化工设备罐体和夹套的设计

化⼯设备罐体和夹套的设计
罐体和夹套的设计
夹套式反应釜是由罐体和夹套两⼤部分组成。

罐体在规定的操作温度和操作压⼒下，为物料完成其搅拌过程提供了⼀定的空间。

夹套传热是⼀种最普遍的外部传热⽅式。

它是⼀个套在罐体外⾯能形成密封空间的容器，既简单⼜⽅便。

罐体合夹套的设计主要包括其结构设计，各部件⼏何尺⼨的确定和强度的计算与校核。

罐体和夹套的结构设计
罐体⼀般是⽴式圆筒形容器，有顶盖，筒体和罐底，通过⽀座安装在基础或平台上。

顶盖在受压状态下操作选⽤椭圆形封头，（对于常压或操作压⼒不⼤⽽直径较⼤的设备，顶盖可采⽤薄钢板制造的平盖，在薄钢板上加设型钢制的横梁，⽤以⽀撑搅拌器及其传动装置。

顶盖与罐底分别与筒体相连。

罐底与筒体的连接采⽤焊接连接。

顶盖与筒体的连接形式为可拆连接。

夹套的型式与罐体相同。

罐体⼏何尺⼨计算
确定筒体内径
⼯艺条件给定容积V、筒体内径估算D1：
D1==1.058m=1058mm
式中V——⼯艺条件给定容积，m3；
i——长径⽐，i=
将D1估算值圆整到公称直径1000mm
确定封头尺⼨
椭圆封头选标准件内径与筒体内径相同
曲边⾼度h1=250mm
直边⾼度h2=25mm
内径⾯积A=1.625m2
封头容积V=0.1505m3
封头厚度
质量
确定筒体⾼度
式中
圆整后的筒体⾼度为1500 则
反应釜容积
式中
夹套⼏何尺⼨计算
夹套和筒体的连接常焊接成密封结构
夹套的安装尺⼨通常在。

夹套内径
夹套下封头型式同罐体封头，其直径与夹套筒体封头相同为
1100mm
通常取
夹套⾼
式中
夹套所包围的筒体表⾯积
式中2
2
——1⽶⾼内封头表⾯积查表为
夹套反应釜的强度计算
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GB 150—1988《钢制压⼒容器》的规定。

夹套反应釜设计计算举例
⼏何尺⼨
圆整筒体内径釜体封头容积圆整釜体⾼度夹套筒体内径装料系数，或按
圆整夹套筒体⾼度
罐体封头表⾯积
⼀⽶⾼筒体内表⾯积，强度计算（按内压计算厚度）
，
，
罐体及夹套焊接接头系数设计温度下材料需⽤应⼒
罐体筒体计算厚度
夹套筒体计算厚度
罐体筒体名义厚度
罐体封头名义厚度
夹套封头名义厚度
稳定性校核（按外压校核厚度）
筒体计算长度
系数
系数
许⽤外压⼒
罐体筒体名义厚度
筒体计算长度
系数
系数
许⽤外压⼒
罐体筒体名义厚度
罐体封头名义厚度
,
,
罐体封头名义厚度
⽔压试验校核
,
,
材料屈服点应⼒
反应釜的搅拌装置
推进式搅拌装置是调和低粘度均相液体混合的。

主要利⽤容积循环速率来控制，则不限。

搅拌器的安装⽅式及其与轴连接的结构设计
推进式搅拌器类似风扇扇叶结构。

它与轴的连接是通过轴套⽤平键或紧定螺钉固定，轴端加固定螺母，为防⽌螺纹腐蚀可加轴头保护帽。

直径常取罐体内径的，
搅拌轴设计
搅拌轴的机械设计主要是结构设计（包括轴的⽀撑结构）和强度校核，我们选定的反应釜转速n>200r/min的，需要进⾏临街转速校核。

1)搅拌轴的材料：选⽤45号钢，材料选⽤20Rn。

2)搅拌轴的结构：连接推进式搅拌器，轴头需削台肩，开键槽，轴
端还要车螺纹。

安装搅拌器的部分称为搅拌轴或下轴，与减速机输出轴相连的轴通常称为传动轴或上轴。

与联轴器配合的轴头结构，按联轴器的要求⽽定。

3)搅拌轴强度校核，通常搅拌轴强度校核计算常与轴结构设计同时
进⾏，边画图，边计算，边修改。

4)搅拌轴的形位公差和表明粗糙度要求：⼀般搅拌轴要求运转平稳，
为防⽌轴的弯曲对轴封处的不利影响，因此轴安装和加⼯要控制轴的直度。

该反应釜的转速n=200r/min时，直线度允差1000：0.1。

5)搅拌轴的⽀撑，⼀般搅拌轴可依靠减速器内的⼀对轴承⽀承。

当
搅拌轴的长度较长时，轴的刚度条件变坏。

搅拌轴的⽀撑常采⽤滚动轴承。

成对安装的轴承，温度变化较⼤时，应优先采⽤背对背安装。

6)搅拌轴的临近转速校核计算。

搅拌轴上安装有搅拌器，往往由于
结构不对称、加⼯安装有误等原因，使回转中⼼离开其⼏何轴线⽽产⽣回转离⼼⼒，使轴收到周期性载荷⼲扰。

当周期载荷频率与搅拌轴的⾃然频率接近时，轴便发⽣剧烈震动，这种现象称为轴共振。

，
⼒
反应釜的传动装置
反应釜的搅拌器是由传动装置来带动的。

传动装置通常设置再釜顶封头的上部。

反应釜传动装置的设计内容⼀般包括：电机、减速机的选型；选择联轴器；选⽤和设计机架和底座等。

常⽤电机及其连接尺⼨
搅拌设备选⽤电动机的问题主要是确定系列、功率、转速以及安装形式和防爆要求等⼏项内容。

该反应釜选⽤Y系列全封闭⾃扇冷式三相异步电动机。

电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，还要考虑有时在搅拌操中会出现不利条件造成的功率过⼤。

电机功率可按下式确定：
釜⽤减速机类型、标准及其选⽤
反应釜⽤的⽴式减速机，主要的类型有谐波减速机、摆线针轮⾏星减速机、⼆级齿轮减速机和V带传动减速机，他们⼤多有标准，在这⾥选⽤的是V带减速机
V带减速器
根据课程设计的特点，选择V带，其特点是：结构简单，制造⽅便，价格低廉，能防⽌过载，噪声⼩。

但不适合⽤于防爆场合。

验算带速
验算带速
滑动率
初定中⼼距带的基准长度确定中⼼距
⼤中⼼距
⼩⽪带轮包⾓
包⾓修正系数
带长修正系数
凸缘法兰
凸缘法兰⼀般焊接于搅拌容器封头上，⽤于连接搅拌传动装置，亦可兼作安装、维修、检查⽤孔。

凸缘法兰分整体和衬⾥俩种结构形式，密封⾯分凸⾯和凹⾯两种。

安装底盖
安装底盖采⽤螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。

安装底盖的常⽤形式为RS和LRS，其他结构、密封⾯形式以及传动轴的安装形式以按HG—21565—95选取。

安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同。

形式选取时应注意与凸缘法兰的密封⾯配合。

机架是安放减速机⽤的，它与减速机底座尺⼨应匹配。

V带减速机⾃
带机架，选⽤其他类型标准釜⽤减速机按标准选配机架。

因为减速器输出与搅拌器之间采⽤弹性联轴器连接，所以该设计选⽤DJ单⽀点机架。

联轴器
电机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌器之间的连接，都是通过联轴器连接的。

该设计选⽤刚性凸缘联轴器。

反应釜的轴封装置
轴封是搅拌设备的⼀个重要组成部分。

其任务是保证搅拌设备内处于⼀定的正压和真空状态以及防⽌反应物料溢出和杂质的渗⼊。

鉴于搅拌设备以⽴式容器中⼼顶插式搅拌为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为⽓体；⽽且搅拌设备由于反应⼯程复杂，轴的偏摆震动⼤，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能⽤于搅拌设备上。

反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常⽤的有填料密封和机械密封俩种形式，他们都有标准，设计时可根据要求直接选⽤。

填料密封
填料密封是搅拌设备最早采⽤的⼀种轴封结构。

它的基本结构是由填料、填料箱、压盖、压紧螺栓及油杯等组成。

因其结构简单、易于制造，在搅拌设备上得到⼴泛应⽤。

采⽤填料密封时，应优先选⽤标准填料箱。

标准填料箱中HG21537.7—92为碳钢填料箱。

填料箱密封的选⽤还应注意以下⼏⽅⾯：
1)当填料箱的结构和填料的材料选择合理，并有良好润滑和冷却条
件时，可⽤于较⾼的⼯作压⼒、温度和转速条件下；
2)当填料⽆冷却、润滑时，转轴线速度不应超过1m/s；
3)当搅拌容器内介质温度⼤于200’c时，应对填料密封进⾏有效冷
却；
4)当从填料箱油杯中压注密封润滑液时，润滑液压⼒⼀般应略⾼于
被密封介质的压⼒,以防⽌容器内介质的泄露；采⽤密封润滑液时，润滑液流⼊容器内对⼯艺性能有影响时，应在填料箱下端轴上设置储油杯；
5)填料箱⼀般可不设⽀撑套，应将搅拌轴的⽀撑设置在机架上。

反应釜的其他附件
⽀座
夹套反应釜多为⽴式安装，我们选⽤的⽀座为⽿式⽀座。

标准⽿式⽀座分为A型和B型，该反应釜选择的是B型。

每台反应釜常⽤4个⽀座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受⼒情况变坏，应按俩个⽀座计算。

⼿孔和⼈孔
⼿孔和⼈孔的设置是为了安装、拆卸、清晰和检修设备内部的装置。

⼿孔直径⼀般为150mm~250mm，应使⼯⼈带上⼿套并握有⼯具的⼿能⽅便的通过。

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俩种。

圆形⼈孔制造⽅便，应⽤较为⼴泛。

⼈孔的⼤⼩机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罐体内。

⼿孔和⼈孔的种类较多，该反应釜选⽤带颈平焊法兰⼿孔。

设备接⼝
化⼯容器及设备，往往由于⼯艺操作等原因，再筒体和封头上需要开⼀些各种⽤途的孔。

接管与管法兰
接管和管法兰是⽤来与管道或其他设备连接的。

标准管法兰的主要参。