化工设备机械基础课程设计.doc
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1、 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
2、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-13 6.1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-137. 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-199. 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1.1.1 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
3、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V1m =0.950 m3,按式(4-2):H1=(V-V封)/V1m =(0.950-
4、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=(0.851.053-0.198)/0.95=0.734 m取H2=750mm。选取直边
5、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=0.007MPa,取P1H=0.01MPa计算压力P1c=P1+P1H=0.18+0
6、.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,取钢板负偏差C1=0.5mm,则d1+C1=3.34,考虑到最小厚度为3mm,取名义厚度n=5
7、mm1.3.4 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
8、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=842/1110=0.759 系数D0/e=1110/2.5=444由参考资料图9-7,查得
9、 :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=8-2.8=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=
10、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
11、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.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Y1
12、60M2-8,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大皮带轮计算直径d2mmd2=id1(1-)=50011初定中心距a0mm0.7(d1+d2)
13、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/min2
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