反应釜设计
宁夏大学
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10-2班
学号：
学生姓名：马学良
指导教师：贺华
2013-6-27
宁夏大学课程设计（论文）任务书
机械工程学院过控教研室
年月
日
目录
一、设计条件及设计内容分析................. 错误!未定义书签。
二、搅拌容器尺寸的确定及结构选型........... 错误!未定义书签。搅拌釜直径设计计算........................ 错误!未定义书签。筒体厚度的计算 ........................... 错误!未定义书签。筒体封头的设计 ........................... 错误!未定义书签。筒体长度H的设计 ......................... 错误!未定义书签。外压筒体的壁厚确定........................ 错误!未定义书签。外压封头的壁厚的设计...................... 错误!未定义书签。
三、夹套尺寸的设计计算..................... 错误!未定义书签。夹套公称直径DN的确定..................... 错误!未定义书签。夹套筒体壁厚的设计........................ 错误!未定义书签。夹套筒体长度H的计算...................... 错误!未定义书签。夹套封头的设计 ........................... 错误!未定义书签。
四、反应釜附件的选型及尺寸设计............. 错误!未定义书签。封头法兰的设计 ........................... 错误!未定义书签。
封头法兰尺寸及结构...................... 错误!未定义书签。
封头法兰密封面的选型.................... 错误!未定义书签。
工艺接管 ................................. 错误!未定义书签。
工艺接管尺寸的确定...................... 错误!未定义书签。
接管垫片尺寸及材质...................... 错误!未定义书签。手孔的设计 ............................... 错误!未定义书签。视镜的选型 ............................... 错误!未定义书签。
五、搅拌装置的选型与尺寸设计计算........... 错误!未定义书签。搅拌轴直径的初步计算...................... 错误!未定义书签。
搅拌轴直径的设计........................ 错误!未定义书签。
搅拌轴刚度的校核........................ 错误!未定义书签。搅拌轴轴承的选择 ......................... 错误!未定义书签。联轴器的选择 ............................. 错误!未定义书签。搅拌器的设计 ............................. 错误!未定义书签。挡板的设计与计算 ......................... 错误!未定义书签。
六、传动装置的选型和尺寸计算............... 错误!未定义书签。凸缘法兰的选型 ........................... 错误!未定义书签。安装底盖的选型 ........................... 错误!未定义书签。机架的选型 ............................... 错误!未定义书签。安装底盖与密封箱体、机架的配置............ 错误!未定义书签。电动机的选型 ............................. 错误!未定义书签。减速器的选型 ............................. 错误!未定义书签。
搅拌轴长度的设计 ......................... 错误!未定义书签。搅拌轴的结构 ............................. 错误!未定义书签。支座的计算 ............................... 错误!未定义书签。密封形式的选择 ........................... 错误!未定义书签。
七、焊接的形式与尺寸....................... 错误!未定义书签。
八、开孔补强计算........................... 错误!未定义书签。封头开手孔后削弱的金属面积的计算.......... 错误!未定义书签。接管起补强作用金属面积的计算.............. 错误!未定义书签。焊缝起补强作用金属面积的计算.............. 错误!未定义书签。
九、反应釜釜体及夹套的压力试验............. 错误!未定义书签。釜体的液压试验 ........................... 错误!未定义书签。
水压试验压力的确定...................... 错误!未定义书签。
水压试验的强度校核...................... 错误!未定义书签。
压力表量程.............................. 错误!未定义书签。
水压试验的操作过程...................... 错误!未定义书签。釜体的气压试验 ........................... 错误!未定义书签。
气体实验压力的确定...................... 错误!未定义书签。
气压试验的强度校核...................... 错误!未定义书签。
气压试验的操作过程...................... 错误!未定义书签。夹套的液压试验 ........................... 错误!未定义书签。
水压试验压力的确定...................... 错误!未定义书签。
水压试验的强度校核...................... 错误!未定义书签。
压力表量程.............................. 错误!未定义书签。
液压试验的操作过程...................... 错误!未定义书签。
十、反应釜的装配图（见大图）............... 错误!未定义书签。课程设计总结............................... 错误!未定义书签。参考文献................................... 错误!未定义书签。
一、设计条件及设计内容分析
搅拌设备主要用于物料的混合、传热、传质和反应等过程，主要有搅拌容器、夹套、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成如图1-1所示。
图1-1搅拌釜整体结构
由实际条件单可知，设计的反应釜体积为39.0m ；容器内工作压力MPa 18.0设计压力MPa 2.0、工作温度c o 100、设计温度c o 120；夹套内工作压力MPa 25.0设计压力MPa 3.0、工作温度c o 130、设计温度c o 150；
容器内介质为染料及有机溶剂、夹套内为蒸汽；传热面积3
A ；腐
3m
蚀情况微弱；推荐材料R
Q345；搅拌器形式圆盘涡轮式；搅拌轴转速200r；轴功率kW
m in
4。
本次课程设计工艺参数已经由老师基给出，所以本次我们的任务主要是机械设计部分。其中主要包括对搅拌器容积、传动装置、轴封以及内部构件等进行结构设计、强度、刚度或稳定性的计算，以及标准件或常用零部件的合理选型。
根据设计任务书，搅拌设备的机械设计可按以下内容和步骤进行：
①总体结构设计。根据工艺条件同时考虑加工、安装和维修方便，确定封头类型、传热面传动类型、轴封和各种附件的结构形式。
②搅拌容器的设计。根据工艺参数确定各部分几何尺寸；考虑压力、温度、腐蚀等因素，选择釜体和夹套材料；对罐体、封头、夹套等进行强度及稳定性计算、校核。
③传动系统设计。选择电机，确定传动类型，选择减速器、联轴器、机座及底座等。
④确定轴封类型及有关零部件。
⑤绘制施工图及编制技术要求。
二、搅拌容器尺寸的确定及结构选型
搅拌设备的罐体一般是立式圆筒形容器，由顶盖、筒体和罐底组成，罐底大多数为椭圆形封头，必要时也可选锥形封头。顶盖选用椭圆形封头或平盖。罐体与筒体的连接。顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种。根据此次课程设计的工艺要求，我准备选择立式圆筒形容器，上下均采用椭圆形封头，但为安装，维修清洗方便，上封头选用可拆式法兰连接。
搅拌釜直径设计计算
表2-1常用搅拌容器的高径比
根据设计说明书给出的数据：介质为染料和有机溶剂，全容积39.0m ，由表2-1选取高径比3.1=i ，装料系数7.0=，已知筒体内径公式为：
3
4i
V D i πφ
= （2-1） 则由公式（2-1）可得m D i 96.0= 由文献[]1可得：
圆整后取罐的内径为mm 1000
筒体厚度的计算
设计参数的确定：设计压力MPa p 2.0= 设计温度 c t ?=120
焊缝系数85.0=φ（双面焊对接接头，局部无损检测）
许用应力[]t σ：根据材料Q345R 、设计温度c ?120、由文献[]1可知
[]MPa t
189=σ
钢板负偏差 mm c 3.01=
腐蚀裕量 mm c 0.12=（双面微弱腐蚀） 已知筒体厚度计算公式为：
[]212c c p D p c
t
i
c n ++-=
φσδ （2-2）
由公式（2-2）可得mm n 92.1=δ
因为钢制压力容器不加腐蚀裕量的制造厚度至少为mm 3，加上腐蚀裕量mm 1，所以名义厚度mm n 4=δ 筒体封头的设计
由文献[]2选择标准椭圆型封头，代号EHA 来自标准JB/T4746-2002
设计参数的确定
p=, 0.1=φ mm c 3.01= mm c 0.12=
已知封头厚度的设计计算公式为：
[]215.02c c p D p c
t
i
c n ++-=
φσδ （2-3）
所以由公式（2-3）可得mm n 83.1=δ
因为考虑钢材加工厚度不加腐蚀裕量最少为3mm ，所以取名义厚度mm n 413=+=δ
和筒体厚度一致。
封头直边尺寸、体积的确定 根据DN=1000mm ，由文献[]2知： 直边高度mm h 251= 体积31505.0m V d = 深度H=275mm 内表面积21625.1m A = 筒体长度H 的设计
d t V V V += （2-4）
d t V V V -= （2-5） d i V V H D -=24
π
（2-6）
所以可得： 2
4
i d
D V V H π-=
（2-7）
由公式（2-7）可得m H 95.0= 圆整得：H=960mm 外压筒体的壁厚确定
根据参考文献[3]，采用工程设计法，确定外压筒体的名义厚度如下：
假设名义厚度mm n 8=δ则有效厚度为：
c n e -=δδ （2-8）
由公式（2-8）得mm e 7.6=δ
n
i o D L D L δ2+= （2-9） 由公式（2-9）得
945.0=o
D L
e
n
i e
D D δδδ20
+=
（2-10）
由公式（2-9）得
64.1510
=e
D δ
查文献[3]可得0008.0=A MPa B 110=
[]e
D B p δ0=
（2-11）
由公式（2-11）得[]MPa p 73.0=
因为MPa MPa 3.073.0>
所以假设名义厚度成立，能够满足要求的条件。 外压封头的壁厚的设计
封头的设计外压与筒体相同，即设计压力MPa p c 3.0=
因为封头要与筒体焊接，为加工制造方便，先假设封头的名义厚度等于筒体的名义厚度即：mm n 8=δ
由公式（2-8）得mm e 7.6=δ
()
n i h D h D δ+=220
00 （2-12） 由公式（2-12）得
97.120
=h D 根据文献[]3可查得9.01=K
010D K R = （2-13）
由公式（2-13）得8.9100=R
e
R A δ0125
.0=
（2-14） 由公式（2-14）得00092.0=A 再根据文献[]3可查得系数
MPa B 115=
[]e
R B p δ0=
（2-15）
由公式（2-15）得[]MPa MPa p 3.0846.0>=
因此椭圆封头为制造方便取厚度与筒体相同mm n 8=δ成立，满足给定条件的要求。 三、夹套尺寸的设计计算 夹套公称直径DN 的确定
由表3-1可知：
mm D D i i 11001002=+=
表3-1夹套内径i D 2 /mm
夹套计算压力的确定：
筒体仅受内压，根据给定的已知条件可知MPa p c 3.0= 夹套筒体壁厚的设计
由公式（2-2）得
mm n 33.2=δ
又因为钢材不加腐蚀裕量的制造最小厚度应不小于3mm,所以取名义厚度
mm n 413=+=δ
夹套筒体长度H 的计算
2785.0i
d
D
V V H -=
φ （3-1）
由公式（3-1）得m H 504.0= 经圆整后取mm H 510= 夹套封头的设计
夹套的下封头选标准椭球型封头，内径与筒体相同()mm D i 1100=。代号EHA ，标准JB/T4746-2002.夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角?=30α
椭球形封头厚度的设计：
因为设计压力MPa p 3.0=且为内压容器 所以由公式（2-3）得
mm n 17.2=δ
因为钢板不加腐蚀裕量的最小制造厚度应不小于3mm 所以mm n 413=+=δ 核算传热面积： 圆筒内传热表面积
2m 396.01=??=π筒F
查JB/T4746-2002知椭圆封头表面积为：
2
F=
1625
.1m
封
所以2m
+
=
+
F=
F
1625
.4
1625
.1
0.3
封
筒
因为要求的传热面积为2
A>，所以经核算夹套的高度符合要求
3m
四、反应釜附件的选型及尺寸设计
设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。
封头法兰的设计
4.1.1封头法兰尺寸及结构
根据MPa
1000=
=、，由文献[]2确定法兰的类型为甲型DN2.0
PN
mm
平焊法兰。结构如图4-1所示
法兰尺寸如表4-1所示
表4-1 法兰结构尺寸