<<化工容器>>课程设计—搅拌反应釜设计姓名: 余景超学号: **********专业: 过程装备与控制工程学院: 化工学院指导老师: 淡勇老师2013年 6 月18 日目录一设计内容概述1. 1 设计要求1. 2 设计参数1. 3 设计步骤二罐体和夹套的结构设计2. 1 几何尺寸2. 2 厚度计算2. 3 最小壁厚2. 4 应力校核三传动部分的部件选取3.1 搅拌器的设计3.2 电机选取3.3 减速器选取3.4 传动轴设计3.5 支撑与密封设计四标准零部件的选取4.1 手孔4.2 视镜4.3 法兰4.4 接管五参考文献一设计内容概述（一）设计内容：设计一台夹套传热式配料罐设计参数及要求容器内夹套内工作压力，MPa 0.18 0.25设计压力，MPa 0.2 0.3工作温度，℃100 130设计温度，℃120 150介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽全容积, 3m 1.0 操作容积, 3m0.80 传热面积, 2m 3腐蚀情况微弱推荐材料Q235--A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（二）设计要求：压力容器的基本要求是安全性和经济性的统一。
安全是前提，经济是目标，在充分保证安全的前提下，尽可能做到经济。
经济性包括材料的节约，经济的制造过程，经济的安装维修。
搅拌容器常被称为搅拌釜，当作反应器用时，称为搅拌釜式反应器，简称反应釜。
反应釜广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、农药、化肥等行业。
反应釜由搅拌器、搅拌装置、传动装置、轴封装置及支座、人孔、工艺接管等附件组成。
压力容器的设计，包括设计图样，技术条件，强度计算书，必要时还要包括设计或安装、使用说明书。
若按分析设计标准设计，还应提供应力分析报告。
强度计算书的内容至少应包括：设计条件，所用规范和标准、材料、腐蚀裕度、计算厚度、名义厚度、计算应力等。
设计图样包括总图和零部件图。
设计条件，应根据设计任务提供的原始数据和工艺要求进行设计，即首先满足工艺设计条件。
设计条件常用设计条件图表示，主要包括简图，设计要求，接管表等内容。
简图示意性地画出了容器的主体，主要内件的形状，部分结构尺寸，接管位置，支座形式及其它需要表达的内容。
（二）设计参数和技术性能指标（三）设计步骤：1.进行罐体和夹套设计计算；2.搅拌器设计；3.传动系统设计；4.选择轴封；5.选择支座形式并计算；6.手孔校核计算；7.选择接管，管法兰，设备法兰。
一、确定筒体和封头的几何尺寸（1）筒体和封头的形式选择圆柱筒体及椭圆形封头。
（2）确定筒体和封头的直径设备容积要求1m常从ξ锪衔-液类型，故由式（4-1）：H1/D1=1-1.3，考虑容器不大，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H1/D1=1.2。
D1由(4-1)估算：D1=√4V/πH1/D1=√4ⅹ1/πⅹ1.2=1.0621将D1的估算值圆整到公称直径系列，故取D1=1000mm.封头内径值采用椭圆型封头，直边高h0由附表4-2初选h0=40mm。
（3）确定筒体高度H1 当D1=1000mm, h0=40mm时，由附表4-2查得椭圆形封头的容积V=0.1623 m常筛奖4-1查得筒体1m高的容积V1米=0.785 m/m，按式（4-2）：H1=V-V封/V1米=（1-0.1623）/0.785=1.067m取H1=1.0m，于是H1/D1=1.062/1.067=1。
（4）选取夹套直径D= D1+100=1100mm。
夹套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。
（1）确定夹套高度按式（4-4）定夹套高度H2，式中η为装料系数，η=操作容积/设备容积=08/1=0.8，代入公式： H2≥(ηV- V封)/ V1米=0.812 取H2=950mm。
（2）校核传热面积下工艺要求传热面积为3 m常筛奖4-1、4-2，封头表面积F 封=1.2096m，1m高筒节表面积F筒=H2ⅹF1m=0.8ⅹ3.14=2.512 m，则：实际总传热面积F=F封+F筒=1.2096+2.512=3.7604 m>7 m玻可用。
2．釜体及夹套的强度计算（1）选择设备材料，确定设计压力由已知建议并分析工艺要求和腐蚀因素，决定采用建议意见，选用Q235-A热轧钢板，其中100℃-150℃下的许用应力为：[ó]=113Mpa。
设计压力的确定：夹套的筒体和封头是内压容器，按已知：设计压力P=0.3Mpa；釜体的筒体和封头既受内压又受外压的作用。
内压设计压力P=0.2Mpa，设计外压的取法是考虑操作过程出现的最大压力差，所以取P=0.3Mpa为设计外压。
（2）夹套的筒体和封头壁厚计算夹套筒体壁厚δ夹=PD夹/（2[ó]φ-P）+C式中，P=0.3Mpa；D夹=1100mm；[ó]=113Mpa；φ为焊缝系数，采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查：φ=0.85（夹套封头用钢板拼焊）；壁厚附加量C=C1+C2+C3，Q1 其中C1为钢板负偏差，初步取C1=0.6mm, 腐蚀裕量C2=2mm,热加工减薄量C3=2（封头热加工C3=0.5mm），因此：C=0.6+2+0=2.6mmδ夹=[(0.3ⅹ1100)/(2ⅹ113ⅹ0.85-0.3)]+2.6=4.32mm,圆整到钢板厚度标准规格，取δ夹=5mm。
夹套封头壁厚δ封夹={PD夹/2[ó] φ-0.5P+C}+C式中：P、D夹、[ó]、φ取值同上式，其中C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mm，代入上式：δ封夹={0.3ⅹ1100/2ⅹ113ⅹ0.85-0.5ⅹ0.3}+3.1=4.819mm为照顾到筒体和封头焊接的方便取δ封夹=δ夹=5mm。
（3）釜体的筒体壁厚δ筒1）按承受0.2Mpa的内压设计δ筒≥PD1/（2[ó]φ-P）+C式中，设计压力P=0.2Mpa；筒体内径D1=1000mm；许用应力[ó]=113Mpa(同夹套材料)；焊缝同夹套，故φ=0.85，壁厚附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm；上述各值代入上式：δ筒≥（0.2ⅹ1000ⅹ/2ⅹ1130.85）+2.6=3.642mm2）按承受0.3Mpa的外压设计设罐体筒体的名义厚度δ1n=7mm厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C=7-2.6=4.4mm罐体筒体外径D10=D1+2δ1n=1000+2ⅹ7=1014mm筒体计算长度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1034.8mm系数L/D0=1034.8/1014=1.205 系数D0/δe=1014/4.4=230由参考资料图9-7，查得：系数 A=0.000255，系数 B=38 则许用外压[P]=B δe/D=（38ⅹ4.4）/1014=0.165<3Mpa 因此壁厚4.4mm不能满足外压稳定要求，需增大壁厚重新计算。
现重新假设δ1n=8mm厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C=8-2.6=5.4mm罐体筒体外径D10=D1+2δ1n=1000+2ⅹ8=1016mm筒体计算长度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1035.13mm系数L/D0=1034.8/1014=1.019 系数D0/δe=1016/5.4=188由参考资料图9-7，查得：系数 A=0.00046，系数 B=63 则许用外压[P]=B δe/D=63ⅹ5.4/1016=0.335>0.3Mp故δe=5.4mm满足外压稳定性要求,其圆整到标准钢板厚度规格取δe=8mm.(4)釜体的封头壁厚计算1) 按内压计算δ封:δ封≥PD1/（2[ó]φ-0.5P）+C式中,P=0.2Mpa,D1=1000mm, φ=0.85, [ó]=113Mpa,C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mm,代入上式:δ封≥0.2ⅹ1000/(2ⅹ113ⅹ0.85-0.5ⅹ0.2)+3.1=4.14mm考虑到封头与筒体的焊接方便取封头与筒体等壁厚δ封=8mm.2)按外压校核δ封,采用图算法:封头计算壁厚δ0=δ- C=8-3.1=4.9mm椭圆封头的计算当量半径Rv=K1D1,由设计规定或查资料知K1=0.9,故Rv=0.9ⅹ1000=900mm;系数A=0.125ⅹδ0/Rv=0.125ⅹ4.9/900=0.000681,由图查得B=92,则许用外压[P]:[P]=B(δ0/Rv)=92ⅹ(4.9/900)=0.501Mpa大于水压实验时的压力0.4Mpa,故用δ封=8mm,外压稳定安全.(5)水压实验校核1) 确定实验水压Pr,根据设计规定知:釜体水压取Pr=P+0.1=0.2+0.1=0.3 Mpa夹套水压取Pr=P+0.1=0.3+0.1=0.4 Mpa2) 内压实验时:釜体筒壁内压应力σr=Pr[D1+(S-C)]/2(S-C)=0.3ⅹ[1000+(8-2.6)]/2(8-2.6)=27.93Mpa.夹套筒壁内压应力σr夹=[D1+(S-C)]/2(S-C)=0.3[1000+(5.4-2.6)]/2(5.4-2.6)=78.77Mpa. 釜体封头壁内应力σr封=P[K1D1+0.5(S-C)]/2(S-C)=0.3[0.9ⅹ1000+0.5(8-3.1)]/2(8-3.1)=27.63Mpa夹套封头壁内应力σr封=P[K1D1+0.5(S-C)]/2(S-C)=0.4[0.9ⅹ1100+0.5(5.4-3.1)]/2(5.4-3.1)=86.19Mpa因Q235-A常温σ=235Mpa,看出σr,σr夹,σr夹,σr封夹都小于0.9σs=0.9235=211.5Mpa,故水压实验安全.3) 外压水压实验釜体筒体外压校核:δ0=δ- C=8-2.6=5.4mm,D0/δ0=1010.8/5.4=187,L/D0=1035.13/1010.8=1.024由图查A=0.00045,B=62, 故许用外压[P]=BS0/D0=62ⅹ5.4/1010.8=0.331Mpa<水压压力Pr=0.4Mpa,故在0.4Mpa外压水压实验时应在釜体内充压,以防釜体筒体失稳.釜体底封头外压校核因其允许外压[P]=0.501Mpa>外压Pr=0.4Mpa,故安全.计算结果3.5 支撑与密封设计反应釜是立式安装，故采用耳式支座，并选择B型筋板。