课程设计任务书 ........................................................ 错误!未定义书签。

1.1. 1. 设计方案的分析和拟定 (4)2. 罐体和夹套的设计 (5)2.1. 罐体和夹套的结构设计 (5)2.2. 罐体几何尺寸计算 (5)2.2.1. 确定筒体内径 (5)2.2.2. 确定封头尺寸 (6)2.2.3. 确定筒体高度H1 (6)2.3. 夹套几何尺寸计算 (6)2.3.1. 确定夹套内径 (6)2.3.2. 确定夹套高度 (7)2.3.3. 校核传热面积 (7)2.4. 夹套反应釜的强度计算 (7)2.4.1. 强度计算的原则及依据 (7)2.4.2. 按内压对筒体和封头进行强度计算 (8)2.4.3. 按外压对筒体和封头进行稳定性校核 (10)2.4.4. 水压试验校核 (11)3. 反应釜的搅拌器 (12)3.1. 搅拌器的选用 (12)3.2. 挡板 (12)4. 反应釜的传动装置 (12)4.1. 电动机、减速机选型 (13)4.2. 凸缘法兰 (13)4.3. 安装底盖 (14)4.4. 机架 (14)4.5. 联轴器 (14)4.6. 搅拌轴设计 (14)5. 反应釜的轴封装置 (16)6. 反应釜的其他附件 (17)6.1. 支座 (17)6.1.1. 确定耳式支座实际承受载荷Q (17)6.1.2. 确定支座的型号及数量 (18)6.2. 手孔 (18)6.3. 设备接口 (18)设计目的：培养学生把所学“化工机械基础”及其相关课程的理论知识，在设备课程设计中综合地加以运用，把化工工艺条件与化工设备设计有机结合起来，使所学有关机械课程的基本理论和基本知识得以巩固和强化。

培养学生对化工设备设计的基本技能以及独立分析问题、解决问题的能力。

设计要求：（1）树立正确的设计思想。

（2）要有积极主动的学习态度和进取精神。

（3）学会正确使用标准和规范，使设计有法可依、有章可循。

（4）学会正确的设计方法，统筹兼顾，抓主要矛盾。

（5）在设计中应注意处理好尺寸的圆整，处理好计算与结构设计的关系。

设计内容：设计一台带有搅拌装置的夹套反应釜，包括设备总装配图一张，零部件图一至二张，设计计算说明书一份。

设计任务书1.1. 1. 设计方案的分析和拟定设计依据是工艺提出的要求和条件，一个夹套反应釜主要由罐体、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、法兰、支座、人孔手孔、设备接口等一些附件构成。

根据任务说明书的要求本次设计搅拌器为浆式搅拌器；由于填料轴封结构简单，易于制造的特点，应用较为广泛，所以轴封采用填料轴封。

按照以下内容及步骤进行夹套反应釜的机械设计。

（1）总体结构设计根据工艺要求并考虑制造、安装和维护检修的方便来确定各部分结构形式。

（2）容器的设计主要内容有：①根据工艺参数确定各部分几何尺寸；②考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；③对罐体、夹套等进行强度和稳定性计算、校核。

（3）搅拌器的设计根据搅拌器类型确定相关位置和尺寸。

（4）传动系统设计包括选择电机、确定传动类型、选择联轴器等。

（5）选择轴封决定并选择轴封类型及有关零部件。

（6）绘图包括装配图、部件图和零件图。

（7）编制技术要求提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。

2.罐体和夹套的设计夹套式反应釜是由罐体和夹套两大部分组成。

罐体为物料的搅拌过程提供了一定的空间，夹套传热是一种应用最普遍的外部传热方式。

2.1. 罐体和夹套的结构设计罐体采用立式圆筒形容器，有顶盖、筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。

顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头，顶盖与罐体分别于筒体相连。

罐底与筒体的连接采用焊接连接，为了方便拆卸，做成法兰连接顶盖和筒体，夹套的型式与罐体相同。

2.2. 罐体几何尺寸计算2.2.1.确定筒体内径根据D1≈3V4iπ估算内径；式中V——工艺条件给定容积，m3;i——长径比，iiHiD=(按物料类型选取，见表2-1）表2-1 几种搅拌釜的长径比i值依题意，可取i=1.1，已知全容积V=2.5 m3，则D1=1.425 m,圆整到公称直径为D1=1400 mm。

2.2.2.确定封头尺寸标准椭圆封头其内径与筒体内径相同，即DN=D1=1400 mm.查筒体和封头数据表得到：曲边高度h1=350mm，直边高度h2=25mm ，容积V封=0.3977 m3，1m高筒体容积V1m=1.539m3/m。

2.2.3.确定筒体高度H1筒体高度H1可按式子H1=(V-V封)/V1m计算，即H1=(2.5-0.3977)/1.539=1.366m，经圆整后得H1=1400mm。

当筒体高度确定后，应按圆整后的筒体高度修正实际容积，则实际容积V=V1m H1+V封，即V=1.4×1.539+0.3977=2.5523m3。

2.3. 夹套几何尺寸计算夹套的结构尺寸根据安装和工艺两方面的要求而定，夹套和筒体常焊接成封闭结构。

2.3.1.确定夹套内径夹套内径D2可根据筒体内径D1选取，见表2-2。

表2-2 夹套直径D2/mm故夹套内径D2=1400+100=1500mm，夹套下封头型式同罐体封头，其直径D2与夹套筒体相同。

2.3.2.确定夹套高度夹套高H2由传热面积决定，不能低于料液高，通常由工艺给定装料系数η，或根据已知操作容积和全容积进行计算，即η=操作容积/全容积。

装料系数η=2.0/2.5=0.8,夹套高H2=（ηV-V封）/V1m =(0.8×2.5523-0.3977)/1.539=1.07m，圆整后得H2=1100mm。

2.3.3.校核传热面积查筒体和封头数据表得到：封头表面积F封=2.2346m2，1m高筒体内表面积F1m=4.40m2/m。

筒体表面积F筒=H2F1m=1.1×4.40=4.84 m2，故夹套包围的罐体表面积为F筒+F封=4.84+2.2346=7.0746m2>7m2，所以夹套换热满足要求。

2.4. 夹套反应釜的强度计算夹套反应釜几何尺寸确定后，要根据已知的公称直径、设计压力和设计温度进行强度计算，确定罐体及夹套的筒体和封头的厚度。

2.4.1.强度计算的原则及依据强度计算中各参数的选取及计算，均应符合GB150钢制压力容器的规定。

根据任务书的条件，反应釜罐体内为正压外带夹套，依据如下：当圆筒的公称直径DN ≥600㎜ 时，被夹套包围部分的圆筒分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值，其余部分按内压圆筒设计。

2.4.2. 按内压对筒体和封头进行强度计算2.4.2.1. 选择设备材料分析工艺要求和腐蚀因素，罐体决定选用0Cr18Ni9,其中150℃下的许用应力为[σ]t =103Mpa ，夹套选用Q235-A ，其中150℃下的许用应力为[σ]t =113Mpa 。

2.4.2.2. 确定计算压力按工艺条件，罐体内设计压力p 1=0.2Mpa ，夹套内设计压力p 2=0.3Mpa 。

罐体液注静压力为p 1H =ρgh10-6=1000×10×1.4×10-6=0.014Mpa ，计算压力为p 1c =p 1h +p 1=0.014+0.2=0.214Mpa 。

夹套计算压力等于设计压力，即p 2c =p 2h =0.3Mpa 。

2.4.2.3. 罐体筒体及封头壁厚计算罐体筒体壁厚的设计厚度为：采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查，按教材表10-9，取焊缝系数φ=0.85，不锈钢C 2=0，则[]22c id t c p D C p δσϕ=+-mm p D p c t c d 713.1214.010385.021400214.0C ][221111=-⨯⨯⨯=+-Φ=σδ 查教材表10-10，取钢板负偏差C 1=0.18mm ，则名义厚度mm C d 893.118.0713.1111n =+=+=δδ，圆整后取1n δ=2mm 。

罐体封头壁厚的设计厚度为：mm 712.1214.05.0-10385.021400214.05.0][2111'1=⨯⨯⨯⨯=-Φ=c t c d p D p σδ，名义厚度mm C d n 892.118.0712.11'1'1=+=+=δδ，圆整后取δ'1n =2mm 。

2.4.2.4. 夹套筒体及封头壁厚计算夹套筒体壁厚的设计厚度为： 采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查，按教材表10-9，取焊缝系数φ=0.85，Q235-A以双面腐蚀计算C 2=2mm ，则mm p D p c t c d 35.423.011385.0215003.0C ][222222=+-⨯⨯⨯=+-Φ=σδ 查教材表10-10，取钢板负偏差C 1=0.5mm ，则名义厚度mm C d 85.45.035.4122n =+=+=δδ,圆整后取2n δ=6mm 。

夹套封头壁厚的设计厚度为mm p D p c t c d 34.423.05.011385.0215003.0C 5.0][22222'2=+⨯-⨯⨯⨯=+-Φ=σδ 名义厚度mm C d n 84.45.034.41'2'2=+=+=δδ，圆整后取δ'2n =6mm 。

. []22c id tc p D C p δσϕ=+-2.4.3. 按外压对筒体和封头进行稳定性校核2.4.3.1. 罐体筒体稳定性校核罐体筒体名义厚度δn =2mm ，厚度附加量C=C 1+C 2=0.18+0=0.18mm ， 罐体筒体有效厚度δe =δn -C=2-0.18=1.82mm ，罐体筒体外径D 0=D 1+2δn =1400+4=1404mm 。

筒体计算长度L=H 2+31h 1+h 2=1100+31⨯350+25=1242mm 。

根据筒体图算法强度校核计算，系数D 0/δe =1404/1.82=771>20, 系数L/D 0=1242/1408=0.882。

120℃时不锈钢板E=2.06×105Mpa ，查教材图10-15得系数A=0.00008，查图10-20得系数B 在材料曲线左方，许用外压Mpa D AE p e 0142.077131006.200008.02)/(32][50=⨯⨯⨯⨯==δ，由于[p]<p=0.3，故需增大δn 。

假设δn =8mm,同理有C=C 1+C 2=0.8mm,δe =δn -C=7.2mm,D 0=1400+2×8=1416mm,L=1242mm,D 0/δe =197,L/D 0=0.877，系数A=0.00055,系数B=60Mpa,[p]=60/197=0.305Mpa>0.3,所以筒体厚度取8mm 。