夹套反应釜课程设计

有搅拌装置的夹套反应釜前言《化工设备机械基础》化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化下设备的机械知识和设计能力的要求而编写的。

通过此课程的学习，是通过学习使同学掌握基本的设计理论并具有设计钢制的、典型的中、低、常压化工容器的设计和必要的机械基础知识。

化工设备机械基础课程设计是《化工设备机械基础》课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试化工机械设计。

化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。

化工设备课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学环节。

在教师指导下，通过裸程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。

因此，当学生首次完成该课程设计后，应达到一下几个目的：⑴熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。

⑵在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。

⑶准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。

⑷用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。

化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。

除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。

目录1 设计方案的分析和拟定 (6)2. 反应釜釜体的设计 (6)2.1罐体和夹套的结构设计 (6)2.2 罐体几何尺寸计算 (7)2.2.1确定筒体内径 (7)2.2.2 确定封头尺寸 (7)2.2.3 确定筒体的厚度Hi (8)2.3 夹套几何尺寸计算 (8)2.4 夹套反应釜的强度计算 (9)2．4.1 强度计算的原则及依据 (9)2.4.2 按内压对圆筒和封头进行强度计算 (9)2.4.3 按外压对筒体和封头进行强度校核 (10)2.4.4 夹套厚度计算 (11)2.4.5 水压试验校核计算 (11)3反应釜的搅拌装置 (12)3.1 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计 (12)3.2 搅拌轴设计 (13)4 反应釜的传动装置 (14)4.1 常用电机及其连接 (14)4.2 釜用减速机类型，标准及其选用 (14)4.3 凸缘法兰 (15)4.4 安装底盖 (15)4.5 机架 (15)4.6 联轴器 (16)5 反应釜的轴封装置 (16)6 反应釜的其他附件 (16)6.1 支座 (16)6.2人孔 (17)6.3 设备接口 (17)7 反应釜的装配图 (17)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。

设计要求：设计时要有较精确的设计内容和步骤，一份设计计算说明书，(设计计算说明书是图纸设计的理论依据，是设计计算的整理和总结，是审核设计的技术文件之一。

主要内容有： 1 . 目录；2 . 设计任务书； 3. 设计方案的分析和拟定；4. 各部分结构尺寸的确定和设计计算；5. 设计小结； 6. 参考资料。

)CAD图纸一张，用A2纸打印。

设计内容：设计一张带有搅拌装置的夹套反应釜。

第三组组长：张定成设计人：张定成设计任务书1 设计方案的分析和拟定根据任务书中的要求，一个夹套反应釜主要有搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管等一些附件构成。

而搅拌容器又可以分为罐体和夹套两部分。

搅拌装置分为搅拌器和搅拌轴，根据任务说明书的要求本次设计搅拌器为浆式搅拌器；考虑到机械轴封的实用性和应用的广泛性，所以轴封采用机械轴封。

在阅读了设计任务书后,按以下内容和步骤进行夹套反应釜的机械设计。

（1）总体结构设计。

根据工艺的要求，并考虑到制造安装和维护检修的方便来确定各部分结构形式。

（2）搅拌器的设计。

①根据工艺参数确定各部几何尺寸；②考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；③对罐体、夹套进行强度和稳定性计算、校核；（3）传动系统设计，包括选择电机、确定传动类型、选择联轴器等。

（4）决定并选择轴封类型及有关零部件。

（5）绘图，包括总图、部件图。

（6）编制技术要求，提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。

2. 反应釜釜体的设计反应釜是有罐体和夹套两部分构成，罐体是反应的核心，为物料完成搅拌过程提供一个空间。

夹套为反应的操作温度提供保障，是一个套在罐体外的密封空间容器。

2．1罐体和夹套的结构设计罐体采用立式的圆筒形容器，有筒体和封头构成。

通过支座安装在基础平台上。

封头一般采用椭圆形封头。

由于筒体内径Di<1200mm ，因此下封头与筒体的连接采用焊接连接。

而为了拆卸清洗方便，上封头采用法兰与筒体连接。

夹套型式与罐体大致一致。

2.2 罐体几何尺寸计算 2.2.1确定筒体内径一般有工艺条件给定容积V 、筒体内径D i估算：i D ≅式中i 为长径比即：i iH i D =，有表4-2选取。

根据题意取i=1.0，已知V=1.0,则D i =1084mm, 将D i 圆整到公称直径系列，则 D i =1000(mm). 2.2.2 确定封头尺寸（1）椭圆封头选取标准件，它的内径与筒体内径相同，标准椭圆封头尺寸见附表4-2.即DN=D i =1000（mm ）曲边高度 h i =250mm 直边高度h2=25mm 容积V=0.1505m3 （2）封头厚度计算由公式[]D i 20.5c tcp s p σϕ=-其中P c =0.2 []tσ =113MP (由参考文献附表9查的) 封头焊接采取双面焊、全焊透，局部无损伤 ，则υ=0.85 计算S=0.7×1400/(2113×0.85-0.5×0.7)=5.1 mm 由参考文献一 表4-9查得：负偏差 C1=0.5mm由参考文献一表4-11查得：腐蚀裕量C2=1.5mm计算名义厚度Sn=S+C1+C2+Δ=5.1+1.5+0.5+0.9=8mm故封头厚度取8mm（3）由于S<10mm 则封头的直边高度h2 =25mm有附表4-2 知封头内表面积A=2.2346m2 容积V=0.3977m32.2.3 确定筒体的厚度H i反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。

则筒体高度Hi按下式计算并进行圆整：Hi=(V－V封)/V im式中V封------------封头容积：0.3997 m3V im ------------1m高筒体容积（见附表4-1）：V im =1.539 m3 /m得Hi= (2.5-0.3977)/1.539=1.3660m圆整后的Hi=1.4m=1400mm按筒高圆整后修正实际容积：V= V im×H i + V封=1.4*1.539+0.3977=2.55 m3 >2.5 m32.3 夹套几何尺寸计算夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。

夹套的安装尺寸见图4-6，夹套内径D2可根据筒体内径D1按表4-3选取：D2 =D1+100=1500mm夹套下封头型式同筒体封头，直径D2与夹套筒体相同。

夹套高H2有传热面积而决定，不能低于料液高，装料系数：y=操作容积/全容积=2÷2.5=0.8夹套高H2 计算：H2 = （ηV-V封）÷V im 代入数值计算得：H 2 =1.04 m夹套所包围的罐体的表面积，一定要大于工艺要求的传热面积F ，即： F 封＋F 筒>=F 其中 F 筒=H 2 ×F 1m 故 F 封＋F 筒 =2.2346＋4.40×1.04=7.07>=7㎡ 所以换热要求满足。

筒体和上封头的连接采用甲型平焊法兰连接，选取凹凸密封面法兰，其尺寸见附图4-2，主要尺寸有附表4-4查的，其中：D=1530mm D1=1490mm D2=1455mm D3=1441mm D4=1438mm S=46mm d=23mm2.4 夹套反应釜的强度计算夹套反应釜几何尺寸确定后，要根据已知的公称直径，设计压力和设计温度进行强度计算确定罐体及夹套的筒体和封头的厚度。

2．4.1 强度计算的原则及依据强度计算中各参数的选取及计算，均应符合GB150-1998《钢制压力容器》的规定。

圆筒为正压外带夹套时：当圆筒的公称直径DN>=600㎜时，被夹套包围部分的圆筒分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值，其余部分按内压圆筒设计。

2.4.2 按内压对圆筒和封头进行强度计算 （1）筒体强度计算已知：Tc=110℃ Pc=0.7Mpa []113tM paσ= υ= 0.85[]5.12i tPcD S m mσϕ==负偏差 C2=1.5mm 腐蚀裕量 C2=1.5㎜名义厚度 Sn=S ＋C1＋C2＋Δ=8㎜ (2)封头厚度计算[]5.120.5itP cD S m mPcσϕ==- 同理名义厚度 ： Sn=S ＋C1＋C2＋Δ=8㎜ 2.4.3 按外压对筒体和封头进行强度校核 （1）筒体图算法 由于D 0/Se>=20① 假设 Sn=14mm 令Se=Sn-2=12mm D 0=D i +2Sn=1428mm ② 则 L/D 0=1400÷1428=0.98D 0/Se=119 D 0>20 ③ 查图5-5得 A=0.0012④ 查图5-7 由于Tc =<140℃ 则B=125Mpa 计算许应外压力[p] [p]=B/( D 0/Se)=1.05Mpa 所以 [p]>=p c 故筒体厚度Sn 2取14mm 由Sn 1=8mm=< Sn 2=14mm 封头厚度确定为14mm (2)外压封头强度计算①设封头的厚度 Sn=14mm 计算有效厚度Se=Sn-C=12mmR 0=K 1D 0 式中K 1 =0.9 D 0 =Di+2Sn=1428mmR 0 =0.9×1428=1285mm② 计算系数A 00.1250.0011A R Se ==③查参考文献[1]中图5-8 T=<150℃ 查的系数B=120MpaB[p]=10M paR Se =[p]>p c 所以封头厚度确定 Sn=14mm2.4.4 夹套厚度计算(1)夹套筒体部分厚度计算由 P c 2=0.9Mpa T c 2=<140℃ []113tM pa σ= υ=0.852227.032[]c t p D m m S σϕ==负偏差 C 1=0.5mm腐蚀裕量 C 2=1.5mm则 Sn 2=S 2＋C 1＋Δ=10mm（2）夹套封头厚度计算 22227.02[]0.5c t c p D m mp S σϕ==- 同理 ：则 Sn 2=S 2＋C 1＋Δ=10mm2.4.5 水压试验校核计算夹套反应釜应对罐体和夹套分别进行水压试验，并校核圆筒应力σT（1） 罐体水压试验由于[σ]≈[σ]t 故 p T =1.25p=1.25Pc=0.875Mpa()61.72T T p Di Se M pa Se σ+==材料屈服点应力 σs =235Mpa0.9 σs υ=179.8Mpa T σ ≦0.9 σs υ 所以罐体水压试验强度足够（2）由于[σ]≈[σ]t 故 p T =1.25p=1.25P c2=1.125Mpa22(2)1062T T p D Se M pa Se σ+==材料屈服点应力 σs =235Mpa0.9 σs υ=179.8MpaT σ ≦0.9 σs υ 所以夹套水压试验强度足够3 反应釜的搅拌装置搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。