化工机械设备课程设计—反应釜

化工设备机械基础大型作业题目：反应釜教学院：化学与材料工程专业：应用化工技术学号：19 20 21 22学生姓名：马耀溪亢新荣王中磊王高飞指导教师：夏贤友胡燕辉2014年6 月15日大型作业任务书52013～2014 学年第2学期学生姓名：亢新荣专业班级：应用化工技术（专）2012（1）指导教师：夏贤友工作部门：化工教研室一、大型作业题目：反应釜二、大型作业内容（含技术指标）1．反应介质：25m3的水乳胶涂料；2. 容器内压：常压；3. 反应温度：80±10℃；4. 电机功率：10KW；5. 搅拌转速：50rpm。

6. 作业成果：计算书1份，设备图1张（A2图纸手工绘制）。

三、进度安排1．6月9日：分配任务；2．6月9日-6月12日：查询资料、初步设计；3．6月12日-6月20日：设计计算，完成报告。

四、基本要求1．设计方案：根据给定的条件合理选择设备的结构以及合适的材料，立式容器或卧式容器的筒体和封头、钢板卷制焊接结构接头、钢板材料的型号及热处理条件等；2．设计计算：依据材料的性能，对选用设备的壁厚进行计算、稳定性进行校核；3．辅助设备的选型：包括典型辅助设备的主要尺寸计算及型号规格：人孔或手孔设计、法兰的型号规格、接管开孔结构、视镜或液面镜以及容器的支座选型等。

教研室主任签名：2014年6月15日目录概述 (5)0.1 设计说明书主要内容 (5)0.2 水乳胶 (5)1反应釜釜体设计 (6)1.1釜体的DN、PN的确定 (6)1.2 釜体筒体壁厚的设计 (7)1.3 釜体封头的设计 (7)1.4筒体长度的设计 (8)1.5 外压筒体壁厚的设计 (8)2反应釜夹套的设计 (9)2.1 夹套的DN、PN的确定 (9)2.2 夹套筒体的设计 (10)2.3 夹套封头的设计 (10)3反应釜釜体及夹套的压力试验 (12)3.1釜体的水压试验 (12)3.2夹套的液压试验 (12)4反应釜附件的选型及尺寸设计 (13)4.1釜体法兰联接结构的设计 (13)4.2工艺接管的设计 (13)5搅拌轴及浆的设计 (15)5.1搅拌轴直径的初步计算 (15)5.2直叶桨式搅拌器尺寸的设计 (15)6传动装置的选型和尺寸计算 (16)6.1电动机的选型 (16)6.2减速机的选型 (16)6.3反应釜的轴封装置设计 (16)7焊缝结构的设计 (17)7.1 釜体上主要焊缝结构的设机 (17)7.2夹套上的焊缝结构的设计 (18)8设计评论 (19)9参考文献 (19)概 述0.1设计内容介绍及内容分析由设计条件单可知，设计的反应釜体积为204.2985.0/25/m V V ===η （η=0.85），圆整V =30m 3；搅拌轴的转速为50r/min,电机功率10kW （η1=0.9），轴的功率为P=P 0×η1=0.5kW;搅拌桨的形式为推进式；装置上设有3个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、1个温度计管口，1个人孔。

0.2水乳胶由于水性涂料不用有机溶剂，对人体无毒害，对环境无污染，固而近年来发展十分迅速。

凡是用水作溶剂或者分散在水中的涂料部可称之为水性涂料。

水性涂料包括水溶性涂料和水胶乳涂料两种，采用乳液聚合工艺制备成合成树脂水胶乳，胶粒径0.1-10μ。

在合成树脂水胶乳中，加入颜料、体质 颜料、保护胶体、各种添加剂后，经过研磨或 分散处理，即成为水乳胶涂料。

目前，世界上使用较广的水胶乳涂料有聚醋酸乙烯水胶乳涂料、聚丙烯酸酯水胶乳涂料、醇酸树脂水胶乳涂料和偏氯乙烯共聚树脂水胶乳涂料。

水乳胶可用：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、 而烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸2乙基 己酯 2一甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯，苯乙 烯、氯乙烯和丙烯腈。

以上这些单律在使用时不少于一种 使用量最好为单体总量的4-45%。

在进行操作时可将水乳胶的密度近似于水的密度进行计算。

1 反应釜釜体设计1.1釜体的DN 、PN 的确定1.1.1釜体DN 的确定将釜体视为筒体，取L/D =1.4,V=30m 3。

由 V =(π/4)L D 2 （1-1） 式中 V ——操作体积，m 3; D ——釜体的直径，m ； L ——釜体的长度，m 。

L =1.4D ，则 mm 2.54.1430=⨯=πD ，圆整。

mm 5000=D 得釜体的DN =5000mm 。

1.1.2釜体PN 的确定由设计说明书知常压反应，所以釜体的设计压力＝0.2MPa 。

1.2 釜体筒体壁厚的设计1.2.1设计参数的确定设计压力P 1： P 1＝0.2MPa ；液柱静压力P 1H ：P 1H =10^(-6)×1.8×1.4×10^3×10=0.0252MPa 计算压力P 1c ： P 1c = P 1+ P 1H =0.2+0.0252=0.2252MPa ； 设计温度t 1： t 1 <100℃ ； 焊缝系数Φ： Φ＝0.85许用应力[]t σ： 根据材料Q235-B 、设计温度<100℃，由文献[1,6]知[]t σ＝113MPa ；钢板负偏差1C ： 1C ＝0.6mm （GB6654-96）； 腐蚀裕量2C ： 2C ＝2.0mm 。

1.2.2 筒体壁厚的设计由公式： []C p D p ctic n +-Φ=σδ2 （1-2）式中：n δ——受力物体的厚度，mm;P c ——计算的压力，kPa; D ——釜体的直径，m ；Φ——焊缝系数：[]t σ——许用应力，MPaC ——腐蚀裕量和偏差的和，mm 。

得：mm 4.80.26.02252.085.0113250002252.01=++-⨯⨯⨯=n δ圆整 mm 81=n δ刚度校核：碳素钢的m m 3min ≥δ 故筒体的壁厚取mm 8=n δ。

1.3 釜体封头的设计1.3.1 封头的选型釜体的下封头选标准椭球型，代号EHA 、标准JB/T4746—2002。

1.3.2封头的直边尺寸、体积及重量的确定根据mm 5000=DN ，由文献[6] 根据JB/T4746—2002知： 直边高度h 2： 25mm 容 积V ： 0.8270m 3 曲边高度h 1： 450mm 内表面积A ： 13.6535m 2 质 量m : 225kg1.4筒体长度的设计1.4.1筒体长度H 1的设计筒体高度： SV -V H 1封= （1-3）式中 H 1——筒体高度，m;V ——操作体积，m 3; V 封——封头体积，m 3； S ——筒体截面积，m 2。

H 1=(30-0.827)/2.543=2.033m 圆整H 1至2000mm 。

1.5 外压筒体壁厚的设计1.5.1设计外压的确定由设计条任务书可知，夹套内介质的压力为常压，取设计外压p =0.101MPa 。

1.5.2试差法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚δn =12mm ，则：有效厚度m m 2.88.312=-=-=C n e δδ 筒体外径：T N =1824mm ， 由 ecr D D L δ017.1= （1-5）式中L cr ——当量长度，mm ； D 0——筒体外直径，mm ； δe ——有效厚度，mm 。

得：L cr = 3182mm 。

筒体的计算长度L ′=21131h h H ++L ′=2050+ 150 + 25 = 2225mmL cr = 3182mm > L ′ ；该筒体为短圆筒。

圆筒的临界压力为：ee cr D D mL E P δδ02'6.2=(1-6)式中 P cr ——临界压力，kPa ； L ——筒体的计算长度，mm ；D 0——筒体外径，mm ；E ——设计温度下的弹性模量，MPa δe ——有效厚度，mm ； m ——稳定系数。

E =2.0×105MPa ，P cr MPa 5554.02.81824182422252.8100.26.225=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=m对于圆筒m =3 , [P ]=0.5554/3=0.185MPa 故 P =1.01 < [P ]；所以假设δn =8mm 满足稳定性要求。

2 反应釜夹套的设计2.1 夹套的DN 、PN 的确定2.1.1夹套DN 的确定由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知：100j i D D =+＝5000+100=5100（mm ）考虑到5100mm 一般不再取值范围，故取DN =5000mm 。

2.1.2 夹套PN 的确定由设备设计条知，夹套内介质的工作压力为常压，取PN ＝0.25MPa 。

2.2 夹套筒体的设计2.2.1夹套筒体壁厚的设计由公式（1-2）[]C p D p ctic n +-Φ=σδ2 得：mm 11.1036.025.085.01132500025.01=++-⨯⨯⨯=n δ圆整 mm 101=n δ刚度校核：碳素钢的m m 3min ≥δ，筒体的壁厚取mm 10=n δ。

2.2.2夹套筒体长度H 筒的初步设计由 H 筒=S 封V V -η （2-1）式中 H 筒——夹套的筒体长度，m;V ——操作体积，m 3; V 封——内径封头体积，m 3； S ——筒体截面积，m 2。

mm 1562543.2827.068.01=-⨯=-V V V H hη筒圆整后 H 筒=1600mm 。

2.3 夹套封头的设计2.3.1 封头的选型夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同（D j ＝5000mm ）。

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45α=。

2.3.2 椭球形封头壁厚的设计因为P W 为常压＜0.3MPa ，所以需要根据刚度条件设计封头的最小壁厚。

取min δ＝2 D i /1000且不小于3 mm 另加2C ， 所以 S min ＝3+3=6（mm ），圆整n δ=10mm 。

对于碳钢制造的封头壁厚取n δ=10mm 。

2.3.3椭球形封头结构尺寸的确定夹套封头的尺寸见图2-1封头的下部结构如图 2-1图 2-1 封头的下部结构图由设计条知：下料口的DN ＝50mm ，封头下部结构的主要结构尺寸min D ＝146mm 。

2.3.4带折边锥形封头壁厚的设计考虑到封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体的壁厚一致，即n δ＝8mm 。

2.3.5 封头结构的设计2.3.6 带折边锥形封头壁厚的设计由于封头过渡部分与锥体部分受力情况不同，分两部分计算过渡部分：o 45=α， K =0.8181 ， f =0.645 ，i 115.0D R =，选型为CHB ， 由式（1-2）：[]C P D KP ctic n +-=5.02ϕσδ （2-2）式中 n δ——受力物体的厚度，mm ；P c ——计算的压力，KPa ； K ——过渡区形状系数； φ——焊缝系数； f ——椎体形状系数； D i ——釜体的直径，m ；[]t σ——许用应力，MPaC ——腐蚀裕量，mm 。