化工设备机械基础课程设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流化工设备机械基础课程设计.精品文档. 浙江海洋学院 化工设备机械基础课程设计成果说明书（2009级）题 目 夹套反应釜设计 学 院 石油化工学院 专 业 化学工程与工艺 班 级 A09化工（2）班 学 号 090702206 学生姓名 林伟帮 指导教师 张仁坤 完成日期 2011年6月20日 目录一、罐体和夹套设计计算-1 1.1 罐体几何尺寸计算-1 1.2夹套几何尺寸计算-1 1.3 罐体及夹套的强度计算-2二、进行搅拌传动系统设计-6 2.1 进行传动系统方案设计和作带传动设计计算-6 2.2 搅拌轴的设计-7 2.3 联轴器的型式及尺

2、寸的设计-9 2.4 轴承的型式及尺寸的设计-9 2.5 拌桨尺寸的设计-9 2.6 反应釜的轴封装置设计-10三机架的设计-11四.选择接管、管法兰、设备法兰及其他构件-114.1法兰及其他构件-114.2视镜的选型-12五.选择安装底盖结构-13六、选择支座形式并进行计算-136.1确定耳式支座实际承受载荷Q-136.2 确定支座的型号及数量-13七. 焊缝结构的设计-147.1 釜体上主要焊缝结构的设计-147.2夹套上的焊缝结构的设计-15八.手孔选择与补强校核-19九. 小结 -20十.反应釜的装配图0.40m3夹套反应釜设计计算说明书一、罐体和夹套设计计算1.1 罐体几何尺寸计算1

3、.1.1 选择筒体和封头的形式选择圆柱筒体及椭圆形封头。1.1.2 确定筒体内径已知设备容积要求0.40m3，按式（4-1）初选筒体内径： 罐体结构示意图式中，V=0.95m3，根据表4-2，常反应物料为液-液类型， i=H1/D1=11.3，取 i=1.3，代入上式，计算得 将D1的估算值圆整到公称直径系列，取D1=1100mm， 1.1.3 确定封头尺寸标准椭圆形封头尺寸查附表4-2，DN=1100mm，选取直边高度h2=25mm。1.1.4 确定筒体高度当D1=1100mm, h2=25mm时，由附表4-2查得椭圆形封头的容积V封=0.1980 m3，由附表4-1查得筒体1m高的容积V1

4、m =0.950 m3，按式（4-2）:H1=(V-V封)/V1m =（0.950-0.198）/0.95=0.7916m考虑到安装的方便，取H1=0.9m，则实际容积为V= V1mH1+ V封=0.9500.9+0.198=1.053 m31.2 夹套几何尺寸计算1.2.1 选择夹套结构 1选择图4-4 (b)所示结构。 1.2.2 确定夹套直径 查表4-3, D2= D1+100=1100+100=1200mm。套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。1.2.3 确定夹套高度装料系数=操作容积/全容积=0.9/0.95=0.85按式4-4计算夹套高度： H2(V- V封)/ V1m=(0

5、.851.053-0.198)/0.95=0.734 m取H2=750mm。选取直边高度h2=25mm。1.2.4 校核传热面积查附表4-2，由D1=1100mm，得罐体封头表面积F1封=1.3980 m2查附表4-1，一米高筒体内表面积F1m=3.46 m2根据式4-5校核传热面积：实际总传热面积F=F筒+ F1封=F1mH2 +F1封=3.460.75+1.398=3.99 m23.8 m2，可用。1.3 罐体及夹套的强度计算1.3.1确定计算压力按工艺条件，罐体内设计压力P1=0.2MPa；夹套内设计压力P2=0.3MPa液体静压力P1H=gH210-6=10009.80.7510-6=

6、0.007MPa，取P1H=0.01MPa计算压力P1c=P1+P1H=0.18+0.01=0.19MPa夹套无液体静压，忽略P2H，故P2c=P2。1.3.2选择设备材料分析工艺要求和腐蚀因素，决定选用Q235-A热轧钢板，其中100-150下的许用应力为：t=113Mpa。1.3.3罐体筒体及封头壁厚计算罐体筒体壁厚的设计厚度为采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查，按教材表10-9，取焊缝系数=0.85，C2=2mm，则查教材表10-10，取钢板负偏差C1=0.25mm，则d1+C1=3.34，考虑到最小厚度为3mm，取名义厚度n=5mm罐体封头壁厚的设计厚度为查教材表10-10，取钢板负偏

7、差C1=0.5mm，则d1+C1=3.34，考虑到最小厚度为3mm，取名义厚度n=5mm1.3.4 夹套筒体及封头壁厚计算夹套筒体壁厚的设计厚度为采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查，按教材表10-9，取焊缝系数=0.85（夹套封头用钢板拼焊），C2=2mm，则查教材表10-10，取钢板负偏差C1=0.3mm，则d1+C1=3.56，考虑到最小厚度为3mm，取名义厚度n=5mm夹套封头壁厚的设计厚度为查教材表10-10，取钢板负偏差C1=0.3mm，则d1+C1=3.86，考虑到最小厚度为3mm，取名义厚度n=5mm 为照顾到筒体和封头焊接和取材的方便取封夹=夹=6mm。1.3.5釜体的筒体壁厚

8、筒1.3.5.1按承受0.18Mpa的内压设计式中，设计压力P=0.18Mpa；筒体内径D1=1100mm；许用应力=113Mpa(同夹套材料)；焊缝同夹套，故=0.85，壁厚附加量C=C1+C2+C3=0.5+2+0=2.5mm；上述各值代入上式： 1.3.5.2按承受0.25Mpa的外压设计设罐体筒体的名义厚度1n=5mm厚度附加量C=C1+C2+C3=0.5+2+0=2.5mm罐体筒体有效厚度1e=1n-C=5-2.5=2.5mm罐体筒体外径D10=D1+21n=1100+25=1110mm筒体计算长度L=H2+1/3h1=750+1/3(300-25)=842mm系数L/D0=842/

9、1110=0.759 系数D0/e=1110/2.5=444由参考资料图9-7，查得 ：系数 A=0.00019，系数 B=27 则许用外压P=Be/D=（272.5）/1110=0.060.25Mp故e=5.2mm满足外压稳定性要求,其圆整到标准钢板厚度规格取e=8mm. 1.3.6釜体的封头壁厚计算 1.3.6.1按内压计算封: 式中,P=0.18Mpa,D1=1100mm, =0.85, =113Mpa, C=C1+C2+C3=0.5+2+0=2.5mm,代入上式:考虑到封头与筒体的焊接方便取封头与筒体等壁厚封=8mm. 1.3.6.2按外压校核封,采用图算法:封头有效壁厚0=- C=8

10、-2.8=5.2mm椭圆封头的计算当量半径Rv=K1D0,由设计规定或查资料知K1=0.9,故Rv=0.91116=1005mm;系数A=0.1250/Rv=0.1255.2/1005=0.00065,由图查得B=84,则许用外压P:P=B(0/Rv)=84(4.9/1116)=0.391Mpa大于水压实验时的压力0.25Mpa,故用封=8mm,外压稳定安全. 1.3.7水压实验校核 1.3.7.1确定实验水压Pr,根据设计规定知: 釜体水压取夹套水压取 1.3.7.2内压实验时:釜体筒壁内压应力夹套筒壁内压应力釜体封头壁内应力夹套封头壁内应力因Q235-A常温=235Mpa,看出r,r夹,r

11、夹,r封夹都小于0.9s=179.8Mpa,故水压实验安全.1.3.7.3外压水压实验釜体筒体外压校核:0=- C=8-2.8=5.2mm,L/D0=842/1110=0.759D0/e=1110/2.5=444由图查A=0.0006,B=81, 故许用外压P=BS0/D0=815.2/1116=0.38Mpa水压压力Pr=0.32Mpa,故在0.32Mpa外压水压实验时应可以不在釜体内充压,以防釜体筒体失稳.釜体底封头外压校核 因其允许外压P=0.501Mpa外压Pr=0.4Mpa,故安全. 计 算 结 果釜 体夹 套筒 体8 mm6 mm封 头8 mm6 mm二、进行搅拌传动系统设计2.1

12、.进行传动系统方案设计和作带传动设计计算此搅拌釜采用V带推进搅拌器，选用库存电机Y160M2-8，转速n1=720r/min,功率5.5KW,搅拌轴转速n2=200r/min,轴功率4.7KW，设计V带：步 骤设计项目单 位公式及数据1传动的额定功率PKW5.52小皮带轮转速n1r/min7203大皮带轮转速n2r/min2004工况系数KA1.35设计功率PdKWPd=KAP=1.35.5=7.15 取Pd=7.26选V带型号根据Pd和n1选取B型带7速比ii=n1/n2=720/200=3.68小皮带轮计算直径d1mm1409验算带速Vm/sV=d1n1/601000=5.310大皮带轮计

13、算直径d2mmd2=id1(1-)=50011初定中心距a0mm0.7(d1+d2)a012016单根V带额定功率P1KW1.6317i1时，单根V带额定功率增量p1KW0.2318包角修正系数Ka0.8819带长修正系数KL0.9820V带根数ZZ=Pd/( P1+p1)KaKL=7.2/(1.63+0.23)x0.931.13=4.49取Z=52.2 搅拌轴的设计由于搅拌轴的长度较大，考虑加工的方便，将搅拌轴设计成两部分2.2.1 进行上轴的结构设计及强度校核上轴材料选用常用材料45钢，结构如图4-17.由于上轴只要受转矩，故按转矩初估最小轴径，轴上开有一个键槽，轴径扩大并圆整后，取最小轴

14、径为40mm。步骤项目及代号参数及结果1轴功率P，Kw4.72轴转数n,r/min2003轴材料454轴所传递的转矩T=9550P/n，Nm224.45材料许用扭转切应力t,N/mm2357轴端直径d=365（P/nt）1/3328开一个键槽，轴径扩大5%，mm35.79圆整轴端直径d，mm4010长度l，mm5302.2.2 搅拌轴直径的设计 2.2.2.1 取用材料为45钢 ， 40，剪切弹性模量8.1104，许用单位扭转角1/m。 利用截面法得： M由 得：=搅拌轴为实心轴，则：= 30.39mm 取40mm2.2.2.2搅拌轴刚度的校核 由得： 因为最大单位扭转角max0.620 1

15、所以圆轴的刚度足够。2.2.3搅拌轴长度的设计搅拌轴的长度近似由釜外长度、釜内未浸入液体的长度、浸入液体的长度 三部分构成。即：=+其中=H+M+F-A（H-凸缘法兰的高度；M-安装底盖的高度；F-机架高度；A-机架H1）=40+50+550-372=268（）=+（釜体筒体的长度；封头深度；液体的装填高度）液体装填高度的确定：釜体筒体的装填高度式中操作容积（）；釜体封头容积（）；筒体的内径（）液体的总装填高度=750+25+275 =1050（）=900+2x（25+275）+2x40-1050 =530（） （40-甲型平焊法兰高度）浸入液体搅拌轴的长度的确定： 搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率

16、与其在釜体的位置和液柱高度有关。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：（见文献4215） 当时为最佳装填高度；当时，需要设置两层搅拌桨。 由于=1050=1100，本设计选用一个搅拌桨。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：S=2Hi/3=2x1050/3=700（）故浸入液体的长度：=700（）搅拌轴搅拌轴的长度为：=268+530+700=1498（）取=1500（）2.2.4 搅拌抽临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速=200不大于200，故不作临界转速校核计算。2.3 联轴器的型式及尺寸的设计 由联轴器的型式选用凸缘联轴节。标记为：GYH5 GB/T5843-2003，结构如图。2.4 轴承的型式

17、及尺寸的设计 根据搅拌轴的大小，选择带轮和联轴器的连接选用平键12x8x40；轴承选用7210C，90x50x20；2.5 拌桨尺寸的设计框式搅拌桨的结构如图5-2所示。由【3】839页表10-6和10-7确定不锈钢框式搅拌桨的尺寸见表5-3、零件明细表见表5-4。图5-2框式搅拌桨的结构1-桨叶；2-横梁；3-筋板；4-连接螺栓；5-螺母；6-穿轴螺栓；7-螺母表5-3 框式搅拌桨的尺寸（HG/T212391）螺栓螺钉数量数量60040M122M12116B重量 60 140311045-4.59不大于0.0252.6 反应釜的轴封装置设计2.6.1 反应釜的轴封装置的选型反应釜中应用的轴封

18、结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。考虑到釜内的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，因此选用填料密封。根据0.25、120、n=200r/min、d=40mm。选用R40 HG 21537-1992其结构如图6-4、主要尺寸如表62所示。2.6.2 轴封装置的结构及尺寸图6-4 填料密封结构表62 填料密封的主要尺寸（）轴径螺柱401751451103158-184xM16三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带短节的凸缘联轴器，且反应釜使用不带内置轴承的填料密封，故选用DJ型单支点机架（HG2156695）。代号为DJ55。结构如图所示。四.选择接管、管法兰、设备法兰及其他

19、构件4.1法兰及其他构件4.1.1 管法兰 蒸汽入口A、温度计接口D、压缩空气入口、冷却水出口G采用323.5无缝钢管，法兰PL25（B）-10，HG20592；加料口B采用766无缝钢管，法兰PL65（B）-10，HG20592；视镜采用108无缝钢管放料口采用453.5无缝钢管，法兰PL40（B）-10，HG20592-97；4.1.2 甲型平焊法兰 法兰-FM 1100-0.25 ；法兰-M 1100-0.254.1.3 凸缘法兰 法兰 R300 16Mn 4.1.4防冲板50x50x10材料Q235-A；挡板800x80x12材料Q235-A4.1.5法兰垫片选耐酸石棉板，=2mm。

20、4.2视镜的选型由于釜内介质压力较低（0.25）且考虑DN=1100，本设计选用两个=100的带颈视镜。其结构见图4-6。 由文献【5】 4-159页表4-5-7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0.25，100标准图号：HG21575-11994。图4-6 视镜的结构型式表4-7 视镜的尺寸视镜玻璃双头螺柱数量直径长度10018015028285013317084133表4-8 视镜的材料件号名称数量材料件号名称数量材料1视镜玻璃1硼硅玻璃(SJ-6)4压紧环1Q235-A2衬 垫2石棉橡胶板5双头螺柱8Q235-A3接 缘11Cr18Ni9Ti6螺母16Q235-

21、A五.选择安装底盖结构对于不锈钢设备，本设计选择DN300 HG21565-1995，其上部与机架的输出端接口和轴封装置采用可拆相联，下部伸入釜内，结构如图所示。六、选择支座形式并进行计算6.1确定耳式支座实际承受载荷QQ=m0g+Ge/kn+Gee/n 10m0为设备总质量(包括客体及其附件,内部介质及保温的质量)Q1为釜体和夹套筒体总重载荷，查附表4-1，有：Dg=1100mm, =8mm 的1米高筒节的质量q1=219kg,Dg=1200mm, =6mm 的1米高筒节的质量q2=178kg,故Q1=H1q1+H2q2=0.9x219+0.75x178=330.6Kg，Q2为釜体和夹套封头

22、重载荷，查附表4-3 Dg=1100mm, =8mm 的封头的质量89.2kg，Dg=1200mm, =6mm 的封头的质量78.6kg,Q2=89.22+78.6=257kg.Q3为料液重载荷，按水压试验时充满水计，r=1000kg/m3,现以夹套尺寸估计。由附表4-3，有：Dg=1100mm的封头容积V封=0.1980m常1米筒节的容积V1米=0.950 m常故Q3=Vr=(2V封+0.75V1)=（0.198+0.750.950）1000=910.5kg。Q4为其它附件重量757.814Kg。m=330.6+257+910.5+757.814=2255.9kg6.2 确定支座的型号及数量

23、6.2.1初定支座的型号及数量并算出安装尺寸D容器总重量约2255.9kg，选B3型支座本体允许载荷Q=30KN四个。 6.2.2确定水平力P因为容器置于室内，不考虑风载，所以只计算水平地震力Pe，根据抗震8度取0=0.08，于是Pe =0.081.002255.99.8=1768.6N(h取180mm)则：M=Q(l2-s1)=13.73x（0.205-0.05）=1.183KNm 当e=6-2.6=3.4mm,DN=1200mm,筒体内压P=0.25Mpa,材料Q235-A采用B3型耳式支座时，M=4KNm2.13 KNm,所以容器选用B3型耳式支座是没问题的。七.焊缝结构的设计7.1 釜

24、体上主要焊缝结构的设计()筒体的纵向焊缝 （b）筒体与下封头的环向焊缝 （c）固体物料进口与封头的焊缝 （d）进料管与封头的焊缝（e）冷却器接管与封头的焊缝 （f）温度计接管与封头的焊缝（h）出料口接管与封头的焊缝 图7-1 釜体主要焊缝的结构及尺寸7.2夹套上的焊缝结构的设计夹套上的焊缝结构及尺寸如图7-2。（a）夹套的纵向焊缝 （b）夹套与封头的横向焊缝（c）导热油进口接管与筒体的焊缝 （e）导热油出口接管与筒体的焊缝（f）釜体与夹套的焊缝图7-2 夹套主要焊缝的结构及尺寸八、手孔选择与补强校核手孔选择带颈平焊法兰手孔，其公称直径DN=150mm,S=4.5mm.开孔补强校核：由文献表14

25、-24知此手孔超出不另行补强的最大孔径范围，故必须进行补强计算：开孔直径d=150+24.5=159mm开孔削弱面积F=dS0=DPK1Di/2=(1590.180.91100)/21130.85=147.5mm2有效补强区尺寸：h1=d(S-c)= 159(4.5-2.6)=16.9mm,B=2d=2159=318mm在有效补强区内，可作为补强金属截面面积计算：A=（B-d）(n-c)-s6=(318-159) 0.85 (8-2.6)-4.14=170.3mm2因为A1F故另需加补强圈进行补强，补强的截面面积为A2=170.3-147.5=22.8mm2确定补强圈的外径及厚度：补强圈的外径

26、：B=2d=2159=318 mm补强圈的厚度: =(F-A1)/B-d+2(S-C)=22.8/159-2(4.5-2.6)=0.15mm考虑其腐蚀裕量为2mm，故加强圈的厚度为3mm可以满足。小结在为期一周的设计里（6月13号开始到6月19号结束），我对机械设计有了初步的认识，它并不是简单的画图。课程设计不同于书本理论知识的学习，有些问题是实际过程中的，无法用理论知识得到答案，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，查阅互联网以及在张老师的指导帮助下，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浅薄，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

27、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。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。 参考文献1陈国恒主编，化工机械基础。北京： 化学工业出版社20062蔡继宁主编，化工设备机械基础课程设计指导书。化学工业出版社20113赵军等主编，化工设备机械基础 。北京：化学工业出版社。 4周开勤主编，机械零件设计手册第五版。北京：高等教育出版社2011.5哈工大龚桂义主编，机械设计课程设计图册。 北京：高等教育出版社1989.6 朱家诚主编，机械设计基础。合肥工业大学出版社2003.7HG/T20569-94机械搅拌设备。