反应釜课程设计说明书.doc
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1、 摘 要夹套反应釜分罐体和夹套两部分,主要有封头和筒体组成,多为中、低压压力容器;搅拌装置有搅拌器和搅拌轴组成,其形式通常由工艺而定;传动装置是为带动搅拌装置设置的,主要有电动机、减速器、联轴器和传动轴等组成;轴封装置为动密封,一般采用机械密封或填料密封;它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起,构成完整的夹套反应釜。 本课程设计题目是夹套反应釜,该设备是由筒体、夹套、搅拌轴、减速器和电动机等组成。本设计详细的论证了筒体直径、筒体厚度、筒体的高度设计,材料的选择以及强度、稳定性校核。本设计还涉及到夹套的选择,夹套厚度的计算;从多个角度分成十章分别对釜体厚度、釜体封头以及电机的选择,机架的设计,以及
2、对应的凸缘、联轴器的选择方面做了详细的介绍。本设计中还对法兰、管法兰的选取做了详尽的介绍。本设计选用的是皮带传动,设计中对皮带的选择做了详尽的介绍。设计中参数选取恰到好处,不仅满足了设备的设计要求,而且使设备的操作弹性变大,运行质量得到了保证。 关键词:夹套反应釜;搅拌轴;夹套;封头;皮带轮;联轴器;法兰压力容器;设计10 目 录第一章 反应釜设计的有关内容3第二章 罐体几何尺寸计算42.1 确定筒体内径42.2 确定封头尺寸42.3 确定筒体高度42.4 夹套的几何尺寸计算52.5 夹套反应釜的强度计算62.5.1 强度计算的原则及依据62.5.2 内筒及夹套的受力分析62.5.3 计算内筒
3、筒体厚度72.5.4 确定内筒封头厚度82.5.5 带折边锥形封头壁厚的设计8第三章 反应釜釜体及夹套的压力试验93.1 釜体的水压试验93.1.1 水压试验压力的确定93.1.2 水压试验的强度校核93.1.3 压力表的量程、水温及水中浓度的要求93.2 夹套的水压试验93.2.1 水压试验压力的确定93.2.2 水压试验的强度校核93.2.3 压力表的量程、水温及水中浓度的要求10第四章 反应釜的搅拌装置114.1 桨式搅拌器的选取和安装114.2 搅拌轴设计114.2.1 搅拌轴的支承条件114.2.2 功率124.2.3 搅拌轴强度校核124.2.4 搅拌抽临界转速校核计算124.3
4、联轴器的型式及尺寸的设计12第五章 反应釜的传动装置与轴封装置145.1 常用电机及其连接尺寸145.2 减速器的选型155.2.1 减速器的选型155.2.2 减速机的外形安装尺寸155.3 机架的设计165.4 反应釜的轴封装置设计17第六章 反应釜其他附件196.1 支座196.2 手孔和人孔206.3 设备接口216.3.1 接管与管法兰216.3.2 补强圈216.3.3 液体出料管和过夹套的物料进出口226.3.4 固体物料进口的设计226.4 视镜23第七章 焊缝结构的设计257.1 釜体上的主要焊缝结构257.2 夹套上的焊缝结构的设计26鸣谢27参考文献28绪论反应釜的广义理
5、解即有物理或化学反应的容器,通过对容器的结构设计与参数配置,实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。根据搅拌过程的目的与搅拌器造成的流动状态判断该过程所适用的浆型,这是一种比较合用的方法。反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品,用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器,例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等;材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基(哈氏、蒙乃尔、因康镍)合金及其它复合材料。反应釜是化工行业不可缺少的防腐设备,在使用中机械碰撞、温度急变等因素经常引起脱瓷、裂纹、气泡、气孔和面釉的其他损伤,这些缺陷在搪瓷设备中是决不允许的, 一旦发生这种
6、现象,必须进行修补。一个搪瓷釜价值几万元,由于局部爆瓷而报废十分可惜。应采用高分子复合材料搪瓷修补剂修复搪瓷釜,搪瓷现场修补剂是由高分子聚合物、合金钢粉末或耐磨陶瓷粉末为基材并配以固化剂的双组份复合材料。与普通树脂型的修补剂相比,高分子复合材料依靠自身更为细密的高分子结构,使得材料自身具有更强的粘接力和优异的耐腐蚀、抗腐蚀性能,高分子甚至能够渗透到金属里面,形成更为紧密的高分子复合材料保护层。反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等,搅拌装置在高径比较大时,可用多层搅拌桨叶,也可根据用户的要求任意选配。并在釜壁外设置夹套
7、或在器内设置换热面,也可通过外循环进行换热。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外(内)盘管加热等,冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却,搅拌桨叶的形式等。支承座有支承式或耳式支座等。转速超过160转以上宜使用齿轮减速机.开孔数量、规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。1 反应釜设计的有关内容 设计条件及设计内容分析 由设计条件单可知,设计的反应釜体积为1.25、操作体积为3.5;搅拌装置配制的电机功率为0.55、搅拌轴的转速为80、搅拌桨的形式为桨式;加热的方式为用夹套内的水进行电加热;装置上设有7个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、8个电加热器套管、1个固体物料进口、2
8、个测控接管。反应釜设计的内容主要有:(1)根据工艺参数计算确定设计方案;(2)釜体直径设计;(3)筒体与封头设计;(5)夹套设计;(6)密封装置设计;(7)传热设计及校核;(8)搅拌轴、搅拌器及传动装置设计与选择;(9)悬挂式支座设计;(10)其他附件设计;(11)焊接方案的选择及设计; 2 罐体几何尺寸计算2.1 确定筒体内径 一般由工艺条件给定容积V、筒体内径按照式(2.1)估算 (2.1)式中 V-工艺条件给定容积,m; i-长径比,i=(按物料的类型选取,见附表2.1)。表2.1 不同釜内物料类型长径比种类釜内物料类型H1/Di一般反应釜液-固相或液液相物料11.3气液相物料12 由表
9、1.1可取i=H/Di=1 =1.77m 圆整得,2.2 确定封头尺寸 椭圆封头选取标准件,它的内径与筒体内径相同查表,得:, 2.3 确定筒体高度 反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度按照式(2.2)计算并进行圆整。 (2.2)式中 -封头容积,m;-1米高筒体容积,m/m。 查表,得:, =圆整得,2.4 夹套的几何尺寸计算夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构。夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面要求而定。夹套的内径可根据筒体内径选取。表2.2夹套内径与筒体内径关系Dj/mm500600700180020003000Dj/mmDi +50Di +100Di +200夹套
10、下封头型式同罐体封头,其直径与夹套筒体相同。夹套高友传热面积决定,不能低于料液高。 填料系数取0.80。夹套高按式(2.3)估算 (2.3) 取=1500mm传热面积计算 夹套所包围的罐体表面积一定要大于工艺要求的传热面积。 (2.4)查表,得:, 2.5 夹套反应釜的强度计算2.5.1 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 当圆筒公称直径DN600mm时,被夹套包围部分的筒体按外压(指夹套压力)圆筒设计,其余部分按常压设计;(2)圆筒内为真空外带夹套时 当圆筒公称直径DN600mm时,被夹套包围部分的筒体按外压(指夹套压力+0.1MPa)圆筒设计,其
11、余部分按真空设计; 当圆筒公称直径DN600mm时,全部筒体按外压(指夹套压力+0.1MPa)圆筒设计;(3)圆筒内为正压外带夹套时 当圆筒公称直径DN600mm时,被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。2.5.2 内筒及夹套的受力分析 工艺提供的条件为:釜体内筒中工作压力为0.2MPa,夹套内工作压力0.3MPa。则夹套筒体和夹套封头为承受0.3MPa内压;而内筒的筒体和下封头为既承受0.2MPa内压,同时又承受0.3MPa外压,其最恶劣的工作条件为:停止操作时,
12、内筒无压而夹套内仍有蒸汽压力,此时内筒承受0.3MPa外压。2.5.3 计算夹套筒体、封头厚度 夹套筒体与内筒的环焊缝,因无法探伤检查,故查取,从安全计夹套上所有焊缝均取,封头采用由钢板拼制的标准椭圆形封头,材料均为A3钢。夹套厚度计算如下: 夹套封头厚度计算如下:圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准,夹套筒体与封头厚度均取为。2.5.3 计算内筒筒体厚度 内筒所有焊缝均取, 承受0.2MPa内压时筒体厚度 承受0.3MPa外压时筒体厚度 为简化起见,首先假设,则 由于夹套顶部距容器法兰实际定位150mm,因此内筒体承受外压部分的高度为H-150mm。并以此决定及之值。 因此; 由图查得A=0.0
13、003,再查图,得B=150,则许用压力可计算如下 所以,当名义厚度为8mm时,能满足稳定要求。 由于筒体既可能承受内压,又可能承受外压。因此筒体壁厚应选取二者中之大值,即确定筒体厚度为8mm。2.5.4 确定内筒封头厚度 承受0.2MPa内压 承受0.3MPa外压 设,则,而 查图得B=90,则 满足稳定要求2.5.5 带折边锥形封头壁厚的设计 考虑到封头的大端与夹套筒体对焊,小端与釜体筒体角焊,因此取封头的壁厚与夹套筒体的壁厚一致,即。结构如图2.1图2.13 反应釜釜体及夹套的压力试验3.1 釜体的水压试验3.1.1 水压试验压力的确定 水压试验的压力: (3.1) 3.1.2 水压试验
14、的强度校核 水压试验的应力: (3.2) 液压强度足够。3.1.3 压力表的量程、水温及水中浓度的要求 压力表的最大量程: =2=20.275=0.55水温15 水中浓度253.2 夹套的水压试验3.2.1 水压试验压力的确定 水压试验的压力: (3.3) 3.2.2 水压试验的强度校核 水压试验的应力: (3.4) 液压强度足够3.2.3 压力表的量程、水温及水中浓度的要求 压力表的最大量程: =2=20.4125=0.825水温15 水中浓度254 反应釜的搅拌装置 在反应釜中,为增加反应速率、强化传质或传热效果以及加强混合等作用,常装设搅拌装置。搅拌装置由搅拌器、轴及其支承组成。搅拌器的
15、型式主要有:桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式等。设计任务书要求的为桨式。4.1 桨式搅拌器的选取和安装 桨式搅拌器结构比较简单,桨叶一般以扁钢制造,材料可以采用碳钢、合金钢、或有色金属,或碳钢外包橡胶环氧树脂、酚醛玻璃布等。桨叶有平直叶和折叶两种。平直叶叶面与旋转方向垂直,而折叶式则是桨叶与旋转方向成一倾斜角,一般为60。桨式搅拌器运转速度较慢,一般为2080r/min,v4m/s。根据任务书给予的工艺条件,选取一层桨叶。 一层桨叶安装位置为安装在下封头焊缝线高度上。桨式搅拌器直径D约取反应釜内径的1/32/3,不宜过大。根据条件,选取4.2 搅拌轴设计 搅拌轴的机械设计内容同一般传
16、动轴。主要是结构设计(包括轴的支承结构)和强度校核,对于转速n200r/min的,还要进行临界转速的校核。(1)搅拌轴的材料:用45号钢(2)搅拌轴的结构:常用实心或空心直轴,其结构形式根据轴上安装的搅拌器类型、支承的结构和数量、以及和联轴器的连接要求而定,还要考虑腐蚀等因素的影响。介质为盐类无腐蚀性。轴上安装一层搅拌器。搅拌器的轴头需车削台肩,开键槽,轴端还要车螺纹。4.2.1 搅拌轴的支承条件 保持搅拌轴悬臂稳定性的允许长度,在一般工作条件下,根据经验数据,推荐以下两个稳定条件的关系式,以供参考。45 (4.1)4050 (4.2)取=2325mm4.2.2 功率 先计算雷诺数Re 液体黏
17、度=0.38pas密度=1200kg/m3轴转速n=80r/min1.33r/sd=0.7m (4.3)代入式(4.3),得: 由教材362页查功率曲线,得计算功率W4.2.3 搅拌轴强度校核 选择搅拌轴的材料为45钢,查表知45钢的许用轴向应力=30-40Mpa,计算系数A=107118,则搅拌轴直径为: (4.4) 考虑到键槽对轴的削弱和物料对轴的腐蚀,可取轴的直径d=35mm。4.2.4 搅拌抽临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速=80200,故不作临界转速校核计算。4.3 联轴器的型式及尺寸的设计 由于联轴节轴孔直径=40mm,因此搅拌轴的直径调整至50mm。查表,选择立式夹壳联轴
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