化工机械基础课程设计.doc

化工机械设计
（2009级）

题 目 夹套反应釜设计
学 院 医药化工学院
专 业 化学工程与工艺
班 级 09化工1
学 号
学生姓名
指导教师
完成日期 2011年11月15日
目录

1.夹套反应釜设计任务书…………………………………………………………2
2.设计方案分析和拟定……………………………………………………………3
3．罐体和夹套设计 ………………………………………………………………4
3.1几何尺寸 …………………………………………………………………4
3.2强度计算……………………………………………………………………4
3.3稳定性校核（按内压校核厚度）…………………………………………5
3.4水压试验校核………………………………………………………………6
3.5支座形式的选择……………………………………………………………7
3.6接管、管法兰及设备法兰的选择…………………………………………7
3.6.1管口表 ………………………………………………………………7
3.6.2管法兰表 ……………………………………………………………7
3.6.3设备法兰的选择 ……………………………………………………8
3.7搅拌传动系统设计…………………………………………………………8
3.7.1搅拌器选择 …………………………………………………………8
3.7.2搅拌轴设计 …………………………………………………………8
3.8传动系统……………………………………………………………………9
3.8.1电动机 ………………………………………………………………9
3.8.2 V带减速机 …………………………………………………………9
3.8.3轴承、联轴器的选择 ………………………………………………10
3.9凸缘法兰及安装底盖………………………………………………………11
3.9.1凸缘法兰 ……………………………………………………………11
3.9.2安装底盖 ……………………………………………………………11
3.10轴封形式的选择 …………………………………………………………11
3.11总装配图的绘制（见附图）
4. 参考文献…………………………………………………………………………11
5. 设计总结…………………………………………………………………………11

1、夹套反应釜设计任务书

一、设计内容
设计一台夹套传热式带搅拌的反应釜。
二、设计参数和技术特性指示
三、设计要求
1、进行罐体和夹套设计计算。
2、选择搅拌传动系统设计。
（1）进行传动系统方案设计（指定用V带传动）。
（2）作带传动设计计算：定出带型，带轮相关尺寸（指定选用库存电机Y132M2-6,转速960r/min，功率5.5KW）。
(3)进行上轴的结构设计及强度校核。
（4）选择轴承、进行轴承寿命校核。
（5）选择联轴器。
（6）进行罐内搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计。
（7）选择轴封型式。
3、设计机架结构。
4、选择凸缘法兰及安装底盖结构。
5、选择支座形式并进行计算。
6、选择接管、管法兰、设备法兰、手孔、视镜等容器附件。
7、绘制装配图（A1图纸）。

2、设计方案的分析和拟定
一、夹套反应釜的总体结构
主要由：搅拌容器：罐体和夹套，主要由封头和筒体组成
搅拌装置：搅拌器和搅拌轴
传动装置：为带动搅拌装置设置的，由电动机、减速机、联轴器和传动轴等组合而成
轴封装置：动密封，一般采用机械密封或填料密封
支座接管及一些附件
二、夹套反应釜机械设计步骤
先阅读任务书，然后设计
1. 罐体和夹套的设计
⑴结构设计 ⑵罐体几何尺寸设计
⑶夹套几何尺寸设计 ⑷强度校核
2. 反应釜的搅拌装置
确定搅拌的形式：推进式，与轴的连接是通过轴套用平键或是深定螺钉固定
搅拌轴设计：⑴搅拌轴的材料
⑵结构
⑶校核强度
⑷支承
⑸轴的临界转变校核计算
3. 反应釜的传动装置
电机、减速器的选型，选择联轴器，选用和设计机桨和底座
主要是设计V带，根据选用的功率、转速
4. 反应釜的轴封装置
填封密封是由填料箱、压盖、压紧螺栓及油杯等组成。一般用于常压、低压、低转速及允许定期维护的搅拌装置。
机械密封的搅拌装置：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。
三、反应釜的其他附件
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
支座分为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型，否则选A型，每台反应釜常用4个支座。
2. 设备接口：⑴ 接管与管法兰 ⑵ 补强圈 ⑶ 液体出料口
⑷ 过夹套的物料进出口 ⑸ 夹套进气管
3. 视镜：一般成对使用，当视镜需要斜装或设备直径较小时，采用带颈视镜。
3、夹套反应釜设计计算
3.1几何尺寸：
步骤
项目及代号
参数及结果
备注
1-1
全容积V，m3
2.2
由工艺条件给定
1-2
操作容积V1,m3
1.8
由工艺条件给定
1-3
传热面积F,㎡
3
由工艺条件给定
1-4
釜体形式
圆筒形
常用结构
1-5
封头形式
椭圆形
常用结构
1-6
长径比i=H1/D1
1.3
按参考文献2表4-2选取

1-7
初算筒体内径
1.292

按参考文献2式4-1选取
1-8
圆整筒体内径D1,㎜
1300
按参考文献2表D-1选取
1-9
一米高的容积V1m,m3
1.327
按参考文献2表D-1选取
1-10
釜体封头容积V1封,m3
0.3208
按参考文献2表D-2选取
1-11
釜体高度H1=(V—V1封)/V1m,m
1.416
按参考文献2式4-2选取
1-12
圆整釜体高度H1,mm
1500
选取
1-13
实际容积V=V1m×H1+V1封,m3
2.311
按文献2式4-3计算
1-14
夹套筒体内径D2,mm
1400
按文献2表4-3选取
1-15
装料系数η=V操/V或按η=0.6～0.85选取
0.78
计算或选取
1-16
夹套筒体高度H2≥(ηV－V1封)/V1m,m
1.117
按文献2式4-4计算
1-17
圆整夹套筒体高度H2,mm
1200
选取
1-18
罐体封头表面积F1封,m2
1.9340
按文献2表D-2选取
1-19
一米高筒体内表面积F1m,m2
4.09
按文献2表D-1选取
1-20
实际总传热面积F=F1m×H2+F1封，m2
6.842>3
按文献2式4-5校核
3.2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-A
据工艺条件或腐蚀情况确定
2-2
设计压力（罐体内）p1,MPa
0.2
由工艺条件给定
2-3
设计压力（夹套内）p2,MPa
0.3
由工艺条件给定
2-4
设计温度（罐体内）t1,℃
<100
由工艺条件给定
2-5
设计温度（夹套内）t2,℃
<150
由工艺条件给定
2-6
液柱静压力p1H=10-6ρgh MPa
0.015
按参考文献1计算
2-7
计算压力p1c=p1+p1H,MPa
0.215
计算
2-8
液柱静压力p2H,MPa
0
忽略
2-9
计算压力p2c=p2
0.3
计算
2-10
罐体及夹套焊接接头系数φ
0.85
按参考文献1表10-9选取
2-11
设计温度下材料许用应力[σ]t,MPa
113
按参考文献1附表6选取
2-12
罐体筒体计算厚度
1.46
按参考文献1式10-12选取
2-13
夹套筒体计算厚
2.19
按参考文献1式10-12选取
2-14
罐体封头计算厚度
1.46
按参考文献1式10-32选取
2-15
夹套封头计算厚
2.19
按参考文献1式10-32选取
2-16
钢板厚度负偏差C1,mm
3
按参考文献1式10-10选取
2-17
腐蚀裕量C2,mm
2.0
按双面腐蚀
2-18
厚度附加量C=C1+C2
5
按参考文献1第十章选取
2-19
罐体筒体设计厚度δ1c=δ1+C2,mm
5
按参考文献1式10-12选取
2-20
夹套筒体设计厚度δ2c=δ2+C2,mm
5
按参考文献1式10-12选取
2-21
罐体封头设计厚度δ/1c=δ/1+C2,mm
5
按参考文献1式10-12选取
2-22
夹套封头设计厚度δ/2c=δ/2+C2,mm
0.5
按参考文献1式10-12选取
2-23
罐体筒体名义厚度δ1n,mm
6
圆整取数
2-24
夹套筒体名义厚度δ2n,mm
6
圆整取数
2-25
罐体封头名义厚度δ/1n,mm
6
圆整取数
2-26
夹套封头名义厚度δ/2n,mm
6
圆整取数
3.3稳定性校核（按外压校核厚度）
步骤
项目及代号
参数及结果
备注
3-2
罐体筒体名义厚度δ1n,mm
6
假设
3-2
厚度附加量C=C1+C2
2.5
按参考文献1表10-10选取
3-3
罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C,mm
3.5
按参考文献1第十章计算
3-4
罐体筒体外径D1O=D1+2δ1n,mm
1312
按参考文献1第十章计算
3-5
筒体计算长度L=H2+1/3h1+h2,mm
1308
按参考文献1第十章计算
3-6
系数L/D1O
0.997
按参考文献1第十章计算
3-7
系数D1O/δ1e
375
按参考文献1第十章计算
3-8
系数A
0.0002
查参考文献1图10-15
3-9
系数B
-
查参考文献1图10-17
3-10
许用外压力
0.068
按参考文献1式10-25计算
3-11
罐体筒体名义厚度δ1n,mm
10
假设
3-12
厚度附加量C=C1+C2
2.8
按参考文献1图10-10
3-13
罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C,mm
7.2
按参考文献1第十章计算
3-14
罐体筒体外径DO=D1+2δ1n,mm
1320
按参考文献1第十章计算
3-15
筒体计算长度L=H2+1/3h1+h2,mm
1308
按参考文献1第十章计算
3-16
系数L/D1O
0.991
按参考文献1第十章计算
3-17
系数DO/δ1e
183.3
按参考文献1第十章计算
3-18
系数A
0.00055
查参考文献1图10-15
3-19
系数B
68
查参考文献1图10-17
3-20
许用外压力
0.37>0.3
按参考文献1式10-25计算
3-21
罐体筒体名义厚度δn,mm
10
确定
3-22
罐体封头钢板厚度负偏差C1,mm
0.8
假设
3-23
厚度附加量C=C1+C2
2.8
按参考文献1表10-9，10-10选取
3-24
罐体封头有效厚度δ/e=δ/n-C,mm
7.2
按参考文献1第十章计算
3-25
罐体封头外径D/O=D/1+2δ/n,mm
1320
按参考文献1第十章计算
3-26
标准椭圆封头当量球壳外半径R/O=0.9D/O,mm
1188
按参考文献1第十章计算
3-27
系数
0.000758
按参考文献1第十章计算
3-28
系数B
87
查参考文献1图10-17
3-29
许用外压力
0.41>0.3
按参考文献1式10-34计算
3-30
罐体封头最小厚度δmin=15%D1,mm
1.95
δmin≤δe，满足要求
3.4水压试验校核
步骤
项目及代号
参数及结果
备注
4-1
罐体实验压力
0.25
按参考文献1式10-17计算
4-2
夹套水压实验压力
0.375
按参考文献1式10-17计算
4-3
材料屈服点应力σS,MPa
235
按参考文献1附录6计算
4-4
σT≤0.9ΦσS,MPa
179.8
按参考文献1式10-19计算
4-5
罐体圆筒应力
26.3<179.8
按参考文献1式10-19计算
4-6
夹套内压实验应力
34.02<178.8

按参考文献1式10-19计算
3.5支座形式的选择
由于立式反应釜为夹套传热带搅拌的配料罐，属于保温型所以选择标准耳式A型，标准号为JB/T4712.3-2007，材料为Q235-A，由容器公称直径DN=1300mm
查参考文献2附录D-9得如下主要尺寸：
允许载荷
Q，kN
适用容器公称直径
DN
高度H
底板
垫板
l1
b1
δ1
s1
l3
b3
δ3
e
30
700~1400
200
160
105
10
50
250
200
8
30
允许载荷
Q，kN
支座
数
A型筋板
地脚螺栓
支座质量，kg
A型
l2
b2
δ2
d
M
30
4
125
110
6
30
24
6.0
3.6接管、管法兰及设备法兰的选择
3.6.1管口表
符号
公称直径
连接尺寸标准
连接面形式
用途和名称
A
25
PL25-1.0RF HG20592-2009
PL/RF
蒸汽入口
B
65
PL65-1.0RF HG20592-2009
PL/RF
加料口
C
100
—
—
视镜
D
25
PL25-1.0RF HG20592-2009
PL/RF
温度计接口
E
25
PL25-1.0RF HG20592-2009
PL/RF
压缩空气入口
F
40
PL40-1.0RF HG20592-2009
PL/RF
放料口
G
25
PL25-1.0RF HG20592-2009
PL/RF
冷凝水出口
3.6.2管法兰参考文献2附录4-12

符号
公称直径DN
管子外径
A
连接尺寸
六角螺栓、螺栓
密封尺寸
法兰厚度
C
法兰内径
B
法兰近似质量
Kg
法兰外径
D
螺栓孔中心圆直径K
螺栓孔直径L
螺栓孔数量
n
螺栓
Th
螺栓长度
l
螺柱长度
l
突台直径
d
突台高度
f1
A
25
33.7
115
85
14
4
M12
50
70
68
2
16
33
1.0
B
65
76.1
185
145
18
8
M16
65
70
122
2
20
78
3.0
C
100
114.3
220
180
18
8
M16
70
95
158
2
22
110
4.5
D
25
33.7
115
85
14
4
M12
50
70
68
2
16
33
1.0
E
25
33.7
115
85
14
4
M12
50
70
68
2
16
33
1.0
F
40
48.3
150
110
18
4
M16
60
85
88
2
18
46
2.0
G
25
33.7
115
85
14
4
M12
50
70
68
2
16
33
1.0
3.6.3设备法兰的选择
查参考文献1表11-2可知乙型平焊法兰可满足工艺条件，法兰材料取Q235-A，由参考文献1表11-1可餐区凹凸面密封面，垫片材料选用耐油石油橡胶板，螺栓材料GB700Q235-A，螺母材料为Q235-A查阅相关文献可得乙型平焊法兰尺寸如下：PN=0.6MPa
公称直径DN
法兰
螺栓
法兰质量，Kg
D
D1
D2
D3
D4
δ
d
规格
数量
凹面
凸面
1300
1430
1390
1355
1341
1388
46
23
M20
40
97.5
99.8
3.7搅拌传动系统设计
3.7.1搅拌器选择
搅拌装置：由工艺条件可知搅拌器采用推进式搅拌器，其直径DJ常取罐体内经D1的0.2-0.5，以DJ=0.33* D1最为常见，常用与n=100～500r/min的场合。
推进式搅拌器的主要尺寸见参考文献2表4-6
DJ
D
d1
D0
键槽
H
质量/Kg
N/n
B
t
不大于
500
65
110
M16
18
70.6
105
10.42
0.05
3.7.2搅拌轴设计
搅拌器的机械设计酮一般转动轴。搅拌轴材料选用45号钢，搅拌轴转速200r/min。
（1） 搅拌轴轴的强度校核，步骤如下：（见参考文献2表4-7）
步骤
项目及代号
参数及结果
备注
5-1
轴功率P,kW
4
由工艺条件确定
5-2
轴转数n,r/min
200
由工艺条件确定
5-3
轴材料
45
常用
5-4
轴所传动的扭矩
191
按参考文献1第五章计算
5-5
材料许用扭转剪应力[τ],MPa
35
按参考文献1第十七章17-1选取
5-6
系数A
112
按参考文献1第十七章17-1选取
5-7
轴端直径
30.4
按参考文献1第十七章式17-3计算
5-8
开一个键槽，轴径扩大5%，mm
31.92
按参考文献1第17章计算
5-9
圆整轴端直径d，mm
40
圆整选取
（2） 搅拌轴的结构：实心直轴，与联轴器配合使用，搅拌器与轴的连接是通过轴套用平键或紧钉固定，轴端加固定螺母。
（3） 搅拌轴的形位公差和表面粗糙度的要求：
一般搅拌轴要求运转平稳，设计转速为200r/min，则直线允差1000：0.1
3.8V带减速机
3.8.1电动机
电动机型号
额定功率Kw
减载转速r/min
堵转转矩
最大转矩
额定转矩
额定转矩
Y132M2-6
5.5
960
2.0
2.0
3.8.2 V带减速机
（1）特点：结构简单，制造方便，价格低廉，能防止过载，噪声小。
（2）减速机的基本形式和主要尺寸。
（3）减速机的设计重点是V带轮的设计计算。
V带轮的设计计算和步骤如下：（见参考文献2表4-22）
步骤
设计项目
单位
公式及数据
备注
6-1
传动的额定功率P

KW
5.5
已知电机功率
6-2
小皮带轮转速n1

r/min
960
已知电机转速
6-3
大皮带轮转速n2

r/min
200
已知搅拌机转速
6-4
工况系数Ka

1.3
由参考文献1表14-4选出
6-5
设计功率Pd
kW
Pc=Ka*P=7.15
计算
6-6
选V带型号

根据Pd和n，选A型带
根据参考文献1图14-5选取
6-7
传动速比i

I=n1/n2=4.8
计算
6-8
小皮带轮计算直径d1

mm
75
按参考文献1表14-5初选
6-9
验算带速v
m/s
V=π*d1*n1/(60*1000)=3.77<vmin
vmax =25-30 m/s
vmin=5 m/s
6-10
小皮带轮计算直径d1

mm
100
按参考文献1表14-5初选
6-11
验算带速v
m/s
V=π*d1*n1/(60*1000)=5.02
Vmin<v<vmax
vmax =25-30 m/s
vmin=5 m/s
6-12
滑动率ε

0.02
选取
6-13
大皮带轮计算直径d2
mm
d2=id1(1-ε)=470.4
圆整，取d2=500
计算后按参考文献1表14-5圆整
6-14
初定中心距a0
mm
0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2)取a=1100
可根据结构要求定
6-15
带的基准长度Ld0
mm
Ld0≈2a0+π/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a0=3178.84
圆整，取Ld=3550
计算后按参考文献1表14-2圆整
6-16
确定中心距a（确定安装V带时所需最小中心距amin和最大中心距amax ）
mm
A=a0+(Ld-Ld0)/2=1285.6
amin=a-0.015Ld
amax=a+0.03 Ld
按参考文献1式14-12计算
6-17
小皮带轮包角α1
(º)
α1=180°-57.3°(d2-d1)/a=159.16°
按参考文献1式14-13计算
6-18
单根V带额定功率P1

kW
0.98
由参考文献1表14-6选取
6-19
i≠1时，单根V带额定功率增量△P1
kW
0.1214
由参考文献1表14-6选取
6-20
包角修正系数Kα

0.95
由参考文献1表14-7选取
6-21
带长修正系数KL

1.17
由参考文献1表14-8选取
6-22
V带根数z

Z=pd/[Kα*KL(p1+△P1)]=5.84圆整，取z=6
计算后圆整
3.8.3轴承、联轴器的选择
（1）有工艺条件可知，轴承选用较接触球轴承
角接触球轴承的主要尺寸如下：（按参考文献2附录E-1选取）
轴承型号
尺寸，mm
安装尺寸，mm
基本额定载荷，KN
极速转速K，r/min
d
D
B
rmin
r1min
a
damin
Damax
ramax
Cr
C0r
脂
油
50
90
20
1.1
0.6
19.4
57
83
1
42.8
32.0
6300
5800
（2）连州器选用G YS6型凸缘连轴器
型号
公称转矩Tn/N·m
许用转矩[n]/r·min-1
轴孔长度L
D
D1
b
b1
S
转动惯量I/kg·m2
质量m/kg
Y型
J1型
GYS6
900
6800
112
84
140
80
40
56
8
0.015
7.59

3.9凸缘法兰及安装底盖
3.9.1凸缘法兰：DN≈D1/4
选用R型凸缘法兰，标准号HG-21564-95，参考文献2附录D-6，尺寸如下：
公称直径DN

d1

d2

k

d3

d4

h1

h2

h4
螺栓

d5

R1

R2

质量kg
R型

数
量

螺纹

d6

h3
400
410
565
515
430
455
42
85
7
20
M24
26
4
2
46
481
4
3.9.2安装底盖
安装底盖公称直径DN
机架公称直径

d2

k

d5

d6（h7）

k1

D7

S
400
400
565
515
16~26
415
—
—
50
3.10轴封形式的选择
由工艺条件给定，选用填料密封（参考文献1附录E-13）
公称直径DN
公称压力PN/Kpa

轴径d

D1

D2
D3（h6）

H
法兰螺栓孔
填料规格

质量
n
φ
400
0.6
40
175
145
110
147
4
18
1010
7.5
参考文献：
[1] 陈国恒.化工机械基础（第二版）.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（第二版）.北京：化学工业出版社

小结：
从最初对课程设计的一无所知，到最终完成，虽然只有短短的两周时间，但却能让我们拥有许多。新奇，疲惫，厌倦，到即将完成时些许的轻松与喜悦，这也正如我们的生活。
课程设计不仅仅让我熟悉了专业知识，更重要的是学习了如何做事。通过不断的查资料、看书，然后讨论直到选定所需的器件，这应该是我所得到的最大的锻炼。我拥有一个团队，并不是一个人在奋斗，也许不是最棒，但至少在相互帮助努力做到更好。生活难免会有挫折，能有人可以一起分担，而后解决。我想，这就已经足够了。