夹套反应釜设计(20页).doc

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1、-夹套反应釜设计-第 21 页夹套反应釜设计化学化工学院 王信锐 化工112班 指导老师：陈胜洲目录一、夹套反应釜设计任务书4二、夹套反应釜设计51、夹套反应釜的总体结构设计52、罐体和夹套的设计5、罐体和夹套的结构设计5、罐体几何尺寸的计算5、确定筒体内径5 定封头尺寸6 定筒体高度H16夹套的几何尺寸计算6夹套反应釜的强度计算7强度计算的原则及依据7按内压对筒体和封头进行强度计算7按外压对筒体和封头进行强度校核8水压实验校核计算8夹套反应釜设计计算数据一览表9几何尺寸9强度计算（按内压计算厚度）9稳定性校核（按外压校核厚度）10水压实验校核103、反应釜的搅拌装置10、搅拌器的安装方式及其

2、与轴连接的结构设计12、搅拌轴设计12、轴的强度一览134、反应釜的传动装置13、常用电机及其连接尺寸13、釜用减速器类型、标准及选用14、V带减速机14、凸缘法兰16、安装底盘16、机架16、无支点机架17、单支点机架17、双支点机架175、反应釜的轴封装置17、填料密封18、机械密封186、反应釜其他附件19支座19、手孔和入孔20、设备接口20、接管与管法兰20、补强圈21、液体出料口21、过夹套的物料进出口21、试镜21三、附录：夹套反应釜装配图一、夹套反应釜设计任务书简图与说明比例设计参数及要求名称釜内夹套内工作压力，Mpa设计压力，Mpa工作温度，设计温度，1109 满足要求。当筒

3、体与上封头用法兰连接时，常采用甲型平焊法兰连接，这是压力容器法兰中的一种，甲型平焊法兰密封面结构常用平密封面和凹凸密封面两种。强度计算的原则及依据强度计算应考虑以下几种情况。（1）圆筒内为常压外带夹套时：当圆筒的公称直径DN600mm时，被夹套包围部分的筒体按外压（夹套压力）圆筒设计，其余部分按常压设计；（2）圆筒内为真空外带夹套：当圆筒的公称直径DN600mm时，被夹套包围部分的筒体按外压（夹套压力+0.1MPa）圆筒设计，其余部分按真空设计；当圆筒的公称直径DN600mm时，全部筒体按外压（夹套压力+0.1MPa）圆筒设计；（3）圆筒内为正压外带夹套时：当圆筒的公称直径DN600mm时，被

4、夹套包围部分的筒体分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值；其余部分按内压圆筒设计。当圆筒的公称直径DN600mm时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。按内压对筒体和封头进行强度计算液柱静压力p1H=10-6gh=MPa计算压力p1c= p1+ p1HMPa计算压力p2c= p2MPa罐体筒体计算厚度夹套筒体计算厚罐体封头设计厚夹套封头计算厚度罐体筒体设计厚度1c=1+C=5mm夹套筒体设计厚度2c=2+C=5mm罐体封头设计厚度/1c=/1+C=5mm夹套封头设计厚度/2c=/2+C=5mm按外压对筒体和封头进行强度校核罐体筒体有效厚度1e=1n-C=罐体筒体外径D1O=D1

5、+21n=1520mm筒体计算长度L=H2+1/3h1+h2=1550mm系数L/D1O=系数D1O/1e=48 系数68许用外压力罐体封头有效厚度/1e=/1n-Cmm 罐体封头外径D/1O=D/1+2/1n=1620mm标准椭圆封头当量球壳外半径R/1O/1O=1458mm系数系数B=83许用外压力水压实验校核计算罐体实验压力夹套水压实验压力罐体圆筒应力夹套内压实验应力几何尺寸表3步骤项目及代号参数及结果备 注1-11-21-31-41-51-61-71-81-91-101-111-121-131-141-151-161-171-181-191-20全容积V，m3操作面积V1,m3传热面积

6、F,釜体形式封头形式长径比初算筒体内径圆整筒体内径D1,一米高的容积V1m,m3釜体封头容积V1封,m3釜体高度H1=(VV1封)/V1m,m圆整釜体高度H1,mm实际容积V=V1mH1+V1封,m3夹套筒体内径D2,mm装料系数=V操/V或按夹套筒体高度H2(VV1封)/V1m,m圆整夹套筒体高度H2,mm罐体封头表面积F1封,m2一米高筒体内表面积F1m,m2实际总传热面积F=F1mH2+F1封，m2429圆筒形椭圆形15002000160014009.15089由工艺条件决定由工艺条件决定由工艺条件决定常用结构常用结构按表1选取按式1选取按附表1选取按附表1选取按附表2选取按式2计算选取

7、按式3计算按表2选取计算按式4计算选取按附表2选取按附表1选取按式5校核强度计算（按内压计算厚度）步骤项目及代号参数及结果备 注2-12-22-32-42-52-62-72-82-92-102-112-122-132-142-152-162-172-182-192-202-212-222-232-242-252-26设备材料设计压力（罐体内）p1,MPa设计压力（夹套内）p2,MPa设计温度（罐体内）t1,设计温度（夹套内）t2,液柱静压力p1H=10-6gh,MPa计算压力p1c=p1+p1h,MPa液柱静压力p2H,MPa计算压力p2c=p2罐体及夹套焊接接头系数设计温度下材料许用应力t,

8、MPa罐体筒体计算厚度夹套筒体计算厚罐体封头计算厚度夹套封头计算厚度钢板厚度负偏差C1,mm腐蚀裕量C2,mm厚度附加量C=C1+C2罐体筒体设计厚度1c=1+C1,mm夹套筒体设计厚度2c=2+C1,mm罐体封头设计厚度/1c=/1+C1,mm夹套封头设计厚度/2c=/2+C1,mm夹套、罐体筒体和罐体、夹套封头名义厚度夹套筒体名义厚度2n,mm罐体封头名义厚度/1n,mm夹套封头名义厚度/2n,mmQ235-B110200r/min的，还要进行临界转速的校核。（1）、搅拌轴的材料：常用45号钢，强度要求不高的可用Q235-A。（2）、搅拌轴的设计：常用实心或空心实轴（3）、搅拌轴强度校核（

9、4）、搅拌轴的形位公差和表面粗糙要求：一般搅拌轴要求运转平稳，为防轴的弯曲对轴封处的不利影响，因此轴安装和加工要控制轴的直度。当转速n100r/min时直线度允差1000：0.15，当转速n=1001000r/min时，直线允度差1000：0.1.（5）、搅拌轴的支轴：一般搅拌轴可依靠减速器内的一对承轴支承。（6）、搅拌轴的临界转速校核计算 当轴上装有单层且经过很好平衡的搅拌器时，其一阶临界转速为：式中： E轴材料弹性模量，Mpa; I轴的惯性距，I=1/64()，； d轴径，m； B两支点间距离，m； 轴和搅拌器的等效重量载荷，N；、各层搅拌器重，N； 外伸端轴重量载荷，N；、各层搅拌器外伸

10、端长度，m。3.3、轴的强度一览步骤项目及代号参数及结果备注1轴功率P，kW2确定2轴转数n，r/min65确定3轴材料45常用4轴所传递的扭轴化工设备机械基础P2465材料许用扭转剪应力，Mpa35化工设备机械基础P2466系数A0112化工设备机械基础P2467轴端直径，mm30化工设备机械基础P2438开一个键槽，轴径扩大5%，mm化工设备机械基础P2459圆整轴端直径d，mm32圆整选取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的上部。反应釜传动装置的设计内容一般包括：电机、减速机的选型；选择联轴器；选用和设计机架和底座等。4.1、常用电机及其连接

11、尺寸搅拌设备选用电动机的问题，主要是确定系列、功率、转速以及安装型式好防爆要求等几项内容。电机功率必须满足搅拌器运转功率与传动系统、轴封系统功率损失的要求。 电机功率可按下式确定：式中 电机功率，kW； 搅拌器功率，kW； 轴封系统的摩擦损失，kW； 传动系统的机械效率类型传动型式效率圆柱齿轮传动开式传动、铸齿（考虑轴承损失）4.2、釜用减速器类型、标准及选用反应釜用V带传动减速机；见下表标准减速机的功率、转速范围、类型代号及特性参数序号标准号减速机类型转速范围r/min电机功率范围kW类型代号特性参数1HG 5-747-78V带传动减速机32050006505P三角皮带型号及根数釜用立式减速

12、机的基本特性特性三角皮带减速机减速比范围输出轴转速范围，r/min功率范围，kW效率320500主要特点本级为单级三角皮带传动的减速装置，结构简单，过载时会产生打滑现象，因此能起到安全保护作用，但由于皮带滑动不能保持精确的传动比特性参数三角皮带型号及根数应用条件允许正反旋转，本系列采用夹壳联轴节（HG5-213-65）与搅拌轴联接，搅拌器和轴的重量均由本机轴承承受，本机不能用于有防爆要求的场合标定符号P三角皮带类型、三角皮带根数顺序号标准图号HG-5747-784.3、V带减速机V带减速机的特点是：结构简单，制造方便，价格低廉，能防过载，噪声小，但不适用于防爆场合。搅拌釜采用V带传动，选用Y1

13、32S-8电机，额定功率P=2.2kW，转速n1=213r/min，搅拌轴转速n2=65r/min，设计V带。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kW2.2（8极电机Y132S-8）已知电机功率2小皮带轮转速n1r/min710已知电机转速3大皮带轮转速n2r/min65已知搅拌机转速4工况系数KA化工设备机械基础P1965设计功率PdkW计算6选V带型号根据Pd和n1选取A型带化工设备机械基础P1957速比i计算8小皮带轮计算直径d1mm75化工设备机械基础P1959验算带速vm/s=2530m/s=5m/s10小皮带轮计算直径d1mm140化工设备机械基

14、础P19611验算带速vm/s=2530m/s=5m/s12滑动率选取13大皮带轮计算直径d2mm圆整，取d2=560计算后参考化工设备机械基础P196圆整14初定中心距a0mm取a0=1000可根据结构要求定15带的基准长度Ldomm圆整，取Ldo=3150计算后参考化工设备机械基础P194圆整16确定中心距a确定安装V带时所需最小中心距amin和最大中心距amaxmm17小皮带轮包角（）18单根V带额定功率P1kW化工设备机械基础P19819I1时，单根V带额定功率增量P1kW化工设备机械基础P19820包角修正系数Ka化工设备机械基础P19721带长修正系数Kl化工设备机械基础P1972

15、2V带根数Z取Z=2计算后圆整4.4、凸缘法兰凸缘法兰一般焊接于搅拌容器封头上，用于连接搅拌传动装置，亦可兼作安装、维修、检查用孔。凸缘法兰分整体和衬里两种结构形式，密封面分突面（R）和凹面（M）两种。本设计选用的凸缘法兰的尺寸如下表。公称直径DNk螺栓质量KgR型M型数量螺纹4004105655154304554285716M24264346481446254.5、安装底盘安装底盘采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌装置与容器连接的主要连接件。安装底盘的常用形式为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HG

16、 21565-95选取。安装底盘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）。安装底盘的主要尺寸如下表：安装底盘的主要尺寸安装底盖公称直径DN机架公称直径kS400250565515162629035012-M20504.6、机架机架是安放减速机用的，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。标准机架有三种。4.6.1、无支点机架无支点机架的选用条件：（1）、电动机或减速机具备两个支点，并经核算确认轴承能承受由搅拌轴传递而带来的径向和轴向载荷者；（2）、电动机或减速机有一个支点，但釜内设有底轴承、中间轴

17、承或轴封本体设有可以作为支点的轴承，上下组成一对轴支撑者。无支点机架一般仅使用于传递小功率和小的轴向载荷条件。减速器输出轴联轴器形式为夹壳式联轴器或刚性凸缘联轴器。4.6.2、单支点机架单支点机架的选用条件：（1）、电动机或减速机有一个支点，经核算可承受搅拌轴的载荷；（2）、搅拌容器内设置底轴承，作为一个支点；（3）、轴封本体设有可以作为支点的轴承；（4）、在搅拌容器内、轴中部设有导向轴承，可以作为一个支点者。当按上述条件选用单支点机架时，减速器输出轴与搅拌器之间采用弹性联轴器连接；当不具备上述条件而选用单支点机架时，减速器输出轴与搅拌器之间采用刚性联轴器连接。4.6.3、双支点机架在不宜采用

18、单支点机架或无支点机架时，可选用双支点机架，但减速器输出轴与搅拌器之间必须采用弹性联轴器连接。综上所述，本设计所选用的是单支点机架，其主要尺寸如下表：DJ型单支点机架主要尺寸机架代号输入端接口输出端接口DJ9051925407840045049012-M1643051055530机架代号H质量，kgDJ3511331524354245501416600340785、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；而且搅拌设备由于反应工况

19、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。5.1、填料密封填料密封是搅拌设备最早采用的一种轴封结构。它的基本结构是由填料、填料箱、压盖、压紧螺栓及油杯等组成。因其结构简单、易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用。一般用于常压、低压、低转速及允许定期维护的搅拌设备。当采用填料密封时，应优先选用标准填料箱。标准填料箱中，HG 21537.7 92 为不锈钢填料箱。填料箱密封的选用还应注意以下几个方面：（1）、当填料箱的结构和填料的材料选择合理，并有良好的润滑和冷却条件时，可用于较高的工作压力、温度和转速条件下；（2）、当填料无冷却、润滑时，转轴线速度不应超过1

20、m/s；（3）、当搅拌容器内介质温度大于200时，应对填料密封进行有效冷却；（4）、当从填料箱油杯中压注密封润滑液时，润滑液压力一般应略高于被密封介质的压力，以防止容器内的介质泄漏；采用密封润滑液时，润滑液流入容器内对工艺性能有影响时，应在填料箱下端设置储油杯；（5）、填料箱一般可不设支承套，应将搅拌轴的支撑设置在机架上。5.2、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。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有压和真空设备。当搅拌设备采用机械密封时，在下列情况下，应采用必要的措施，以便保证密封使用的性能，提高使用寿命。（1）、当密封腔介质温

21、度超过80时，对单端面和双端面机械密封，都应采用冷却措施；（2）、为防止密封面干摩擦，对单端面机械密封，应采用润滑措施；（3）、当采用双端面机械密封时，应采用密封液系统，向密封端面提供密封液，用于冷却、润滑密封面；（4）、必要时，应对润滑液、密封液进行过滤；（5）、当采用润滑及密封液系统时，需考虑一旦润滑液、密封液漏入搅拌容器内，应不会影响容器内物料的工艺性能，不会使物料变质，必要时应采用缓冲液杯和漏液收集器等防污染措施。反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常采用的有填料密封和机械密封两种形式，它们都有标准，本设计选用的是填料密封，选用标准碳钢填料箱，其主要尺寸如下：标准填料箱主要尺寸轴径dH法

22、兰螺栓孔填料规格质量，kgn301751451101471674186、反应釜其他附件夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。标准耳式支座（JB/T472592）分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上时选B，否则选A型。本设计选A型。其主要尺寸见下表：耳式支座主要尺寸允许载 荷Q，kN适用容器公称直径DN高度H底板垫板l1b11s1l3b33e60100020002502001401470315250840允许载 荷Q，kN支座号A型筋板地脚螺栓支座重量kgl2b22dM604160160830M24每台反应釜常用4和支座，但承重计算时，考虑安装误差造成的受力情况变坏，应

23、按两个支座计算。耳式支座实际承受载荷近似计算：式中 Q支座实际承受的载荷，kN； D支座安装尺寸，mm； g重心加速度，取g=/s2； Ge偏心载荷，N； h水平力作用点至底板高度，mm； k不均匀系数，安装3个支座时，取k=1，安装3个以上支座时，取k=0.83； m0设备总质量（包括壳体及及其附件，内部介质及保温层的质量），kg； n制作数量； Se偏心距，mm。 p水平力，取pe和pw的最大值，N。当容器高径比不大于5，且总高度H0不大于10m时，pe和pw可按下式计算，超出此范围的容器不推荐使用耳座。 水平地震力pe：式中 e地震系数，对7，8，9度地震分别取0.23，0.45，0.9

24、0.水平风载荷pw式中 D0容积外径，有保温层时取保温层外径，mm； fi风压高度变化系数，按设备质心所处高度取 H0容器总高度，mm； q010m高度处的基本风压值，N/m2.所以P=小于允许载荷，所以支座符合要求。6.2、手孔和入孔手孔和入孔的设置是为了安装、拆卸、清洁和检修设备内部的装置。手孔直径一般为150250mm，应使工人戴上手套并握有工具的收能方便的通过。手孔和入孔的种类较多，且大部分有标准。本设计采用手孔，为带颈平焊法兰手孔，其主要尺寸如下表：带颈平焊法兰手孔的主要尺寸密封面形式公称压力PN MPa公称直径DNDb螺柱螺母螺柱总质量kg数量直径长度突面（RF型）15028524

25、0222124160908166.3、设备接口化工容器及设备，往往由于工艺操作等原因，在筒体和封头上需要开一些各种用途的孔。、接管与管法兰接管和管法兰是用来与管道或其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是公称通径（DN）和公称压力（PN）。管子的公称通径与钢管的外径的关系如下表：公称直径与钢管外径公称直径DN钢管外径10141518202525324045505765768089100108125133公称直径DN钢管外径150150200219250273300325350377400426450480500530600630、补强圈容器开孔后由于壳体材料的削弱，出现开孔应力集中现象。因此，要

26、考虑补强。补强圈就是用来弥补设备壳体因开孔过大而造成的强度损失的一种最常用形式。补强圈形式应与被补强部分相符，使之与设备壳体密切贴合，焊接后能与壳体同时受力。补强圈上有一小螺纹孔（M10），焊后通入压缩空气，以检查焊缝的气密性。补强圈的厚度和材料一般均与设备壳体相同。、液体出料口出料口结构设计主要从物料易放尽、阻力小和不易堵塞等因素考虑。另外还要考虑温差应力的影响。主要结构尺寸如下表：出料管尺寸管径公称直径DN255010075+DN100+DN160+DN、过夹套的物料进出口穿过夹套的物料进出口6.4、试镜试镜主要用来观察设备内物料及其反应情况，也可作为料面指示镜，一般成对使用，当试镜需要斜

27、装或设备直径较小时，采用带颈试镜。本设计采用带灯有颈试镜，其主要尺寸如下表：带灯有颈试镜主要尺寸公称直径DNmm公称压力PNMPaDhHnd试镜重总质量，kg防腐性防爆性防腐性防爆性1001801501084842042648M12接管表数据一览编号名称公称管径Dg（mm）a出料口40b冷凝液出口25c蒸汽出口25d温度计管口70e手孔150f视镜80g进料口50h备用口50参考文献：1、蔡纪宁、张秋翔编化工设备机械基础课程设计指导书 化学工业出版社2、赵军、张有忱、段成红编化工设备机械基础 化学工业出版社3、潘永亮编化工设备机械设计基础 科学出版社4、贺匡国编化工容器及设备简明设计手册 化工工业出版社