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1、 <<化工容器>>課程設(shè)計(jì) —攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì) 姓名: 余景超 學(xué)號(hào): 2010115189 專業(yè): 過程裝備與控制工程 學(xué)院: 化工學(xué)院 指導(dǎo)老師: 淡勇 老師 2013年 6 月 18 日 目錄 一 設(shè)計(jì)內(nèi)容概述 1. 1 設(shè)計(jì)要求 1. 2 設(shè)計(jì)參數(shù) 1. 3 設(shè)計(jì)步驟 二 罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2. 1 幾何尺寸 2. 2 厚度計(jì)算 2. 3 最小壁厚 2. 4 應(yīng)力校核 三

2、 傳動(dòng)部分的部件選取 3.1 攪拌器的設(shè)計(jì) 3.2 電機(jī)選取 3.3 減速器選取 3.4 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 3.5 支撐與密封設(shè)計(jì) 四 標(biāo)準(zhǔn)零部件的選取 4.1 手孔 4.2 視鏡 4.3 法蘭 4.4 接管 五 參考文獻(xiàn) 一 設(shè)計(jì)內(nèi)容概述 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求 容器內(nèi) 夾套內(nèi) 工作壓力，MPa

3、 0.18 0.25 設(shè)計(jì)壓力，MPa 0.2 0.3 工作溫度，℃ 100 130 設(shè)計(jì)溫度，℃ 120 150 介質(zhì) 染料及有機(jī)溶劑 冷卻水或蒸汽 全容積, 1.0 操作容積, 0.80 傳熱面積, 3 腐蝕情況 微弱 推薦材料 Q235--A 接 管 表 符號(hào) 公稱尺寸 DN 連接面形式 用途 A 25 蒸汽入口 B 25 加料口 C 80 視鏡 D 65 溫度計(jì)管口 E 25 壓縮空氣入口 F 40 放料口 G 25 冷凝水出

4、口 H 100 手孔 （一）設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一臺(tái)夾套傳熱式配料罐 （二）設(shè)計(jì)要求： 壓力容器的基本要求是安全性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。安全是前提，經(jīng)濟(jì)是目標(biāo)，在充分保證安全的前提下，盡可能做到經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)性包括材料的節(jié)約，經(jīng)濟(jì)的制造過程，經(jīng)濟(jì)的安裝維修。 攪拌容器常被稱為攪拌釜，當(dāng)作反應(yīng)器用時(shí)，稱為攪拌釜式反應(yīng)器，簡稱反應(yīng)釜。反應(yīng)釜廣泛應(yīng)用于合成塑料、合成纖維、合成橡膠、農(nóng)藥、化肥等行業(yè)。反應(yīng)釜由攪拌器、攪拌裝置、傳動(dòng)裝置、軸封裝置及支座、人孔、工藝接管等附件組成。 壓力容器的設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)圖樣，技術(shù)條件，強(qiáng)度計(jì)算書，必要時(shí)

5、還要包括設(shè)計(jì)或安裝、使用說明書。若按分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，還應(yīng)提供應(yīng)力分析報(bào)告。強(qiáng)度計(jì)算書的內(nèi)容至少應(yīng)包括：設(shè)計(jì)條件，所用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、材料、腐蝕裕度、計(jì)算厚度、名義厚度、計(jì)算應(yīng)力等。設(shè)計(jì)圖樣包括總圖和零部件圖。 設(shè)計(jì)條件，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)提供的原始數(shù)據(jù)和工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，即首先滿足工藝設(shè)計(jì)條件。設(shè)計(jì)條件常用設(shè)計(jì)條件圖表示，主要包括簡圖，設(shè)計(jì)要求，接管表等內(nèi)容。簡圖示意性地畫出了容器的主體，主要內(nèi)件的形狀，部分結(jié)構(gòu)尺寸，接管位置，支座形式及其它需要表達(dá)的內(nèi)容。 （二）設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)性能指標(biāo) （三）設(shè)計(jì)步驟： 1.進(jìn)行罐體和夾套設(shè)計(jì)計(jì)算； 2.攪拌器設(shè)計(jì)；

6、 3.傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 4.選擇軸封； 5.選擇支座形式并計(jì)算； 6.手孔校核計(jì)算； 7. 選擇接管，管法蘭，設(shè)備法蘭。 一、 確定筒體和封頭的幾何尺寸 （1）筒體和封頭的形式?? 選擇圓柱筒體及橢圓形封頭。 （2）確定筒體和封頭的直徑?? 設(shè)備容積要求1m常從ξ锪銜-液類型，故由式（4-1）：H1/D1=1-1.3，考慮容器不大，為使直徑不致太小，在頂蓋上容易布置接管和傳動(dòng)裝置，故選取H1/D1=1.2。D1由(4-1)估算： D1=√4V/πH1/D1=√4ⅹ1/πⅹ1.2=1.0621 ?將D1的估算值圓整到公稱直徑系列，故取D1=100

7、0mm. 封頭內(nèi)徑值采用橢圓型封頭，直邊高h(yuǎn)0由附表4-2初選h0=40mm。 （3）確定筒體高度H1 ?當(dāng)D1=1000mm, h0=40mm時(shí)，由附表4-2查得橢圓形封頭的容積V=0.1623 m常篩獎(jiǎng)4-1查得筒體1m高的容積V1米=0.785 m/m，按式（4-2）：H1=V-V封/V1米=（1-0.1623）/0.785=1.067m 取H1=1.0m，于是H1/D1=1.062/1.067=1。 （4）選取夾套直徑 ?D= D1+100=1100mm。 夾套封頭也采用橢圓形并與夾套筒體取相同直徑。 （1）確定夾套高度? 按式（4-4）定夾套高度H2，式中η為裝料系數(shù)，η

8、=操作容積/設(shè)備容積=08/1=0.8，代入公式：? H2≥(ηV- V封)/ V1米=0.812 ? 取H2=950mm。 （2）校核傳熱面積下工藝要求傳熱面積為3 m常篩獎(jiǎng)4-1、4-2，封頭表面積F封=1.2096m，1m高筒節(jié)表面積F筒=H2ⅹF1m=0.8ⅹ3.14=2.512 m，則：實(shí)際總傳熱面積F=F封+F筒=1.2096+2.512=3.7604 m>7 m?？捎?。 2．釜體及夾套的強(qiáng)度計(jì)算 （1）選擇設(shè)備材料，確定設(shè)計(jì)壓力? 由已知建議并分析工藝要求和腐蝕因素，決定采用建議意見，選用Q235-A熱軋鋼板，其中100℃-150℃下的許用應(yīng)力為：[ó]=113Mpa。

9、 設(shè)計(jì)壓力的確定： 夾套的筒體和封頭是內(nèi)壓容器，按已知：設(shè)計(jì)壓力P=0.3Mpa； 釜體的筒體和封頭既受內(nèi)壓又受外壓的作用。內(nèi)壓設(shè)計(jì)壓力P=0.2Mpa，設(shè)計(jì)外壓的取法是考慮操作過程出現(xiàn)的最大壓力差，所以取P=0.3Mpa為設(shè)計(jì)外壓。 （2）夾套的筒體和封頭壁厚計(jì)算 夾套筒體壁厚δ夾=PD夾/（2[ó]φ-P）+C ??? 式中，P=0.3Mpa；D夾=1100mm；[ó]=113Mpa；φ為焊縫系數(shù)，采用雙面焊縫，進(jìn)行局部無損探傷檢查：φ=0.85（夾套封頭用鋼板拼焊）； 壁厚附加量C=C1+C2+C3，Q1 其中C1為鋼板負(fù)偏差，初步取C1=0.6mm, 腐蝕裕量C2=2mm,

10、熱加工減薄量C3=2（封頭熱加工C3=0.5mm），因此：C=0.6+2+0=2.6mm δ夾=[(0.3ⅹ1100)/(2ⅹ113ⅹ0.85-0.3)]+2.6=4.32mm,圓整到鋼板厚度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，取δ夾=5mm。 夾套封頭壁厚δ封夾={PD夾/2[ó] φ-0.5P+C}+C 式中：P、D夾、[ó]、φ取值同上式，其中C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mm，代入上式：?? δ封夾={0.3ⅹ1100/2ⅹ113ⅹ0.85-0.5ⅹ0.3}+3.1=4.819mm 為照顧到筒體和封頭焊接的方便取δ封夾=δ夾=5mm。 （3）釜體的筒體壁厚δ筒 1）? 按承受0.2

11、Mpa的內(nèi)壓設(shè)計(jì) ????????????????????????? δ筒≥PD1/（2[ó]φ-P）+C 式中，設(shè)計(jì)壓力P=0.2Mpa；筒體內(nèi)徑D1=1000mm；許用應(yīng)力[ó]=113Mpa(同夾套材料)；焊縫同夾套，故φ=0.85，壁厚附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm；上述各值代入上式： δ筒≥（0.2ⅹ1000ⅹ/2ⅹ1130.85）+2.6=3.642mm 2）? 按承受0.3Mpa的外壓設(shè)計(jì) 設(shè)罐體筒體的名義厚度δ1n=7mm 厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm 罐體筒體有效厚度δ1e=δ1n-C=7-2.6=4.4mm

12、 罐體筒體外徑D10=D1+2δ1n=1000+2ⅹ7=1014mm 筒體計(jì)算長度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1034.8mm 系數(shù)L/D0=1034.8/1014=1.205???? 系數(shù)D0/δe=1014/4.4=230 由參考資料圖9-7，查得 ：系數(shù) A=0.000255，系數(shù) B=38 則許用外壓[P]=Bδe/D=（38ⅹ4.4）/1014=0.165<3Mpa 因此壁厚4.4mm不能滿足外壓穩(wěn)定要求，需增大壁厚重新計(jì)算?，F(xiàn)重新假設(shè)δ1n=8mm 厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm 罐體筒體有效厚度δ1e=δ1n-C

13、=8-2.6=5.4mm 罐體筒體外徑D10=D1+2δ1n=1000+2ⅹ8=1016mm 筒體計(jì)算長度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1035.13mm 系數(shù)L/D0=1034.8/1014=1.019??? 系數(shù)D0/δe=1016/5.4=188 由參考資料圖9-7，查得 ：系數(shù) A=0.00046，系數(shù) B=63 則許用外壓[P]=Bδe/D=63ⅹ5.4/1016=0.335>0.3Mp故δe=5.4mm滿足外壓穩(wěn)定性要求,其圓整到標(biāo)準(zhǔn)鋼板厚度規(guī)格取δe=8mm. (4)釜體的封頭壁厚計(jì)算 1)???? 按內(nèi)壓計(jì)算δ封: δ封≥PD1/（2[ó

14、]φ-0.5P）+C 式中,P=0.2Mpa,D1=1000mm, φ=0.85, [ó]=113Mpa, C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mm,代入上式: δ封≥0.2ⅹ1000/(2ⅹ113ⅹ0.85-0.5ⅹ0.2)+3.1=4.14mm 考慮到封頭與筒體的焊接方便取封頭與筒體等壁厚δ封=8mm. 2)按外壓校核δ封,采用圖算法: 封頭計(jì)算壁厚δ0=δ- C=8-3.1=4.9mm 橢圓封頭的計(jì)算當(dāng)量半徑Rv=K1D1,由設(shè)計(jì)規(guī)定或查資料知K1=0.9,故Rv=0.9ⅹ1000=900mm; 系數(shù)A=0.125ⅹδ0/Rv=0.125ⅹ4.9/900=0.0

15、00681,由圖查得B=92,則許用外壓[P]: [P]=B(δ0/Rv)=92ⅹ(4.9/900)=0.501Mpa大于水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)的壓力0.4Mpa,故用δ封=8mm,外壓穩(wěn)定安全. (5)水壓實(shí)驗(yàn)校核 1)???? 確定實(shí)驗(yàn)水壓Pr,根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定知: 釜體水壓取Pr=P+0.1=0.2+0.1=0.3 Mpa 夾套水壓取Pr=P+0.1=0.3+0.1=0.4 Mpa 2)???? 內(nèi)壓實(shí)驗(yàn)時(shí): 釜體筒壁內(nèi)壓應(yīng)力σr=Pr[D1+(S-C)]/2(S-C)=0.3ⅹ[1000+(8-2.6)]/2(8-2.6) =27.93Mpa.?????????????????????

16、?????????????????????????????? ??? 夾套筒壁內(nèi)壓應(yīng)力σr夾= [D1+(S-C)]/2(S-C)=0.3[1000+(5.4-2.6)]/2(5.4-2.6)=78.77Mpa. 釜體封頭壁內(nèi)應(yīng)力σr封 =P[K1D1+0.5(S-C)]/2(S-C)=0.3[0.9ⅹ1000+0.5(8-3.1)]/2(8-3.1)=27.63Mpa 夾套封頭壁內(nèi)應(yīng)力σr封 =P[K1D1+0.5(S-C)]/2(S-C)=0.4[0.9ⅹ1100+0.5(5.4-3.1)]/2(5.4-3.1)=86.19Mpa 因Q235-A常溫σ=235Mpa,看出σr,

17、σr夾,σr夾,σr封夾都小于0.9σs=0.9235=211.5Mpa,故水壓實(shí)驗(yàn)安全. 3)???? 外壓水壓實(shí)驗(yàn) 釜體筒體外壓校核: δ0=δ- C=8-2.6=5.4mm,D0/δ0=1010.8/5.4=187,L/D0=1035.13/1010.8=1.024由圖查A=0.00045,B=62, 故許用外壓[P]=BS0/D0=62ⅹ5.4/1010.8=0.331Mpa<水壓壓力Pr=0.4Mpa,故在0.4Mpa外壓水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)在釜體內(nèi)充壓,以防釜體筒體失穩(wěn). 釜體底封頭外壓校核? 因其允許外壓[P]=0.501Mpa>外壓Pr=0.4Mpa,故安全. ???????

18、?????????????? ???計(jì) 算 結(jié) 果 ? 釜體 夾套 筒體 8 mm 5 mm 封頭 8 mm 5 mm 3.5 支撐與密封設(shè)計(jì) 反應(yīng)釜是立式安裝，故采用耳式支座，并選擇B型筋板。選擇的耳式支座支座號(hào)為3，允許載荷30KN，高度200mm，地腳螺栓30-M24。 反應(yīng)釜攪拌軸處的密封，屬于動(dòng)密封，選用填料密封。用PN=0.6MPa,軸頸d=40mm,D1=175mm,D2=145mm,H=147mm。 四 標(biāo)準(zhǔn)零部件的選取 4.1 支座 1）支坐類型:根據(jù)罐體的公稱直徑是1000mm,可由參考文獻(xiàn)2的附表4-9選

19、擇標(biāo)準(zhǔn)耳式支坐，又因設(shè)備思需要保溫故選擇B型，由 JB/T 4725—92可知選擇 耳座B3。 2）數(shù)量：4個(gè)（對(duì)稱且承重）。 3）[Q]=30KN。 4.2 手孔 查參考文獻(xiàn)2的附表4-10，根據(jù)DN=150mm，PN=1.0Mpa,選擇帶頸平焊法蘭手孔，其有關(guān)資料如下： 標(biāo)準(zhǔn)號(hào) HG21530-95 凹凸面 MFM H1=160mm, H2=85.5mm, m=23.3kg 4.3 視鏡 由DN=80mm,PN=1.0MPa,可知選擇不帶頸的視鏡，查參考文獻(xiàn)可得資料如下: D=145mm,D1=120mm,b1=25mm,b2=14mm

20、 標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為 JB593-64-2 4.4 法蘭 設(shè)備共需選用4個(gè)，其中壓力容器法蘭1個(gè)，管法蘭3個(gè)。 1） 根據(jù)DN=1000mm,PN=0.6MPa,查參考文獻(xiàn)2的附表4-4和4-5可知選取 甲型平焊法蘭 ：名稱為 法蘭-T 900-0.6 ； 具體資料如下： D=1130mm,D1=1090mm,D2=1055mm,D3=1045mm,D4=1042mm, d=23mm; 螺柱M20, 數(shù)量 32；凸面法蘭質(zhì)量：67.5kg，凹面法蘭質(zhì)量：65.3kg 2) 圖中ABEG接管公稱尺寸均為25mm。根據(jù)DN=25mm,PN=1.0MPa,查參考文獻(xiàn)2的附表4-12可

21、得有關(guān)資料如下：管子外徑A=32mm，法蘭外徑D=100mm，法蘭理論質(zhì)量為0.65kg。 3）圖中D接管公稱尺寸為65mm。根據(jù)DN=65mm,PN=1.0MPa，查參考文獻(xiàn)2的附表4-12可得有關(guān)資料如下：管子外徑A=76mm，法蘭外徑D=160mm，法蘭理論質(zhì)量為1.61kg。 4） 圖中F接管公稱尺寸為40mm。根據(jù)DN=40mm,PN=1.0MPa，查參考文獻(xiàn)2的附表4-12可得有關(guān)資料如下：管子外徑A=45mm，法蘭外徑D=130mm，法蘭理論質(zhì)量為1.20kg。 4.5 接管 查參考文獻(xiàn)2的附表4-12，根據(jù)各種零件的DN不同， PN=1.0Mpa，選取保溫設(shè)備

22、接管，由資料可知接管的伸出長度一般為從法蘭密封面到殼體外徑為150 mm，則接管A.B.D.E.F.G長均為150mm。 五 參考文獻(xiàn) 1、《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》（第二版） 趙軍 張有忱 段成紅 編 化學(xué)工業(yè)出版社 2、《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 蔡紀(jì)寧 張秋翔 編 化學(xué)工業(yè)出版社 3、《化工機(jī)械手冊》 化工機(jī)械手冊編輯委員會(huì) 編 天津大學(xué)出版社 2012.7.12 - 10 -