夹套反应釜设计说明书

成
绩：
<<化工容器>>课程设计
—搅拌反应釜设计
姓名: 武风雷
学号: 2009115191
专业: 过程装备与控制工程
学院: 化工学院
指导老师: 淡勇老师
2012年7 月12 日
目录一设计内容概述
1. 1 设计要求
1. 2 设计参数
1. 3 设计步骤
二罐体和夹套的结构设计
2. 1 几何尺寸
2. 2 厚度计算
2. 3 最小壁厚
2. 4 应力校核
三传动部分的部件选取
3.1 搅拌器的设计
3.2 电机选取
3.3 减速器选取
3.4 传动轴设计
3.5 支撑与密封设计
四标准零部件的选取
4.1 手孔
4.2 视镜
4.3 法兰
4.4 接管
五参考文献
一设计内容概述
（一）设计内容：设计一台夹套传热式配料罐
设计参数及要求
容器内夹套内
工作压力，MPa 0.18 0.25
设计压力，MPa 0.2 0.3
工作温度，℃100 130
设计温度，℃120 150
介质染料及有
机溶剂
冷却水或蒸汽
全容积, 3
m 1.0
操作容积, 3
m0.85
传热面积, 2
m 4
腐蚀情况微弱
推荐材料Q345R或Q235--A
接管表
符号公称尺
寸DN
连接面形
式
用途
A 25 蒸汽入口
B 25 加料口
C 80 视镜
D 65 温度计管口
E 25 压缩空气入口
F 40 放料口
G 25 冷凝水出口
H 100 手孔
（二）设计要求：
压力容器的基本要求是安全性和经济性的统一。

安全是前提，经济是目标，在充分保证安全的前提下，尽可能做到经济。

经济性包括材料的节约，经济的制造过程，经济的安装维修。

搅拌容器常被称为搅拌釜，当作反应器用时，称为搅拌釜式反应器，简称反应釜。

反应釜广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、农药、化肥等行业。

反应釜由搅拌器、搅拌装置、传动装置、轴封装置及支座、人孔、工艺接管等附件组成。

压力容器的设计，包括设计图样，技术条件，强度计算书，必要时还要包括设计或安装、使用说明书。

若按分析设计标准设计，还应提供应力分析报告。

强度计算书的内容至少应包括：设计条件，所用规范和标准、材料、腐蚀裕度、计算厚度、名义厚度、计算应力等。

设计图样包括总图和零部件图。

设计条件，应根据设计任务提供的原始数据和工艺要求进行设计，即首先满足工艺设计条件。

设计条件常用设计条件图表示，主要包括简图，设计要求，接管表等内容。

简图示意性地画出了容器的主体，主要内件的形状，部分结构尺寸，接管位置，支座形式及其它需要表达的内容。

（二）设计参数和技术性能指标
（三）设计步骤：
1.进行罐体和夹套设计计算；
2.搅拌器设计；
3.传动系统设计；
4.选择轴封；
5.选择支座形式并计算；
6.手孔校核计算；
7.选择接管，管法兰，设备法兰。

二、罐体和夹套的结构设计
(一) 几何尺寸
1-1全容积 V=1.0m 3 1-2 操作容积V 1=0.85 m 3 1-3 传热面积 F=4m 2 1-4 釜体形式：圆筒形 1-5 封头形式：椭圆形 1-6 长径比 i= H 1/ D 1=1.3
1-7 初算筒体内径 1D ≈34/V i π 带入计算得：1D ≈0.993m 1-8 圆整筒体内径 1D =1000mm
1-9 1米高的容积1m V 按附表D-1选取 1m V =0.785 m 3 1-10 釜体封头容积1V 封 按附表D-2选取 1V 封=0.1505 m 3 1-11 釜体高度1H =(V-1V 封)/ 1m V =1.08m 1-12圆整釜体高度1H =1100mm
1-13 实际容积V=1m V *1H +1V 封=0.636*1.43m +0.11133m =1.0143m 1-14 夹套筒体内径2D 按表4-3选取得：2D =1D +100=1100mm 1-15 装料系数η=V 操/V=0.8 1-16操作容积V 操=0.83m
1-17 夹套筒体高度2H ≥(ηV-1V 封)/1m V =0.842m 1-18 圆整夹套筒体高度2H =900mm
1-19 罐体封头内表面积1F 封 按附表D-2选取 F 1封=1.16252m 1-20 一米高筒体内表面积 1m F 按附表D-1选取 F 1m =3.142m 1-21 实际总传热面积
按式4-5校核 F=F 1m *H 2+F 1封=3.14*0.9+1.1625=42m >32m 。

（二）厚度计算（按内压进行强度计算）
2-1设备材料 Q235-A
2-2设计压力（罐体内）P 1=0.2MPa 2-3设计压力（夹套内） P 2=0.3MPa 2-4设计温度（罐体内）t 1=120℃ 2-5设计温度（夹套内）t 2=150℃
2-5液柱静压力P 1H = 10-6ρgh=0.09MPa 2-6计算压力 P 1C =P 1=0.209MPa 2-7液柱静压力 P 2H =0MPa 2-8计算压力P 2C = P 2=0.3 MPa
2-9罐体及夹套焊接系数 采用双面焊，局部无损探伤 φ=0.85 2-10设计温度下材料许用应力[σ]t =113Mpa 2-11罐体筒体计算厚度 []11112C t
C
P D δ=
σϕ-P =1.07mm
2-12夹套筒体计算厚度 []22222C t C
P D δ=
σϕ-P =1.69mm
2-13罐体封头计算厚度11
11' 1.092[]0.5c t c
P D mm P δσϕ=
=-
2-14夹头封头计算厚度22
22' 1.722[]0.5c t
c
P D mm P δσϕ=
=- 2-15取最小厚度 δmin 作为计算厚度 δ，mm 2-16取钢板厚度负偏差 C 1=0.6mm 2-17腐蚀裕度C 2=2.0mm 2-18厚度附加量 C=C 1+C 2=2. 6mm
2-19罐体筒体设计厚度 δ1c = δ+C 2=3+2.6=5mm 2-20夹套筒体设计厚度 δ2C = δ+C 2=3+2.6=5mm 2-21罐体封头设计厚度 δ1C ʹ= δ+C 2=3+2.6=5mm 2-22夹套封头设计厚度 δ2C ʹ= δ+C 2=3+2.6=5mm 2-23罐体筒体名义厚度 δ1n =5mm
2-24夹套筒体名义厚度 δ2n =5mm 2-25罐体封头名义厚度 δ1n ʹ=5mm 2-26夹套封头名义厚度 δ2n ʹ=5mm
（三）最小壁厚（按外压校核厚度）
3-1罐体筒体名义厚度 δ1n =5mm (假设) 3-2厚度附加量 C=C 1+C 2=0.5+2.0=2.5mm 3-3罐体筒体有效厚度δ1e =δ1n -C=2.5mm 3-4罐体筒体外径D 1O =1D +2δ1n =1000+2*5=1010mm 3-5筒体计算长度L=H 2+1/3h 1+h 2=900+1/3*250 =984mm 3-6系数L/D 1O =1010/984=0.974 3-7系数D 1O /δ1e =984/2.5=404
3-8系数 查参考文献1 图11-5 得： A=0.0003 3-9系数 查参考文献1 图 11-8 得： B=36 3-10需用外压力[P]=
11/O e
B
D δ=0.099Mpa<0.3MPa
3-11罐体筒体名义厚度1n δδ1n =10mm(假设) 3-12厚度附加量C=C 1+C 2=0.8+2.0=2.8mm 3-13罐体筒体有效厚度δ1e =δ1n -C=10-2.8=7.2mm 3-14罐体筒体外径D 1O =D 1+2δ1n =1000+2*10=1020mm 3-15筒体计算长度L=H 2+1/3h 1=984mm 3-16系数L/D 1O =1020/984=0.965 3-17系数D 1O /δ1e =984/7.2=142 3-18系数A=0.0004 3-19系数 B=112 3-20许用外压力[]p =
11/O e
B
D δ=0.79a>0.3Mpa 所以稳定。

3-21筒体罐体名义厚度δ1n =10(确定)
3-22筒体封头名义厚度δ1n ʹ=10(假设) 3-23厚度附加量C=C 1+C 2=0.8+2.0=2.8mm
3-24罐体封头有效厚度δ1e ʹ= δ1n ʹ-C=6-2.8=5.2mm 3-25罐体封头外径D 1O ʹ= D 1ʹ+2*δ1n ʹ=1000+2*10=1020mm
3-26标准椭圆封头当量球壳外半径R 1O ʹ=0.9 *D 1O ʹ=0.9*984=885.6mm 3-27系数A=
110.125
(/)
O e R δ''=0.0007
3-28系数 查参考文献1 图 11-8 得：B=101 3-29许用外压力[]1/O e B p R δ=
''
=0.592MPa>0.3MPa
3-30罐体封头名义厚度δ1n ʹ=10mm(确定)
（四）水压试验校核
4-1罐体试验压力P 1T =1.25P 1
[]
[]
t
σσ=1.25*0.2=0.25 MPa 4-2夹套水压试验压力P 1T =1.25P 2[]
[]t
σσ=1.25*0.3=0.375Mpa 4-3材料屈服点应力σs =235MPa
4-4 T σ≤0.9φ s σ=0.9*0.85*235=179.8MPa 4-5罐体圆筒应力1T σ=
1111()
2T e e
p D δδ+=17.5<179.8MPa
4-6夹套内压试验应力2T σ=2222()
2T e e
p D δδ+=28.83<179.8MPa
三 传动部分的部件选取 3.1 搅拌器的设计
在本课程设计中，选择推进式搅拌器，它类似风扇扇叶结构。

推进式搅拌器 直径D j=0.33D 1，即为300mm,转速为200r/min 。

故所选的推进式搅拌器的主要尺寸 为D j =300mm ,D=40mm ,d 1=80mm ,D o =M12,H=65。

3.2 电机选取
根据功率选取Y132M2-6型电动机，P=5.5KW ，n=960r/min 。

3.3 减速器选取
根据反应釜的特点选取P 系列带传动减速机，单级。

3.4 搅拌轴设计
3.4.1 轴功率 P=5.5KW ×85.3%=4.69KW;
3.4.2 轴转数 n=200r/min; 3.4.3 轴材料 45钢； 3.4.4 轴所传递转矩
m 262.6N n P
9550
T •==；
3.4.5 材料许用扭转切应力[τ]=35N/mm 2 ；
3.4.6 系数 A=112；
3.4.7 轴端直径
;
323
=≥n P
A d
3.4.8 开一个键槽，轴颈扩大5%，33.6；
3.4.9 圆整轴端直径d, 40mm 。

3.5 支撑与密封设计
反应釜是立式安装，故采用耳式支座，并选择B 型筋板。

选择的耳式支座支座
号为3，允许载荷30KN ，高度200mm ，地脚螺栓30-M24。

反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，选用填料密封。

用PN=0.6MPa,轴颈d=40mm,D1=175mm,D2=145mm,H=147mm 。

四 标准零部件的选取
4.1 支座
1）支坐类型:根据罐体的公称直径是1000mm,可由参考文献2的附表4-9选择标准耳式
支坐，又因设备思需要保温故选择B 型，由 JB/T 4725—92可知选择 耳座B3。

2）数量：4个（对称且承重）。

3）[Q]=30KN。

4.2 手孔
查参考文献2的附表4-10，根据DN=150mm，PN=1.0Mpa,选择带颈平焊法兰手孔，其有关资料如下：
标准号HG21530-95 凹凸面MFM
H1=160mm, H2=85.5mm, m=23.3kg
4.3 视镜
由DN=80mm,PN=1.0MPa,可知选择不带颈的视镜，查参考文献可得资料如下:
D=145mm,D1=120mm,b1=25mm,b2=14mm 标准号为JB593-64-2
4.4 法兰
设备共需选用4个，其中压力容器法兰1个，管法兰3个。

1）根据DN=1000mm,PN=0.6MPa,查参考文献2的附表4-4和4-5可知选取甲型平焊法兰：名称为法兰-T 900-0.6 ；具体资料如下：D=1130mm,D1=1090mm,D2=1055mm,D3=1045mm,D4=1042mm, d=23mm; 螺柱M20, 数量32；凸面法兰质量：67.5kg，凹面法兰质量：65.3kg
2) 图中ABEG接管公称尺寸均为25mm。

根据DN=25mm,PN=1.0MPa,查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：管子外径A=32mm，法兰外径D=100mm，法兰理论质量为0.65kg。

3）图中D接管公称尺寸为65mm。

根据DN=65mm,PN=1.0MPa，查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：管子外径A=76mm，法兰外径D=160mm，法兰理论质量为1.61kg。

4）图中F接管公称尺寸为40mm。

根据DN=40mm,PN=1.0MPa，查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：管子外径A=45mm，法兰外径D=130mm，法兰理论质量为1.20kg。

4.5 接管
查参考文献2的附表4-12，根据各种零件的DN不同，PN=1.0Mpa，选取保温设备接管，由资料可知接管的伸出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150 mm，则接管
A.B.D.E.F.G长均为150mm。

五参考文献
1、《化工设备机械基础》（第二版）
赵军张有忱段成红编
化学工业出版社
2、《化工设备机械基础课程设计指导书》
蔡纪宁张秋翔编
化学工业出版社
3、《化工机械手册》
化工机械手册编辑委员会编
天津大学出版社2012.7.12
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