反应釜的设计计算

主体设备配置图
强度校核
• 压力试验，选用液压试验 • 内筒水压试验 2 2.59 Et • Pcr =0.20MPa>pT
LD0 D0 t
T 20.33MPa 0.9s 263.95MPa
故在做水压试验时，内筒稳定性符合要求
强度校核
耳式支座结构设计参数
垫板厚度 上盖板宽度 250mm 70mm 垫板宽度 上盖板厚度 200mm 16mm 支座数量 筋板长度 4 205mm 支座高度 200mm 125mm
结构设计计算结果
• 釜体直径的计算
• 对于直立反应釜来说，釜体容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积之 和，根据釜体容积和物料性质，选定 H / Di 值，估算筒体内径 D i 。由于此反应 为液—液反应，故而取 H / D i 1 ，先忽略釜体封头的容积。
结构设计计算结果
• 筒体内径：
46430 4 1.27107 m0 g GE 4M 1 M e 3 Q 10 103 21.74kN nD 4 1638 kn 4 0.83
• 单个支座本体允许载荷 Q Q [Q]=30KN。则有： • ,支座本体安全
设计条件：
• 乙酸酐分解式为
（ C H 3C O ） 2O H 2O 2 C H 3C O O H
• 该反应的反应速率方程为，反应温度下反应速率常数为0.08 m in 。每小时处理 3 量为 0.6m ，原料中乙酸的浓度 CA0 95mol / m3 。试设计一台连续操作釜式 反应器达到要求：
筋板内侧间距
螺纹中心至底板外 缘距离
支座材料的屈服强 度
筋板厚度
底板厚度
8mm
10mm
底板宽度
支座筋板设计温度下的 拉伸弹性模量 筋板材料的许用应力
160mm
19700Mpa
底板长度
设计温度下支 座材料的许用 应力 地脚螺栓材料 Q235B，腐蚀 裕量3mm，规 格M24
310mm
113Mpa
50mm
p pe 0.25 pw 20894 0.25 1288.78 21216.20N
pw 0.95 fi q0 D0 H0 106 0.951 5501312 1200 350 330106 1288 .78N
• 支座本体计算 • 单个支座本体承受的实际载荷
过程装备与控制工程课程设计
Course design of process equipment and control engineering
任务书
• • • • • • 主要内容： 1 设计方案的确定及工艺流程的说明； 2 反应器的工艺计算； 3 基本尺寸计算及基本结构设计； 4 壳体、开孔补强与搅拌轴及耳式支座的强度校核； 5 绘制反应器的装配图。
• 反应器的有效体积：
Vr Q0 0.6 143.75 1.44m
3
• 反应器的实际体积：
1.44 3 V 1.8m 0.8
Vr
工艺设计计算部分结果参数汇总
• • • • • • • • •
C A 0 —原料液中乙酸酐的起始浓度，9.5×10^-2 mol/L； C A —反映后乙酸酐的浓度，7.6×10^-3 mol/L； Vr —有效体积，1.44m3；
• 电机的选用 • 电动机功率P=4.57kw • 根据电动机的标准，查《机械设计课程设计》，电动机可选用Y · 132 M 2-6， 功率5.5kw，转速960r/min。
结构计算计算结果
• 减速机的选用 • 根据轴转速960r/min，电动机功率为5.5kw。查表可知：应选用滚筒减速机，编 号为96012。 • 联轴器的选用
强度校核
• 搅拌轴刚度的校核 • 为了防止搅拌轴产生过大的扭转变形，从而在扭转中振动，影响正常工作，应 把轴的扭转变形限制在一个允许的范围内，即规定一个设计的扭转刚度条件。 工程上以单位长度的扭转角不得超过许用扭转角的刚度条件，即
max
• 由上式可导出实心轴直径为
4
M n max 180o 3 10 GI p
235Mpa
底板的许用 弯曲应力
141Mpa
141Mpa
每个支座的地 地脚螺栓常温下的 脚螺栓个数1个。 许用应力
147Mpa
地脚螺栓常 温下的许用 切应力
117.6Mpa
支撑面许用耐压应力
11.768Mpa
强度校核
• 水平风载荷和地震载荷计算 • （地震为九度） pe 0.5m0 g 0.5 0.9 4737 .8 9.8 20894 N
结构计算计算结果
• 计算厚度：
Pc Di 2 Pc
pc Di 0.111200 0.41mm t 2 pc 2 189 0.85 0.11
结构计算计算结果
• 夹套的选择
夹套的内径 夹套高度 夹套筒体厚度 夹套封头厚度
1300mm 0.63mห้องสมุดไป่ตู้
Di
3
4Vg H ( ) Di
3
4 1.15 1.22m 1 0.8
• 根据标准圆整取 Di
1300mm
结构设计计算结果
• 釜体高度的计算
查表可知，直径为1300mm的椭圆封头总深度 H h 350mm ， A 1.9340m2 内表面积， Vh 0.3208 m3 。
1 4
• 搅拌轴为实心轴，则直径：
M n max d 4.92 4 G 1
•
d=0.045m
结构计算计算结果
• • • • • • • 主要接管尺寸的计算 进料管和出料管 df =16mm 查手册取 20 2.5 无缝钢管，法兰选用板式平焊钢管法兰PL2.5，B型，DN50。 冷却水管的计算 ds=26.6mm 查手册取无缝钢管 30 3.5 ，法兰选用板式平焊钢管法兰PL2.5，B型， DN40。
可以查表可知BN型耳式支座系列参数尺寸，可知
强度校核
• 支座处壳体内应力的计算
支座处壳体 所受的支座 弯矩 支座弯矩引 起的最大应 力周向应力 3370KN· m m 由压力引起 的一次总体 薄膜应力周 向应力 支座弯矩引 起的最大应 力轴向应力 16.38Mpa 由压力引起 的一次总体 薄膜应力轴 向应力 8.19Mpa 支座弯矩引 起的最大应 力周向应力 57.869Mpa 支座弯矩引 起的最大应 力轴线应力 32.328Mpa
m 3.02 10 pa s
4
d=400mm b=80mm n= 238.8r/min
Re 2.1106
结构计算计算结果
• • • • 经查《过程设备设计》功率曲线可知，功率准数Np=6 搅拌功率P=3.91kw 叶轮距槽底的安装高度Hi =400mm 挡板宽度Wb =120mm

—反应时间，143.75min； X A —乙酸酐的转化率92％。 Q0 —单位时间原料液处理量，0.6m3/h； V —反应器的实际体积，1.8m3； —装料系数0.8；
结构设计部分
• • • • • 釜体结构形式的选择 筒体：圆柱形 釜底的封头形状：标准椭圆型 顶盖连接方法：不可拆 换热器形式：U形夹套
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm 计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
结构计算计算结果
• 反应釜的搅拌装置 • 搅拌功率的计算 • 粘度计算公式 • • • • •
lg
m


n
x
i 1
i
lg
i
解得 搅拌器直径 叶片直径 叶轮转速 雷诺数
• 查《机械设计课程设计》可知：联轴器应选GY4，类型为凸缘联轴器。 • 搅拌轴材料的选择 • 常用优质碳素钢有35、45、50钢，其中以45钢应用最多。搅拌轴受到扭转和弯 曲的组合作用，其中以扭转为主。本次设计选用45钢作为搅拌轴的材料。
P T 9550 n
4 T 9550 5 198 .96 N m 960
-1
接近设计条件的实物图
工艺设计计算结果
• 原料的处理量
CA CA0 (1 Af ) 95 (1 92%) 7.6mol / m
• 反应时间
3
Vr Vr CA0Af 9592% 143.75min 3 Q0 FA0 rA 0.60810 CA0
工艺设计计算结果 • 反应体积
结构设计计算结果
• 搅拌轴直径的计算 • 搅拌轴的材料选为45钢，轴材料剪切弹性模量G 79GPa ，许用剪切应力 40MPa 1o /m • 轴传递最大转矩：
M max 9553 pn 5.5 9553 0.9 198 N m n 238 .8
180 32180 d 33.96mm 4 2 6 7.9 10 10
• 搅拌轴直径 D 44 mm＞33.96 mm ，满足条件。
146.7Mpa
229.4Mpa
• 应力校核 • 支座上端A点 支座下端B点：
m p 、 m px

t
189 M P a
• 经计算校验合格
强度校核
• 地脚螺栓的强度验算
FL1 571.25 bt 11.58MPa nbt Abt 1 243.37
• 式中，摩擦系数取支座与基础垫板之间钢对钢的静摩擦系数0.3（按钢结构设计 规范）。计算得的值小于0，表明不承受剪切力。 • 开口补强的计算 • 被削弱的金属面积A=168.2㎡ 封头起补强作用金属面积A1=1516.5㎡ ＞A ，所以需要补强圈进行补强 • 因为 A 1