1、目錄1 方案的分析和 定（3）2. 反 釜釜體的 （4）2.1 罐體和 套的 構 （4）2.2 罐體幾何尺寸 算（5）2.2.1 確定筒體內徑和高度（5）2.2.2確定筒體的厚度（5）2.2.3確定封 的厚度（6）2.3 反 釜 套的 （7）2.4 套幾何尺寸的 算（7）2.5按內 筒體和封 行 度 算（8）2.6 按外 筒體和封 行 度校核（8）2.7 水 校核 算（12）3 反 釜的 拌裝置（12）3.1 拌器型式的 （13）3.2 拌 （13）4 反 釜的 裝置（14）4.1 常用 機及其 接（15）4.2 釜用減速機 型， 準及其 用（15）4.3 機座的 （16）4.4 底座的 （1

2、7）4.5 器（18）14.6 封裝置 （18）5反 釜內表面的防腐 措施（19）6反 釜的其他附件 （19）6.1支座 （20）6.2 接口 （20）7本 的改 和建 （20）8反 釜的裝配 （21）9 參數 （21）參考文獻 （21）2高溫高壓腐蝕試驗評價釜的設計課程設計是培養學生設計能力的重要實踐教學環節，通過裸程設計，培養學生獨立地運用所學到的基本理論并結合生產實際的知識，綜合地分析和解決生產實際問題的能力。當學生首次完成該課程設計后，應達到一下幾個目的：（ 1）熟練掌握查閱文獻資料、 收集相關數據、 正確選擇公式。（ 2）在兼顧技術先進性、可行性、經濟合理的前提下，綜合分析設計任務要

3、求，確定化工工藝流程，進行設備選型，并提出保證過程正常、安全可行所需的檢測和計量參數，同時還要考慮改善勞動條件和環境保護的有效措施。（ 3）用精煉的語言、簡潔的文字、清晰地圖表來表達自己的設計思想和計算結果。設計要求和設計指標 ：設計最高工作 150C；設計工作壓力： 20MPa；容積： 5L；釜內介質：二氧化碳，高礦化度中性水介質1 設計方案的分析和擬定根據任務書中的要求， 一個夾套反應釜主要有攪拌容器、 攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管等一些附件構成。而攪拌容器又可以分為罐體和夾套兩部分。 攪拌裝置分為攪拌器和攪3拌軸，根據任務說明書的要求本次設計攪拌器為漿式攪拌器； 考

4、慮到機械軸封的實用性和應用的廣泛性，所以軸封采用機械軸封。在閱讀了設計任務書后 , 按以下內容和步驟進行夾套反應釜的機械設計。（ 1）總體結構設計。根據工藝的要求，并考慮到制造安裝和維護檢修的方便來確定各部分結構形式。（ 2）攪拌器的設計。根據工藝參數確定各部幾何尺寸；考慮壓力、溫度、腐蝕因素，選擇釜體和夾套材料；對罐體、夾套進行強度和穩定性計算、校核；（ 3）傳動系統設計，包括選擇電機、確定傳動類型、選擇聯軸器等。（ 4）決定并選擇軸封類型及有關零部件。（ 5）繪圖，包括總圖、部件圖。（ 6）編制技術要求，提出制造、裝配、檢驗和試車等方面的要求。2. 反應釜釜體的設計反應釜是有罐體和夾套兩部

5、分構成， 罐體是反應的核心， 為物料完成攪拌過程提供一個空間。 夾套為反應的操作溫度提供保障， 是一個套在罐體外的密封空間容器。此設計中采用Q235-A 鋼，其在 150。C 許用應力為 113MPa。2.1 罐體和夾套的結構設計4罐體采用立式的圓筒形容器，有筒體和封頭構成。 通過支座安裝在基礎平臺上。 下封頭與筒體的連接采用焊接連接。而為了拆卸清洗方便，上封頭采用法蘭與筒體連接。夾套型式與罐體大致一致。2.2 罐體幾何尺寸計算2.2.1 確定筒體內徑和長度一般有工藝條件給定容積V、筒體內徑 Di 估算：34VDiiH ii式中 i 為長徑比即：Di，長徑比的值可根據釜的形狀和標準來確定。由表

6、可知，長徑比在反應釜中常取1.0 2.0 ，則此設計中取為 1.2 ，且知道 V=510-33=0.174m即 Di =174mm，根據 GB9019-2001壓m, 得 Di力容器公稱直徑標準取Di =159mm鋼管做筒體，筒底采用半球形封頭，則下封頭直徑為159mm，半球型封頭容積為2.1L ，則直鋼管的容積為2.9L ，深度為 182.4mm，整取為 H1=183mm。則筒體總長度為262.5mm。2.2.2 確定筒體的厚度5因為釜體上裝有安全閥， 設計壓力為 P=20MPa，=1.0（全部無損檢測），鋼板或鋼管在軋制過程中，其厚度可能出現減薄（即負偏差），因而在設計容器時應預先給壁厚一

7、個增量C1，根據常用標準取C1=0.5。而與介質接觸的筒體、封頭、接管等附件由于腐蝕、機械磨損而導致厚度的削弱和減薄，均應考慮腐蝕裕量C2。此處 C2=2則內壓圓筒的計算壁厚由公式得 Sn=（20159）/（211320）+0.5+2=18mm2.2.3 確定封頭厚度平板封頭在制作上方便， 應用廣泛，故此設計上封頭采用平板封頭。當平蓋周邊與筒體連接為剛性固定連接時， 最大應力發生在周邊處。圓形平蓋的厚度可按下式計算：式中 Dc-計算直徑K-平蓋系數，隨平板形封頭結構的不同而不同，其值可查表而 Dc=Di+2Sn得 Dc=195mm根據封頭的加工方式取為1.0K根據計算直徑、設計壓力、螺孔到筒體

8、的距離等因素查值為0.4計算得 p=1950.266+0.5+2=54mm下封頭厚度：當受內壓時， 與其他封頭相比其薄膜應力最小，故所需厚度也最薄。按設計規定， 封頭中只有球形封頭的最小厚度可以小于6筒體的最小厚度。在實際中，考慮封頭與筒體焊接方便，以及降低封頭和筒體連接的邊緣應力，通常取與筒體等厚。2.3 反應釜夾套的選擇為了從容器外面加熱或冷卻， 最為簡單的方法是在其筒體上設置夾套，通入加熱或冷卻介質。 夾套的結構形式由使用要求和工藝可能性決定，主要形式有：僅在容器圓柱殼上設置夾套；在容器圓柱殼和底部封頭上設有夾套； 在一個封頭上設置夾套； 在整個圓柱殼體兩側封頭上設置夾套。夾套的形式有普

9、通型、半圓管型、螺旋型、半圓型和波紋型；而普通型夾套又分為同心型和非同心型。 在夾套殼與容器殼體連接方式上又有錐形封口環、半圓封口環和平板封口環。夾套反應釜幾何尺寸確定后， 要根據已知的公稱直徑， 設計壓力和設計溫度進行強度計算確定罐體及夾套的筒體和封頭的厚度。強度計算中各參數的選取及計算，均應符合 GB150-1998鋼制壓力容器的規定。2.4 夾套幾何尺寸計算夾套和筒體的連接常焊接成封閉結構， 夾套的結構尺寸常根據安裝和工藝兩方面的要求而定。 夾套內徑 D2 可根據筒體內徑 D1 大小來確定，內徑 D2=D1+50=209mm夾套高 H2 有傳熱面積而決定，不能低于料液高。若裝料系數 沒有

10、給定，則應合理選擇裝料系數的值，盡量提高設備利用率。通常的取值范圍為 0.6-0.85。在二氧化碳和高礦化度中性水介質中，粘度較低，可以取為 =0.6。7夾套高 H2 由公式 H2=（VV 封）/V 1m式中V1m 為 1m 高筒體容積V 封為封頭的容積算得 H2=156mm圓整為 H2=160mm此設計中采用U 型夾套將筒體全部包圍，故此夾套的高度將根據筒體的高度而定。夾套厚度按照筒體厚度計算方法，可得夾套厚度 Sj =18mm，夾套內表面與筒體外表面間距選取40mm。2.5 按內壓對筒體和封頭進行強度計算壓力計算：材料選擇 Q235A，由設計壓力（罐體內）P=20MPa，可得：工作壓力（罐

11、體內）為 20/1.1=18.2MPa 設計溫度（罐體內）為 t 150C；內壓圓筒的計算壁厚由公式得 Sn=（20159）/（211320）+0.5+2=18mm 2.6 按外壓對筒體和封頭進行強度校核假設一：罐體筒體的名義厚度 Sn=18mm；厚度附加量 C=C1+C2=2.5mm；罐體筒體有效厚度 S=SnC=15.5mm；8罐體筒體外徑 Dc=195mm；筒體計算長度 Hi =263mm；長徑比系數 Hi/Dc=1.35 ；系數 Dc/S=195/15.5=12.58根據所得數據以及下圖可得：系數 A=0.025；系數 B=162MPa根據許用外壓公式 P=B*S/Dc=12.88MP

12、a20.0026MPa,滿足對穩定性的要求。在此設計中夾套所受的壓力不會高于筒體所受的壓力，為保證設備的安全，夾套取用與筒體相同的厚度。外壓封頭強度計算：9設封頭厚度為 s=30mm；有效厚度為 s1 =27.1mm；R0=K1D0式中 K1 =0.9 D0 =Di+2Sn=219mmR0=197.1mm計算系數 A得 A=0.017查得系數 B=162MPa則許用應力為得 B=22.3MPa20.0026MPa，滿足對穩定性的要求。10圖 111圖 22.7 水壓試驗校核計算罐體水壓試驗由于 t故 p，有效厚度S=27.1mmT=1.25p=1.2520=25MPa根據公式得T=85.8MP

13、a材料屈服點應力為 s=113MPa0.9 s=101.7MPa得 T 0.9s 所以罐體水壓試驗強度足夠3 反應釜的攪拌裝置攪拌傳動系統為整個系統提供動力支持， 組成有電動機、減速器、攪拌軸及其聯動器等。 攪拌器的形式很多， 需要按照任務說明說的要12求選擇合適的攪拌器，本次設計采用的是漿式攪拌器。3.1 攪拌器結構型式的選擇槳式攪拌器是攪拌器中最簡單的一種， 葉片一般用扁鋼制造， 材料可以采用碳鋼、合金鋼、 有色金屬或碳鋼包橡膠環氧樹脂、酚醛樹脂、酚醛玻璃布等。槳葉有平直葉和折葉兩種。平直葉的葉面與其旋轉方向垂直，折葉則是與旋轉方向成一傾斜角度。 平直葉主要使物料產生切線方向的流動，折葉除

14、了能使物料做 =作圓周運動外，還能使物料上下運動， 因而折葉比平直葉攪拌作用更充分。 所以此設計采用折葉設計。如圖：槳式攪拌器直徑D 一般取反應釜內徑Di 的 1/3-2/3，因此在此設計中取為 D 槳 =1/3Di=53mm。3.2 攪拌軸的設計對攪拌軸而言， 實際受力比較復雜， 它同時受到扭轉和彎曲的組合力作用，其中以扭轉為主， 所以工程上采用近似的方法來確定攪拌軸的直徑，即假定攪拌軸只承受扭轉的作用， 然后用增加安全系數以降低材料許用應力的方法來彌補由于忽略軸受彎曲作用所引起的誤差。（1）攪拌軸的材料：選用Q 235-A13（ 2）攪拌軸的結構：用實心直軸，因是連接的為槳式攪拌器，故采用

15、光軸即可。（ 3）攪拌軸強度校核軸扭轉的強度條件是：maxT kW p對 Q235-A k=1220Mpa對實心軸Wp=d3/16而 T =9.55106P/n式中d攪拌軸直徑， mm；P攪拌軸傳遞的功率，kW；n攪拌軸轉速， r/min 。（ 4）攪拌軸的支撐一般攪拌軸可依靠減速器內的一對軸承支承。當攪拌軸較長時，軸的剛度條件變壞。為保證攪拌軸懸臂穩定性，軸的懸臂長L1 ，軸徑 d和兩軸承間距B 應滿足以下關系：L 1/B45;L 1/d4050本次采取單支點機架，靠機架里的軸承對軸進行支撐。4 反應釜的傳動裝置反應釜的攪拌器是由傳動裝置來帶動。傳動裝置設置在釜頂封頭的上部，其設計內容一般包

16、括：電機；減速機的選型；選擇聯軸器；14選用和設計機架和底座等。4.1 常用電機及其連接設備選用電機主要是考慮到它的系列，功率， 轉速，以及安裝形式和防爆要求等幾項內容。最常用的為 Y 系列全封閉自扇冷式三相異步電動機。電機功率必須滿足攪拌器運軸功率與傳動系統， 軸封系統功率損失的要求，還要考慮到又時在攪拌過程操造作中會出現不利條件造成功率過大。PdPPm電機功率可按下式確定：式中Pd電動機功率， kw ；P工藝要求的攪拌功率，kw ；Pm軸封摩擦損失功率，kw；傳動系統的機械效率。一般異步電動機的同步轉速按電動機的極數分成幾檔，其中1500r/min 的電動機價格較低，供應普遍，應用最廣泛。

17、4.2 釜用減速機類型，標準及其選用我國目前常用的反應釜用立式減速機主要有擺線針齒形減速機、兩級齒輪減速機、 三角皮帶減速機等幾種。 減速機型號可先根據基本轉速所需功率， 查出減速機公稱軸轉速及所配電動機功率，根據這兩項數值，便可確定減速機類型和該減速機的特性參數以及機型的順序號。在確定機型后， 可從有關機械設計手冊中查到該型號的減速機外型及安裝尺寸、數量以及各項具體參數。154.3 機座的設計攪拌反應釜傳動裝置的機座上端與減速機裝配，下端與底座相連。一般來講， 機座上還需要有容納聯軸器、封軸裝置等部件及其安裝所需空間。選用時首先考慮上述要求， 然后根據所選減速機的輸出軸軸徑及安裝定位面的尺寸

18、選配合適的機座。常用機座有JA、JB 和 JXLD 等。JA 型為不帶中間支撐的機座，適用于反應釜傳來的軸向力不大的情況。在腐蝕評價釜中，滿足上述要求，故此設計采用JA 型機座。 機座的結構尺寸可根據減速機軸徑 的大小查 表得出。164.4 底座的設計底座一般焊接在釜體的上封頭上， 為了易于保證底座既與減速機座連接又使穿過軸封裝置的攪拌軸運轉順利， 要求減速機的機座和軸封裝置安裝時有一定的同軸度， 一般將兩者的定位安裝面做在同一塊底座上。車削時，應在同一裝夾位置上將兩者的定位安裝面車成。根據釜內物料的腐蝕特性不同，底座材料分為襯里和不襯里兩種，要襯里的則在物料可能接觸的碳鋼表面襯一層不銹鋼。如

19、圖：當封頭為橢圓型封頭時， 底座要按照封頭曲率加工； 當封頭為平板型17時，則可以加工成平面。安裝時，先將攪拌軸、減速機座與軸封裝置同底座裝配好放在上封頭， 位置找準試運轉順利后才將底座焊定位于封頭上，然后卸去整個傳動裝置和軸封裝置，再將底座與封頭焊牢。4.5 聯軸器軸和軸之間常用聯軸器進行連接， 使之一起回轉并傳遞扭矩。 聯軸器可分為固定式和可移式兩種， 前者要求被聯接兩軸嚴格對中和工作時不發生相對移動， 而后者允許兩軸有一定的安裝誤差， 并能補償工作時可能產生的相對位移。此設計中采用凸緣聯軸器， 因其結構簡單、 制作方便而又能傳遞較大的扭矩。但缺點是傳遞載荷時不能緩和沖擊和吸收振動， 安裝

20、要求較高。如圖：它由兩個帶轂的圓盤組成凸緣， 兩個凸緣鍵分別裝在兩軸端， 并用幾個螺栓將他們聯接，主要依靠接觸面的摩擦力來傳遞扭矩。4.6 軸封裝置18軸封式攪拌設備的一個重要組成部分。 其任務是保證攪拌設備內處于一定的正壓和真空狀態以及防止物料溢出和雜質的摻入。 鑒于攪拌設備以立式容器中心頂插式為主， 很少滿釜操作， 軸封的對象主要為氣體；而且攪拌設備由于反應工況復雜，軸的偏擺震動大，運轉穩定性差等特點，故不是所有形式的軸封都能用于攪拌設備上。反應釜攪拌軸處的密封， 屬于動密封，常用的有填料密封和機械密封兩種形式。他們都有標準，設計時可根據要求直接選用。這次設計選用機械軸封。機械軸封是一種功

21、耗小， 泄露率低，密封性能可靠， 使用壽命長的轉軸密封。主要用于腐蝕、易燃、易爆、劇毒及帶有固體顆粒的介質中工作的有壓和真空設備。 機械軸封的結構形式很多， 且大都有標準。，可根據標準和需要選擇合適的結構。5 反應釜內表面的防腐蝕措施CO2 溶解于反應釜的高礦化度中性水中會形成碳酸鹽， 使水的 pH 值下降，酸性增加，有利于氫的析出和金屬表面保護膜的溶解破壞。這種碳酸鹽溶液引起的應力腐蝕與堿脆和硝脆一樣， 都是沿晶的陽極溶解型。本設計中可以采用在內表面做一層防腐蝕鍍層， 通過鍍層來將介質與主體材料機械隔離， 達到防腐蝕的目的， 根據主體材料可以選擇鍍一層 1Cr18Ni9Ti 材料的不銹鋼，從

22、經濟和防腐效果來看是比較合理的。同時可以根據所使用的介質選擇緩蝕劑， 前提需要保證所加物質不會影響實驗結果。6 反應釜的其他附件196.1 支座夾套反應釜多為立式安裝， 最常用的支座為耳式支座。 標準耳式支座（ JB/T 4725-92）分為 A 型和 B 型兩種。當設備需要保溫或直接支撐在樓板上時選用 B 型，否則選擇 A 型。在此設備中則選擇 B 型。 6.2 設備接口化工容器及設備， 往往由于工藝操作等原因， 在筒體和封頭上需要開一些各種用途的孔。液體出料管的設計主要從物料易放盡、 阻力小和不易堵塞等原因考慮。另外還要考慮溫差應力的影響。7 本設計的改進和建議設計中采用 Q235A材料，在本設計情況下滿足要求， 如果換作其他情況的介質下使用， 可能會對設備造成較大的腐蝕， 或對試驗結果造成影響，在對于介質腐蝕性較強的介質下可以選擇 1Cr18Ni9Ti 為主體材料，因為 1Cr18