化工设备机械基础课程设计题目：1m3夹套反应釜设计学院: 化学与材料工程学院专业: 化学工程班级: 10化工姓名:学号: ***********指导老师:完成日期: 2012年6月1日夹套反应釜设计任务书设计者：班级：10化工学号：10111003101指导老师：日期：一、设计内容设计一台夹套传热式带搅拌的配料罐。
二、设计参数和技术特性指标见下表三、设计要求1.进行罐体和夹套设计计算；2.选择支座形式并进行计算；3.手孔校核计算；4.选择接管、管法兰、设备法兰；5.进行搅拌传动系统设计；（1）进行传动系统方案设计（指定用V带传动）；（2）作带传动设计计算：定出带型，带轮相关尺寸（指定选用库存电机Y1322-6，转速960r/min,功率5.5kW）；（3）选择轴承；（4）选择联轴器；（5）进行罐内搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计；6.设计机架结构；7.设计凸缘及安装底盖结构；8.选择轴封形式；9.绘制装配图；10. 绘传动系统部件图。
表1 夹套反应釜设计任务书简图设计参数及要求容器内夹套内工作压力，Mpa设计压力，MPa0.2 0.3工作温度，℃设计温度，℃<100 <150介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽全容积，m3 1.0操作容积，m30.8全容积传热面积，m2>3.5腐蚀情况微弱推荐材料Q235-A搅拌器型式推进式搅拌轴转速，r/min200轴功率，kW 4接管表符号公称尺寸DN连接面形式用途a 25 蒸汽入口b 25 加料口c 80 视镜d 65 温度计管口e 25 压缩空气入口f 40 放料口g 25 冷凝水出口h 100 手孔目录1. 夹套反应釜的结构 (5)1.1 夹套反应釜的功能和用途 (5)1.2 夹套反应釜的反应条件 (5)2. 设计标准 (6)3. 设计方案的分析和拟定 (6)4. 各部分结构尺寸的确定和设计计算 (7)4.1 罐体和夹套的结构设计 (7)4.1.1 罐体几何尺寸计算 (8)4.1.2 夹套几何尺寸计算 (10)4.2 夹套反应釜的强度计算 (12)4.2.1 强度计算(按内压计算强度) (12)4.2.2 稳定性校核(按外压校核厚度) (15)4.2.3水压试验校核 (21)4.3 反应釜的搅拌器 (23)4.3.1 搅拌装置的搅拌器 (23)4.3.2 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计 (23)4.3.3 搅拌装置的搅拌轴设计 (24)4．4 反应釜的传动装置设计 (26)4.4.1 常用电机及其连接尺寸 (26)4.4.2釜用减速机类型、标准及其选用 (26)4.4.3 V带减速机 (27)4.4.4凸缘法兰 (30)4.4.5安装底盖 (31)4.4.6机架 (31)4.4.7联轴器 (32)4.5 反应釜的轴封装置设计 (33)4.5.1 填料密封 (33)4.5.2 机械密封 (33)4.6反应釜的其他附件设计 (34)4.6.1 支座 (34)4.6.2 手孔和人孔 (35)4.6.3 设备接口 (35)5. 设计小结 (38)6. 参考文献 (39)设计说明书1. 夹套反应釜的结构夹套反应釜主要由搅拌容器、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。
搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形成通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。
1.1 夹套反应釜的功能和用途反应釜具有耐高温、耐腐蚀、生产能力强等优点，广泛用于合成塑料、合成橡胶、合成纤维、农药、颜料、树脂、化肥等行业。
还用于医药，化工，食品，轻工等行业中的水解，中和，结晶，蒸馏，蒸发，储存等生产环节。
釜体上的夹套主要是用于加热和冷却的模块。
其中带搅拌的夹套反应釜是精细化工、涂料、热熔胶、医药及食品等工业中常用的反应设备之一。
它是一种在一定压力和温度下，借助搅拌器将一定容积的两种（或多种）液体以及液体与固体或气体物料混匀，促进其反应的设备。
1.2 夹套反应釜的反应条件夹套反应釜的设计要注重反应的条件，一般考虑夹套和搅拌器的材料、上下进出口的设计，主要分为温度、压强、进料口和出料口、材料这几个因素。
温度----这个一般都应当有严格的控制，所以在设计的时候要注意温度计选择。
要是反应温度高可能要使用油浸泡温度计，所以要留可以装油的管槽，要是温度低还要注意冰封现象发生。
要是温度在100度到0度之间，要求不高的情况下，可以用塞子直接套温度计（注意压强）。
压强----压强的高低要选择合适的反应釜，一般只要能承受两倍的大气压就可以了。
进料口和出料口----一般进料口做一定大就一个可以了，要注意一些比如回流口、真空口什么的，还有就是出料口的大小，有些物质反应后不容易放出，所以要设计合适。
材料----一般反应釜都是玻璃的，要是工业生产最好用搪瓷的，搅拌的金属要注意保护不要被腐蚀，放料活塞要可以防腐。
还有就是夹套的进出水的控制，防止部分比如盐水的滞留。
2. 设计标准（1）HG/T 20569-94《机械搅拌设备》（2）GB 150-1998 《钢制压力容器》（3）HG 21563~21572-95 HG 21537.7~8-92 《搅拌传动装置》（4）TCED S8-90 《压力容器强度计算书统一格式》（5）CD 130A20-86 《化工设备设计文件编制规定》3. 设计方案的分析和拟定由夹套反应釜设计任务书可知，本次设计内容是设计一台夹套传热式带搅拌的配料罐。
任务书中已经给定此夹套反应釜一些设计参数及要求，我先对已有数据进行进一步分析并确定此次设计的总体设计方向。
此次我要设计的是全容积为13m，操作容积为0.83m的夹套反应釜。
1、设计压力：容器内的设计压力为0.2MPa，夹套内的设计压力为0.3MPa，由此可知本反应釜是在常压下工作。
2、设计温度：容器内的设计温度<100℃，夹套内的设计温度<150℃，设计温度均不高，不需要对反应釜作保温措施。
3、介质选择：容器内的介质为染料及有机溶剂,夹套内的介质为冷却水或蒸汽。
4、搅拌器：选用推进式搅拌器，搅拌轴转速为200 r/min，轴功率为4kW。
5、材料选择：任务书上的推荐材料为最常用的Q235-A碳素钢材，由此釜中的其他接管法兰等钢材也选用Q235-A碳素钢材。
封头为标准的椭圆封头，材质也选用Q235-A碳素钢。
6、传动系统：任务书指定选用库存电机Y1322-6，转速960r/min,功率5.5kW，给定搅拌传动系统用V带传动。
7、接管设计：已知反应釜的用途为传热带搅拌，因此反应釜需要蒸汽入口、加料口、视镜、温度计管口、压缩空气入口、放料口、冷凝水出口、手孔。
任务书中已经分别给出相应的公称尺寸：蒸汽入口公称尺寸DN=25、加料口公称尺寸DN=25、视镜公称尺寸DN=80、温度计管口公称尺寸DN=65、压缩空气入口公称尺寸DN=25、放料口公称尺寸DN=40、冷凝水出口公称尺寸DN=25、手孔公称尺寸DN=100。
8、焊接选择：焊接采用电弧焊，焊条牌号：采用J 507焊条。
9、法兰焊接：法兰焊接按相应法兰标准的规定，角焊缝及搭接焊缝的焊叫尺寸按两焊件中较薄板的厚度。
10、检验事项：（1）、容器上的A类和B类焊缝应进行X射线探伤检查，探伤长度为20%，X射线探伤应符合JB4730-94《压力容器安全技术监察规程》规定，Ⅲ级为合格.（2）、设备制造完毕后设备内0.25MPa进行水压试验，合格后焊上夹套，夹套内以0.38MPa进行水压试压。
（3）、设备上凸缘与安装底座的连接表面，应在组焊后加工，安装时轴线应处于垂直状态，搅拌轴轴封处轴的径向摆动量不得大于0.5mm,搅拌轴轴向窜动量不得大于0.3mm。
（4）、设备制造完毕后以水代料试运转1小时，应使设备达到工作压力，试运转过程中不得有不正常的噪音和震动。
此外，设计中还需选择接管、管法兰、设备法兰、轴承、联轴器、轴封形式，最后完成设计时，需将设计的反应釜绘制成装配图及绘出传动系统部件图。
4. 各部分结构尺寸的确定和设计计算4.1 罐体和夹套的结构设计罐体一般是立式圆筒形式容器，有顶盖、筒体、罐底，通过支座安装在基础平台上。
罐底通常为椭圆形封头。
顶盖在受压状态下常选用椭圆形封头，对于常压或操作压力不大而直径较大的设备，顶盖可采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢（槽钢和工字钢）制的横梁，用以支承搅拌器及其传动装 置。
顶盖和钢底分别与筒体相连。
罐底与筒体的连接常采用焊接连接。
顶盖与筒体的连接型式分为开拆和不可拆两种，筒体直径1D ≤1200㎜，宜采用可拆连接。
当要求可拆时，做成法兰连接。
夹套型式与罐体相同。
4.1.1 罐体几何尺寸计算1、釜体形式为常用结构圆筒形，封头形式为常用结构椭圆形。
原始尺寸如下表4-1：表4-1 原始尺寸2、几种搅拌釜的长径比i 值如下表4-2,此次设计任务的内物料为液-液相物料，所以i 的取值范围为1～1.3。
又因为设计容器不大，为使直径不致太小，在顶盖上容易布置接管和传动装置，故选取i =H 1/D 1=1.2。
表4-2 i 取值初算筒体内径1D 按式314iVD π≅计算,得 0621.12.1144331=⨯⨯==ππi V D m按下表4-3筒体的容积、面积和质量,选取圆整筒体内径1D =1000mm ，一米高的容积 m 1V =0.7853m ，内表面积m 1F =3.142m 。
表4-3筒体的容积、面积和质量按附表4-4 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸,选取釜体封头容积封1V =0.1505 3m表4-4 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸釜体高度1H 按式()m V V V H 111/封-= 计算,得()m V V V H 111/封-==（1-0.1505）/0.785=1.0822m选取圆整釜体高度 1H =1000 mm实际容积V 按式封111V H V V m +⨯= 计算,得封111V H V V m +⨯==0.785*1.000+0.1505=0.93553m4.1.2 夹套几何尺寸计算按表4-5夹套直径2D 选取夹套筒体内径 2D =1D +100=1100 mm ,表4-5 夹套直径2D装料系数η按式V V /操=η 计算，得V V /操=η=0.8/1.0=0.8夹套筒体高度H 2按式VV V Hm112)(封-≥η计算，得()m V V V H 112/封-≥η=（0.8*1.0-0.1505）/0.785=0.8274m选取圆整夹套筒体高度 H 2=950mm 。