反应釜设计范例

反应釜设计范例

1前言 前言 《化工设备机械基础》化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化下设备的机械知识和设计能力的要求而编写的。通过此课程的学习，是通过学习使同学掌握基本的设计理论并具有设计钢制的、典型的中、低、常压化工容器的设计和必要的机械基础知识。 化工设备机械基础课程设计是《化工设备机械基础》课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试化工机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。 化工设备课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学环节。在教师指导下，通过裸程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。因此，当学生首次完成该课程设计后，应达到一下几个目的： ⑴ 熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。 ⑵ 在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。 ⑶ 准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。 ⑷ 用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。 化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。 2目录 目录 1.反应釜釜体的设计----------------------------------------------------------------------------1 1.1釜体 、 的确定---------------------------------------------------------------1 1.2釜体筒体壁厚的设计--------------------------------------------------------------------1 1.3釜体封头的设计--------------------------------------------------------------------------2 1.4筒体长度 的设计----------------------------------------------------------------------2 1.5外压筒体壁厚的设计--------------------------------------------------------------------3 1.6外压封头壁厚的设计--------------------------------------------------------------------4 2 .反应釜夹套的设计--------------------------------------------------------------------------5 2.1夹套的 、 的确定--------------------------------------------------------------5 2.2夹套筒体的设计---------------------------------------------------------------------------5 2.3夹套封头的设计---------------------------------------------------------------------------5 2.4传热面积的校核---------------------------------------------------------------------------6 3.反应釜釜体及夹套的压力试验--------------------------------------------------------------6

3.1釜体的水压试验---------------------------------------------------------------------------6 3.2釜体的气压试验---------------------------------------------------------------------------7 3.3夹套的液压试验----------------------------------------------------------------------------8 4.反应釜附件的选型及尺寸设计---------------------------------------------------------------8 4.1釜体法兰联接结构的设计----------------------------------------------------------------8 4.2工艺接管的设计----------------------------------------------------------------------------10 4.3管法兰尺寸的设计-------------------------------------------------------------------------10 4.4垫片尺寸及材质----------------------------------------------------------------------------11 4.5人孔的设计----------------------------------------------------------------------------------12 4.6.视镜的选型-----------------------------------------------------------------------------------12 5.

搅

拌

装

置

的

选

型

与

尺

寸

设

计

-------------------------------------------------------------------13 5.1搅拌轴直径的初步计算--------------------------------------------------------------------13 5.2搅拌抽临界转速校核计算-----------------------------------------------------------------14 5.3联轴器的型式及尺寸的设计--------------------------------------------------------------14 5.4.搅拌桨尺寸的设计--------------------------------------------------------------------------15 5.5搅拌轴的结构及尺寸的设计---------------------------------------------------------------15 6.

传

动

装

置

------------------------------------------------------------------------------------------16 6.1.电动机的选型：-----------------------------------------------------------------------------16 6.2.减速器的选型---------------------------------------------------------------------------------17 6.3.

机

架

的

设

计

------------------------------------------------------------------------------------17 6.4.底座的设计-------------------------------------------------------------------------------------18 7.反应釜的轴封装置设计-----------------------------------------------------------------------18 8.支座的选型及设计------------------------------------------------------------------------------- --18

8.1.

支

座

的

选

型

及

尺

寸

的

初

步

设

计

----------------------------------------------------------- --19 8.2.支座载荷的校核计算---------------------------------------------------------------------- ---19 9.焊缝结构的设计--------------------------------------------------------------------------------- ---19 9.1.釜体上主要焊缝结构的设计----------------------------------------------------------- - -19 9.2夹套上的焊缝结构的设计---------------------------------------------------------------- ---19

10.

人

孔

的

开

孔

及

补

强

计

算

---------------------------------------------------------------------------20 10.1封头开人孔后被削弱的金属面积 的计算---------------------------------------------20 10.2有效补强区内起补强作用的金属面积的计算---------------------------------------- -20 10.3判断是否需要补强的依据----------------------------------------------------------------- -22 10.4

反

应

釜

的

装

配

图

-------------------------------------------------------------------------------22 3设计内容 夹套反应釜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1.5 、操作体积为1.2 ；搅拌装置配制的电机功率为3.2 、搅拌轴的转速为100 、搅拌桨的形式为框式；加热的方式为用夹套内的导热油进行电加热；装置上设有6个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、12个电加热器套管、1个人孔、2个测控接管。反应釜设计的内容主要有： （1）釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计； （2）夹套的的强度、刚度计算和结构设计； （3）设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰； （4）人孔的选型及补强计算； （5）支座选型及验算； （6）视镜的选型； （7）焊缝的结构与尺寸设计； （8）电机、减速器的选型； （9）搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计； （10）选择联轴器； （11）设计机架结构及尺寸； （12）设计底盖结构及尺寸； （13）选择轴封形式； （14）绘总装配图及搅拌轴零件图等。 反应釜的设计过程如下： 1反应釜釜体的设计 1.1釜体 、 的确定 （1）釜体 的确定 将釜体视为筒体，且取 。 由 得： ， =1.241（ ）， 圆整后可取 故釜体 （2）釜体 的确定 因操作压力 ＝0.52 ，由文献[1]表16-9可知： ＝0.6 1.2釜体筒体壁厚的设计 （1）设计参数的确定 设计压力 ： ＝（1.05～1.1） ，取 ＝1.1 =1.1×0.52 =0.572Mpa； 液体静压 ： ≈ ； 因为 = ＜5％，可以忽略 ； 计算压力 ： = = 1.1×0.52 ； 设计温度 ： 145℃ ； 焊缝系数 ： ＝0.85（局部无损探伤）； 许用应力 ： 根据材料0Cr18Ni10Ti、设计温度145℃，由文献[1]表14-4知 ＝130 ； 钢板负偏差 ： ＝0.25 （GB6654-96）； 腐蚀裕量 ： ＝1 。 （2）筒体壁厚的设计 由公式 得： 考虑 ，则 = + =4.64 ，圆整后去 1.3釜体封头的设计 （1）封头的选型 釜体的封头选标准椭球型，代号EHA、标准JB/T4746—2002。 （2）设计参数的确定 与筒体相同 （3）封头的壁厚的设计 由公式 得： 考虑 ，圆整得 （4）封头的直边尺寸、体积及重量的确定 根据 ，由文献[1]表14- 4知： 直边高度 ： 25 容 积 ： 0.3208 深 度 ： 350 。 内表面积 ： 1.9304 1.4 筒体长度 的设计 ， ， = =0.889（ ）=889 ，圆整：＝890 釜体长径比 的复核： =0.954，故满足要求 1. 5外压筒体壁厚的设计 （1）设计外压的确定 由设计条件单可知，夹套内介质的压力为常压，取设计外压 =0.1 。 （2）试差法设计筒体的壁厚 设筒体的壁厚 ＝6 ，则： = =6－1.25 = 4.75 ， =1312 由 得： =1.17×1312× ＝25511.7（ ） 筒体的计算长度 ′= +h =890+(350-25)/3+25 = 1023.3（ ） ∵ ′=1023.3 ＜ ＝25511.7 ，∴该筒体为短圆筒。 圆筒的临界压力为： = 0.469（ ） 由 、 =3得： 0.469/3 =0.156（ ） 因为 ＝0. 1 < = 0.156 ， 所以假设 ＝6 满足稳定性要求。 故筒体的壁厚 ＝6 。 （3）图算法设计筒体的壁厚 设筒体的壁厚 ＝6 ，则： = =6－1.25 = 4.75（ ） =1312 =276.2 筒体的计算长度： ′ = +h =890+(350-25)/3+25 =1023（ ） =0.778 在文献[1]中图15- 4的 坐标上找到0.826的值，由该点做水平线与对应的

线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为： ≈0.0004。 由文献[1]中选取图15-7，在水平坐标中找到 =4×10-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数 的值为： ≈46 、 =1.79×105 。 根据 = 得： = =0.166（ ）． 因为 ＝0.1 < ＝0.166 ，所以假设 ＝6 合理，取封头的壁厚 ＝6 。 由文献[1]表16-5知， 、 ＝6 的筒体 高筒节的质量约193 ，则筒体质量为：193×0.890=171.9（ ） 筒体的内表面积： =4.09 1.6外压封头壁厚的设计 （1）设计外压的确定 封头的设计外压与筒体相同，即设计外压 =0.1 。 （2）封头壁厚的计算 设封头的壁厚 ＝6 ，则: = – = 6-1.25 = 4.75（ ），对于标准椭球形封头 =0.9， ＝0.9×1300=1170（ ）， =1170/4.75 计算系数： = 5.1×10-4 由文献[1]中选取图15-7，在水平坐标中找到 = 4.7×10-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数 的值为值为： ≈55 、 =1.79×105 根据 = 得： = =0.223（ ）． 因为 ＝0.1 < ＝0.223 ，所以假设 ＝6 偏大，考虑到与筒体的焊接，取封头的壁厚与筒体一致，故取 ＝6 。 釜体封头的结构如图1，封头质量：89.2（ ） 图1 釜体封头的结构与尺寸 2 反应釜夹套的设计 2.1夹套的 、 的确定 （1）夹套公称直径 的确定 由于采用导热油加热，为提高导热油在夹套内的流动，夹套内径取： =1300+300=1600（ ），夹套的 =1600 所以取 =1600 （2）夹套 的确定 由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力 ＜0.1 ，可取 ＝0.25 2.2夹套筒体的设计 （1）夹套筒体壁厚的设计 因为 为常压＜0.3 ，所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。 ∵ ＝1600 ＜3800 ，取 min＝2 /1000且不小于3 另加 ， ∴ min＝2×1600/1000+1=4.2（ ），圆整 =5 。 对于碳钢制造的筒体壁厚取 ＝6 。 （2）夹套筒体长度 的初步设计 根据 =1300 ，由表16-3中知每米高的容积 =1.327 3/ ，则筒体高度的估算值为： = =0.663（ ）=663 由文献[1]表16-5知， 、 ＝6 的筒体 高筒节的质量为238 、内表面积为5.03 ，则： 夹套筒体质量为238×0.663=157.8（ ） 2.3夹套封头的设计 夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同（ ＝1600 ）。代号EHA，标准JB/T4746—2002。夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角 、大端直径 =1600 、小端直径 =1300 。 （1）椭球形封头壁厚的设计 因为 为常压＜0.3 ，所以需要根据刚度条件设计封头的最小壁厚。 ∵ ＝1600 ＜3800 ，取 min＝2 /1000且不小于3 另加 ， ∴ min＝2×1600/1000+1=4.2（ ），圆整 =5 。 对于碳钢制造的封头壁厚取 ＝6 。 （2）椭球形封头结构尺寸的确定 直边高度 ： 25 深 度 ： 425 容 积 ： 0.5864 质 量： 137 （3）椭球形封头结构的设计 封头的下部结构如图2。由设备设计条件单知：下料口的 ＝100 ，封头下部结构的主要结构尺寸 ＝210 。 （4）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 ＝6 。结构及尺寸如图3。 图2封头的结构 图3 锥形封头的结构 2.4传热面积的校核 =1300釜体下封头的内表面积 =

1.9340 =1300筒体（1 高）的内表面积 = 4.09 2 夹套包围筒体的表面积 = × = 4.09×0.663=2.712 （ 2） + =1.9340+4.5224=6.646（ 2） 由于釜内进行的反应是放热反应，产生的热量不仅能够维持反应的不断进行，且会引起釜内温度升高。为防止釜内温度过高，在釜体的上方设置了冷凝器进行换热，因此不需要进行传热面积的校核。如果釜内进行的反应是吸热反应，则需进行传热面积的校核，即：将 + = 6.646（ 2工艺 进行比较。若 + ≥ ，则不需要在釜内另设置蛇管；反之则需要蛇管。 3 反应釜釜体及夹套的压力试验 3.1釜体的水压试验 （1）水压试验压力的确定 水压试验的压力： 且不小于( +0.1) ，当 ＞1.8时取1.8。 ，（ +0.1）= 0.672 ， 取 =0.715 （2）液压试验的强度校核 由 得： ＝ = 98.2（ ） ∵ ＝98.2 ＜0.9 =0.9×200×0.85=153（ ） ∴ 液压强度足够。 （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 =2×0.715=1.430 或1.073～2.860 。 水温≥15℃ ，水中 浓度≤25 （4）水压试验的操作过程 操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.572 ，保压不低于30 ，然后将压力缓慢降至0.572 ，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。 3.2釜体的气压试验 （1）气压试验压力的确定 气压试验的压力： =1.15×0.572×1=0.6578（ ） （2）气压试验的强度校核 由 得： ＝ =90.34（ ） ∵ ＝90.34 ＜0.8 =0.8×200×0.85=136（ ） ∴ 气压强度足够。 （3）气压试验的操作过程 做气压试验时，将压缩空气的压力缓慢升至0.06578 ，保持5min并进行初检。合格后继续升压至0.3289 ，其后按每级的0.06578 级差，逐级升至试验压力0.6578 ，保持10 ，然后再降至0.572 ，保压足够长时间同时进行检查，如有泄露，修补后再按上述规定重新进行试验。釜体试压合格后，再焊上夹套进行压力试验。 3.3夹套的液压试验 （1）液压试验压力的确定 液压试验的压力： 且不小于( +0.1) ，当 ＞1.8时取1.8。 ，( +0.1)= 0.2 ， 故取 =0.2 （2）液压试验的强度校核 由 得： ＝ = 33.78（ ） ∵ ＝33.78 ＜0.9 =0.9×235×0.85=179.7（ ） ∴ 液压强度足够。 （3）压力表的量程、水温的要求 压力表的量程：2 =2×0.2=0.4 或0.3～0.8 ，水温≥5℃。 （4）液压试验的操作过程 在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.2 ，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.16 ，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。 4 反应釜附件的选型及尺寸设计 4.1釜体法兰联接结构的设计 设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。 （1）法兰的设计 根据 ＝1300mm、 ＝0.6 ，由文献[1]表16-9确定法兰的类型为乙型平焊法兰。 标记：法兰 1300-0.6 JB/T4702-2002， 材料：1Cr18Ni9Ti 螺栓规格： 24 螺栓数量： 36

法兰的结构和主要尺寸如图4 图4 乙型平焊法兰 （2）密封面形式的选型 根据 ＝0.6 ＜1.6 、介质温度155℃和介质的性质，由文献[1]表16－14 知密封面形式为光滑面。 （3）垫片的设计 垫片选用耐油橡胶石棉垫片，材料为耐油橡胶石棉板（GB/T539），结构及尺寸见图5。 图5 容器法兰软垫片 （4）螺栓和螺母的尺寸规格 本设计选用六角头螺栓（C级、GB/T5780－2000）、Ⅰ型六角螺母（C级、GB/T41－2000）平垫圈（100HV、GB/T95－2002） 螺栓长度 的计算： 螺栓的长度由法兰的厚度（ ）、垫片的厚度（ ）、螺母的厚度（ ）、垫圈厚度（ ）、螺栓伸出长度 确定。 其中 =72 、 =3 、 =36 、 ＝4 、螺栓伸出长度取 =10 螺栓的长度 为： = 2×72+3+36 +2×4+10 = 201（ ） 取 ＝200 螺栓标记： GB/T5780-2000 螺母标记： GB/T41-2000 垫圈标记： GB/T95-2002 24-100HV （5）法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料 根据乙型平焊法兰、工作温度 =120℃的条件，由文献[2]附录8法兰、垫片、螺栓、螺母材料匹配表进行选材，结果如表1所示。 表1 法兰、垫片、螺栓、螺母的材料 法 兰 垫 片 螺 栓 螺 母 垫 圈 1Cr18Ni9Ti 耐油橡胶石棉 35 25 100HV 4.2工艺接管的设计 本装置设有以下接管： （1）导热油进口 采用 无缝钢管，罐内的接管与夹套内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL25-0.1 RF 20。 （2）N2（气）进口 采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。 （3）温度计接口 采用 无缝钢管，伸入釜体内一定长度。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL65-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。 （4）工艺物料进口 采用 无缝钢管，管的一端切成 ，伸入罐内一定长度。配用的突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL50-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。 （5）放料口 采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL100-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。与其配套的是手动下展式铸不锈钢放料阀，标记：放料阀6-100 HG5-11-81-3. （6）导热油出口 采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL25-0.1 RF 20。 （7）安全阀接口 采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。 （8）冷凝器接口 采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL80-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。 （9）加热器套管 采用 无缝钢管，罐内的接管与下封头内表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL80-0.1 RF 20。 4.3管法兰尺寸的设计 工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的结构如图6。根据 、 和接管的 ，由板式平焊管法兰标准（HG20592）确定法兰的尺寸。管法兰的尺寸见表表2。 图6 板式平焊管法兰 表2 板式平焊管法兰的尺寸（HG20592） 接管名称 公称直径 接管外径 连 接 尺 寸 法兰厚度 密封面厚度 法兰内径 坡口宽度 安全阀接口、 N2接口 25 32 100 75 50 11 4 10 14 2 33 — 工艺物料进口 50 57 140 110 90 14 4 12 16 2 59 — 导热油进口 50 57 140 110 90 14 4 12 14 2 59 — 温度

计接口 65 73 160 130 110 14 4 12 16 2 75 — 放料口 100 108 210 170 145 18 8 16 18 2 110 — 导热油出口 50 57 140 110 90 14 4 12 14 2 59 — 冷凝器接口 80 89 190 180 124 18 8 16 18 2 91 — 加热器套管 65 73 160 130 110 14 4 12 14 2 75 — 4.4垫片尺寸及材质 工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的垫片（如图7所示）尺寸、材质如表3所示。 图7 管道法兰用软垫片 表3 密封面形式及垫片尺寸 接管名称 密封面型式 垫片尺寸( ) 垫片材质 外径 内径 厚度 安全阀接口、N2接口 RF 71 32 2 耐油石棉橡胶板 工艺物料进口 RF 107 57 2 耐油石棉橡胶板 导热油进口 RF 107 57 2 耐油石棉橡胶板 温度计接口 RF 116 76 2 耐油石棉橡胶板 冷凝器接口 RF 130 89 2 耐油石棉橡胶板 放料口 RF 152 108 2 耐油石棉橡胶板 导热油出口 RF 107 57 2 耐油石棉橡胶板 加热器套管 RF 116 76 2 耐油石棉橡胶板 4.5人孔的设计 由于釜体的内径 ＞ ，因此需要在釜体的封头上设置人孔，以便于安装、维修、检查釜体的内部结构，本设计选用 不锈钢A型回转盖带颈平焊法兰人孔。其结构如图8、尺寸见表4、人孔的材料见表5。 1-人孔接管；2-螺母；3-螺栓；4-法兰；5-垫片；6-手柄；7-法兰盖；8-销轴；9-开口销；10-垫圈；11、12、13、14-轴耳 图8 A型回转盖带颈平焊法兰人孔结构 表4 回转盖带颈平焊法兰人孔的尺寸 公称压力（MPa） 密封面形式 公称直径DN d w×S D D1 A B 螺栓 规格 数量 0.6 突面 400 426×6 540 495 300 125 M20×90 16 L H1 H2 b b1 b2 d 重量(kg) 200 210 108 28 24 28 24 84 表5 人孔 1.0 400的明细表 件号 名称 数量 材料 件号 名称 数量 材料 1 人孔接管 1 0Cr18Ni10Ti 8 销 轴 1 45 2 螺母 16 25 9 开口销 2 35 3 螺栓 16 35 10 垫 圈 2 100HV 4 法兰 1 1Cr18Ni9Ti 11 轴 耳 1 Q235-A 5 垫片 1 耐油石棉橡胶板 12 轴 耳 1 Q235-A 6 法兰盖 1 1Cr18Ni9Ti 13 轴 耳 1 Q235-A 7 手柄 1 Q235-A 14 轴 耳 1 Q235-A 4.6视镜的选型 由于釜内介质压力较低（ ＝0.52 ）且考虑 ，本设计选用两个 =150的不带颈视镜。因为该视镜结构简单，不易结料，窥视范围大，其结构见图8。 由文献[3]附录六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Ⅱ 0.6， 150 标准图号：JB593—64—8。 质 量：9.1 视镜的尺寸如表6，材料如表7。视镜在封头上对称布置。 1-视镜玻璃；2-衬垫；3-接缘；4-压紧环；5-双头螺柱；6-螺母 图8 视 镜 表6视镜的尺寸 视镜玻璃 双头螺柱 数量 直径×长度 150 165×20 230 200 22 18 60 159 100 8 12×40 表7 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 1 Q235-A·F 2 衬 垫 2 耐酸石棉板 5 双头螺柱 8 35 3 接 缘 1 1Cr18Ni9Ti 6 螺母 8 Q235-A·F 5搅拌装置的选型与尺寸设计 5.1搅拌轴直径的初步计算 （1）搅拌轴直径的设计 电机的功率 ＝4.0 ，搅拌轴的转速 ＝100 ，材料为1Cr18Ni9Ti ， [ ]＝25 ，剪切弹性模量 ＝8×104 ，许用单位扭转角[ ]＝1.0 °/m。 由 得： （ ） 利用截面法得： ( ) 由 得： = 搅拌轴为实心轴，则： = ≥42.4mm 取 ＝43mm （2）搅拌

轴刚度的校核 由 得： =0.8（ ） 因为最大单位扭转角 max＝0.8 ＜[ ] ＝1.0 所以圆轴的刚度足够。考虑到搅拌轴与联轴器配合， ＝43 可能需要进一步调整。 5.2搅拌抽临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速 =100 ＜200 ，故不作临界转速校核计算。 5.3联轴器的型式及尺寸的设计 由于选用摆线针齿行星减速机，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节（D型）。标记为： 50 HG 21570－95，结构如图9。由文献[4]表3-5-36、表3-5-37分别确定联轴节的尺寸和零件及材料，尺寸如表8，零件及材料如表9。由于联轴节轴孔直径 =50 ，因此搅拌轴的直径 调整至50 。 1-夹壳；2-悬吊环；3-垫圈；4-螺母；5-螺栓 图9 立式夹壳联轴节 表8 夹壳联轴节的尺寸 轴孔直径 40 螺栓 数量 规格 118 48 35 76 162 20 71 5 6 M12 δ 80 4 55 85 18 12 0.6 0.4 表9 夹壳联轴节的零件及材料 件号 名 称 材 料 件 号 名 称 材 料 1 左、右夹壳 ZG-1Cr18Ni9Ti 4 螺 母 0Cr18Ni9Ti 2 吊 环 0Cr18Ni9Ti 5 螺 栓 A2-70 3 垫 圈 A-140 5.4搅拌桨尺寸的设计 框式搅拌桨的结构如图10所示。由文献[4]表3-1-17确定不锈钢框式搅拌桨的尺寸（见 表9）、零件明细表见表10。 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 图10 框式搅拌桨的结构 表9 框式搅拌桨的尺寸（HG/T2123－91） 螺栓 螺孔 螺栓 螺孔 δ 数量 数量 1140 50 M16 2 16.5 M12 8 13 4 70 重量 910 285 420 170 5 120 35 - 19 不大于0.088 表10 零件明细表 件号 名称 数量 材料 件号 名称 数量 材料 1 桨叶 2 Cr18Ni12Mo2Ti 5 螺母 8 Cr18Ni12Mo2Ti 2 横梁 2 Cr18Ni12Mo2Ti 6 穿轴螺栓 8 Cr18Ni12Mo2Ti 3 筋板 2 Cr18Ni12Mo2Ti 7 螺母 8 Cr18Ni12Mo2Ti 4 连接螺栓 8 Cr18Ni12Mo2Ti 5.5搅拌轴的结构及尺寸的设计 （1）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 = （ —机架高； —减速机输出轴长度） ＝500-76＝424（ ） ＝ + （ —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 = =663＋25＋325 =1013（ ） =890＋2×（25+325）－1013 ＝577（ ） 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[4]215） 当 时为最佳装填高度；当 ＜ 时，需要设置两层搅拌桨。 由于 =1013 ＜ =1300 ，本设计选用一个搅拌桨。 搅拌桨浸入液体内的最佳深度为： =675（ ） 故浸入液体的长度： =675（ ） 搅拌轴的长度 为： =424+577+675=1676（ ） 取 =1680（ ） （2）搅拌轴的结构 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。与减速机相联的搅拌轴轴长为： = －M＋ 式中 —搅拌轴深入釜内的长度， 时取350 （见文献[4]表3-5-23） =500－76＋350=774（ ） 取 =780 搅拌轴下部分的轴长为： = =1680-780 =900（ ） 搅拌轴上、下两部分的结

构及尺寸见附图2、3。 6 传动装置 6.1电动机的选型： 由于反应釜里的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，故选用隔爆型三相异步电机（防爆标志 Ⅱ ）。根据电机的功率 ＝4.0 、转速 ＝1440 ，由文献[5]表16-1-89选用的电机型号为：YB112 。 6.2减速器的选型 根据电机的功率 ＝4.0 、搅拌轴的转速 ＝100 、传动比 为1440/ 100＝14.4，选用直联摆线针轮减速机（JB/T2982－1994），标记XLD4.0—8130—15。由文献[5]表9-2-41确定其安装尺寸，直联摆线针轮减速机的外形见图11、安装尺寸如表11。 图11 直连摆线针轮减速机 表11 减速机的外形安装尺寸 260 230 200 50 230 6-φ11 4 15 164 53.5 14 400 76 61 6.3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夹壳联轴节，且反应釜使用不带内置轴承的机械密封，故选用WJ型无支点机架（HG21566－95）。由搅拌轴的直径 ＝50mm可知，机架的公称直径 250。结构及尺寸如图12所示。 图12 WJ型无支点机架 6.4底座的设计 对于不锈钢设备，本设计采用图5－31（f）底座的结构，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，结构与尺寸如图13所示。 图13 底座的结构 7反应釜的轴封装置设计 反应釜中应用的轴封结构主要有两大类，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，因此选用机械密封。根据 ＝0.52 、 ＝145℃、 、 。由文献[5]表7-3-79选用206型（双端面小弹簧UB型）釜用机械密封，其结构及主要尺寸如图14。 图14 釜用206型机械密封 8支座的选型及设计 8.1支座的选型及尺寸的初步设计 （1）悬挂式支座的选型： 由于设备外部设置有100 的保温层，所以选耳式B型支座，支座数量为4个 （2）悬挂式支座的尺寸的初步设计 反应釜总质量的估算： + 式中： —釜体的质量（ ）； —夹套的质量（ ）； —搅拌装置的质量（ ） —附件的质量（ ）； —保温层的的质量（ ） 物料总质量的估算： 式中： —釜体介质的质量（ ）； —夹套内导热油的质量（ ） 反应釜的总质量估算为2000 ，物料的质量为3236 （以水装满釜体和夹套计算）， 装置的总质量： ＝5236（ ） 每个支座承受的重量 约为：5236×9.81/2＝25.7（ ） 根据 、 ，由文献[2]附表17-1初选B型耳式支座，支座号为4。 标记：JB/T4725-92 耳座B4 材料：Q235-A·F 系列参数尺寸如表12。 表12 B型耳式支座的尺寸 底板 筋板 垫板 地脚螺栓 支座重量 规格 250 200 140 14 70 290 160 10 315 250 8 40 30 24 15.7 8.2支座载荷的校核计算 耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算： 式中 ， ＝9.81 ， ， =5236 ， ， =4， =0， 将已知值代入得 因为 ＜ ，所以选用的耳式支座满足要求。 9焊缝结构的设计 9.1釜体上主要焊缝结构的设计 釜体上的焊缝结构及尺寸如图15。 （a）筒体的纵向焊缝 （b）筒体与下封头的环向焊缝 （c）人孔接管与封头的焊缝 （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15 釜体主要焊缝的结构及尺寸 9.2夹套上的焊缝结构的设计 夹套上的焊缝结构及尺寸如图16。 （a）筒体的纵向焊缝 （b）筒体与封头的横向焊缝 （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16 夹套主要焊缝的结构及尺寸 10人孔的开孔及补强计算 10.1封头开人孔后被削弱的金属面积 的计算 由于人孔的开孔直径较大，因此需要进行补强计算，本设计采用等面积补强的设计方法。 釜体上封头开人孔后被削弱的金属面积 为： 式中： =400－16＋2×1.2＝466.4（ ） =2.32（ ） =1 = 466.4×2.32= 1082（ ） 10.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算 （1）封头起补强作用金属面积 的计算 式中： 取两者中较大值， =5－1.2＝3.8（ ） =6.75（ ） =1 =1380.5（ ） （2）接管起补强作用金属面积 的计算 其中： 取 =0.9（ ） =0 =713.7（ ） （3）焊缝起补强作用金属面积 的计算 ＝18（ ） 10.3判断是否需要补强的依据 ＝2112.2（ ） =1082 因为 ＜ ，所以不需要补强。 10.4反应釜的装配图 见附图1。 4参考文献 参考文献 [1] 汤善甫、朱思明， 化工设备机械基础[M]，上海：华东理工大学出版社，2004，12 [2] 吴宗泽，机械设计师手册﹙上﹚[M]，北京：化学工业出版社，2002，1 [3] 吴宗泽，机械设计实用手册[M]，北京：化学工业出版社，1998，7 [4] 余国琮，化工机械手册[M]，天津：天津大学出版社，1991，5 [5] 魏崇光、郑晓梅，化工工程制图，北京：化学工业出版社，1994，3 [6] 巨勇智、勒士兰，过程设备机械基础，北京：国防工业出版社，2005，4 [7] 朱有庭、曲文海、于浦义，化工设备设计手册，北京：化学工业出版社，2006，5 [8] 刁玉玮、王立业，化工设备机械基础，大连：大连理工大学出版社，2006，12 [9] 董大勤、袁凤隐，压力容器与化工设备使用手册，北京：化学工业出版社，2000，3 [10] 周明衡、常德功，管路附件设计选用手册，北京：化学工业出版社，2004，8 [11] 刘湘秋，常用压力容器手册，北京：机械工业出版社，2005，4 [12] 叶君，实用紧固件手册[M]，北京：机械工业出版社，2004. 5 鸣谢 鸣谢 在为期一周的设计里（7月5号开始到7月11号结束），在此课程设计过程中首先要感谢张茂润老师，在这次课程设计中给予我们的指导，由于是初次做化工设备机械设备课程设计，所以，再设计整个过程中难免遇到这样那样的难题不知该如何处理，幸好有张老师耐心教诲，给予我们及时必要的指导，在此向张老师表最诚挚的感谢！ 课程设计不同于书本理论知识的学习，有些问题是实际实践过程中的，无法用理论推导得到，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漏洞，自己知识体系的不足，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。在此再次感谢我各位亲爱的同学们。 同时还要感谢教师管理科的老师给我们提供教室，以及安徽理工大学图书馆向我们提供工具书和参考书，在此特别予以感谢。 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。 5 附图 附图1

附图2.3