夹套反应釜设计说明书

总体结构设计,罐体和夹套的设计,反应釜的搅拌装置,反应釜的传动装置,反应釜的轴封装置,反应釜的其他附件

设计方案的分析和拟订

一台带搅拌的夹套反应釜主要由搅拌器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、人孔、支座、工艺接管和一些附件组成。

各部分的结构尺寸的确定和设计计算

2.1总体结构设计

根据工艺要求考虑各部分结构形式、安装和维修检修的方便,确定各部分结构形式,如封头形式、传热面、传动类型、轴封和各种附件的结构形式。

2.2罐体和夹套的设计

夹套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,为物料完成搅拌过程提供了一定的空间。

2.2.1罐体和夹套的结构设计

罐体一般是立式圆桶形容器,有顶盖、筒体和罐底,通过支左安装在基础或平台上宜采用可拆连接,当要求可拆时,做成法兰连接。

2.2.2罐体几何尺寸计算

确定筒体内径,确定封头尺寸,通体高度见表格。

2.2.3夹套几何尺寸计算

夹套的结构尺寸根据安装和工艺两方面的要求而定。尺寸见表格。

2.2.4夹套反应釜的强度计算

当夹套反应釜几何尺寸确定后,要根据已知的公称直径、设计温度进行强度计算,确定罐体及夹套的筒体和封头的厚度。过程见表格。

其中还做水压实验校核计算,详情见表格。 

步骤

项目及代号

参数及结果

备注

2-1

设备材料

Q235-B

据工艺条件腐蚀情况确定

2-2

设计压力(罐体内)

0.45

由工艺条件给定

2-3

设计压力(夹套内)

0.5

由工艺条件给定

2-4

设计温度(罐体内)t1,℃

<130

由工艺条件给定

2-5

设计温度(夹套内) t2,℃

<2370

由工艺条件给定

2-6

液柱静压力

0.0078

按参考文献1第八章计算

2-7

计算压力

0.4578

计算

2-8

液柱静压力

0

忽略

2-9

计算压力

0.5

计算

2-10

罐体及夹套焊接接头系数

0.85

按参考文献1表9-6选取

2-11

设计温度下材料许用应力

113

按参考文献1表9-4或表9-5选取

 2-12

罐体筒体计算厚度

3.344

按参考文献1第九章计算

2-13

夹套筒体计算厚度

3.914

按参考文献1第九章计算

2-14

罐体封皮计算厚度

3.3404

按参考文献1第十间计算

2-15

夹套筒体计算厚度

3.9093

按参考文献1第十间计算

2-16

钢板厚度负偏差

0.6

按参考文献1表9-10~9-11选取

2-17

腐蚀裕量

2.0

按参考文献1第九章计算

2-18

厚度附加量

2.6

按参考文献1第九章计算

2-19

罐体筒体设计厚度

5.944

按参考文献1第九章计算

2-20

夹套筒体设计厚度

6.514

按参考文献1第九章计算

2-21

罐体封头设计厚度

5.9404

按参考文献1第十章计算

2-22

夹套筒体设计厚度

6.5093

按参考文献1第十章计算

2-23

罐体筒体名义厚度

6

圆整选取

2-24

夹套筒体名义厚度

8

圆整选取

2-25

罐体封头名义厚度

6

圆整选取

2-26

夹套封头名义厚度

8

圆整选取

 

稳定性校核

 

序号

项目及代号

参数及结果

备注

3-1

罐体筒体名义厚度

8

假设

3-2

厚度附加量

2.8

按参考文献1表9-10~9-11选取

3-3

罐体筒体有效厚度

5.2

按参考文献1第十一章计算

3-4

罐体筒体有外径

1416

按参考文献1第十一章计算

3-5

筒体计算长度

942

按参考文献1第十一章计算

3-6

系数

0.634

按参考文献1第十一章计算

3-7

系数

271.53

按参考文献1第十一章计算

3-8

系数A

0.00045

查参考文献1图11-5

3-9

系数B

85

查参考文献1图11-8

3-10

许用外压力

0.313<0.45

按参考文献1第十一章计算失稳,重设名义厚度

3-11

罐体筒体名义厚度

10

假设

3-12

厚度附加量

2.8

按参考文献1表9-10~9-11选取

3-13

罐体筒体有效厚度

7.2

按参考文献1第十一章计算

3-14

罐体筒体有外径

1420

按参考文献1第十一章计算

3-15

筒体计算长度

942

按参考文献1第十一章计算

3-16

系数

0.6634

按参考文献1第十一章计算

3-17

系数

187.22

按参考文献1第十一章计算

3-18

系数A

0.0008

查参考文献1图11-5

3-19

系数B

100

查参考文献1图11-8

3-20

许用外压力

0.507>0.45

按参考文献1第十一章计算稳定

3-21

罐体筒体名义厚度

10

确定

3-22

罐体封头名义厚度

10

假设

3-23

厚度附加量

2.8

按参考文献1表9-10~9-11选取

3-24

罐体封头有效厚度

7.2

按参考文献1第十一章计算

3-25

罐体封头外径

1420

按参考文献1第十一章计算

3-26

标准椭圆封头当量球壳外半径

1278

按参考文献1第十一章计算

3-27

系数

0.00085

查参考文献1图11-5

3-28

系数

125

查参考文献1图11-8

3-29

许用外压力

0.704>0.45

按参考文献1第十一章计算稳定

3-30

罐头封头名义厚度

10

确定

 

水压实验校核

序号

项目及代号

参数及结果

备注

4-1

罐体试验压力

0.5625

按参考文献1第九章计算

4-2

夹套水压试验压力

0.625

按参考文献1第九章计算

4-3

材料屈服点应力

235

按参考文献1第九章计算

4-4

179.8

按参考文献1第九章计算

4-5

罐体圆筒应力

54.96

按参考文献1第九章计算

4-6

夹套内压试验应力

90.456

按参考文献1第九章计算

 

 

2.3 反应釜的搅拌装置

 搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。搅拌器主要有:桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式。它的选型通常是工艺设计的任务。

2.3.1搅拌器的选型

推进式搅拌器。

2.3.2搅拌轴设计

搅拌轴的机械设计内容同一般传动轴主要是结构设计和强度校核,对于转速大于200转每分钟的要进行临界转速的校核。

详情见表格。

步骤

项目及代数

参数及结果

备注

1

轴功率P,kW

4

由工艺条件确定

2

轴转数n,r/min

200

由工艺条件确定

3

轴材料

45

常用

4

轴所传递的扭矩

191000

按参考文献1第17章计算

5

材料许用扭转剪应

35

按参考文献1第17 章表17-3

6

系数

112

按参考文献1第17章17-3

7

轴端直径

30.4

按参考文献1第17章计算

8

开一个键槽,轴径扩大5%,mm

31.9

按参考文献1第17章计算

9

圆整轴端直径d,mm

40

圆整选取

由于我的转速是200转每分钟,所以不必进行临界转速的校核。

 

2.4反应釜的传动装置

 反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置通常设置在釜顶封头上部。反应釜传动装置设计内容一般包括:电机、减速机的选型;选择连轴器;选用和设计底座等。

2.4.1 电机的选型

本次设计中给定了电机形式,Y123M2-6,转速为900转每分钟。

2.4.2 减速机的选型

V带轮的设计计算内容和步骤

步骤

设  计  项  目

单位

公  式  及  数  据

备注

1

传动的额定功率P

kW

5.5(8极电机Y132S-8)

已知电机功率

2

小皮带轮转速

r/min

900

已知电机转速

3

大皮带轮转速

r/min

200

已知搅拌机转速

4

工况系数KA

 

1.3

由参考文献1表13-3选取

5

设计功率Pd

kW

计算

6

选V带型号

 

根据 和 选取B型带

根据参考文献1图13-11选取

7

速比

 

4.5

计算

8

小皮带轮计算直径

mm

75

按参考文献1表13-2初选

9

验算带速

m/s

3.53

10

小皮带轮计算直径

mm

140

按参考文献1表13-4选取

11

验算带速

m/s

6.59

12

滑动率

 

0.02

选取

13

大皮带轮计算直径

mm

=630

计算后按参考文献1表13-4圆整

14

初定中心距

mm

=1000

可根据结构要求定

15

带的基准长度

mm

≈3268

=3150

计算后按参考文献1表13-1圆整

16

确定中心距

确定安装V带时所需*小中心距 和*大中心距

mm

=941

17

小皮带轮包角

(°)

=150

18

单根V带额定功率P1

kW

1.58

由参考文献1表13-7选取

19

时,单根V带额定功率增量

kW

0.293

由参考文献1表13-8选取

20

包角修正系数Ka

 

0.92

由参考文献1表13-5选取

21

带长修正系数KL

 

1.07

由参考文献1表13-6选取

22

V带根数

 

 

计算后圆整

2.4.3凸缘法兰

凸缘法兰一般是焊接与搅拌容器封头上,用于连接搅拌传动装置,亦可兼作安装、维修、检查用孔。

2.4.4 安装底盖

安装底盖采用安装底盖根据凸缘法兰的选型进行标准件的选取,尺寸见设备图。

2.4.5 机架的选取

机架是安放减速器用的,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。

本次设计中选择单支点机架。

2.4.6 连轴器的选择

电机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接,都是通过连轴器连接的。我选择的是TK-65弹性块式连轴器。尺寸可通过查表得到,或见设备图。

 

2.5 反应釜的轴封装置

基于设计中的各种原因,我选择的是机械密封。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。

2.6 反应釜的其他附件

2.6.1 支座

夹套反应釜多为立式安装,常用的支座为耳式支座。标准耳式支座(JB/T4725—92)分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支撑在留班上时选B型。我选择的就是B型耳式支座。尺寸见设备图。

2.6.2 手孔和人孔

手孔和人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。

本次设计只设置了一个手孔,直径为120mm,开于封头上。

2.6.3 设备接口

化工容器及设备,往往由于工艺操作等原因,在封头和筒体上需要开一些各种用途的孔。在本次设计中开有蒸汽入孔,加料孔,温度计接口,压缩空气入口,防料口,冷凝水出口。尺寸在任务书中有标注。

2.6.3视镜

视镜主要用来观察设备内部反应情况,也可以作为料面指示镜,一般成对出现,当视镜需要斜装或设备直径较小是,采用带颈视镜。具体见图纸。

 

设计小结

本次设计主要分为四个阶段:准备阶段;设计阶段,化工设备的机械设计是在设备的工艺设计后进行的。根据设备的工艺条件,围绕着设备内,外附件的选型进行机械结构设计,围绕着确定的厚度大小进行强度,刚度和稳定性的设计和校核计算。然后绘制装配图,边算、边选、边画、边改,来完成;设计计算说明书阶段,就是图纸的理论依据,是设计计算的整体和总结,是审核设计的技术文件之一;课程设计答辩阶段是*后的步骤,课程设计的图样及说明书全完成后,须经指导老师审阅,得到认可后,方能参加答辩。

参考文献

1 赵军 张有忱 段成红编.化工设备机械基础.北京:化学工业出版社

2 詹长福.化工设备机械基础课程设计指导书.北京.机械工业出版社

3 刁玉伟 王立业.化工设备机械基础.第二版.大连:大连理工大学出版社 

(2014-08-23发布,点击:)
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