反应釜的设计计算
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取焊接接头系数 0.85 选材上，由于承受压力较高，所以选择Q345R。
t 189MPa
内压 0.1MPa
设计压力： pw 0.1MPa
p 1.1pw 0.11MPa
Pl gh 5%Pw ， 所以
则计算压力： pc p 0.11MPa
Pl 忽略不计。
结构计算计算结果
结构设计计算结果
搅拌轴直径的计算
搅拌轴的材料选为45钢，轴材料剪切弹性模量G 79GPa，许用剪切应力
40MPa 1o /m
轴传递最大转矩：
M
max
9553
pn n
9553
5.5 238.8
0.9
198N
m
搅拌轴为实心轴，则直径：
1
d 4.92
M n max
4
G 1 4
e n C1 C2 3.7mm
结构计算计算结果
夹套的选择
夹套的内径 夹套高度
夹套筒体厚度
夹套封头厚度
1300mm
0.63m
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
结构计算计算结果
反应釜的搅拌装置
搅拌功率的计算
d=0.045m
结构计算计算结果
主要接管尺寸的计算
进料管和出料管
df =16mm
查手册取20 2.5无缝钢管，法兰选用板式平焊钢管法兰PL2.5，B型，DN50。
冷却水管的计算
ds=26.6mm
查手册取无缝钢管 30 3.5
DN40。
，法兰选用板式平焊钢管法兰PL2.5，B型，
主体设备配置图
支座弯 矩引起 的最大 应力轴 线应力
32.328 Mpa
强度校核
地脚螺栓的强度验算
bt
FL1 nbt Abt
571.25 1 243.37
11.58MPa
式中，摩擦系数取支座与基础垫板之间钢对钢的静摩擦系数0.3（按钢结构设计 规范）。计算得的值小于0，表明不承受剪切力。
开口补强的计算
被削弱的金属面积A=168.2㎡ 封头起补强作用金属面积A1=1516.5㎡ 因为 A1＞A ，所以需要补强圈进行补强
强度校核
搅拌轴刚度的校核
为了防止搅拌轴产生过大的扭转变形，从而在扭转中振动，影响正常工作，应 把轴的扭转变形限制在一个允许的范围内，即规定一个设计的扭转刚度条件。
工程上以单位长度的扭转角不得超过许用扭转角的刚度条件，即
计算厚度：
Pc Di
2
Pc
pc Di
2 t
pc
0.111200 2189 0.85 0.11
0.41mm
结构计算计算结果
设计厚度：d C2
d C2 2.41mm
名义厚度：n d C1
n d C1 圆整 2.71mm 圆整，圆整为6mm。
有效厚度：e n C1 C2
113Mpa
141Mpa
地脚螺栓材 每个支座的 料Q235B， 地脚螺栓个 腐蚀裕量 数1个。 3mm，规格
M24
11.768Mpa
螺纹中心至底 板外缘距离 支座材料的屈 服强度
地脚螺栓常温 下的许用应力
50mm 235Mpa 147Mpa
强度校核
水平风载荷和地震载荷计算 pe 0.5m0g 0.5 0.9 4737.8 9.8 20894N （地震为九度）
粘度计算公式
n
l g m
x i lg i
i1
解得
m 3.02 104 pa s
搅拌器直径 d=400mm
叶片直径 b=80mm
叶轮转速 n= 238.8r/min
雷诺数
Re 2.1106
结构计算计算结果
经查《过程设备设计》功率曲线可知，功率准数Np=6 搅拌功率P=3.91kw 叶轮距槽底的安装高度Hi =400mm 挡板宽度Wb =120mm
原料的处理量
CA CA0 (1 Af ) 95 (1 92%) 7.6mol / m3
反应时间
Vr
Q0
Vr FA0
CA0Af rA
9592% 0.608103
143.75min
CA0
工艺设计计算结果
反应体积
反应器的有效体积：
Vr Q0 0.6 143.75 1.44m3
反应器的实际体积：
底板宽度
底板厚度
底板的许 用拉伸弹性 模量
141Mpa 筋板材料的许用 应力
地脚螺栓 117.6M 支撑面许用耐压
200mm 16mm
支座数量 筋板长度
4 205mm
支座高度
筋板内侧间距
200mm 125mm
160mm 底板长度 310mm
19700Mpa 设计温度下 支座材料的 许用应力
max
由上式可导出实心轴直径为
M n max GI p
103 180o
d
4
180 32180
7.9 104 2 106
33.96mm
搅拌轴直径 D 44mm＞33.96mm ，满足条件。
设计结果汇总
反应器类型
实际体积（m3）
釜体设计压力（MPa）
设计温度（℃） 内筒高度（m） 夹套直径（mm） 夹套壁厚（mm）
pw 0.95 fiq0D0H0 106 0.951 5501312 1200 350 330106 1288.78N
p pe 0.25 pw 20894 0.251288.78 21216.20N
支座本体计算
单Q 个m支0gkn座GE本 4体Mn1承D M受e 的1实03 际 4载4640荷3.803
和，根据釜体容积和物料性质，选定
H
/ Di
值，估算筒体内径
D
。由于此反应
i
为液—液反应，故而取 H / D i 1 ，先忽略釜体封头的容积。
结构设计计算结果
筒体内径：
Di
3
4Vg
( H )
3
4 1.15
1 0.8
1.22m
Di
根据标准圆整取 Di 1300mm
釜体高度的计算
结构设计计算结果
间歇釜式反应器
反应时间（min） 夹套设计压力 （MPa）
内筒直径（mm） 内筒壁厚（mm） 夹套高度（m）
内筒材料 搅拌功率（kw）
搅拌器类型
搅拌轴材料 挡板宽度（mm）
冷却水进出管
夹套水压试验（MPa）
耳式支座数量 地震烈度
地脚螺栓数量 人孔
143.75
0.1
1200 6
0.63 Q345R 3.91 盘式涡轮 45钢
查表可知，直径为1300mm的椭圆封头总深度 H h 350mm ，A 1.9340m2
内表面积， Vh 0.3208m3 。
结构设计计算结果
对于直立式反应釜，其圆筒部分筒体的高度为
H ''
Vg
4
V0 Di 2
1.15 0.3208 0.8
1.222
4
0.96m
根据标准圆整取 H '' 1000mm
V Vr 1.44 1.8m3
0.8
工艺设计计算部分结果参数汇总
CA0 —原料液中乙酸酐的起始浓度，9.5×10^-2 mol/L；
CA —反映后乙酸酐的浓度，7.6×10^-3 mol/L；
Vr —有效体积，1.44m3；
—反应时间，143.75min；
X A —乙酸酐的转化率92％。
一次总 体薄膜
一次总 体薄膜
应力周 向应力
应力轴 向应力
支应座力弯校核146.7M 支座弯 229.4M
矩的支引最座起大上端paA点 支矩 的座引最下起大端Bp点a ：
应力周
向应力
m p 、
m应 向p力应x 轴力
t 189MPa
经计算校验合格
支座弯 矩引起 的最大 应力周 向应力
57.869 Mpa
设计条件：
乙酸酐分解式为
（
C
H
3C
O
） 2
O
H 2O
2C H 3C O O H
该反应的反应速率方程为，反应温度下反应速率常数为0.08 m in -1。每小时处理
量为 0.6m3，原料中乙酸的浓度 CA0 95mol / m3。试设计一台连续操作釜式反
应器达到要求：
接近设计条件的实物图
工艺设计计算结果
过程装备与控制工程课程设计
Course design of process equipment and control engineering
反应釜的设计计算
任务书
主要内容： 1 设计方案的确定及工艺流程的说明； 2 反应器的工艺计算； 3 基本尺寸计算及基本结构设计； 4 壳体、开孔补强与搅拌轴及耳式支座的强度校核； 5 绘制反应器的装配图。
夹套材料 电动机型号
搅拌轴直径（mm） 挡板数量
进料/出料管 筒体水压试验压力
（MPa） 耳式支座型号 耳式支座材料 地脚螺栓材料 冷却水流量（m3/h）
场地
1.8
0.1
100 1200 1300
6 Q345R Y·132M2-6
45 4 Φ20×2.5
0.825
B3 Q235A Q235B
1 B类
Q0 —单位时间原料液处理量，0.6m3/h；
V —反应器的实际体积，1.8m3；
—装料系数0.8；
结构设计部分
釜体结构形式的选择 筒体：圆柱形 釜底的封头形状：标准椭圆型 顶盖连接方法：不可拆 换热器形式：U形夹套
釜体直径的计算
结构设计计算结果
对于直立反应釜来说，釜体容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积之
电机的选用 电动机功率P=4.57kw 根据电动机的标准，查《机械设计课程设计》，电动机可选用Y ·132 M 2-6，功
率5.5kw，转速960r/min。
结构计算计算结果
减速机的选用
根据轴转速960r/min，电动机功率为5.5kw。查表可知：应选用滚筒减速机，编 号为96012。
联轴器的选用
T 9550 P
T 9550 5 4 198.96N m
n
960
查《机械设计课程设计》可知：联轴器应选GY4，类型为凸缘联轴器。
搅拌轴材料的选择
常用优质碳素钢有35、45、50钢，其中以45钢应用最多。搅拌轴受到扭转和弯 曲的组合作用，其中以扭转为主。本次设计选用45钢作为搅拌轴的材料。
120 Φ30×3.5
3.3
4 9度 4 DN450
汇报完毕，谢谢聆听！
4
1.27 107 4 1638
103
21.74kN
Q Q
单个支座本体允许载荷 [Q]=30KN。则有：
可以查表可知BN型耳式支座系列参数尺寸，可知
强度校核
支座处壳体内应力的计算
支座处 3370KN 由压力 16.38M 由压力 8.19Mp
壳体所 ·mm
引起的 pa
引起的 a
受的支 座弯矩
强度校核
压力试验，选用液压试验
T 20.33MPa 0.9s 263.95MPa
内筒水压试验
Pcr
2.59 Et 2 LD0 D0
t
=0.20MPa>pT
故在做水压试验时，内筒稳定性符合要求
强度校核
耳式支座结构设计参数
垫板厚度
上盖板宽 度
筋板厚度
250mm 70mm
8mm
垫板宽度 上盖板厚度
但是 H / Di 1 ~ 3 ，则重新选取。再取 H / Di 1.3 ，则有：
Di 1.15m
H " 1.05m
则圆整 则圆整
Di 1200mm H '' =1200mm
结构设计计算结果
釜体筒体厚度的计算
设定操作温度T=100℃。腐蚀余量为 C2 2mm ，钢板负偏差 C1 0.3mm
t 189MPa
内压 0.1MPa
设计压力： pw 0.1MPa
p 1.1pw 0.11MPa
Pl gh 5%Pw ， 所以
则计算压力： pc p 0.11MPa
Pl 忽略不计。
结构计算计算结果
结构设计计算结果
搅拌轴直径的计算
搅拌轴的材料选为45钢，轴材料剪切弹性模量G 79GPa，许用剪切应力
40MPa 1o /m
轴传递最大转矩：
M
max
9553
pn n
9553
5.5 238.8
0.9
198N
m
搅拌轴为实心轴，则直径：
1
d 4.92
M n max
4
G 1 4
e n C1 C2 3.7mm
结构计算计算结果
夹套的选择
夹套的内径 夹套高度
夹套筒体厚度
夹套封头厚度
1300mm
0.63m
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
结构计算计算结果
反应釜的搅拌装置
搅拌功率的计算
d=0.045m
结构计算计算结果
主要接管尺寸的计算
进料管和出料管
df =16mm
查手册取20 2.5无缝钢管，法兰选用板式平焊钢管法兰PL2.5，B型，DN50。
冷却水管的计算
ds=26.6mm
查手册取无缝钢管 30 3.5
DN40。
，法兰选用板式平焊钢管法兰PL2.5，B型，
主体设备配置图
支座弯 矩引起 的最大 应力轴 线应力
32.328 Mpa
强度校核
地脚螺栓的强度验算
bt
FL1 nbt Abt
571.25 1 243.37
11.58MPa
式中，摩擦系数取支座与基础垫板之间钢对钢的静摩擦系数0.3（按钢结构设计 规范）。计算得的值小于0，表明不承受剪切力。
开口补强的计算
被削弱的金属面积A=168.2㎡ 封头起补强作用金属面积A1=1516.5㎡ 因为 A1＞A ，所以需要补强圈进行补强
强度校核
搅拌轴刚度的校核
为了防止搅拌轴产生过大的扭转变形，从而在扭转中振动，影响正常工作，应 把轴的扭转变形限制在一个允许的范围内，即规定一个设计的扭转刚度条件。
工程上以单位长度的扭转角不得超过许用扭转角的刚度条件，即
计算厚度：
Pc Di
2
Pc
pc Di
2 t
pc
0.111200 2189 0.85 0.11
0.41mm
结构计算计算结果
设计厚度：d C2
d C2 2.41mm
名义厚度：n d C1
n d C1 圆整 2.71mm 圆整，圆整为6mm。
有效厚度：e n C1 C2
113Mpa
141Mpa
地脚螺栓材 每个支座的 料Q235B， 地脚螺栓个 腐蚀裕量 数1个。 3mm，规格
M24
11.768Mpa
螺纹中心至底 板外缘距离 支座材料的屈 服强度
地脚螺栓常温 下的许用应力
50mm 235Mpa 147Mpa
强度校核
水平风载荷和地震载荷计算 pe 0.5m0g 0.5 0.9 4737.8 9.8 20894N （地震为九度）
粘度计算公式
n
l g m
x i lg i
i1
解得
m 3.02 104 pa s
搅拌器直径 d=400mm
叶片直径 b=80mm
叶轮转速 n= 238.8r/min
雷诺数
Re 2.1106
结构计算计算结果
经查《过程设备设计》功率曲线可知，功率准数Np=6 搅拌功率P=3.91kw 叶轮距槽底的安装高度Hi =400mm 挡板宽度Wb =120mm
原料的处理量
CA CA0 (1 Af ) 95 (1 92%) 7.6mol / m3
反应时间
Vr
Q0
Vr FA0
CA0Af rA
9592% 0.608103
143.75min
CA0
工艺设计计算结果
反应体积
反应器的有效体积：
Vr Q0 0.6 143.75 1.44m3
反应器的实际体积：
底板宽度
底板厚度
底板的许 用拉伸弹性 模量
141Mpa 筋板材料的许用 应力
地脚螺栓 117.6M 支撑面许用耐压
200mm 16mm
支座数量 筋板长度
4 205mm
支座高度
筋板内侧间距
200mm 125mm
160mm 底板长度 310mm
19700Mpa 设计温度下 支座材料的 许用应力
max
由上式可导出实心轴直径为
M n max GI p
103 180o
d
4
180 32180
7.9 104 2 106
33.96mm
搅拌轴直径 D 44mm＞33.96mm ，满足条件。
设计结果汇总
反应器类型
实际体积（m3）
釜体设计压力（MPa）
设计温度（℃） 内筒高度（m） 夹套直径（mm） 夹套壁厚（mm）
pw 0.95 fiq0D0H0 106 0.951 5501312 1200 350 330106 1288.78N
p pe 0.25 pw 20894 0.251288.78 21216.20N
支座本体计算
单Q 个m支0gkn座GE本 4体Mn1承D M受e 的1实03 际 4载4640荷3.803
和，根据釜体容积和物料性质，选定
H
/ Di
值，估算筒体内径
D
。由于此反应
i
为液—液反应，故而取 H / D i 1 ，先忽略釜体封头的容积。
结构设计计算结果
筒体内径：
Di
3
4Vg
( H )
3
4 1.15
1 0.8
1.22m
Di
根据标准圆整取 Di 1300mm
釜体高度的计算
结构设计计算结果
间歇釜式反应器
反应时间（min） 夹套设计压力 （MPa）
内筒直径（mm） 内筒壁厚（mm） 夹套高度（m）
内筒材料 搅拌功率（kw）
搅拌器类型
搅拌轴材料 挡板宽度（mm）
冷却水进出管
夹套水压试验（MPa）
耳式支座数量 地震烈度
地脚螺栓数量 人孔
143.75
0.1
1200 6
0.63 Q345R 3.91 盘式涡轮 45钢
查表可知，直径为1300mm的椭圆封头总深度 H h 350mm ，A 1.9340m2
内表面积， Vh 0.3208m3 。
结构设计计算结果
对于直立式反应釜，其圆筒部分筒体的高度为
H ''
Vg
4
V0 Di 2
1.15 0.3208 0.8
1.222
4
0.96m
根据标准圆整取 H '' 1000mm
V Vr 1.44 1.8m3
0.8
工艺设计计算部分结果参数汇总
CA0 —原料液中乙酸酐的起始浓度，9.5×10^-2 mol/L；
CA —反映后乙酸酐的浓度，7.6×10^-3 mol/L；
Vr —有效体积，1.44m3；
—反应时间，143.75min；
X A —乙酸酐的转化率92％。
一次总 体薄膜
一次总 体薄膜
应力周 向应力
应力轴 向应力
支应座力弯校核146.7M 支座弯 229.4M
矩的支引最座起大上端paA点 支矩 的座引最下起大端Bp点a ：
应力周
向应力
m p 、
m应 向p力应x 轴力
t 189MPa
经计算校验合格
支座弯 矩引起 的最大 应力周 向应力
57.869 Mpa
设计条件：
乙酸酐分解式为
（
C
H
3C
O
） 2
O
H 2O
2C H 3C O O H
该反应的反应速率方程为，反应温度下反应速率常数为0.08 m in -1。每小时处理
量为 0.6m3，原料中乙酸的浓度 CA0 95mol / m3。试设计一台连续操作釜式反
应器达到要求：
接近设计条件的实物图
工艺设计计算结果
过程装备与控制工程课程设计
Course design of process equipment and control engineering
反应釜的设计计算
任务书
主要内容： 1 设计方案的确定及工艺流程的说明； 2 反应器的工艺计算； 3 基本尺寸计算及基本结构设计； 4 壳体、开孔补强与搅拌轴及耳式支座的强度校核； 5 绘制反应器的装配图。
夹套材料 电动机型号
搅拌轴直径（mm） 挡板数量
进料/出料管 筒体水压试验压力
（MPa） 耳式支座型号 耳式支座材料 地脚螺栓材料 冷却水流量（m3/h）
场地
1.8
0.1
100 1200 1300
6 Q345R Y·132M2-6
45 4 Φ20×2.5
0.825
B3 Q235A Q235B
1 B类
Q0 —单位时间原料液处理量，0.6m3/h；
V —反应器的实际体积，1.8m3；
—装料系数0.8；
结构设计部分
釜体结构形式的选择 筒体：圆柱形 釜底的封头形状：标准椭圆型 顶盖连接方法：不可拆 换热器形式：U形夹套
釜体直径的计算
结构设计计算结果
对于直立反应釜来说，釜体容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积之
电机的选用 电动机功率P=4.57kw 根据电动机的标准，查《机械设计课程设计》，电动机可选用Y ·132 M 2-6，功
率5.5kw，转速960r/min。
结构计算计算结果
减速机的选用
根据轴转速960r/min，电动机功率为5.5kw。查表可知：应选用滚筒减速机，编 号为96012。
联轴器的选用
T 9550 P
T 9550 5 4 198.96N m
n
960
查《机械设计课程设计》可知：联轴器应选GY4，类型为凸缘联轴器。
搅拌轴材料的选择
常用优质碳素钢有35、45、50钢，其中以45钢应用最多。搅拌轴受到扭转和弯 曲的组合作用，其中以扭转为主。本次设计选用45钢作为搅拌轴的材料。
120 Φ30×3.5
3.3
4 9度 4 DN450
汇报完毕，谢谢聆听！
4
1.27 107 4 1638
103
21.74kN
Q Q
单个支座本体允许载荷 [Q]=30KN。则有：
可以查表可知BN型耳式支座系列参数尺寸，可知
强度校核
支座处壳体内应力的计算
支座处 3370KN 由压力 16.38M 由压力 8.19Mp
壳体所 ·mm
引起的 pa
引起的 a
受的支 座弯矩
强度校核
压力试验，选用液压试验
T 20.33MPa 0.9s 263.95MPa
内筒水压试验
Pcr
2.59 Et 2 LD0 D0
t
=0.20MPa>pT
故在做水压试验时，内筒稳定性符合要求
强度校核
耳式支座结构设计参数
垫板厚度
上盖板宽 度
筋板厚度
250mm 70mm
8mm
垫板宽度 上盖板厚度
但是 H / Di 1 ~ 3 ，则重新选取。再取 H / Di 1.3 ，则有：
Di 1.15m
H " 1.05m
则圆整 则圆整
Di 1200mm H '' =1200mm
结构设计计算结果
釜体筒体厚度的计算
设定操作温度T=100℃。腐蚀余量为 C2 2mm ，钢板负偏差 C1 0.3mm