课程设计反应釜设计

化工工艺课程设计（本）
题目反应釜的设计
班级10工艺2班
学号************ 姓名何东宝
指导教师黄相璇
完成日期2013年12月30日
目录
*设计任务书 0
一.概述 (2)
0.1设计任务及条件 (2)
0.2设计方案简介 (2)
0.3水乳胶物性及参数表 (2)
二.工艺设计计算 (2)
1.反应釜釜体设计 (2)
1.1釜体的DN、PN的确定 (2)
1.1.1釜体DN的确定 (2)
1.1.2釜体PN的确定 (3)
1.2 釜体筒体壁厚的设计 (3)
1.2.1设计参数的确定 (3)
1.2.2 筒体壁厚的设计 (3)
1.3 釜体封头的设计 (4)
1.3.1 封头的选型 (4)
1.3.2 设计参数的确定 (4)
1.3.3 封头的壁厚的设计 (4)
1.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定 (4)
1.4筒体长度的设计 (4)
1.4.1筒体长度H1的设计 (4)
1.4.2釜体长径比L/D i的复核 (4)
1.5 外压筒体壁厚的设计 (5)
1.5.1设计外压的确定 (5)
1.5.2试差法设计筒体的壁厚 (5)
1.5.3 图算法设计筒体的壁厚 (6)
1.6 外压封头壁厚的设计 (7)
1.6.1 设计外压的确定 (7)
1.6.2 封头壁厚的计算 (7)
2.反应釜夹套的设计 (8)
2.1 夹套的DN、PN的确定 (8)
2.1.1夹套DN的确定 (8)
2.1.2 夹套PN的确定 (8)
2.2 夹套筒体的设计 (8)
2.2.1夹套筒体壁厚的设计 (8)
2.2.2夹套筒体长度H筒的初步设计 (8)
2.3 夹套封头的设计 (8)
2.3.1 封头的选型 (8)
2.3.2 椭球形封头壁厚的设计 (8)
2.3.3椭球形封头结构尺寸的确定 (9)
2.3.4带折边锥形封头壁厚的设计 (9)
2.3.5 封头结构的设计 (9)
2.3.6 带折边锥形封头壁厚的设计 (9)
2.4 传热面积的校核 (10)
3.反应釜釜体及夹套的压力试验 (10)
3.1釜体的水压试验 (10)
3.1.1水压试验压力的确定 (10)
3.1.2液压试验的强度校核 (11)
3.1.3压力表的量程、水温及水中Cl 浓度的要求 (11)
3.1.4水压试验的操作过程 (11)
3.2夹套的液压试验 (12)
3.2.1液压试验压力的确定 (12)
3.2.2液压试验的强度校核 (12)
3.2.3压力表的量程、水温的要求 (12)
3.2.4液压试验的操作过程 (12)
4.反应釜附件的选型及尺寸设计 (12)
4.1釜体法兰联接结构的设计 (12)
4.1.1密封面形式的选型 (13)
4.1.2螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格及材料的选择 (13)
4.2工艺接管的设计 (13)
4.3管法兰尺寸的设计 (14)
4.3.2 密封面形式及垫片尺寸 (15)
4.5视镜的选型 (16)
4.6支座的选型及设计 (16)
4.6.1支座的选型及尺寸的初步设计 (17)
4.6.2支座载荷的校核计算 (18)
5.搅拌轴及浆的设计 (18)
5.1搅拌轴直径的初步计算 (19)
5.1.1搅拌轴直径的设计 (19)
5.1.2搅拌抽临界转速校核计算 (19)
5.2联轴器的型式及尺寸的设计 (19)
5.直叶桨式搅拌器尺寸的设计 (20)
6.传动装置的选型和尺寸计算 (20)
6.1电动机的选型 (20)
6.2减速机的选型 (20)
6.3机架的设计 (20)
6.4反应釜的轴封装置设计 (21)
6.4.1反应釜的轴封装置的选型 (21)
6.4.2 填料密封的结构及尺寸 (21)
7.焊缝结构的设计 (22)
7.1 釜体上主要焊缝结构的设计 (22)
7.2夹套上的焊缝结构的设计 (22)
三.设计结果一览表 (22)
四.设计评述及问题讨论 (26)
五. 参考文献 (25)
六.附图 (25)
重要符号表 (25)
工艺流程图 (25)
设备工艺条件图 (25)
课程设计任务书
2013～2014学年第1学期
组员：第五组专业班级：化学工程与工艺2班指导教师：黄相璇
一、课程设计作业题目：反应釜的设计
二、设计内容（含技术指标）
1．反应介质：6m3的水乳胶涂料；2. 容器内压：常压；3. 反应温度：80±10℃；
4. 电机功率：5KW；
5. 搅拌转速：6 0rpm。

6. 作业成果：计算书1份，设备图1张（A1图纸手工绘制）。

三、进度安排
1．12月20日：分配任务；
2．12月22日-6月03日：查询资料、初步设计；
3．12月25日-6月08日：设计计算，完成报告。

四、基本要求1. 课程设计的基本内容
（1）设计方案简介对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述；
（2）主要设备的工艺设计计算包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计；
（3）典型辅助设备的选型和计算包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定；
（4）带控制点的工艺流程简图以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物料流向、物流量、能流量和主要化工参数测量点；
（5）主体设备工艺条件图图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表；
2013 年12月25日
一.概述
1.设计任务及条件
（1）反应介质：6m3的水乳胶涂料；
（2）容器内压：常压；
（3）反应温度：80±10℃；
（4）电机功率：5KW；
（5）搅拌转速：60rpm。

（6）作业成果：计算书1份，设备图1张。

设计方案：根据给定的条件合理选择设备的结构以及合适的材料，立式容器或卧式容器的筒体和封头、钢板卷制焊接结构接头、钢板材料的型号及热处理条件等。

设计计算：依据材料的性能，对选用设备的壁厚进行计算、稳定性进行校核；
辅助设备的选型：包括典型辅助设备的主要尺寸计算及型号规格：人孔或手孔设计、法兰的型号规格、接管开孔结构、视镜或液面镜以及容器的支座选型等。

2.设计方案简介
由设计条件单可知，设计的反应釜体积为=6/0.85=7.06,圆整
V=7.1m3；搅拌轴的转速为60r/min,电机功率5kW（η1=0.9），轴的功率为
P=P0×η1=0.45kW;搅拌桨的形式为推进式；装置上设有3个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、1个温度计管口，1个人孔。

反应釜设计的内容主要有：（1）釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计；
（2）夹套的的强度、刚度计算和结构设计；
（3）辅助设备的计算及选型；
（3）设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰
（4）人孔的选型及补强计算；
（5）支座选型及验算；
（6）视镜的选型；
（7）焊缝的结构与尺寸设计；
（8）电机、减速器的选型；
（9）搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计；
（10）选择联轴器；
（11）设计机架结构及尺寸；
（12）设计底盖结构及尺寸；
（13）选择轴封形式；
（14）设计结果汇总表；
（15）设计评述及设计者对本设计有关问题的讨论；
（16）工艺流程图及设备工艺条件图；
（14）绘总装配图及搅拌轴零件图等。

3.水乳胶物性及参数表
由于水性涂料不用有机溶剂，对人体无毒害，对环境无污染，固而近年来发展十分迅速。

凡是用水作溶剂或者分散在水中的涂料部可称之为水性涂料。

水性涂料包括水溶性涂料和水胶乳涂料两种，采用乳液聚合工艺制备成合成树脂水胶乳，胶粒径0.1-10μ。

在合成树脂水胶乳中，加入颜料、体质颜料、保护胶体、各种添加剂后，经过研磨或分散处理，即成为水乳胶涂料。

目前，世界上使用较广的水胶乳涂料有聚醋酸乙烯水胶乳涂料、聚丙烯酸酯水胶乳涂料、醇酸树脂水胶乳涂料和偏氯乙烯共聚树脂水胶乳涂料。

水乳胶可用：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、而烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸2乙基己酯 2一甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯，苯乙烯、氯乙烯和丙烯腈。

以上这些单律在使用时不少于一种使用量最好为单体总量的4-45%。

在进行操作时可将水乳胶的密度近似于水的密度进行计算。

二.工艺设计计算
1反应釜釜体设计
1.1釜体的DN 、PN 的确定
1.1.1釜体DN 的确定
将釜体视为筒体，取L/D =1.4,V=6m 3。

由V =(π/4)L D i 2
（1-1）
式中V ——操作体积，m 3;
D i ——釜体的直径，m ；
L ——釜体的长度，m 。

L =1.4i D ，则mm 808.14.146=⨯=π
Di ，圆整。

mm 1800=Di 得釜体的DN =1800mm 。

1.1.2釜体PN 的确定
由设计说明书知常压反应，所以釜体的设计压力PN ＝0.2MPa 。

1.2 釜体筒体壁厚的设计
1.2.1设计参数的确定
设计压力P 1： P 1＝0.2MPa ；
液柱静压力P 1H ：P 1H =10^(-6)×1.8×1.4×10^3×10=0.0252MPa 计算压力P 1c ： P 1c = P 1+ P 1H =0.2+0.0252=0.2252MPa ； 设计温度t 1：t 1<100℃；
焊缝系数Φ：Φ＝0.85
许用应力[]t σ：根据材料Q235-B 、设计温度<100℃，由文献[1,6]知
[]t σ＝113MPa ；
钢板负偏差1C ：1C ＝0.6mm （GB6654-96）；
腐蚀裕量2C ：2C ＝3.0mm 。

1.2.2 筒体壁厚的设计
由公式：[]C p D p c t i c n +-Φ=σδ2（1-2）
式中：n δ——受力物体的厚度，mm;
P c ——计算的压力，kPa;
D i ——釜体的直径，m ；
Φ——焊缝系数：
[]t σ——许用应力，MPa
C ——腐蚀裕量和偏差的和，mm 。

得：
mm 71.50.36.02252
.085.0113218002252.01=++-⨯⨯⨯=
n δ 圆整mm 61=n δ 刚度校核：碳素钢的m m 3min ≥δ
故筒体的壁厚取mm 6=n δ。

1.3 釜体封头的设计
1.3.1 封头的选型
釜体的下封头选标准椭球型，代号EHA 、标准JB/T4746—2002。

1.3.2 设计参数的确定
见1.2.1的相关数据。

1.3.3 封头的壁厚的设计
由公式（1-2）得
mm 7.50.36.02252
.05.085.011321800
2252.0'1=++⨯-⨯⨯⨯=
n δ
圆整得mm n 6'
1=δ，又根据JB/T4746—2002，D=1800mm 的封头的名义厚度为
m m 8min =δ。

故mm 8'=n δ。

1.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定
根据mm 1800=DN ，由文献[6]根据JB/T4746—2002知： 直边高度h 2： 25mm 容积V ： 0.8270m 3 曲边高度h 1： 450mm 内表面积A ： 13.6535m 2 质量m : 225kg
1.4筒体长度的设计
1.4.1筒体长度H 1的设计
筒体高度：S
V -V H 1封
=
（1-3）
式中H 1——筒体高度，m;
V ——操作体积，m 3; V 封——封头体积，m 3； S ——筒体截面积，m 2。

H 1=(6-0.827)/2.543=2.033m 圆整H 1至2050mm 1.4.2釜体长径比L/D i 的复核
i
D h h 2
11i
H D L
++=
(1-4)
式中L/D i ——釜体的长径比， H 1——筒体高度，m ；
h 2——直边高度，mm ；
D i ——釜体的直径，m ； h 1——曲边高度，mm 。

L/D i =2525 / 1800 = 1.403
在1.3~1.5的范围内，故所求长径比满足要求。

1.5 外压筒体壁厚的设计
1.5.1设计外压的确定
由设计条任务书可知，夹套内介质的压力为常压，取设计外压p =0.101MPa 。

1.5.2试差法设计筒体的壁厚
设筒体的壁厚δn =12mm ，则：有效厚度m m 2.88.312=-=-=C n e δδ 筒体外径：2o i n D D S =+=1824mm ， 由e
cr D D L δ0
17.1=（1-5）
式中L cr ——当量长度，mm ； D 0——筒体外直径，mm ； δe ——有效厚度，mm 。

得：L cr =1.17×1824
2
.81824
= 31828mm 。

筒体的计算长度L ′=2113
1
h h H ++
L ′=2050+ 150 + 25 = 2225mm
L cr = 31828mm>L ′ ；该筒体为短圆筒。

圆筒的临界压力为：
e
e cr D D mL E P δδ0
2
'6.2=
(1-6)
式中P cr ——临界压力，kPa ；
L ——筒体的计算长度，mm ； D 0——筒体外径，mm ；
E ——设计温度下的弹性模量，MPa δe ——有效厚度，mm ； m ——稳定系数。

E =2.0×105MPa ， P cr MPa 5554.02
.81824
182422252.8100.26.225=⨯
⨯⨯⨯⨯⨯=
m
对于圆筒m =3 , [P ]=0.5554/3=0.185MPa 故P =1.01 < [P ]；所以假设δn =12mm 满足稳定性要求。

1.5.3 图算法设计筒体的壁厚 设筒体的壁厚δn =12mm ，则：
e δ =C
n -δ=12-3.8 = 8.2mm ，
n i O D D δ2+==1016mm
204.2222.8/1824/0〉==e D δ,
22
.11824/2225'
==D L 在文献[6]图9-7中的/o L D 坐标上找到 1.22的值，由该点做水平线与对应的
4.222/0=e D δ线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为：
A ≈0.00032。

再由文献[6]图9-9中选取，在水平坐标中找到A =3.2×10-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数B 的值为：B ≈47MPa 、E =2.00×105MPa 。

根据[]p =
e
D B
δ/0（1-7）
式中 [P ]——许用压力，MPa ； B ——查表对应压力，MPa ； D 0——筒体外径，mm ；
δe ——有效厚度，mm 。

得：[]p =2
.8/182447
=0.211（MPa ）．
因为p ＝0.101MPa<[]p ＝0.211MPa ，所以假设n δ＝12mm 合理，取筒体的壁厚n δ＝
12mm 。

1.6 外压封头壁厚的设计
1.6.1 设计外压的确定
封头的设计外压与筒体相同，即设计外压p =0.101MPa 。

1.6.2 封头壁厚的计算
设封头的壁厚n δ=10mm ，则: e δ =C n -δ=10-3.8 = 6.2mm ，对于标准椭球形封头K =0.9，i i R KD =＝0.9×1800=1620（mm ），e i R δ/ =1620/6.2= 261.29 计算系数：A =
29
.261125
.0/125.0=e i R δ= 4.784×10-4 在文献[6]图9-7中选取，在水平坐标中找到A =4.784×10-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数B 的值为值为：B ≈65MPa 、E =2.00×105MPa
根据（1-7）[]p =
e D B δ/0得：[]p =29
.26165
=0.249（MPa ）
因为p ＝0.101MPa <[]p ＝0.249MPa ，所以假设n δ＝10mm 合理，考虑到与筒体的焊接，符合封头的壁厚与筒体一致，故取n δ＝12mm 。

由JB/T 4737——95知釜体封头尺寸，封头质量：339（kg ）。

图1-1 釜体封头的结构与尺寸[2] 表 1-1釜体封头结构与尺寸表
D i/mm H /mm H 0/mm δ/mm
1800
450
25
12
2反应釜夹套的设计
2.1 夹套的DN 、PN 的确定
2.1.1夹套DN 的确定
由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知：
100j i D D =+＝1800+100=1900（mm ）
考虑到1900mm 一般不再取值范围，故取DN =2000mm 2.1.2 夹套PN 的确定
由设备设计条知，夹套内介质的工作压力为常压，取PN ＝0.25MPa 。

2.2 夹套筒体的设计
2.2.1夹套筒体壁厚的设计
由公式（1-2）[]C p D p c
t
i
c n +-Φ=
σδ2得：
mm 21.636.025
.085.011322000
25.01=++-⨯⨯⨯=
n δ
圆整mm 81=n δ
刚度校核：碳素钢的m m 3min ≥δ，筒体的壁厚取mm 8=n δ。

2.2.2夹套筒体长度H 筒的初步设计 由H 筒=S
封V V -η（2-1）
式中H 筒——夹套的筒体长度，m;
V ——操作体积，m 3; V 封——内径封头体积，m 3； S ——筒体截面积，m 2。

mm 1562543
.2827
.068.01
=-⨯=
-V V V H h
η筒
圆整后H 筒=1600mm 。

2.3 夹套封头的设计
2.3.1 封头的选型
夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同（D j ＝2000mm ）。

代号EHA ，标准JB/T4746—2002。

夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角45α=。

2.3.2 椭球形封头壁厚的设计
因为P W 为常压＜0.3MPa ，所以需要根据刚度条件设计封头的最小壁厚。

因为D j ＝2000mm ＜3800mm ，取m in δ＝2 D i /1000且不小于3 mm 另加2C ， 所以 S min ＝3+3=6（mm ），圆整n δ=8mm 。

对于碳钢制造的封头壁厚取n δ=8mm 。

2.3.3椭球形封头结构尺寸的确定
夹套封头的尺寸见下表：
表 2-1 夹套封头的尺寸
封头的下部结构如图 2-1：
图 2-1封头的下部结构图
由设计条知：下料口的DN ＝50mm ，封头下部结构的主要结构尺寸
min D ＝146mm 。

2.3.4带折边锥形封头壁厚的设计
考虑到封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体的壁厚一致，即n δ＝8mm 。

2.3.5 封头结构的设计
表 2-2封头结构的设计数据表
2.3.6 带折边锥形封头壁厚的设计
由于封头过渡部分与锥体部分受力情况不同，分两部分计算 过渡部分：o 45=α，K =0.8181 ，f =0.645 ，i 115.0D R =，选型为CHB ， 由式（1-2）：
[]C P D KP c
t
i
c n +-=
5.02ϕσδ（2-2）
式中n δ——受力物体的厚度，mm ；
P c ——计算的压力，KPa ； K ——过渡区形状系数；
φ——焊缝系数； f ——椎体形状系数； D i ——釜体的直径，m ；
[]t σ——许用应力，MPa
C ——腐蚀裕量，mm 。

[]mm 02.6325
.05.06.011322000
25.08181.05.02=+⨯-⨯⨯⨯⨯=
+-=
C P
D KP c
t
i
c n ϕσδ
锥体部分：[]mm 38.5325
.05.06.011322000
25.0645.05.02=+⨯-⨯⨯⨯⨯=
+-=
C P
D fP c
t
i
c n ϕσδ
考虑到与夹套筒体的焊接，故圆整mm 8=n δ。

2.4 传热面积的校核
DN =1800mm 釜体下封头的内表面积F h = 3.6535m 2 DN =1800mm 筒体（1m 高）的内表面积1F = 5.655m 2 夹套包围筒体的表面积F s =1F ×H 筒= 5.655×1.6=9.048m 2
F h +F s =3.6535+9.048=12.70 m 2
釜内进行的反应是吸热反应，则需进行传热面积的校核，即：将F h +F s = 12.70m 2
与工艺需要的传热面积F 进行比较。

F h +F s >F=11.57m 2，满足要求。

3反应釜釜体及夹套的压力试验
3.1釜体的水压试验
3.1.1水压试验压力的确定
水压试验的压力：[]
1.25[]
T t
p p σσ= (3-1) 式中P T ——水中压力，MPa ； P ——设计压力，MPa ； [σ]——水中应力，MPa ； [σ]t ——许用应力，MPa 。

查
[][]1=t
σσ.0，MPa 25.00.12.025.1=⨯⨯=T P 。

3.1.2液压试验的强度校核
由e
e i T D p δδσ2)
(max +=
（3-2）
式中D i ——釜体直径，m ；
δe ——有效厚度，mm ； P T ——水中压力，MPa σmax ——最大应力，MPa 。

得：
max σ＝56.27）
8.310（2)8.3121800(25.0=-⨯-+⨯MPa
0.9s σΦ =0.9×235×0.85=179.8MPa 由：max σ＝27.56MPa< 0.9s σΦ=179.8MPa
故液压强度足够。

3.1.3压力表的量程、水温及水中Cl -浓度的要求
压力表的最大量程：P 表=2T p =2×0.25=0.5MPa 或1.5P T ≤P 表≤4P T 即0.375MPa ≤P 表≤1MPa 水温≥15℃
水中Cl -浓度≤25mg/L 3.1.4水压试验的操作过程
操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.25MPa ，保压不低于30min ，然后将压力缓慢降至0.2MPa ，
保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。

若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。

若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。

水压试验合格后再做气压试验。

3.2夹套的液压试验
3.2.1液压试验压力的确定
液压试验的压力由式（3-1）：查[]
[]t
σσ=1.0 P T =1.25×0.25×1.0=0. 3125MPa ，
取P T =0.3125MPa 。

3.2.2液压试验的强度校核 由式（3-2），e
e i T D p δδσ2)
(max +=
得：
max σ＝()2
.622.620003125.0⨯+⨯ =50.56MPa
max σ＝50.56MPa ＜0.9s σΦ=0.9×235×10.85=179.8MPa
液压强度足够
3.2.3压力表的量程、水温的要求
压力表的量程：P 表= 2 P T =2×0.3125=0.75MPa 或1.5 P T ≤P 表≤4 P T 即 0.46875MPa ≤P 表≤1.25MPa 水温≥5℃。

3.2.4液压试验的操作过程
在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.3125MPa ，保压不低于30min ，然后将压力缓慢降至0.3MPa ，保压足够。

长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。

若质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。

若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。

4反应釜附件的选型及尺寸设计
4.1釜体法兰联接结构的设计
设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。

4.1.1密封面形式的选型
根据PN ＝0.6MPa ＜1.6MPa 、介质温度<100℃和介质的性质，由文献知密封面形式为光滑面。

4.1.2螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格及材料的选择
本设计选用六角头螺栓（双头螺柱B 级、GB901—88）、Ⅰ型六角螺母（A 级和B 级、GB/T6171—2000）。

平垫圈（100HV 、GB/T95-2002）。

螺栓长度L 的计算：
螺栓[4]的长度由法兰的厚度（δ）、垫片的厚度（S ）、螺母的厚度（H ）、垫圈厚度（h ）、螺栓伸出长(0.3—0.5d )确定。

其中δ=80mm 、S =3mm 、H =21.5mm 、h =3.2mm 、螺栓伸出长度取 0.3d =0.3×33.7。

螺栓的长度L 为：d h H S L 3.022++++=δ
7.333.02.325.213802⨯+⨯+++⨯= =201.01 mm 取L ＝200mm
螺柱标记：螺柱 M24×200 GB 901—88 螺母标记：螺母 M24 GB/T6170—2000 垫圈标记：垫片 24-100HV GB/T95—2002
根据乙型平焊法兰、工作温度t <100℃的条件，由文献[1,3]法兰、垫片、螺栓、螺母材料匹配表进行选材，结果如表4-1表所示。

表 4-1 法兰、垫片、螺栓、螺母材料表
4.2工艺接管的设计
由文献[6]表6-4（HG20592—97）查无缝钢管 （1）进水口，出水口
采用Φ45×2.5无缝钢管，罐内的接管与夹套内表面磨平。

配用突面板式平焊管法兰：法兰 PL40—0.6 RF HG20593—97。

（2）进、放料口
采用Φ57×3.5无缝钢管，接管与封头内表面磨平。

配用突面板式平焊管法兰：法兰PL50—0.6 RF HG20593—97。

（3）温度计接口
采用Φ25×2.5无缝钢管，伸入釜体内一定长度。

配用突面板式平焊管法兰：法兰PL20—0.6 RF HG20592——97
（4）人孔
采用Φ480×15无缝钢管，接管与封头内表面磨平。

配用突面板式平焊管法兰：法兰PL450—0.6 RF HG20593——97
（5）视镜
采用Φ108×4.0无缝钢管，接管与封头内表面磨平。

配用突面板式平焊管法兰：法兰PL100—0.6 RF HG20593——97
4.3管法兰尺寸的设计
根据DN＝1800mm、PN＝0.6MPa，由文献[6]表10-3，确定法兰的类型为乙型平焊法兰。

标记：法兰-RF 1800-0.6 JB/T4701-2000
材料：16M
工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的结构如图。

由文献[6][得并根据PN=0.6MPa、和接管的公称直径，由板式平焊管法兰标准（HG20592）确定法兰的尺寸。

表 4-2 法兰结构数据表
表 4-3 法兰尺寸
D K L n T h 厚度f
进水口40 45 130 100 14 4 M12 16 3 46 —出水口40 45 130 100 14 4 M12 16 3 46 —视镜100 108 210 170 18 4 M16 18 3 110 —温度计接口20 25 90 60 11 4 M10 14 3 26 —人孔450 480 595 550 22 16 M20 30 4 485 —
4.3垫片及材质
由文献表[6]10-12得垫片选用非金属软垫片，材料为聚四氟乙烯包覆垫片（JB/T 4702—2002），结构及尺寸如图4-1、表4-4。

图4-1 垫片结构
表 4-4 垫片尺寸
D0/mm d i/mm δ/mm
1855 1801 3
工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的垫片尺寸、材质见文献[6]。

4.3.2 密封面形式及垫片尺寸
表 4-5 垫片尺寸
接管名称密封面型式垫片尺寸mm 垫片材质
4.5视镜的选型
由于釜内介质压力较低（P c=0.2MPa），且考虑DN=100mm，本设计选用两个DN=100mm、PN=0.6MPa的带颈视镜。

由文献[6]，确定视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料。

标记：视镜ⅡPN0.6，DN 100
标准图号：HG501-1986-7。

视镜的尺寸见表4-6：
表 4-6视镜尺寸
表 4-7视镜材料
4.6支座的选型及设计
夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。

标准耳式支座（JB/T 4725-92）分为A型和B型两种。

当设备需要保温或支承在楼板上时选B型，否则选A型。

4.6.1支座的选型及尺寸的初步设计
这里初步将支座定为B型耳式支座，数目为4个。

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，应按两个支座计算。

(1)粗略估算反应釜的总质量m0
①釜体筒体质量m1
δ=12mm的筒节，每米的质量q1=536kg
DN=1800mm，
n
所以m1= q1×H1=536×2.05=1098.8kg
②釜体封头的质量m2
δ=12mm，直边高度h=25mm的标准椭圆形封头，DN=1800mm，
n
其质量m2=339kg
③夹套筒体质量m3
δ=8mm的筒节，每米的质量q2=39kg
DN j=2000mm，
n
所以m3= q2×H筒=396×1.6=633.6kg
④夹套封头质量m4
由文献查得m4=276kg
⑤物料质量m5,将水溶胶的密度按水的密度计算。

m5=5×1.0×103=5×103kg
⑥附件质量m6
m6=100kg
所以反应釜的总质量m0= m1+ m2+ m3+ m4+ m5+ m6
=1098.8+339+633.6+276+5000+100
=7447.4kg
(2)粗选耳式支座的型号
每个支座承受的重量Q=mg/2=7447.4×9.8/2=36492N
根据DN=1800mm Q=36.49kN由文献[6]表13-6初选B型耳式支座，支座号4。

标记：JB/T4725-92 耳座B4材料：Q235-B
B 型耳座的尺寸参数见表4-8
表 4-8B 型耳座的尺寸参数
4.6.2支座载荷的校核计算
耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算：
34()[]10o e e e m g G ph G S Q kn nD -++=+⨯（6-1）
式中Q ——实际承载荷，kN
m 0——实际重量，kg; D ——安装尺寸，mm; G e ——偏心载荷，N ； n ——支座数目，个； k ——安全系数； h ——质心高度，mm; P ——水平力，N ； g ——重力加速度，m/s 2； S e ——偏心距，mm 。

D =)70290(2)102160()82822000(22-⨯+⨯--⨯+⨯+=2467.2mm ，
g ＝9.82/s m ，h =800mm ，k =0.83 ，S e=1200mm
G e =10000N ，o m =7447.4Kg ，n =4，P =15812N ，
将已知值代入得=Q 3
102.24674120010000800158124483.0100008.94.7447-⨯⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⨯⨯+⨯+⨯+⨯）（ =34.99KN
因为Q =34.99KN ＜[Q]=60KN ，所以选用的耳式支座满足要求。

5搅拌轴及浆的设计
5.1搅拌轴直径的初步计算
5.1.1搅拌轴直径的设计
轴的功率P ＝4.5kW ，搅拌轴的转速n ＝50/min r ，材料为45 ， [τ]＝35MPa ，系数C =112,剪切弹性模量G ＝2×105MPa ，许用单位扭转角 [θ]＝0.35°/m 。

轴所传递的扭矩T =9.55×106P /n =200
4
1055.96⨯⨯（Nmm ）=191×10³（Nmm ） 搅拌轴为实心轴，
mm
2.5050
5.411233
=⨯=≥n P C d 轴端直径 开一个键槽，轴径扩大5%，
d =50.2×1.05=52.7mm （2）搅拌轴刚度的校核
][10180
3max max θπ
θ≤⨯⨯=
GIp M T 其中I P =πd 4/32
mm 74.5135
.0501025
.41537][153745
4
=⨯⨯⨯⨯=≥θGn P d 搅拌轴的直径应同时满足强度和刚度两个条件，故取两者中的较大值，圆整后得d =52mm,
考虑到直叶桨式搅拌器的尺寸选择，可将轴端直径圆整至60mm 。

5.1.2搅拌抽临界转速校核计算
由文献[6]知，搅拌轴的转速n >200r/min 时，都应做临界转速校核。

由于反应釜的搅拌轴转速n =60/min r ，故不作临界转速校核计算。

5.2联轴器的型式及尺寸的设计
联轴器的型式选用刚性凸缘联轴器（C 型[1,3]）由文献[6]确定联轴器的结构和尺寸。

表 5-1 C型凸缘联轴器的刚性及尺寸表
5.3直叶桨式搅拌器尺寸的设计
r，选择直叶桨式搅拌器。

由于搅拌轴转速n=50/min
查工具书[1,6]可知直叶桨式搅拌器的结构参数如下：
DJ=(0.25-0.75)DN , b=(.01-0.25)DJ, h=(0.2-1)DJ, Z=2
直叶桨的直径：DJ=0.5DN=900mm
桨底距槽底：h=0.8DJ=720mm
桨叶厚度：b=0.15DJ=135mm
6传动装置的选型和尺寸计算
6.1电动机的选型
由于反应釜里的物料腐蚀情况微弱且没有防爆要求，所以可选择最常用的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，还要考虑到有时在搅拌操作中会出现不利条件造成功率过大。

6.2减速机的选型
反应釜用的立式减速机，主要类型有谐波减速机、摆线针轮行星减速机、二级齿轮减速机和V带传动减速机。

根据电机的功率P=5kW、搅拌轴的转速n=60 r/min，查文献可选用BLD行星减速机，其型号尺寸从HG 5—745—78标准中查得BLD—50—29。

6.3机架的设计
由于反应釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了刚性凸缘联轴器，且反应釜使用不带内置轴承的机械密封，故选用WJ型单支点机架（HG21566—95）。

DJ单支点机架的主要尺寸见表 6-1：
表 6-1 DJ单支点机架主要尺寸
6.4反应釜的轴封装置设计
6.4.1反应釜的轴封装置的选型
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及防止反应物料逸出和杂质的渗入。

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；而且搅拌设备由于工况复杂，轴的偏摆振动大，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。

反应釜搅拌处的轴封，属于动密封，常用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。

填料密封式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。

特点是结构简单、易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用。

一般用于常压、低压、低转速及允许定期维护的搅拌设备。

机械密封是一种功耗小、泄漏率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封。

主要用于腐蚀、易燃、易爆、剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备。

由设计任务书知，釜内介质的腐蚀性微弱，釜内压力较低，所以可以选择应用广泛的填料密封。

6.4.2 填料密封的结构及尺寸
根据轴径Φ60，选择公称压力PN=0.6的填料密封。

表 6-2 填料密封结构及尺寸
7焊缝结构的设计
7.1 釜体上主要焊缝结构的设机
图 7-1 筒体的纵向焊缝图 7-2 筒体与下封头的环向焊缝
图 7-3 固体物料进口与封头的焊缝图 7-4 进料管与封头的焊缝
图 7-5 温度计接管与封头的焊缝图 7-6 出料口接管与封头的焊缝
7.2夹套上的焊缝结构的设计
图 7-7 夹套的纵向焊缝图 7-8 夹套与封头的横向焊缝
图 7-9进水口接管与筒体的焊缝图 7-10出水口接管与筒体的焊缝
图 7-11 釜体与夹套的焊缝
三.设计结果一览表
设计结果一览
容器内夹套内工作压力，Mpa
设计压力，Mpa 0.7 0.9
工作温度，℃
设计温度，℃<110 <140
冷却水或蒸汽介质
水胶乳涂料及有机溶剂
全容积，m³7.5
设备一览表
四.设计评述及问题讨论
历时将近一个月的时间终于将这篇课程设计写完了，在课程设计的写作过程中我们遇到了无数的困难和障碍，但是经过大家的齐心协力，所有技术性问题都一一攻破了。

其实最重要的是我们小组成员都培养了综合分析考察工程问题并独立解决工程实际问题的能力，原来要想科学而合理地完成一项工程设计，很大程度上需要各种数据和相关的专业资料！
我们小组成员发现：资料、文献和数据的查找、收集等工作是工程设计必不可少的基础工作，必要的工程设计计算能力和综合评价能力也是显得很重要，同时为了使设计合理我们必须要进行大量的工艺计算和设备设计计算，各种的计算过程很好地验证了我们的专业知识牢固性，我们也深深地明白了课程设计的主要目的！
其实这个设计主要包括塔板结构和附属设备的结构计算，以及工程设计的表达能力。

工程设计完成后，往往要交付他人实施或与他人交流，所以在设计时必须本着严谨而科学的态度去对待。

而在工程设计和完成过程中，都必须将设计理念、理想、设计过程和结果用文字、图纸和表格等可理解性的形式表达出来，方便他人进行下一步的加工与实施。

还有一点的是，我们深刻体会地到了学无止境的意思。

在做课程设计的过程中，我们遇到了种种超自己所学的知识能够解决的问题，但是我们通过不断的查找细料，翻阅相关的工具书，最终将相关难题都解决了，当时真的很高兴！同样，团队的协作也是很重要的，我们的团队合理分工，各司其职，同时又相互帮助，最终完成了本次课程设计。

总的来说，本次课程设计显得十分充实和开心！
五．参考文献.
[1] 贺匡国．化工容器及设备简明设计手册[M]. 第2版．北京：化学工业出版社,2002.04
[2] 靳士兰．化工制图[M].北京：国防工业出版社, 2008.9
[3] 俞建良．化工设备机械基础[M]. 大连：大连理工大学出版社,2009.7
[4] 曹岩．化工标准法兰手册与三维图库[M]. 北京：化学工业出版社,2010.5
[5] 丁伯民，黄正林．化工容器[M]. 北京：化学工业出版社,2002.12
[6] 董大勤．化工设备机械基础[M]. 北京：化学工业出版社,2002.12。