2d= S 2+C2=
3.234mm
2.21罐体封头的设计厚度S 1d' =S 1' +C2=2.89mm
2.23夹套封头的设计厚度S 2d' =S 2' +C2=
3.233mm
2.24对于碳素钢或是低合金钢规定筒体的最小厚度不应小于3mm，若加上腐蚀
裕量2mm，则名义厚度至少应取5mm，由钢板的标准规格名义厚度取为
6mm。

2.25罐体筒体的名义厚度取5mm
2.26夹套筒体的名义厚度2n取5mm
2.27罐体封头的名义厚度 ^'取5mm
2.28夹套封头的名义厚度2n取5mm
3 稳定性计算
各国的设计规范均推荐采用图算法，此次设计的也采用图算法。

由罐体圆筒
D i°f in二168所以是薄壁圆筒，仅需进行稳定性校核。

3.1假设罐体筒体的名义厚度为8mm
3.2在内压计算时由《过程设备设计》表4-2可以查6mm的钢板厚度负偏差
C仁0.6mm腐蚀裕量主要是防止容器在受压的条件下由于均匀腐蚀，机械磨损而导致的厚度消弱减薄，筒体和封头都要考虑，对于碳素钢和底合金钢C2
不小于 1.0 mm。

此处取C2 2mm，C=C1+C2=2.6mm
3.3罐体筒体的有效厚度S 1e= S 1n-C=8-2.6=5.4mm。

3.4罐体筒体的外径D1o=1120mm
3.5由《化工设备机械基础》查椭圆封头的曲边高度h1=350mm直边高度h2=50mm
筒体的计算L=H2+1/3h1+h2=891.67mm
3.6 计算系数L/D10=0.796。

3.7 计算系数D10/ S 1e=151.35
3.8以L D1o和D1o f 1e的值由《过程设备设计》图4-7做为计算图查得A值A=
0.00072。

3.9由所选的材料为碳素钢由《过程设备设计》查4-6做为计算图查B的值B=
97。

3.10由《过程设备设计》的式4-26计算许用压力[p]，
[P]=B/ D1o/ S 1e=97/151.35=0.641>0.3MPa
3.11假设罐体封头的名义厚度m'为8mm
3.12在内压计算时由《过程设备设计》表4-2可以查8mm的钢板厚度负偏差C1
0.8mm，腐蚀裕量主要是防止容器在受压的条件下由于均匀腐蚀，机
械磨损而导致的厚度消弱减薄，筒体和封头都要考虑，对于碳素钢和底合金钢C2不小于1.0 mm。

此处取C2 2mm，G G C2 2 0.8 2.8mm。

3.13罐体封头的有效厚度S 1e=S 1n-C=8-2.8=5.2mm。

3.14罐体筒体的外径D1o=1016m m
3.15 筒体的计算L=H2+1/3h1+h2=966.7mm
3.16可以由《过程设备设计》式4-89得A=0.0007。

3.17由《过程设备设计》图4-7可以查的相应的B 98。

3.18 许用外压力[P]=B/ D1o/ S 1e=97/1151.35=0.641>0.3MPa
罐体封头的名义厚度取为m'为8mm
4.水压试验校核出材料本身的缺陷外，压力容器在制
造过程中由于焊缝的存在可能会有缺陷存在，为了考察缺陷
对压力容器的影响，压力容器完成后要进行压力试验。

对于
内压容器耐压试验的目的是为了在超压的情况下缺陷是不是
会迅速扩展开了，酿成事故，同时检测密封结构的密封性
能。

4.1内压容器圆筒试验压力按《过程设备设计》式4-87 P仃=0.187MPa。

4.2夹套的水压试验压力按《过程设备设计》式4-87 P2T=0.247MPa。

4.3材料在屈服点的应力6 s=345MPa
4.4 6 T=236.925MPa
4.5 罐体圆筒的应力6 1T=P1T(D1+S 1e) /2 S 1e
=13.98MPa v 179.8MPa
4.6 夹套圆筒的应力6 2T=P2T (D2+S 2 e ) /2 S 2 e
=20.12MPa v 179.8MPa
所以压力试验合格，所选的厚度合适。

5搅拌轴的设计
搅拌轴的设计与一般的机械轴的设计方法与一般的传动轴相同。

此处选轴的材料为45钢。

5.1轴的功率p为4kw。

5.2轴的转速为250r.「min。

5.3轴的材料为45。

5.4 轴所传递的扭矩T 9.55 10 6- 152.8N/mm。

n
5.5所选的45钢的许用剪切应力［］为35MP
5.6系数A取为112。

5.7 轴端直径d A3 > 28.22mm
5.8开1个键槽轴径扩大5《过程设备设计》：28.22 x( 1 + 0.05 )= 29.63mm 5.9圆整轴径，即直径d = 30mm
5.10连轴器选用
6 V带轮的设计计算内容和步骤
6.1 传动的额定功率P 为5.5KW
6.2查附表5-4则取Y132M1-6型电机
6.3 小带轮转速n1=960r/min
6.4 大带轮转速n2 250r /min
6.5工况系数KA= 1.2
6.6 设计功率Pd=1.2X 5.5=6.6KW
6.7选V带型号B型带
6.8 传动比i=960/250=3.84
6.9 小皮带计算直径选160mm
6.10 验证代速v=n D1n 1/60X 1000=8.04m/s>5m/s
6.11所选定速度应在最大25〜30和最小5之间，正好符合要求。

所以选小带轮的直
径为160mm。

6.12 滑动率取0.02。

6.13大带轮的计算直径D2= (n1/n2) D1 (1- £)
=960/250 X 160X(1-0.01 )
=602.1mm
所以取大带轮的直径为630mm。

6.14 初定中心距由0.7(d2 d1) a。

2(d2 d1)所以取a。

= 1000。

6.15可以计算带的基准长度为L do可以有式计算得到并且要在最大最小距离之
间，
L do=2a+n /2 (D1+D2 + (D2-D1) (D2-D1) /4a
=2 X1000+3.14/2(160+630)+(630-160)(630-160)/4X1000 =3295.5.1mm
在最大最小距离之间。

选取基准长度Ld=3550mm
6.16 确定中心距a 确定带按装时的最大最小距离之间，
a=ao+ (Ld-Ldo) /2
=1000+
(3550-3295.5 )/2
=1127mm
6.17 小带轮包角a1，a =180° - (D2-D1) /a X 5
7.3
=180°- (630-160)/1000X 57.3
=156° > 120,
大于120度
6.18 单根V带的额定功率Po=1.66kWo A P o =0.17KW
6.19 包角修正系数K 0.98
6.21 带长修正系数K L 1.11
6.22V 带根数z=Pc/ ( Po+A P o) Ka KL
=6.6/
(1.66+0.17 )X 0.98 X 1.11
=3.35 圆整
取 4 根带。

7 参考文献
1. 郑津洋主编，《过程设备设计》。

北京：化学工业出版社2001
2. 周开勤主编，《机械零件设计手册》第五版。

北京：高等教育出版社
3. 哈工大龚桂义主编，《机械设计课程设计图册》。

北京：高等教育出版社
4. 蔡纪宁主编，《化工设备机械基础课程设计指导书》。

化学工业出版社
5. 朱家诚主编，《机械设计基础》。

合肥工业大学出版社2003.
6. 赵军等主编，《工设备机械基础》。

北京：化学工业出版社。

7. HG/T20569——94《机械搅拌设备》。

2001。

1989。

2001。