1、化工設備機械基礎課程設計夾套反應釜設計化學化工學院王信銳化工1121指導老師：陳勝洲i化工設備機械基礎課程設計目錄、夾套反應釜設計任務書4、夾套反應釜設計51、夾套反應釜的總體結構設計52、罐體和夾套的設計52.1 、罐體和夾套的結構設計52.2 、罐體幾何尺寸的計算5221、確定筒體內徑52.3 .2定封頭尺寸62.4 .3定筒體高度Hi62.3 夾套的幾何尺寸計算62.4 夾套反應釜的強度計算72.4.1 強度計算的原則及依據72.4.2 按內壓對筒體和封頭進行強度計算72.4.3 按外壓對筒體和封頭進行強度校核82.4.4 水壓實驗校核計算92.5 夾套反應釜設計計算數據一覽表92.5.

2、1 幾何尺寸92.5.2 強度計算（按內壓計算厚度）102.5.3 穩定性校核（按外壓校核厚度）102.5.4 水壓實3僉校核113、反應釜的攪拌裝置123.1、 攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結構設計123.2、 攪拌軸設計123.3、 軸的強度一覽134、反應釜的傳動裝置134.1、 常用電機及其連接尺寸134.2、 釜用減速器類型、標準及選用144.3、 V帶減速機144.4、 凸緣法蘭164.5、 安裝底盤164.6、 機架174.6.1、 無支點機架174.6.2、 單支點機架174.6.3、 雙支點機架175、反應釜的軸封裝置185.1、 填料密封185.2、 機械密封186、反應

3、釜其他附件196.1、 座196.2、 手孔和入孔206.3、 設備接口216.3.1、 接管與管法蘭216.3.2、 補強圈216.3.3、 液體出料口216.3.4、 過夾套的物料進出口216.4、 試鏡21三、附錄：夾套反應釜裝配圖15夾套反應釜設計任務書條件內容修改修改標記修改內容簽字日期單位名稱工程名稱設計項目條件編號設備圖號提出人設計參數及要求名稱釜內夾套內工作壓力，Mpa設計壓力，Mpa0.20.3工作溫度，C設計溫度，C1109滿足要求。當筒體與上封頭用法蘭連接時，常采用甲型平焊法蘭連接，這是壓力容器法蘭中的一種，甲型平焊法蘭密封面結構常用平密封面和凹凸密封面兩種。2.4 夾套

4、反應釜的強度計算2.4.1、 強度計算的原則及依據強度計算應考慮以下幾種情況。（1）圓筒內為常壓外帶夾套時：當圓筒的公稱直徑DN600mm時，被夾套包圍部分的筒體按外壓（夾套壓力）圓筒設計，其余部分按常壓設計；（2）圓筒內為真空外帶夾套：當圓筒的公稱直徑DN600mm寸，被夾套包圍部分的筒體按外壓（夾套壓力+0.1MPa）圓筒設計，其余部分按真空設計；當圓筒的公稱直徑DNw600mm寸，全部筒體按外壓（夾套壓力+0.1MPa）圓筒設計；（3）圓筒內為正壓外帶夾套時：當圓筒的公稱直徑DN600mm時，被夾套包圍部分的筒體分別按內壓圓筒和外壓圓筒計算，取其中較大值；其余部分按內壓圓筒設計。當圓筒的

5、公稱直徑DNW600mm時，全部筒體按內壓圓筒和外壓圓筒計算，取其中最大值。2.4.2、 按內壓對筒體和封頭進行強度計算液柱靜壓力Rh=106pgh=0.014MPa計算壓力Pic=r+piH=0.214MPa計算壓力p2c=p?=0.3MPapicDi0.2141500罐體筒體計算厚度61=1.673mm2二-pic21130.85-0.214夾套筒體計算厚、.2 二位2二t ,- p2c0.3 16002 113 0.85 -0.3= 2.50 mmp1cD10.2141500罐體土寸頭計厚1=1.673mm2二-0.5p1c21130.85-0.50.214夾套封頭計算厚度二2/p2cD

6、220t _0.5p2c0.3 16002 113 0.85-0.5 0.3=2.500mm罐體筒體設計厚度夾套筒體設計厚度罐體封頭設計厚度夾套封頭設計厚度8 1c=2（=/8 1+C=5mm8 2+C=5mm/1c= B 1+C=5mm5 / 2c= S =+C=5mm2.4.3、 按外壓對筒體和封頭進行強度校核罐體筒體有效厚度8肯81n-C=10-2.8=7.2mm罐體筒體外徑D1O=D1+281n=1520mm筒體計算長度L=H2+1/3h1+h2=1550mm系數L/D10=1550/1520=1.019系數D10/S加=1520/7.2=211.11系數A=0.00048系數B=68

7、B許用外壓力p0.322MPaD10/：.1e罐體封頭有效厚度S/1e=S/1n-C=10-2.8=7.2mm罐體封頭外徑D/1o=D/1+28/1n=1620mm標準橢圓封頭當量球殼外半徑R/1O=0.9D/1O=1458mm系數A=0.125=0.0006（R/1O/、，）系數B=83許用外壓力p:/B=118=0.369MPaR/o/、/1e1458/7.22.4.4、 水壓實驗校核計算罐體實驗壓力Pit=1.255上1=0.25MPa二夾套水壓實驗壓力p2T=125P20t=0375MPa二罐體圓筒應力CFT二plT(Dl=26.17MPa2。1e夾套內壓實驗應力P2T (D2 , O

8、2e) ：2T =2、： 2e0.250(16007.2)2 7.2=36.65MPa2.5 夾套反應釜設計計算數據一覽表2.5.1幾何尺寸步驟項目及代號參數及結果備注1-1全容積Vm34由工藝條件決定1-2操作面積V1,m32由工藝條件決定1-3傳熱面積F,m29由工藝條件決定1-4釜體形式圓筒形常用結構1-5封頭形式橢圓形常用結構1-6長徑比i=Hi/Di1.4按表1選取1-7、4v初算筒體內徑D1m*,m1.537按式1選取1-8可按附表1選取1-9圓整筒體內徑D1,mm1500按附表1選取1-10一米高的容積V1m,m31.767按附表2選取1-11釜體封頭容積Vi封,m30.4860

9、按式2計算1-12釜體高度Hi=(VVi封)/V1m,m1.989選取1-13圓整釜體高度H1,mm2000按式3計算1-14實際容積V=Vm(tV-MQ/V1,m1.392選取1-18圓整夾套筒體高度H2,mm1400按附表2選取1-19罐體封頭表面積Fi圭j,m22.5569按附表1選取1-20一米高筒體內表面積F1m,m24.71按式5校核實際總傳熱面積F=F1mH2+F1封，m29.150892.5.1、 強度計算（按內壓計算厚度）步驟項目及代號參數及結果備注2-1設備材料Q235-B據工藝條件2-2設計壓力（罐體內）p1,MPa0.2情況確定2-3設計壓力（夾套內）p2,MPa0.3

10、由工藝條件給定2-4設計溫度（罐體內）t1,C110由工藝條件給定2-5設計溫度（夾套內）t2,C0.3穩，重設名義厚度S3-11罐體封頭名義厚度S/1n,mm10假設3-12厚度附加量C=Ci+C22.8按參考文獻1表9-109-11選取3-13罐體封頭有效厚度S/1e=S/1n-C,mm7.2按參考文獻1第十一章計算3-14罐體封頭外徑D/1O=D/1+2S/1n,mm1620按參考文獻1第十一章計算3-15標準橢圓封頭當量球殼外半徑1458按參考文獻1第十一章計算3-16R/1O=0.9D/1O,mm按參考文獻1第十一章計算3-17至粕0.125系數A=一L0.0006按參考文獻1第十一

11、章計算3-18查參考文獻1圖11-53-19(R/1O/6/1e)查參考文獻1圖11-83-20系數BB許用外壓力p=-mmppJN/文/,RO/01e83按參考文獻1第十一章計算穩定確定假設3-210.3690.3按參考文獻1表9-109-11選取3-22罐體封頭名義厚度S/1n,mm10按參考文獻1第十一章計算2.5.4水壓實驗校核序號項目及代號參數及結果備注4-14-24-34-44-5罐體實驗壓力pit=1.25p1史,MPa同夾套水壓實驗壓力p2T=1.25p2史_,MPaot材料屈服點應力bS,MPa-0.9bS,MPap1T(D1+Se)罐體圓筒應力仃仃=-p(D)MPa28e,

12、0.250.375235179.826.17179.8按參考文獻按參考文獻按參考文獻按參考文獻按參考文獻1第九章計算1第九章計算1第九章計算1第九章計算1第九章計算4-6夾套內壓實驗應力P2T(D2+2e)02T=P笠L,MPa22e36.65200r/min的，還要進行臨界轉速的校核。(1)、攪拌軸的材料：常用45號鋼，強度要求不高的可用Q235-A(2)、攪拌軸的設計：常用實心或空心實軸(3)、攪拌軸強度校核(4)、攪拌軸的形位公差和表面粗糙要求：一般攪拌軸要求運轉平穩，為防軸的彎曲對軸封處的不利影響，因此軸安裝和加工要控制軸的直度。當轉速n100r/min時直線度允差1000:0.15,

13、當車專速n=1001000r/miM寸，直線允度差1000:0.1.(5)、攪拌軸的支軸：一般攪拌軸可依靠減速器內的一對承軸支承。(6)、攪拌軸的臨界轉速校核計算當軸上裝有單層且經過很好平衡的攪拌器時，其一階臨界轉速nc1為：n=603EIgC12二W1L2(L1B)式中：E軸材料彈性模量，Mpa;44I軸的慣性距，i=1/64(二d4),m；d軸徑，m；B兩支點間距離，m；Wd軸和攪拌器的等效重量載荷，N;Wd=W1W2(L2/L1)3W3(L3/Li)30.24W0Wi、W2、W3各層攪拌器重，N；W0外伸端軸重量載荷，N;Li、L2、L3各層攪拌器外伸端長度，m。3.3、軸的強度一覽步驟

14、項目及代號參數及結果備注1軸功率P,kW2確定2軸轉數n,r/min65確定3軸材料45常用4_6P軸所傳遞的扭軸T=9055父10,N.mmn267.4化工設備機械基礎P2465材料許用扭轉剪應力d之A0dpi!,Mpa35化工設備機械基礎P2466系數Ao112化工設備機械基礎P2467軸端直徑d之Ao,mm30化工設備機械基礎P2438什-個鍵槽，軸徑擴大5%,mm31.5化工設備機械基礎P2459圓整軸端直徑d,mm32圓整選取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。傳動裝置通常設置在釜頂封頭的上部。反應釜傳動裝置的設計內容一般包括：電機、減速機的選型；選擇聯軸器；選用和

15、設計機架和底座等。4.1、 常用電機及其連接尺寸攪拌設備選用電動機的問題，主要是確定系列、功率、轉速以及安裝型式好防爆要求等幾項內容。電機功率必須滿足攪拌器運轉功率與傳動系統、軸封系統功率損失的要求。電機功率可按下式確定：Pd 二P Pm式中P電機功率，kW；P攪拌器功率，kW；Pm軸封系統的摩擦損失，kw；傳動系統的機械效率傳動型式效率圓柱齒輪傳動開式傳動、鑄齒（考慮軸承損失）0.90.934.2、 釜用減速器類型、標準及選用反應釜用V帶傳動減速機；見下表標準減速機的功率、轉速范圍、類型代號及特性參數序號標準號減速機類型轉速范圍r/min電機功率范圍kW代號特，償數1HG5-747-78V帶

16、傳動減速機32050006505P三角皮帶型號及根數釜用立式減速機的基本特性特性三角皮帶減速機減速比范圍輸出軸轉速范圍，r/min功率范圍，kW效率4.532.93205000.65.5主要特點本級為單級三角皮帶傳動的減速裝置，結構簡單，過載時會產生打滑現象，因此能起到安全保護作用，但由于皮帶滑動不能保持精確的傳動比特，償數三角皮帶型號及根數應用條件允許正反旋轉，本系列米用夾殼聯軸節（HG5-213-65與攪拌軸聯接，攪拌器和軸的重量均由本機軸承承受，本機不能用于有防爆要求的場合標定符號P三角皮帶類型、三角皮帶根數一一順序號標準圖號HG-5747-784.3、 V帶減速機V帶減速機的特點是：結

17、構簡單，制造方便，價格低廉，能防過載，噪聲小，但不適用于防爆場合。攪拌釜采用V帶傳動，選用Y132S-8電機，額定功率P=2.2kw,轉速n二213r/min攪拌軸轉速n2=65r/min設計V帶。V帶輪的設計計算內容和步驟步驟設計項目單位公式及數據備注1傳動的額定功率kW2.2(8極電機Y132S-8已知電機功率2小皮帶輪轉速n1r/min710已知電機轉速3大皮帶輪轉速n2r/min65已知攪拌機轉速4工況系數Ka1.3化工設備機械基礎P1965設計功率PdkWPd=KaLP=1.3x2.2=2.86計算6選V帶型號根據Pd和n1選取A型帶化工設備機械基礎P1957速比in1710sci=

18、10.9n265計算8小皮帶輪計算直徑d1mm75化工設備機械基礎P1959驗算帶速vm/snLd1_n1UM75M710.“V=2.79Vmin60M100060M1000Vmax=2530m/svmin=5m/s10小皮帶輪計算直徑d1mm140化工設備機械基礎P19611驗算帶速vm/sn|_d11nl冗父140M710V=5.260M100060M1000VminVVmaxVmax=2530m/svmin=5m/s12滑動率名0.02選取13大皮帶輪計算直徑d2mmd2=id1(1名)=3.94x140x(10.02)=540.6圓整，取d2=560計算后參考化工設備機械基礎P196圓

19、整14初定中心距a0mm0.7(d1+d2)a012018單根V帶額定功率P1kW1.26化工設備機械基礎P19819Iw1時，單根V帶額定功率增量P1kW0.09化工設備機械基礎P19820包角修正系數Ka0.93化工設備機械基礎P19721帶長修正系數Ki1.13化工設備機械基礎P19722V帶根數ZPdz-ii(PjUP1)Ka_Kl2.2z-1.55(1.26+0.09)x0.93M1.13取Z=2計算后圓整4.4、 凸緣法蘭凸緣法蘭一般焊接于攪拌容器封頭上，用于連接攪拌傳動裝置，亦可兼作安裝、維修、檢查用孔。凸緣法蘭分整體和襯里兩種結構形式，密封面分突面（R）和凹面（M）兩種。本設計

20、選用的凸緣法蘭的尺寸如下表。公稱直徑DNdd2kd3d4h1h2h4螺栓d5RR2質量KgR型M型數量螺紋d6h3d7t14004105655154304554285716M24264346481446254.5、 安裝底盤安裝底盤采用螺柱等緊固件，上與機架連接，下與凸緣法蘭連接，是整個攪拌裝置與容器連接的主要連接件。安裝底盤的常用形式為RS和LRS型，其他結構（整體或襯里）、密封面形式（突面或凹面）以及傳動軸的安裝形式（上裝或下裝），按HG21565-9強取。安裝底盤的公稱直徑與凸緣法蘭相同。形式選取時應注意與凸緣法蘭的密封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。安裝底盤的主要尺寸如下表：安裝底盤

21、的主要尺寸安裝底蓋公稱直徑DN機架公稱直徑d2kd5d6(h7)k1d7S化工設備機械基礎課程設計400250565515162629035012-M20504.6、 機架機架是安放減速機用的，它與減速機底座尺寸應匹配。V帶減速機自帶機架，選用其他類型標準釜用減速機按標準選配機架。標準機架有三種。4.6.1、 無支點機架無支點機架的選用條件：(1)、電動機或減速機具備兩個支點，并經核算確認軸承能承受由攪拌軸傳遞而帶來的徑向和軸向載荷者；(2)、電動機或減速機有一個支點，但釜內設有底軸承、中間軸承或軸封本體設有可以作為支點的軸承，上下組成一對軸支撐者。無支點機架一般僅使用于傳遞小功率和小的軸向載

22、荷條件。減速器輸出軸聯軸器形式為夾殼式聯軸器或剛性凸緣聯軸器。4.6.2、 單支點機架單支點機架的選用條件：(1)、電動機或減速機有一個支點，經核算可承受攪拌軸的載荷；(2)、攪拌容器內設置底軸承，作為一個支點；(3)、軸封本體設有可以作為支點的軸承；(4)、在攪拌容器內、軸中部設有導向軸承，可以作為一個支點者。當按上述條件選用單支點機架時，減速器輸出軸與攪拌器之間采用彈性聯軸器連接；當不具備上述條件而選用單支點機架時，減速器輸出軸與攪拌器之間采用剛性聯軸器連接。4.6.3、 雙支點機架在不宜采用單支點機架或無支點機架時，可選用雙支點機架，但減速器輸出軸與攪拌器之間必須采用彈性聯軸器連接。綜上

23、所述，本設計所選用的是單支點機架，其主要尺寸如下表：DJ型單支點機架主要尺寸機架代號H1H3H4H5H6輸入端接口輸出端接口D1D2D3n-mD4D5D6an2-1DJ9051925407840045049012-M1643051055530d112-*2316化工設備機械基礎課程設計機架代號nhh4ddd2M1d3(h8)d4RGb1HH2質量，kgDJ3511331524354242.8M45M1.545501416600340785、反應釜的軸封裝置軸封是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反應物料逸出和雜質的滲入。鑒于攪拌設備以立式容器中心

24、頂插式攪拌為主，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，軸的偏擺振動大，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。5.1、 填料密封填料密封是攪拌設備最早采用的一種軸封結構。它的基本結構是由填料、填料箱、壓蓋、壓緊螺栓及油杯等組成。因其結構簡單、易于制造，在攪拌設備上曾得到廣泛應用。一般用于常壓、低壓、低轉速及允許定期維護的攪拌設備。當采用填料密封時，應優先選用標準填料箱。標準填料箱中，HG21537.792為碳鋼填料箱，HG21537.8-92為不銹鋼填料箱。填料箱密封的選用還應注意以下幾個方面：(1)、當填料箱的結構和填料的材料選擇合理，并有良好

25、的潤滑和冷卻條件時，可用于較高的工作壓力、溫度和轉速條件下；(2)、當填料無冷卻、潤滑時，轉軸線速度不應超過1m/s；(3)、當攪拌容器內介質溫度大于200c時，應對填料密封進行有效冷卻；(4)、當從填料箱油杯中壓注密封潤滑液時，潤滑液壓力一般應略高于被密封介質的壓力，以防止容器內的介質泄漏；采用密封潤滑液時，潤滑液流入容器內對工藝性能有影響時，應在填料箱下端設置儲油杯；(5)、填料箱一般可不設支承套，應將攪拌軸的支撐設置在機架上。5.2、 機械密封機械密封是一種功耗小、泄漏率低，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。當攪

26、拌設備采用機械密封時，在下列情況下，應采用必要的措施，以便保證密封使用的性能，提高使用壽命。(1)、當密封腔介質溫度超過80c時，對單端面和雙端面機械密封，都應采用冷卻措施；(2)、為防止密封面干摩擦，對單端面機械密封，應采用潤滑措施；(3)、當采用雙端面機械密封時，應采用密封液系統，向密封端面提供密封液，用于冷卻、潤滑密封面；(4)、必要時，應對潤滑液、密封液進行過濾；(5)、當采用潤滑及密封液系統時，需考慮一旦潤滑液、密封液漏入攪拌容器內，應不會影響容器內物料的工藝性能，不會使物料變質，必要時應采用緩沖液杯和漏液收集器等防污染措施。反應釜攪拌軸處的密封，屬于動密封，常采用的有填料密封和機械

27、密封兩種形式，它們都有標準，本設計選用的是填料密封，選用標準碳鋼填料箱，其主要尺寸如下：標準填料箱主要尺寸軸徑dDiD2D3gH法蘭螺栓孔填料規格質量，kgPN0.6PN1.6n*PN0.6PN1.63017514511014716741810x107.78.16、反應釜其他附件6.1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/T4725-92)分為A型和B型兩種。當設備需要保溫或直接支承在樓板上時選B,否則選A型。本設計選A型。其主要尺寸見下表：耳式支座主要尺寸允許載荷Q,kN適用容器公稱直徑DN高度H底板墊板11b181S113b383e601000200025

28、02001401470315250840允許載A型筋板地腳螺栓荷Q,kN支座號l2b282dM支座重里kg604160160830M2411.1每臺反應釜常用4和支座，但承重計算時，考慮安裝誤差造成的受力情況變壞，應按兩個支座計算。耳式支座實際承受載荷近似計算：Q=m0gGe+4(phGeSe)13knnD式中Q支座實際承受的載荷，kN；D支座安裝尺寸，mnig重心加速度，取g=9.8m/S;Ge偏心載荷，N;h水平力作用點至底板高度，mm;k不均勻系數，安裝3個支座時，取k=1,安裝3個以上支座時，取k=0.83m)設備總質量(包括殼體及及其附件，內部介質及保溫層的質量)，kg;n制作數量；

29、S偏心距，mmp水平力，取pe和pw的最大值，N。當容器高徑比不大于5,且總高度%不大于10m時，pe和Pw可按下式計算，超出此范圍的容器不推薦使用耳座。水平地震力pe：旦=05emog=0.50.459.89.821.609式中ae地震系數，對7,8,9度地震分別取0.23,0.45,0.90.水平風載荷pw巳=0.95fiqDoH。10$=724.6式中D0容積外徑，有保溫層時取保溫層外徑，mnfi風壓高度變化系數，按設備質心所處高度取H0容器總高度，mm1印一一10m高度處的基本風壓值，N/m2.所以P=PwQ=rm)gGe,4(phGeSe)39.89.81.1764(724.61.1761.1767001a3=knnD.221560=13$N小于允許載荷，所以支座符合要求。6.2、 手孔和入孔手孔和入孔的設置是為了安裝、拆卸、清潔和檢修設備內部的裝置。手孔直徑一般為150250mm應使工人戴上手套并握有工具的收能方便的通過。手孔和入孔的種類較多，且大部分有標準。本設計采用手孔，為帶頸平焊法蘭手孔，其主要尺寸如下表：帶頸平焊法蘭手孔的主要尺寸密封面形式公稱壓力PNMPa公稱直徑DNdwxSDD1bhb2H1H2螺螺柱母螺柱總質量kg數