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夹套反应釜优秀课程设计.docx
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1、课程设计说明书题目: 夹套反应釜设计 院 系: 机械工程学院 专业班级: 过控09-4班 学 号: 302648 学生姓名: 石伟维 指导老师: 来永斌副教授 年 7月 2日 安徽理工大学课程设计(论文)任务书 机械工程 学院 过控 教研室学 号学生姓名石伟维专业(班级)过控09-4班设计题目夹套反应釜设计设计技术参数 容器内 夹套内 全容积:0.8工作压力/MPa : 0.18 0.25 传热面积/:大于3设计压力/MPa : 0.2 0.3 腐蚀情况:微弱工作温度/: 100 130 推荐材料:Q345R设计温度/: 120 150 搅拌器形式:桨式介质: 燃料及有机溶剂 蒸汽 搅拌轴转速
2、/(r/min):200 轴功率/kW:4设计要求1、罐体和夹套几何尺寸计算2、搅拌装置设计3、传动装置设计4、轴封装置选择5、工艺接管及附件选择6、焊缝结构设计工作量设计说明书不少于6000字;一张图纸装配图工作计划第一周:借书籍、查资料,确定总体方案及相关数据;第二周:编写课程设计说明书,确定画图相关尺寸;第三周:画装备图参考资料1朱有庭. 化工设备设计手册(上、下卷)M. 北京:化学工业出版社,.2蔡纪宁,张莉彦. 化工设备机械基础课程设计指导书M. 北京:化学工业出版社,.3方书起. 化工设备课程设计指导M. 北京:化学工业出版社,.4茅晓东. 经典化工设备机械设计指导M. 上海:华东
3、理工大学出版社,1995.5王凯,虞军. 搅拌设备M. 北京:化学工业出版社,.6郑津洋,董其伍,桑芝富. 过程设备设计M. 北京:化学工业出版社,.7任济生,唐道武,马克新. 机械设计机械设计基础课程设计M. 徐州:中国矿业大学出版社,.8王凯,冯连芳. 混合设备设计M. 北京:机械工业出版社,.9成大先. 机械设计手册M. 北京:化学工业出版社,.指导老师签字教研室主任签字 年 月 日目录第1章 绪论11.1概述11.2搅拌器研究情况11.3搅拌设备研究中关键难点和处理方法11.4搅拌设备在工程技术上特点2第2章 罐体几何尺寸计算32.1 确定筒体内径32.2 确定封头尺寸32.3 确定筒
4、体高度42.4 夹套几何尺寸计算42.5 传热面积计算52.6 夹套反应釜强度计算52.6.1 强度计算标准及依据52.6.2 内筒及夹套受力分析52.6.3 强度计算(按内压计算厚度)62.6.4 稳定性校核(按外压校核罐体厚度)72.6.6 水压试验校核8第3章 反应釜搅拌装置93.1 选择搅拌器93.2 电动机额定功率确实定103.3 搅拌轴设计103.4 搅拌器强度设计11第4章 反应釜传动装置124.1 选择电动机124.2 选择减速器124.3 凸缘法兰选择124.4 选择安装底盖144.5 机架选择154.6 联轴器选择174.7 轴封装置18第5章 工艺接管及附件选择205.1
5、 工艺接管205.2 人孔和手孔205.3 设备接口215.3.1 接管和管法兰215.3.2 补强圈225.4 视镜225.5 支座235.6 挡板25第6章 焊缝结构设计266.1 釜体上关键焊缝结构266.2 夹套上焊缝结构设计27参考文件28鸣谢29第1章 绪论1.1概述搅拌反应器是化学工程和生物工程中最常见也是最关键单元设备之一,适适用于多种物性(如粘度、密度)和多种操作条件(温度、压力)反应过程,广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶等聚合反应,另外,也大量应用于医药、化工、食品、冶金、采矿、造纸废水处理等行业。一台夹套搅拌反应釜关键由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、
6、人孔、工艺接管和部分附件组成。 1.2搅拌器研究情况因为每一个搅拌器全部不是万能,全部只在一特定应用范围内才是高效。多年来,很多国际混合设备企业竞相开发高效节能、造价低廉搅拌器。通常在轴封、传动装置、传质传热搅拌方面有所突破,比如搅拌装置中经典有A310、A315叶轮等。以美国莱宁(LIGHTNIN)企业开发A310搅拌器为例,其叶片由钢板按一定规律弯曲制成,无须使用铣或精密浇铸等成型工艺,三叶片可用螺栓固定或焊接在轮毂上,这么有利于大型搅拌器制造和安装。尺寸较小时也能够铸造成型。这些搅拌器很适合于均相混合、固液悬浮等操作。当用于固-液悬浮时,达成一样悬浮效果,A310叶轮比传统上使用45斜叶
7、涡轮要节能50%。其它还有A315,适合气液搅拌发酵体系。1.3搅拌设备研究中关键难点和处理方法多种生产过程对搅拌往往有不一样要求,有过程要求经过搅拌起到混合和搅动作用。有要求在搅拌作用下,使固体或液体中保持悬浮状态,这就要求搅拌器含有一定技术特征,如一定泵型式、尺寸、转速和功率等。还需要从经济角度,考虑搅拌器及减速装置设备投资费用和日常动力消耗操作费用。对搅拌釜来说,依据物料相态,可分为均相和非均相两类,非均相反应过程如悬浮聚合、乳液聚合,和部分有固体催化剂聚合体系。均相体系对搅拌要求关键是使物料搅动,以提升传热和传质速率,并使物料混合均匀。非均相体系,除了上述这些要求之外,还要求“分散相”
8、在“连续相”中能保持稳定均匀分布。这就要求对搅拌装置进行不一样设计。在流体粘度较低,搅拌转速较高情况下,轻易产生漩涡流况。在漩涡存在时,轴向循环速率常低于径向循环速率,影响搅拌效果。还有一个情况值得注意,猛烈打旋流体常引发往复冲动浪涛,结合漩涡作用,对搅拌轴将造成起伏冲击力。为了消除漩涡,通常采取在容器内安装挡板措施。1.4搅拌设备在工程技术上特点搅拌设备设计依靠经验和试验、放大困难,而且它是机械和过程装备专业知识集成,属于非标设备,伴随工业发展,依据工艺过程要求,搅拌设备研究朝着以下多个方向发展:材料耐腐蚀化、设备大型化、 设计智能化、控制自动化、制造工艺合理化。第2章 罐体几何尺寸计算 搅
9、拌设备罐体通常是立式圆筒形容器,由顶盖、筒体和罐底组成,罐底大多为椭圆形封头,必需时也可选锥形封头。顶盖选择椭圆形封头或平盖。罐底和筒体连接常采取焊接连接。顶盖和筒体连接形式分为可拆和不可拆两种,要求可拆时,采使用方法兰连接。2.1 确定筒体内径通常有工艺条件给定容积V、筒体内径根据式(2-1)估算: (2-1)式中 V工艺条件给定容积,: 高径比,(按物料类型选择,见表2-1) 填料系数,取0.85表2-1 常见搅拌容器高径比种类筒体内物料类型高径比i反应釜、混合槽、溶解槽液-液或液-固体系1-1.3反应釜、分散槽气-液体系1-2聚合釜悬浮液、乳化液2.08-3.85搅拌发酵罐气-液体系1.
10、7-2.5由表2-1可取,依据式(2-1)得:圆整得: 2.2 确定封头尺寸椭圆封头选择标准件见图2-1,它内径于筒体内径相同,标注椭圆封头尺寸查JB/T 4746-标准可知:曲边高度,直边高度,容积,内表面积。图 2-1 椭圆封头2.3 确定筒体高度反应釜容积通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度根据式(2-2)计算并进行圆整: (2-2)式中 封头容积,; -1米高筒体容积,/m。查表得:,再依据公式(2-2)得: 圆整得:2.4 夹套几何尺寸计算 夹套和筒体连接长焊接成封闭结构,夹套结构尺寸常依据安装和工艺两方面要求而定。夹套内径可依据筒体内径按表2-2选择得:表 2-2 夹套
11、内径于筒体内径关系/mm500-600700-1800-3000/mm+50+100+200夹套下封头型式同罐体封头,其直径和夹套筒体相同。夹套高由传热面积决定,不能低于液料高。夹套高按式(2-3)估算: (2-3)将值代入式(2-3)得:,圆整取。2.5 传热面积计算 夹套所包围罐体表面积(筒体表面积+封头表面积)一定要大于工艺要求传热面积,即: (2-4)式中,(1米高筒体内表面积)查表得:,由式(2-4)求出:,所以满足换热要求。2.6 夹套反应釜强度计算2.6.1 强度计算标准及依据强度计算中各参数选择及计算,均应符合钢制压力容器要求,强度计算应考虑以下多个情况。(1)圆筒内为常压外带
12、套时当圆筒公称直径时,被夹套包围部分筒体按外压(指夹套压力)圆筒设计,其它部分按常压设计;(2)圆筒内为真空外带夹套时当圆筒公称直径时,被夹套包围部分筒体按外压(指夹套压力)圆筒设计,其它部分按真空设计;当圆筒公称直径时,全部筒体按外压(指夹套压力)筒体设计;(3)圆筒内为正压外带夹套时当圆筒公称直径时,被夹套包围部分筒体分别按内压圆筒和外压圆筒计算,取其中较大值;其它部分按内压圆筒设计。当圆筒公称直径时,全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算,取其中最大值。2.6.2 内筒及夹套受力分析 工艺提供条件为:釜体内筒中工作压力为,夹套内工作压力为,则夹套筒体和夹套封头承受内压:而内筒筒体和下封头既承受
13、内压,同时又承受外压,其最恶劣工作条件为:停止操作时,内筒无压而夹套内仍有蒸汽压力,此时内筒承受外压。2.6.3 强度计算(按内压计算厚度) 罐体和夹套材料选择,设计温度(容器内),(夹套内);设计压力(容器内),(夹套内)。焊接接头系数取液柱静压力: 计算压力: 夹套内介质为谁蒸汽,故其液柱静压力能够忽略不计,则夹套计算压力为:查表可知设计温度下,需用应力为。筒体计算厚度由公式: (2-5)得,; 夹套计算厚度由公式: (2-6)得,; 筒体封头计算厚度由公式: (2-7)得, ; 夹套封头计算厚度由公式: (2-8)得, 取钢板厚度负偏差,腐蚀裕量:罐体为0,夹套,则夹套厚度附加量由公式:
14、 (2-9)得,; 筒体设计厚度由公式: (2-10) 得,;夹套设计厚度由公式: (2-11)得,;筒体封头设计厚度由公式: (2-12)得,;夹套封头设计厚度有公式: (2-13)得,。 对低合金钢制容器,要求不包含腐蚀裕量最小厚度应大于,若加上腐蚀裕量,名义厚度最少应取。由钢材标准规格,名义厚度取为。所以: 筒体名义厚度: 夹套名义厚度: 筒体封头名义厚度: 夹套封头名义厚度:2.6.4 稳定性校核(按外压校核罐体厚度)(1)筒体名义厚度计算取厚度附加量,假设筒体名义厚度,则筒体有效厚度:,筒体外径,筒体计算长度由公式: (2-14)得,系数,系数,,,许用外压力由公式: (2-15)得
15、,。所以,名义厚度时,筒体能满足要求。(2)筒体封头厚度计算假设筒体封头名义厚度为,则筒体封头有效厚度,封头外径。而系数由公式: (2-16)得,查得,许用外压力由公式: (2-17)得,。该假设满足要求,筒体封头名义厚度为。2.6.6 水压试验校核材料屈服点应力, 罐体试验压力: (2-18)得,;夹套水压试验压力: (2-19)得,。罐体内筒水压试验时壁内应力: (2-20)得,;液压强度足够; 夹套内压试验应力: (2-21)得,液压强度足够。第3章 反应釜搅拌装置3.1 选择搅拌器搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。搅拌器形式关键有:桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式等。本釜选择
16、折叶桨式搅拌器。依据表 3-1 选择搅拌器参数:表 3-1 搅拌器关键参数桨型常见尺寸常见运转条件常见介质粘度范围桨式叶片数折叶角叶端线速度小于依据条件选择得;,得;选择折叶角。 桨式搅拌器和轴连接常见螺栓对夹。当轴径时,应加紧定螺钉;当初,加穿孔螺栓或圆柱销固定。桨式搅拌器关键尺寸见表 3-2。 表 3-2 桨式搅拌器关键尺寸/mm螺栓螺钉E质量小于数量数量35030M122110401208531.770.014001.935004012501401003.380.025503.62600601104.590.025700504169045410.420.0585012.110.07595
17、0M16M1615013.5711001207020.95注: 计算功率; 搅拌器每分钟转速,;搅拌器桨叶强度所许可数值,其计算温度2003.2 电动机额定功率确实定填料密封功率损失约为搅拌器功率10%或最少0.368KW,而机械密封功率损失仅为填料密封10%-15%。在此选择机械密封,其功率损失约为0.184KW。选择带传动,机械效率=0.95.则有0.184KW, =0.95,故电动机功率由公式: (3-1)得,式中 轴功率,。为了安全生产,选择。 3.3 搅拌轴设计 搅拌轴可用实心或空心直轴,碳钢材料常选45钢,有防腐或防污染要求场所,应采取不锈耐酸刚。其结构形式依据轴上安装搅拌器类型、
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