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1、感套&成茶世什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5二、夹套反应釜设计61、夹套反应釜的总体结构设计62、罐体和夹套的设计71. 1、罐体和夹套的结构设计72. 2、罐体几何尺寸的计算83. 2.1、确定筒体内径84. 2.2定封头尺寸85. 2.3定筒体高度H92. 3夹套的几何尺寸计算93. 4夹套反应釜的强度计算104. 4.1强度计算的原则及依据102. 4.2按内压对筒体和封头进行强度计算113. 4.3按外压对筒体和封头进行强度校核122L4水压实验校核计算134. 5夹套反应釜设计计算数据一览表135. 5.1几何尺寸136. 5.2强度计算
2、（按内压计算厚度）147. 5.3稳定性校核（按外压校核厚度）168. 5.4水压实验校核183、反应釜的搅拌装置193.1、 搅拌器的安装方式及其及轴连接的结构设计193.2、 搅拌轴设计193.3、 轴的强度一览204、反应釜的传动装置214.1、 常用电机及其连接尺寸214.2、 釜用减速器类型、标准及选用224.3、 3、V带减速机234.4、 凸缘法兰274.5、 安装底盘274.6、 机架284.6.1、 无支点机架284.6.2、 单支点机架284.6.3、 双支点机架295、反应釜的轴封装置305.1、 填料密封305.2、 机械密封316、反应釜其他附件326. i支座327
3、. 2、fL11.fL*347.3、 设备接口357.3.1、 3.1、接管及管法兰357.3.2、 补强圈367.3.3、 液体出料口367.3.4、 过夹套的物料进出口367.4、 试镜36三、附录：夹套反应釜装配图一、夹套反应釜设计任务书简图及说比例明设计参数及要求名称釜内夹套内工作压力，Mpa设计压力，Mpa0.20.3工作温度，设计温度，。9满足要求。当筒体及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。2. 4夹套反应釜的强度计算3. 4.1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
4、外带夹套时；当圆筒的公称直径600mm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ZZV600mm时，被夹套包围部分的筒体按外压(夹套压力+0IMPa)圆筒设计，其余部分按真空设计；当圆筒的公称直径ZZV600u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0修60Omm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。当圆筒的公称直径DN600ram时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。2. 4.2按内压对筒体和
5、封头进行强度计算液柱静压力Pui=IOhPrA=O.014MPa计算压力RC=。+p1=0.214MPa计算压力Rc=A=0.3MPa罐体筒体计算厚度b=1.673 nvnp-pu21130.85-0.214夹套筒体计算厚出p*h2打力-p&0.3x16002x113x0.85-0.3=2.50=1.673 罐体封头设计厚日p,Z0.214x150020-O.5?C-21130.85-0.5x0.214夹套封头计算厚度叔=一展J弋吗，一2-0.5p22x113x0.85-0.5x0.3罐体筒体设计厚度BIc-5+C=5un夹套筒体设计厚度2c=2+C=5m罐体封头设计厚度5k=5+C=5mn夹
6、套封头设计厚度Ze=2+C=5三i3. 4.3按外压对筒体和封头进行强度校核罐体筒体有效厚度B,=m-C=10-2.8=7.2mm罐体筒体外径DIO=Dl+2ln=1520mm筒体计算长度L=H2+l3h+h2=1550三系数LDm=l550/1520=1.019系数D/Bg=15207.2=211.11系数=0.00048系数B=68许用外压力川=-=0*322MPaDoe罐体封头有效厚度=zl-C=10-2.8=7.2mm罐体封头外径D10=Dt+2tl=1620mm标准椭圆封头当量球壳外半径RiF0.9D=1458mm系数A=125；-=0,0006(RIo/5Ie)系数B=83许用外压
7、力切=，=0.369MPa4. 4.4水压实验校核计算罐体实验压力p.r=1.25p1=0.25MPar夹套水压实验压力C=1.25p,*=0.375MPa罐体圆筒应力Sr=WO+，)=2617m42ble夹套内压实验应力GT=空U)=()25(X16()()+7.2)=36.65MPa2办2x7.25. 5夹套反应釜设计计算数据一览表6. 5.1几何尺寸表3步骤项目及代号参数及结果备注1-1全容积V,m34由工艺条件决1-2操作面积V,时2定13传热面积F,肝9由工艺条件决1-1釜体形式圆筒形定1-5封头形式椭圆形由工艺条件决16长径比i=a/z1.4定1-7初算筒体内径1.537常用结构圆
8、整筒体内径D1,rn常用结构1-8一米高的容积%.,ms1500按表1选取1-91-10釜体封头容积Vl封,m1.767按式1选1-11釜体高度Hl=（V-VI封）/V.,m0.4860取1-12圆整釜体高度H1,mm1.989按附表1选取1-13实际容积V-VImXHiV1封,m32000按附表1选取1-14夹套筒体内径比,mm4.4464按附表2选取1-15装料系数n=V操/V或按n1600按式2计算1-16=0.60.85选取0.73选取1-17夹套筒体高度H2（V-Vl1.392按式3计算1-18封）Vlm,m1400按表2选取1-19圆整夹套筒体高度H2,mm2,5569计算1-20
9、罐体封头表面积F1M,m24.71按式4计算一米高筒体内表面积Fm,m29.15089选取实际总传热面积F=F1bH2+F1按附表2选取封Pm按附表1选取按式5校核2.5.2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2-1设备材料Q235-B据工艺条件2-2设计压力（罐体内）pl,MPa0.2情况确定2-3设计压力（夹套内）p2,MPa0.3由工艺条件2-4设计温度（罐体内）tl,110给定2-5设计温度（夹套内）t2/C150由工艺条件2-6液柱静压力plH=10-6Pgh,MPa0.014给定2-7计算压力plc=p1+plh,MPa0.214由工艺条件2-8液柱静压力p2H,
10、MPa0给定2-9计算压力p2c=p20.3由工艺条件2-10罐体及夹套焊接接头系数0.85给定2-11设计温度下材料许用应力113按参考文献12-12t,MPa1.673第八章计算罐体筒体计算厚度忽略2-13夹套筒体计算厚2.50计算2-14罐体封头计算厚度那参考文献1夹套封头计算厚度表9-6选取2-15*3p20,3系数A十一章计算3-11W系数B按参考文献1第3-122.8许用外压力十一章计算3-137.2罐体封头名义厚度5查参考文献1图3-141620i,mm11-53-151458厚度附加量C=C,+C2查参考文献1图3-16罐体封头有效厚度”小0.000611-83-173-183
11、-193-203-213-22In-C,mm罐体封头外径Dz=Dl+26In,mm标准椭圆封头当量球壳外半径Ro=O.9Dio,mm系数系数B许用外压力罐体封头名义厚度5In,Jlim830.3690.310按参考文献1第十一章计算失稳，重设名义厚度5假设按参考文献1表9-109-11选取按参考文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算按参考文献1第十一章计算查参考文献1图11-5查参考文献1图11-8按参考文献1第十一章计算稳定确定假设按参考文献1表9-109-11选取按参考文献1第十一章计算2.5.4水压实验校核表6序号项目及代号参数及结果备
12、注4-1罐体实验压力0.25按参考文献1夹套水压实验压力第九章计算4-2材料屈服点应力。S,MPa0.375按参考文献14-3OIW0.9s,MPa235第九章计算4-4罐体圆筒应力179.84-5ST=PED+,)2526.17179.8按参考文献1夹套内压实验应力第九章计算4-6二户，+晶）2Ne36.65200rmin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（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
13、制轴的直度。当转速n100r/min时直线度允差IoO0：0.15,当转速n=1001000rmin时，直线允度差IOoO：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，其一阶临界转速几I为；2乃VwZL+8)式中：E轴材料弹性模量，Mpa:I一轴的惯性距，1=1/64(%/),W4；d轴径，m；B两支点间距离，m；吗一一轴和搅拌器的等效重量载荷，N；M=w+WJLJ乙)3+Wa,/L)3+0.24%W,、取、W、一一各层搅拌器重，N；吗外伸端轴重量载荷，N；心、乙、L,一一各层搅拌器外伸端长度，m
14、。2.3、 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，N.mm267.4化工设备机械基础Pm5材料许用扭转剪应力用，Mpa35化工设备机械基础P2466系数AO112化工设备机械基础P2467轴端直径，mm30化工设备机械基础Pm38开一个键槽，轴径扩大5%,mm31.5化工设备机械基础Pj159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专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、
15、常用电机及其连接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及传动系统、轴封系统功率损失的要求。电机功率可按下式确定：式中Pd电机功率，kW；P搅拌器功率，k肌匕一一轴封系统的摩擦损失，kW；7一一传动系统的机械效率类型传动型式效率7圆柱齿轮传动开式传动、铸齿（考虑轴承损失）O.90.934.2、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rnin电机功率范围kW类型代号特性参数1HG5-747-78V带传动减速机3205000650
16、5P三角皮带型号及根数釜用立式减速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4.532.93205000.65.5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)及搅拌轴联接，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、三角皮带根数一一顺序号标准图号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
17、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Y132S-8电机，额定功率P=2.2kW,转速n=213rmin,搅拌轴转速n2=65rmin,设计V带。V带轮的设计计算内容和步骤步骅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）己知电机功率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KA1.3化工设备机械基础PL965设计功率PdkWPfl=KA尸=l3x22=286计算6选V带型号根据Pd和m选取A型带化工设备机械基础P1967速比i计算8小皮带轮计算直径dimm75化工设备机械基础P1
18、959验算带速Vm/s冗dnA75710v=三=2+79V.601000601000m,n%J253011S%n=511S10小皮带轮计算直径&mm140化工设备机械基础P19611验算带速Vm/s乃d140710_廿=IJ$260100060x1000vvrnaVa=2530mSk=5ns12滑动率0.02选取13大皮带轮计算直径d2mm&=%(1-)=394X140x(l-0.02)=540.6圆整,取小二560计算后参考化工设备机械基础P伙圆整14初定中心距a。mm0.7(4+J2)a012018单根V带额定功率PlkW1.26化工设备机械基础P19819Il时，单根V带额定功率增量Pl
19、kW0.09化工设备机械基础P19820包角修正系数Ka0.93化工设备机械基础P19721带长修正系数%1.13化工设备机械基础P19722V带根数Z22z_=C(1.26+0.09)0.931.13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DN4&kdi也螺栓4Rl&质量KgR型M型数量螺纹4耳当443M24264316481446254.5、安装底盘安装底盘采用螺柱等紧固件，上及机架连接，下及凸缘法
20、兰连接，是整个搅拌装置及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HG21565-95选取。安装底盘的公称直径及凸缘法兰相同。形式选取时应注意及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d1k&4(町)dS4162629035012-M20504.6、机架机架是安放减速机用的，它及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。4.4.1、 无支点机架无支点机架
21、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。4.4.2、 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
22、支点机架时，减速器输出轴及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，减速器输出轴及搅拌器之间采用刚性联轴器连接。4.4.3、 双支点机架在不宜采用单支点机架或无支点机架时，可选用双支点机架，但减速器输出轴及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M用旦HS%输入端接口输出端接口42l-MAAA次。n2-DJ9OO45049012-M1643051055530412-023机架代号44Ml4（礴*4仇H%质量，kgDJ35142.8M45X1.5455785、反应釜的轴封装置轴封是搅拌设备的
23、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，HG21537.7、 -92为碳钢填料箱，
24、HG21537.8-92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lm/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
25、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
26、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dQ乌(垢)H法兰螺栓孔填料规格质量，kgPNO.6PNl.6nPNO.6PNl.6301757418IOxlO7.78.16、反应釜其他附件6.1支座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/T4725-92)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
27、荷0,kN适用容器公称直径DNl度H底板垫板I1bSlLbe60100(T240允许载荷0,kN支座号A型筋板地脚螺栓支座重量kg2dM6M2411.1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，应按两个支座计算。耳式支座实际承受载荷近似计算:叫店+3+）o.3IcnnD式中Q支座实际承受的载荷，kN；D一一支座安装尺寸，mm；g重心加速度，取g=9.8m/s2;a偏心载荷，N:方一一水平力作用点至底板高度，mm；A不均匀系数，安装3个支座时，取代1,安装3个以上支座时，取A=O.83；固-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；A制作数量；2
28、偏心距，mnioP水平力，取和的最大值，No当容器高径比不大于5,且总高度后不大于IOm时，和可按下式计算，超出此范围的容器不推荐使用耳座。水平地震力Pe：Pe=0.5j%g=0.50.459.89.821.609式中ae地震系数，对7,8,9度地震分别取0.23,0.45,0.90.水平风载荷A=0.95DjWx10=724.6式中4一一容积外径，有保温层时取保温层外径，mm；/；风压高度变化系数，按设备质心所处高度取H容器总(度，mm:查IOm高度处的基本风压值，N/m2.所以P=RQ:正盘+蛔及？XlOd如 nD9.8x9.8+1.1764x(724.6x1.176+1.176x700.
29、22l560=13.5jW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150250m,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:6.3、 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。6.3.1、 接管及管法兰接管和管法兰是用来及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)。管子的公称通径及钢管的外径的关系如下表：公称直径及钢管外径公称直径DN钢管外径10141518202525324045505765
