有搅拌装置的夹套反应釜化工机械课程设计

学院化学与化工程学院专业化学工程与工艺姓名XXXXXXX1有搅拌装置的夹套反应釜前言化工设备机械基础是化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化工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，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。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。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。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。内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺2目录1设计任务书42设计方案的分析和拟定43夹套反应釜的设计531釜体的尺寸5311容积5312确定筒体的直径和高度632夹套几何尺寸计算733外压圆筒与封头设计84釜体法兰选择125搅拌器的设计1351搅拌轴的设计1352搅拌轴强度校核1461选用减速器1463选用凸缘法兰1564选用机架1665选用安装底盖1666联轴器的设计1767选用传动轴1868反应釜的轴封装置197反应釜的其他附件1971支座的选择19711支座载荷的计算20712支座载荷的校核计算2172设备接口22721进料管和出料管钢管的外径和壁厚22722加热蒸汽进出管钢管的外径和壁厚23723温度计接口24内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺3724安全阀接口2473人孔25731选用人孔法兰25732人孔,凸缘法兰开孔补强计算2574视镜288参考文献299总结3010附表31内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺41设计任务书设计参数要求容器内夹套内设计压力，MPA0225设计温度，P,且接近，故取MMN28选取筒体下封头壁厚MMN28，且取MMC11，MMC22筒体下封头的有效厚度MMCCN25212821EMMDDNI1256228120020MMHNI32828300H0MMHD91132821256200查化工设备机械基础（第六版）的表53内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺10D/2HK26242220181614121011810809909081073065057050得85501KMMKR107488107312568550D010MMRE9422510740计算系数A30109129421250/1250ERA由图表910查的B128MPA计算许用外压力PMPAMPARBPE52982942128/0取筒体下封头壁厚MME28符合外压稳定和内压强度要求。综上所述，为了便于制造取上封头不厚，筒体，顶盖，反应器顶盖的选择按筒体封头标准选择，既仍为标准椭圆封头，筒体，下封头，顶盖壁厚相同，都取MMN28。34压力试验及其强度校核容器制成以后，必须做压力试验，其目的在于考察容器的密封性，以确保设备的安全进行。内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺11压力试验的种类，要求和试验压力值应在图样上标明。压力试验一般常用液压试验，对于不适合做液压试验的容器。例如容器内部不允许有微量残留液体，或由于结构原因不能充满液体的容器，可采用气压试验。本设计采用液压试验。外压容器的试压液压试验MPAPT125352251251PMPADPEEITT567625225120012532T应满足条件SEEITTDP902取200下的屈服压力为325MPA。250下的屈服压力为325MPAMPAS529232519090可见ST90所以水压试验强度足够。式中TP试验压力P设计压力T容器元件材料在设计温度下的许用应力S圆筒材料在试验温度下的屈服点夹套压力校核MMCCNE12111421取MPAMPAT156,170MPAPPTT41315617052251251式中容器元件材料在试验温度下的许用应力内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺12MPADPEEITT211721221212004132可见ST90所以，水压强度足够4釜体法兰选择根据筒内操作压力P02MPA，温度T200,筒体直径MMDI1200。MPAPN250类型平焊法兰对焊法兰甲型乙型长颈公称压力PN（MPA）02506025061006101610162540254064由于2000300NP所以，应选用甲型平焊法兰由表102得PN025MPA的甲型法兰和乙型法兰的尺寸和质量公称直径MM法兰（MM）螺柱（MM）DD1D2D3D4D规格数量质量（KG）12001330129012551241123823M2036853选用平焊法兰，得法兰尺寸MMDMMDMMDMMD1238,1255,1290,1330431螺栓数量36螺纹M20质量853KG内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺135搅拌器的设计搅拌装置由搅拌器、轴及支撑组成，搅拌器的形式很多根据任务说明书要求，本设计选用浆式搅拌器。其桨叶为两叶轴转速为85R/MIN，采用单层浆安装。搅拌器与轴的连接常用螺栓对夹，搅拌器主要尺寸；查表1847得取DJ061200720取B015720108桨叶数ZJ2螺栓D0M12数量4螺钉D1M12数量1质量M104251搅拌轴的设计由工艺条件要求，本釜选用桨式搅拌轴材料为45钢，由下表轴材料/MPASAQ235、2040CR、35SIMN、2CR13451CR18NI9TI201252404030251516013510798118107148125A4030II11365,1365K3K3MPANIPDK，钢的许用扭应力令计算系数A118107，则搅轴的直径为334837858210711833NPAD根据轴上安装零件及其它结构上的要求算计所得的轴径还需要增大515，通常还得增加24MM的腐蚀裕度。都按最大要求计算37811544747MM内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺14最后把确定的直径圆整到搅拌轴的标准系列查表取D50MM。52搅拌轴强度校核选用轴功率P28KW,轴转速N85R/MIN,轴扭转的强度条件是PTWMMAX对45刚K35MPA对实心轴PWD3/1624531MM3MMNMNNPMKT31340003134858295509550则KPTWM812245313134000MAX故D50MM强度足够6反应釜的传动装置反应釜的搅拌器是由传动装置带动，反应釜的传动装置包括电机、减速器、联轴器、机架、底座和凸缘法兰，传动装置通常设置在釜顶封头的上部。本设计内容包括减速机，电机的选用，选用和设计机架和底座等。61选用减速器减速器的作用是传递运动和改变速率，以满足工艺条件要求，搅拌转速为85R/MIN，功率P28KW，减速比为916851440I，圆整得减速比为I17。即可确定选用机型为减速比I17的摆线针齿行星减速器，其标定符号为BLD4317。62电动机的选用电动机功率主要根据所需的功率及传动装置的传动效率来确定，此外，还应考虑搅拌轴通过轴封装置应摩擦而损耗的功率。设备选用主要考虑到它的系列，功率，转速以及安装形式和防爆要求等几项内容。本设计P28KW，960950内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺15950选用W197010508110D81321312MKP本设计选用Y系列三相异步电动机，电动机的功率为KWPPP23950197082ME式中P工艺要求搅拌功率，单位为KW传动系统的极限功率；轴封摩擦瞬时功率，WMKP；因为电动机的功率为85电动机效率PW76385023K圆整P4KW额定电流转速效率功率因素重量88A1440R/MIN84508247KG电机校核4KWK23W363584所以，选用电机符合。63选用凸缘法兰凸缘法兰焊接在釜体封头上，整个传动装置就装在它的上边，它还可兼做釜体维修的检查孔使用。查表1828选用凸缘法兰的尺寸公称直径DNDKDIH25039535024565材料选用16MNR其标记为HG2156495法兰R25016MNR查化工机械基础P271选用垫片、螺纹、螺母材料。本设计采用GB/73985石棉橡胶板、适用范围法兰种类垫片法兰螺柱与螺母种类温度范围材料温度范围螺柱材料螺母材料温度范围内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺16平型法兰GB/73985石棉橡胶板20350板材16MNR20450GB/769935GB/7699252035064选用机架机架是用来支撑加速机和传动轴的。轴承轴也归属于机架，机架机型有4种，本设计选用A型单支点机架查表1835机架的外形和尺寸及所配置的轴承型号机架公称直径DN250MM传动轴轴径D50MMH750MMH1268MMD1290MMD2350MMD4425MMD5455MM轴型型号46212机架质量M93KG支点轴承间距L620MM65选用安装底盖安装底盖的作用主要是安装机架和密封箱体，在对传动系统维修时还可以临时搁置传动轴，设计选用了RS型安装底盖，加上P464表1829。上装式RSMSLRSLMS下装式RXMXLRXIMX安装底盖的公称直径和凸缘法兰方法一样，形式选取时应注意与凸缘的密封面搭配一致。内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺17选用安装尺寸公称直径DN外径中心圆直径K2002503004005007009003403954455656708301045295350400515620780990公称直径DN250MM外径D395MM螺柱中心圆直径K350MM填料密封箱底部尺寸选用传动轴直径D50MM箱底外径D2240MM螺柱中心圆直径K2210MM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型，其他结构（整体或衬里）、密封面形式（突面或凹面）以及传动轴的安装形式（上装或下装），按HG2156595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（突面配突面，凹面配凹面）。66联轴器的设计查阅标准搅拌装置联轴器选用立式夹壳式联轴器，公称直径为50MM,最大扭矩MNMN530，验算联轴器的扭矩，查表选用工况系数K15，联轴器的计算扭矩为MNMNMNKMNJ530471符合要求。内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺18电机或减速器输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接的。常用的联轴器有弹性块式联轴器、夹壳联轴器和紧箍夹壳联轴器。本设计采用刚性凸缘联轴器（C型）查表1838，主要选用尺寸为C型凸缘联轴器D250MMD155MML170MML281MML169MM许用扭矩515NM扭转转座1960R/MIN质量14KG67选用传动轴轴式传递运动和动力的重要零件，工作是即受弯曲，又承受扭矩的轴承力转轴。传动轴的形式由机架形式，传动轴安装形式和釜内联轴器形式确定。本设计采用传动轴安装形式为ASC既单点上装凸缘。查化工设备机械基础董大勤版P471表1837得传动轴轴径D上端轴颈D1C型下轴颈D2D型下轴颈D2深入釜体长度L304050607080901002030404555657685253545556575859030405060708090100250250350480480550580650选用传动轴轴径D50MM。上端轴径D140MMC型下轴径D245MM伸入釜体产度L350MM传动轴材料选用40CR内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺1968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；而且搅拌色设备由于反应工况复杂，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。反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种形式。填料密封结构简单、易于制造，在搅拌设备上广泛应用，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、泄露率低，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高压和真空设备。根据已知工况，选用填料密封。查文献资料选取密封填料。其主要尺寸为轴径40DMM；147HMM；123175145110DMMDMMDMM填料规格1010MM；法兰螺栓孔818MMF；填料箱质量75KG。7反应釜的其他附件71支座的选择由于设备外部设置有26MM的保温层，所以选耳式B型支座，支座数量为4个。根据表136以及总重量的估计，设计中选取B型耳式支座B3，允许载荷为30KN,高度H200MM，尺寸如下内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺20支座本体允许载荷Q/KN适用容器公称直径DN/MM高度H/MM底板筋板垫板螺栓支座质量/KGL1B11S1L2B22L3B33ED螺纹A型AN型3070014002001601051050205125825020084030M248352711支座载荷的计算（1）筒体质量筒体公称直径DN1200MM，筒体厚度MM28N，筒体每米质量为828KG，筒体总质量KG149082881M1（2）筒体封头质量内压封头公称直径DN1200MM，封头的厚度MM812N的封头的质量为364KG。外压封头DN1200，N281MM的质量为364KGKG7283642M2（3）夹套筒体质量KGK663545441M3（4）夹套封头质量公称直径DN1300MM，的质量MM14N4M241KG（5）物料质量氯乙烯的密度为0913103GMK则质量5M910181638KG内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺216附件质量人孔约289KG电机质量47KG搅拌轴质量1042KG釜体法兰质量853KG机架质量93KG联轴器质量14KG其他附件质量50KG附件总质量72588501493385421047289M6KG反应釜的总质量M14907286356241163858872532132KG总的负荷量QMG5321329852148936N最大载荷为Q2QKN072621552712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KNNSGPHKNGMQEEE3010式子中0M设备总质量G重力加速度取2819SMGEG偏心载荷K不均匀系数，安装三个以上支座时K083N支座数量H水平作用点至支座底板之间的距离MMES偏心距MMP水平力本设计P0螺栓分布圆直径22321222223LLBDNI内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺22针对本实验KGM32532102819SMG117728191200EG830K4NMMSE805600205KNQ01211032135748051177204830117728193253213因为QKNKNQ300121所以选用耳式支座满足要求。72设备接口721进料管和出料管钢管的外径和壁厚查表8由钢管壁厚28MM，查得钢管外径108MM，再查表1019，由钢管外径108MM查得板式平焊法兰盖的尺寸与质量公称直径DN100MM连接尺寸法兰外径D210MM螺孔中心圆直径K170MM螺孔直径L18MM螺孔数量N4螺纹THM16板式平焊法兰法兰内径1B110MM坡口宽度B0内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺23法兰厚度C18MM法兰质量M341KG法兰盖厚度C18MM质量M475KG722加热蒸汽进出管钢管的外径和壁厚由钢管壁厚14MM，查得钢管外径60MM，由表1022，查得公称直径DN50MM连接尺寸法兰外径D165MM螺孔中心圆直径K125MM螺孔直径L18MM螺孔数量N4螺纹THM16板式平焊法兰法兰内径1B59MM坡口宽度B5MM法兰厚度C20MM法兰质量M277KG法兰盖厚度C20MM质量M320KG接管伸出长度保温层厚度接管公称直径伸出长度07510100150121300200350600250内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺2476100105015070300200350600250所以，进料口、出料口、蒸汽进出口的接管伸出长度均为150MM，法兰垫片选GB/T3985石棉橡胶板。723温度计接口采用5857无缝钢管，深入釜体内一定长度配用突面带颈平焊法兰HG20594，法兰S05040RF20钢。724安全阀接口采用1376无缝钢管，接管与封头内表面磨平，配用突面带颈，平焊法兰HG20594，法兰S065RFOC，18NI107I本设计设备直径不是很大，所以选普通视镜中的带颈视镜1801120WP所以MPAPN180公称直径公称压力DD1B1B2DHSH螺柱质量标准图图号数量直径碳素钢不锈钢80101601302489470120M1264HGJ520864HGJ5208614公称直径80NP带颈视镜尺寸公称压力098MPAD160MM内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺251D130MM1B24MM2B24MM489SDH73人孔人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。设备的直径大于900MM，应开设人孔。人孔的形状有圆形和长圆形两种。圆形人孔制造方便。应用较为广泛。人孔的大小及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，一便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。其主要尺寸见附表112，密封面型式凸面（RF型）公称压力06MPA公称直径DN400MM总质量84KG螺柱或螺栓16个，规格M20731选用人孔法兰由人孔公称直径DN400MM和内压02MPA，选用板式平焊法兰和法兰尺寸与质量。公称直径DN400MM钢管外径A426MM连接尺寸法兰外径D540MM，螺孔中心圆直径K495MM，螺孔直径L22MM，螺孔数量N16，螺纹THM20板式平焊法法兰内径1B430MM，坡口宽度B0，法兰厚度C28MM，法兰质量M171KG法兰盖厚度C24MM，质量M42KG732人孔,凸缘法兰开孔补强计算人孔开口在釜体上部，按内压要求进行补强计算内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺26对于内压圆筒，要求补强面积）（RDAF12ET式中A开孔削弱所需补强面积D开孔直径FR强度削弱系数本设计采用A型补强管。DN400外径壁厚59426MD补强管内伸最小长度63MM理论重量98KG/100MM对于椭圆型封头，当开孔位于以椭圆形封头为中心80在封头内直径的范围时，K109为标准椭圆形封头。073520501156213009020502CTICPDKP故2MM6319750426DA（2）计算有效补强范围有效补强宽度B2D242685249757228242622DMNB取二者中较大值，即B852补强有效高度MM525657426DHM1H1接管实际外伸高度150MM取两者中较小值即H15652MM内侧有效高度内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺27MM525657426DHM2H2接管实际外伸高度63MM取两者中较小值即H25652MM（3计算补强范围内多余的补强面积AE有效补强内壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A1计算12D1REETEFBA）（（852426）（250735）275（250735）（11）1033689M2有效补强区内接管有效厚度减去计算厚度之外的多雨面积A2RTETRFCHFA2H222TET12）（MM2702011562400202TCTICPDP多余面积为A25652（75027）125652（752）172881728621721439MM2有效补强区内焊缝金属的截面积A3,A30判断是否需要补强AEA1A2A3103368914390内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺281177589MM2AE1177589MM231311MM2A比较结果得开出孔后不需要补强。74视镜视镜是用来观察设备内部情况的。视镜的公称直径最多有五种公称直径，取决于视镜的公称压力。视镜的使用温度为0200度，温度上限是由玻璃材质决定的。视镜尺寸如下表119根据表119选用的视镜公称直径DN80，工程压力10的碳素钢HGJ501869内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺298参考文献1贾绍义，柴诚敬化工原理课程设计M天津天津大学出版社,20032蔡纪宁，张秋翔化工设备机械基础课程设计指导书M北京化学工业社,20003JBT47462002钢制压力容器用封头4HGT379652005圆盘涡轮式搅拌器5GB15089钢制压力容器S6HG/T2056994机械搅拌设备S7潘国昌，郭庆丰化工设备设计北京清华大学出版社，19968茅晓东，李建伟编著典型化工设备机械设计指导M上海华东理工大学出版社，19959汤善甫，朱思明主编化工设备机械基础M上海华东理工大学出版社，200410谭蔚主编化工设备设计基础M天津天津大学出版社,200011王凯，冯连芳著混合设备设计机械工业出版社，200012成大先主编机械设计手册第四版第4卷M北京化学工业出版社,200513陈面恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编化工原理M北京化学工业出版社,200014董大勤化工设备机械基础M北京化学工业出版社,2002内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺309总结全容积225搅拌轴材料16MNR操作容积180电机选型Y112M4搅拌形式浆式减速器选型BLD4317筒体直径1200机架类型A型单支点筒体高度1800传动轴材料40CR筒体材料16MNR支座类型耳式B型筒体壁厚28封头类型标准椭圆封头夹套高度1400设备总重5321夹套厚度14釜体法兰平焊法兰经过两周的化工机械设备课程设计，经过我们自己的动手实践，让我们对这一门课有了更深的了解，感谢张老师和韩老师给我们这次设计的机会，谢谢老师的指导。课程设计不同于书本理论知识的学习，有些问题是实际实践过程中的，无法用理论推导得到，因此不免过程中有很多困难，但通过与同学的交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在徐老师的指导帮助下，问题都得到很好的解决。这让我深深意识到自己知识体系的漏洞，自己知识体系的不足，但同时也深刻体会到同学间的团结互助的精神。通过此次课程设计，使我查阅文献的能力和对数据的选择判断能力得到了很好的锻炼，同时我也意识到自己应该把所学到的知识应用到设计中来。同时在设计中同学之间的相互帮助，相互交流，认识的进一步加深，对设计中遇到的问题进行讨论，使彼此的设计更加完善，对设计的认识更加深刻。在此再次感谢我各位亲爱的同学们。同时还要感谢安全系里的老师给我们提供教室，以及学校图书馆向我们提供工具书和参考书，在此特别予以感谢。由于首次做设计，过程中难免疏忽与错误，感谢有关老师同学能及时给予指出。内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺3110附表图97内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺32图910表102内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺33表1847表1827内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺34表1835表1838内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺35表136表8内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺36表1019表1022内蒙古科技大学化学与化工学院化学工程与工艺37表112表119