夹套反应釜设计说明书
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带时所需最小中心距 和最大中心距 | 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**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