夹套反应釜专业课程设计课程.doc

有搅拌装置夹套反映釜
前言
　　《化工设备机械基本》化学工程、制药工程类专业以及其她相近非机械类专业，对化下设备机械知识和设计能力规定而编写。通过此课程学习，是通过学习使同窗掌握基本设计理论并具备设计钢制、典型中、低、常压化工容器设计和必要机械基本知识。
　　化工设备机械基本课程设计是《化工设备机械基本》课程教学中综合性和实践性较强教学环节，是理论联系实际桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试化工机械设计。化工设计不同于平时作业，在设计中需要同窗独立自主解决所遇到问题、自己做出决策，依照教师给定设计规定自己选取方案、查取数据、进行过程和设备设计计算，并要对自己选取做出论证和核算，通过重复比较分析，择优选定最抱负方案和合理设计。
　　化工设备课程设计是培养学生设计能力重要实践教学环节。在教师指引下，通过裸程设计，培养学生独立地运用所学到基本理论并结合生产实际知识，综合地分析和解决生产实际问题能力。因而，当学生初次完毕该课程设计后，应达到一下几种目：
　　⑴ 纯熟掌握查阅文献资料、收集有关数据、对的选取公式，当缺少必要数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。
　　⑵ 在兼顾技术先进性、可行性、经济合理前提下，综合分析设计任务规定，拟定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可行所需检测和计量参数，同步还要考虑改进劳动条件和环保有效办法。
　　⑶ 精确而迅速进行过程计算及重要设备工艺设计计算及选型。
　　⑷ 用精炼语言、简洁文字、清晰地图表来表达自己设计思想和计算成果。
　　化工设备机械基本课程设计是一项很繁琐设计工作，并且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑问题。除此之外，还要考虑诸多政策、法规，因而在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科综合和互相协调。

目录
1 设计方案分析和拟定………………………………………………………（6）
2. 反映釜釜体设计………………………………………………………（6）
2.1罐体和夹套构造设计……………………………………………………（6）
2.2 罐体几何尺寸计算…………………………………………………………（7）
2.2.1拟定筒体内径…………………………………………………………… （7）
2.2.2 拟定封头尺寸……………………………………………………………（7）
2.2.3 拟定筒体厚度Hi………………………………………………………（8）
2.3 夹套几何尺寸计算…………………………………………………………（8）
2.4 夹套反映釜强度计算………………………………………………… （9）
2．4.1 强度计算原则及根据……………………………………………（9）
2.4.2 按内压对圆筒和封头进行强度计算……………………………………（9）
2.4.3 按外压对筒体和封头进行强度校核……………………………………（10）
2.4.4 夹套厚度计算 ……………………………………………………………（11）
2.4.5 水压实验校核计算………………………………………………………（11）
3反映釜搅拌装置……………………………………………………………（12）
3.1 搅拌器安装方式及其与轴连接构造设计……………………………（12）
3.2 搅拌轴设计…………………………………………………………………（13）
4 反映釜传动装置……………………………………………………………（14）
4.1 惯用电机及其连接…………………………………………………………（14）
4.2 釜用减速机类型，原则及其选用……………………………………………（14）
4.3 凸缘法兰……………………………………………………………………（15）
4.4 安装底盖……………………………………………………………………（15）
4.5 机架 ………………………………………………………………………（15）
4.6 联轴器………………………………………………………………………（16）
5 反映釜轴封装置 …………………………………………………………（16）
6 反映釜其她附件……………………………………………………………（16）
6.1 支座………………………………………………………………………… （16）
6.2人孔………………………………………………………………………… （17）
6.3 设备接口…………………………………………………………………… （17）
7 反映釜装配图…………………………………………………………… （17）

课程设计任务书
设计目：把所学《化工设备机械基本》及有关知识，在课程设计中综合运用，把化工工艺条件与化工设备设计有机地结合起来，巩固和强化关于机械课程基本理论和基本知识。
设计规定：设计时要有较精准设计内容和环节，一份设计计算阐明书，(设计计算阐明书是图纸设计理论根据，是设计计算整顿和总结，是审核设计技术文献之一。重要内容有： 1 . 目录； 2 . 设计任务书； 3. 设计方案分析和拟定； 4. 各某些构造尺寸拟定和设计计算； 5. 设计小结 ； 6. 参照资料。)CAD图纸一张，用A2纸打印。
设计内容：设计一张带有搅拌装置夹套反映釜。
第三组 组长：张定成
设计人： 张定成
设计任务书
设计参数规定

容器内
夹套内
工作压力 ，Mpa

设计压力 ，Mpa
0.7
0.9
工作温度 ，℃

设计温度 ，℃
<110
<140
介质
染料及有机溶剂
冷却水或蒸汽
全容积 ，m³
2.5
操作容积 ，m³
2
传热面积 ，m³
7
腐蚀状况
薄弱
推荐材料
Q235-A
搅拌器型式
浆式
搅拌轴转速 ，r/min
50
轴功率 ，KW
1.4
1 设计方案分析和拟定
依照任务书中规定，一种夹套反映釜重要有搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管等某些附件构成。而搅拌容器又可以分为罐体和夹套两某些。搅拌装置分为搅拌器和搅拌轴，依照任务阐明书规定本次设计搅拌器为浆式搅拌器；考虑到机械轴封实用性和应用广泛性，因此轴封采用机械轴封。
在阅读了设计任务书后,按如下内容和环节进行夹套反映釜机械设计。
（1）总体构造设计。依照工艺规定，并考虑到制造安装和维护检修以便来拟定各某些构造形式。
（2）搅拌器设计。
①依照工艺参数拟定各部几何尺寸；
②考虑压力、温度、腐蚀因素，选取釜体和夹套材料；
③对罐体、夹套进行强度和稳定性计算、校核；
（3）传动系统设计，涉及选取电机、拟定传动类型、选取联轴器等。
（4）决定并选取轴封类型及关于零部件。
（5）绘图，涉及总图、部件图。
（6）编制技术规定，提出制造、装配、检查和试车等方面规定。
2. 反映釜釜体设计
反映釜是有罐体和夹套两某些构成，罐体是反映核心，为物料完毕搅拌过程提供一种空间。夹套为反映操作温度提供保障，是一种套在罐体外密封空间容器。
2．1罐体和夹套构造设计
罐体采用立式圆筒形容器，有筒体和封头构成。通过支座安装在基本平台上。封头普通采用椭圆形封头。由于筒体内径Di<1200mm，因而下封头与筒体连接采用焊接连接。而为了拆卸清洗以便，上封头采用法兰与筒体连接。
夹套型式与罐体大体一致。
2.2 罐体几何尺寸计算
2.2.1拟定筒体内径
普通有工艺条件给定容积V、筒体内径Di 估算：
式中i为长径比即： ，有表4-2选用。依照题意取i=1.0，
已知V=1.0,则Di =1084mm，将Di 圆整到公称直径系列，则
Di =1000(mm).
2.2.2 拟定封头尺寸
（1）椭圆封头选用原则件，它内径与筒体内径相似，原则椭圆封头尺寸见附表4-2.即DN=Di =1000（mm）
曲边高度 hi =250mm 直边高度h2=25mm 容积V=0.1505m3
（2）封头厚度计算
由公式
其中Pc =0.2 =113MP (由参照文献附表9查)
封头焊接采用双面焊、全焊透，局部无损伤 ，则φ=0.85
计算S=0.7×1400/(2113×0.85-0.5×0.7)=5.1 mm
由参照文献一 表4-9查得：负偏差 C1=0.5mm
由参照文献一表4-11查得：腐蚀裕量C2=1.5mm
计算名义厚度 Sn=S+C1+C2+Δ=5.1+1.5+0.5+0.9=8mm
故封头厚度取8mm
（3）由于S<10mm 则封头直边高度 h2 =25mm
有附表4-2 知封头内表面积A=2.2346m2 容积V=0.3977m3
2.2.3 拟定筒体厚度Hi
反映釜容积V普通按下封头和筒体两某些容积之和计算。则筒体高度Hi按下式计算并进行圆整：Hi=(V－V封)/Vim
式中V封 ------------封头容积：0.3997 m3
Vim ------------1m高筒体容积（见附表4-1）：Vim =1.539 m3 /m
得 Hi= (2.5-0.3977)/1.539=1.3660m
圆整后Hi=1.4m=1400mm
按筒高圆整后修正实际容积：
V= Vim×Hi + V封 =1.4*1.539+0.3977=2.55 m3 >2.5 m3
2.3 夹套几何尺寸计算
夹套和筒体连接常焊接成封闭构造，夹套构造尺寸常依照安装和工艺两方面规定而定。夹套安装尺寸见图4-6，夹套内径D2可依照筒体内径D1按表4-3选用：D2 =D1+100=1500mm
夹套下封头型式同筒体封头，直径D2与夹套筒体相似。
夹套高H2有传热面积而决定，不能低于料液高，
装料系数 ： y=操作容积/全容积=2÷2.5=0.8
夹套高H2 计算：H2 = （ηV-V封）÷Vim 代入数值计算
得：H2 =1.04 m
夹套所包围罐体表面积，一定要不不大于工艺规定传热面积F，即：
F封＋F筒>=F 其中 F筒=H2 ×F1m
故 F封＋F筒 =2.2346＋4.40×1.04=7.07>=7㎡
因此换热规定满足。
筒体和上封头连接采用甲型平焊法兰连接，选用凹凸密封面法兰，其尺寸见附图4-2，重要尺寸有附表4-4查，其中：
D=1530mm D1=1490mm D2=1455mm D3=1441mm
D4=1438mm S=46mm d=23mm

2.4 夹套反映釜强度计算
夹套反映釜几何尺寸拟定后，要依照已知公称直径，设计压力和设计温度进行强度计算拟定罐体及夹套筒体和封头厚度。
2．4.1 强度计算原则及根据
强度计算中各参数选用及计算，均应符合GB150-1998《钢制压力容器》规定。
圆筒为正压外带夹套时：当圆筒公称直径DN>=600㎜时，被夹套包围某些圆筒分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值，别的某些按内压圆筒设计。
2.4.2 按内压对圆筒和封头进行强度计算
（1）筒体强度计算
已知：Tc=110℃ Pc=0.7Mpa φ= 0.85

负偏差 C2=1.5mm
腐蚀裕量 C2=1.5㎜
名义厚度 Sn=S＋C1＋C2＋Δ=8㎜
(2)封头厚度计算
同理
名义厚度 ： Sn=S＋C1＋C2＋Δ=8㎜
2.4.3 按外压对筒体和封头进行强度校核
（1）筒体图算法
由于D0/Se>=20
① 假设 Sn=14mm 令Se=Sn-2=12mm
D0=Di+2Sn=1428mm
② 则 L/D0=1400÷1428=0.98
D0/Se=119 D0>20
③ 查图5-5得 A=0.0012
④ 查图5-7 由于Tc =<140℃ 则B=125Mpa
计算许应外压力[p] [p]=B/( D0/Se)=1.05Mpa
因此 [p]>=pc 故筒体厚度Sn2取14mm
由Sn1=8mm=< Sn2=14mm
封头厚度拟定为14mm
(2)外压封头强度计算
①设封头厚度 Sn=14mm 计算有效厚度Se=Sn-C=12mm
R0=K1D0 式中K1 =0.9 D0 =Di+2Sn=1428mm
R0 =0.9×1428=1285mm
② 计算系数A

③查参照文献[1]中图5-8 T=<150℃ 查系数B=120Mpa

[p]>pc 因此封头厚度拟定 Sn=14mm
2.4.4 夹套厚度计算
(1)夹套筒体某些厚度计算
由 P c 2=0.9Mpa T c 2=<140℃ φ=0.85

负偏差 C1=0.5mm
腐蚀裕量 C2=1.5mm
则 Sn2=S2＋C1＋Δ=10mm
（2）夹套封头厚度计算
同理 ：
则 Sn2=S2＋C1＋Δ=10mm
2.4.5 水压实验校核计算
夹套反映釜应对罐体和夹套分别进行水压实验，并校核圆筒应力σT
（1） 罐体水压实验
由于[σ]≈[σ]t 故 pT=1.25p=1.25Pc=0.875Mpa

材料屈服点应力 σs=235Mpa
0.9 σsφ=179.8Mpa ≦0.9 σsφ 因此罐体水压实验强度足够
（2）由于[σ]≈[σ]t 故 pT=1.25p=1.25Pc2=1.125Mpa

材料屈服点应力 σs=235Mpa
0.9 σsφ=179.8Mpa ≦0.9 σsφ 因此夹套水压实验强度足够
3 反映釜搅拌装置
搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑构成。搅拌器形式诸多，依照任务阐明书规定，本次设计采用是浆式搅拌器。其机械设计重要内容是：拟定搅拌器直径、搅拌器与搅拌轴连接构造。、进行搅拌轴强度设计和临界转速校核、选取轴支撑构造。
由表4-4 查D1/DJ取1.25：1—2：1 H0/DJ=1:1—2:1
有实际状况取D1/DJ=1.5：1 H0/DJ=1:1
则： 搅拌器直径 DJ=900mm
液面高度： H0=900mm
3.1 搅拌器安装方式及其与轴连接构造设计
桨式搅拌器构造如图4-7所示，其桨叶为两叶。轴转速为50r/min ,采用双层桨安装。搅拌器与轴连接惯用螺栓对夹。器重要尺寸有表4-5查：
dJ=900mm d=50mm
螺栓：d0 :M16 数量 4 螺钉：d1 :M16 数量 1
S=16 b=90 c=150 m=110 f=45 e=5
3.2 搅拌轴设计
搅拌轴机械设计内容同普通传动轴，重要是构造设计和强度校核
（1） 搅拌轴材料：选用 Q 235-A
（2） 搅拌轴构造：用实心直轴，因是连接为桨式搅拌器，故采用光轴即可。
（3） 搅拌轴强度校核
轴扭转强度条件是： （参照文献1.公式9-5）
对Q235-A [τ]k=12~20Mpa
对实心轴 Wp=πd3/16=24531mm3
Tθ=9.55×106 p/n=133700N•mm
则： 故 d=50mm 强度足够
（4） 搅拌轴形位公差和表面粗糙度规定：
普通搅拌轴规定运转平稳，为防止轴弯曲对轴封处不利影响，因而轴安装和加工要控制轴直度。 当转速 n<100r/min 时直度容许误差：1000：0.15。
轴表面粗糙度可按所配零件原则规定选用。
（5） 搅拌轴支撑
普通搅拌轴可依托减速器内一对轴承支承。当搅拌轴较长时，轴刚度条件变坏。为保证搅拌轴悬臂稳定性，轴悬臂长L1，轴径d 和两轴承间距B应满足如下关系：L1/B≤4―5； L1/d≤40―50
搅拌轴支承常采用滚动轴承。安装轴承处公差带常采用K6.外壳孔公差带常采用H7 。安装轴承处轴配合表面粗糙度Ra取0.8 ~ 1.6
外壳孔与轴承配合表面粗糙度Ra取1.6

4 反映釜传动装置
反映釜搅拌器是由传动装置来带动。传动装置设立在釜顶封头上部，其设计内容普通涉及：电机；减速机选型；选取联轴器；选用和设计机架和底座等。
4.1 惯用电机及其连接
设备选用电机重要是考虑到它系列，功率，转速，以及安装形式和防爆规定等几项内容。最惯用为Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机。
电机功率必要满足搅拌器运轴功率与传动系统，轴封系统功率损失规定，还要考虑到又时在搅拌过程操造作中会浮现不利条件导致功率过大。
电机功率可按下式拟定：
式中：p=1.4KW η=0.95 ~0.96 (有表4-8选用)
设计采用机械轴封，功率消耗小，Pm=0.6KW
则： Pd=2.2KW
4.2 釜用减速机类型，原则及其选用
反映釜立式减速机选用依照：轴转速 n=50r/min 电机功率为2.2KW
查表 4-11 可选 ：BLD摆线针轮行星减速机，其尺寸从HG 5-745-78 原则中选用。
由表4-11 选：电动机 功率为 2.2kw 转速为 1430r/min
查附表5-4 选用电动机型号为：Y112M-4 额定功率为4KW
满载转速为1440r/min

4.3 凸缘法兰
凸缘法兰普通焊接于搅拌器封头上，用于连接搅拌传动装置。设计采用R型突面凸缘法兰，其形式见附图4-4，其尺寸有附表4-6查找。
选取R型突面凸缘法兰，其尺寸如下：DN=400mm d1=410mm d2=565mm k=515mm d3=430mm d4=455mm
螺栓数量：16 ，螺纹：M24 。质量：46Kg

4.4 安装底盖
安装底盖采用螺栓等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接。是整个搅拌传动装置与容器连接重要连接件。设计选用了RS型安装底盖。其重要尺寸查图4-15和附表4-7 和4-8，内容如下(单位：mm)：DN=400，d2=565 k=515 d5=16-26 d6=415 s=50 d9=176 k2=210 d10=8-M16

4.5 机架
机架是安装减速机用，它尺寸应与减速机底座尺寸相匹配。其选用类型有三种，本次选用无支点机架。
惯用无支点机架见附图5-1，尺寸见附表5-6.
选用WJ90型无支点机架，H1=40mm H2=25 H3=7 H4=8 D1=400 D2=450 D3=490 D4=430 D5=515 D6 =565 H=660 质量：170Kg

4.6 联轴器
惯用电机和减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间连接，都是通过联轴器连接。惯用类型诸多，选用刚性凸缘联轴器。重要尺寸以及型式见附图5-5，尺寸见附表5-10. 选用GT-45 质量：17K g.

5 反映釜轴封装置
轴封式搅拌设备一种重要构成某些。其任务是保证搅拌设备内处在一定正压和真空状态以及防止物料溢出和杂质掺入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式为主，很少满釜操作，轴封对象重要为气体；并且搅拌设备由于反映工况复杂，轴偏摆震动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式轴封都能用于搅拌设备上。
反映釜搅拌轴处密封，属于动密封，惯用有填料密封和机械密封两种形式。她们均有原则，设计时可依照规定直接选用。
这次设计选用机械轴封。
机械轴封是一种功耗小，泄露率低，密封性能可靠，使用寿命长转轴密封。重要用于腐蚀、易燃、易爆、剧毒及带有固体颗粒介质中工作有压和真空设备。
由于机械轴封构造形式诸多。且大均有原则。附图5-9和附表5-15给出了202型原则机械密封构造及尺寸。

6 反映釜其她附件
6.1 支座
夹套反映釜多为立式安装，最惯用支座为耳式支座。原则耳式支座（JB/T 4725-92）分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支撑在楼板上时选用B型，否则选取A型。
设计中选用B型，支座数为4个。容许载荷为100KN 型式见附图4-9 ，尺寸见附表4-9.
支座质量为：28.7Kg 地脚螺栓： M24.
6.2人孔
人孔设立是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部装置。
设备直径不不大于900mm，应开设人孔。人孔形状有圆形和椭圆形两种。圆形人孔制造以便。应用较为广泛。人孔大小及位置应以人进出设备以便为原则，对于反映釜，还要考虑搅拌器尺寸，一便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。其重要尺寸见附表4-11 ，型式见附图4-11.
密封面型式：突面（RF型） 公称压力：1.0Mpa 公称直径 ：DN=450mm
总质量：125Kg 螺柱：20个 螺栓：40个。 螺柱：M24-125
6.3 设备接口
化工容器及设备，往往由于工艺操作等因素，在筒体和封头上需要开某些各种用途孔。
接管和法兰是用来与管道和其她设备连接。原则管法兰重要参数是公称直径和公称压力。管子公称直径和与钢管外径关系见表4-13.
接管伸长度普通为从法兰密封面到壳体外径为150mm。
液体出料管设计重要从无聊易放尽、阻力小和不易堵塞等因素考虑。此外还要考虑温差应力影响。
7 反映釜装配图
附图一
参照文献
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[2] 吴宗泽，机械设计师手册﹙上﹚[M]，北京：化学工业出版社，，1
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[4] 余国琮，化工机械手册[M]，天津：天津大学出版社，1991，5
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[6] 巨勇智、勒士兰，过程设备机械基本，北京：国防工业出版社，，4
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[8]汤善甫、朱思明， 化工设备机械基本[M]，上海：华东理工大学出版社，，12
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[10] 周明衡、常德功，管路附件设计选用手册，北京：化学工业出版社，，8
[11] 刘湘秋，惯用压力容器手册，北京：机械工业出版社，，4
[12] 叶君，实用紧固件手册[M]，北京：机械工业出版社，.

鸣谢
　 在为期两周设计里，在此课程设计过程中一方面要感谢徐宏斌教师，在这次课程设计中予以咱们指引，由于是初次做化工设备机械设备课程设计，因此，再设计整个过程中难免遇到这样那样难题不知该如何解决，幸好有徐教师耐心教诲，予以咱们及时必要指引，在此向徐教师表最诚挚感谢！
　　课程设计不同于课本理论知识学习，有些问题是实际实践过程中，无法用理论推导得到，因而不免过程中有诸多困难，但通过与同窗交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在徐教师指引协助下，问题都得到较好解决。这让我深深意识到自己知识体系漏洞，自己知识体系局限性，但同步也深刻体会到同窗间团结互助精神。
　　通过本次课程设计，使我查阅文献能力和对数据选取判断能力得到了较好锻炼，同步我也意识到自己应当把所学到知识应用到设计中来。同步在设计中同窗之间互相协助，互相交流，结识进一步加深，对设计中遇到问题进行讨论，使彼此设计更加完善，对设计结识更加深刻。在此再次感谢我各位亲爱同窗们。
　　同步还要感谢安全系里教师给咱们提供教室，以及学校图书馆向咱们提供工具书和参照书，在此特别予以感谢。
　　由于初次做设计，过程中难免疏忽与错误，感谢关于教师同窗能及时予以指出。