反应釜课程设计

反应釜设计的有关内容

一、设计条件及设计内容分析

由设计条件单可知，设计的反应釜体积为1.5m、操作体积为1.2m；搅拌装置配制的电机功率为2.2KW、搅拌轴的转速为100r/min、搅拌桨的形式为浆式；加热的方式为用夹套内的水进行电加热；装置上设有8个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、10个电加热器套管、1个固体物料进口、2个测控接管。反应釜设计的内容主要有： （1）釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计； （2）夹套的的强度、刚度计算和结构设计； （3）设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰； （4）人孔的选型及补强计算； （5）支座选型及验算； （6）视镜的选型；

（7）焊缝的结构与尺寸设计； （8）电机、减速器的选型；

（9）搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计； （10）选择联轴器； （11）设计机架结构及尺寸； （12）设计底盖结构及尺寸； （13）选择轴封形式；

（14）绘总装配图及搅拌轴零件图等。

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1

第一章 反应釜釜体的设计

1.1 釜体公称直径DN和公称压力PN的确定

1.1.1 釜体DN的确定

将釜体视为筒体，取L/D=1.2 由V=(π/4)DiL，L=1.2Di 则：

2Di?34V34?1.5=，Di?1.168m，圆整Di?1200mm 1.2?3.141.2p由【1】表16-1，可知釜体的DN?1200mm

1.1.2 釜体PN的确定

因操作压力pW＝0.3MPa，

由GB1048公称压力等级可知：PN＝0.6MPa

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：因为装有安全阀p＝（1.05～1.1）pW，取p＝1.1pW=1.1×0.3=0.33MPa； 液体静压pL：由筒体高度=L/Di×Di=1.2×1.2=1.44m，取液体物料平均密度为1000㎏/m3 ，若按釜内全部充满料液计算液体静压强，则有：

pL≈hgρ=1.44×1000×9.807=14122.08Pa?0.0141MPa；

pL/p=

0.0141.?0.043?4.3%＜5％，可以忽略pL；

1.1?0.3计算压力pc： pc?p?pL = p= 0.33MPa； 设计温度t： 65℃ ；

焊缝系数?： ?＝1.0（单面全焊透，100%无损探伤）；

许用应力[?]：根据材料0Cr18Ni10Ti、设计温度65℃，由【1】表14- 4知[?]＝137MPa；

钢板负偏差C1：C1＝0.25mm（查文献【1】表14-6，GB6654-96）； 腐蚀裕量C2：C2＝1.0mm（耐腐蚀材料，单面腐蚀；查文献【1】表14-7）。

2

tt

1.2.2 筒体壁厚的设计

由公式Sn?pcDi?C 得：

2?????pcSn?0.33?1200+0.25+1.0=2.697mm

2?137?1.0?0.33圆整 Sn?3mm

刚度校核：不锈钢的Smin?3mm

考虑筒体的加工壁厚不小于5mm，故筒体的壁厚取Sn?5mm

1.3 釜体封头的设计

1.3.1 封头的选型

由文献【1】表16-4选釜体的封头选标准椭球型，代号EHA、标准JB/T4746—2002。

1.3.2 设计参数的确定

由于封头Di=1200mm，故可用整板冲压成型，因此取焊缝系数?＝1.0，其他设计参数与筒体相同。

即：p＝1.1pW=0.33MPa；pc?p?pL = p= 1.1×0.3MPa； ?＝1.0（整板冲压）；C1＝0.25mm（GB6654-96）；C2＝1.0mm。

1.3.3 封头的壁厚的设计

由公式Sn?2?????0.5pctpcDi?C得

Sn?1.1?0.3?1200?0.25?1.0 = 2.696mm

2?137?1?0.5?1.1?0.3圆整得Sn?3mm

根据规定，取封头壁厚与筒体壁厚一致Sn?5mm

1.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定

根据DN?1200mm，由文献[1]318页表16- 5知： 直边高度h1： 25mm 体 积VF： 0.2545m

3 3

深 度h2： 300mm 内表面积A： 1.6552m2 质 量m:： 63.5kg

1.4 筒体长度H的设计

1.4.1筒体长度H的设计

V?V?T?VF，VT?V?VF，

4D2iH?V?VF

H?V?VF4?(1.5?0.2545)?== 1101.82m

23.4D14?1.2^2i圆整得: H=1100 mm

1.4.2釜体长径比L/Di的复核

L/D?325)i?(H?h2)/Di = (11001200?1.188；满足要求。

1.5外压筒体壁厚的设计

1.5.1设计外压的确定

由反应釜设计条件单可知，夹套内介质的压力为常压，取设计外压p=0.1MPa。 1.5.2试差法设计筒体的壁厚

设筒体的壁厚Sn＝6mm，则：Se=Sn?C=6-1.25 = 4.75mm，

Do?Di?2Sn=1212mm，

由Lcr?1.17DDooS得：Lcr=1.17×12121212.75= 22651.2mm e4筒体的计算长度L′=H?13Hi?h1 L=1100 +

13(325-25) + 25 = 1225mm Lcr= 22651.2mm > L' =1225mm

故该筒体为短圆筒。

4

圆筒的临界压力为：pcr?2.59ESeL'D02D0Se

?2.59?1.90?105?4.7521225?1212?12124.75?0..5332MPa

[p]=2.59ESe2mLD0D0Se=pcr=0.5332/3=0.1777 Kgf/cm^2 m由文献【1】式（15-4），其中m为稳定系数，对于圆筒m=3，由文献【1】图15—7内插得E=1.90?10。

故 P=0.1 MPa< ?P?=0.1777MPa；所以假设Sn＝6mm满足稳定性要求。 故筒体的壁厚Sn＝6mm。

51.5.3 图算法设计筒体的壁厚

设筒体的壁厚Sn＝6mm，则：Se=Sn?C=6-1.25 = 4.75mm，Do?Di?2Sn =1212mm，D0/Se?1212/4.75?255.16。

L/D0?1225/1212?1.011

在文献【1】图15- 4中的L/Do坐标上找到1.011的值，由该点做水平线与对应的

D0/Se?255.16线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为：A≈

0.00032。

由文献[1]图15- 7中选取，在水平坐标中找到A=3.2×10-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数B的值为：B≈39MPa、E=1.900×105MPa。 根据[p]=

B39得： [p] ==0.1528（MPa）．

Do/Se1212/4.75因为p＝0.1MPa < [p]＝0.1528MPa，所以假设Sn＝6mm合理，取封头的壁厚

Sn＝6mm。

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由文献【1】表16-3知，DN=1200mm、Sn=6mm的筒体单位高筒节的质量约178kg/m，则筒体质量为178×1.100=195.8kg

1.6外压封头壁厚的设计

1.6.1 设计外压的确定

封头的设计外压与筒体相同，即设计外压p=0.1MPa。

1.6.2 封头壁厚的计算

设封头的壁厚Sn=6mm，则: Se=Sn–C= 6-1.25 = 4.75（mm），对于标准椭球形封头K=0.9，Ri?KDi＝0.9×1200=1080（mm），Ri/Se =1080/4.75 查文献【1】式（15-6）可得，计算系数：A=

0.1250.125=5.5×10-4 ?Ri/Se1080/4.75由文献【1】中图15- 7中选取，在水平坐标中找到A=5.5×10-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数B的值为值为：B≈68MPa、E=1.900×105MPa

根据[p]=

68B得： [p] =

1080/4.75Ri/Se=0.299（MPa）．

因为p＝0.1MPa < [p]＝0.299MPa，所以假设Sn＝6mm偏大，考虑到与筒体的焊接，取封头的壁厚与筒体一致，故取Sn＝6mm。

由在文献【1】表16-6 中对应DN=1000mm，Sn=6mm釜体封头的结构如图1-1，封头质量：63.5kg。

釜体封头的结构与尺寸如图1-1所示：

图1-1 釜体封头的结构与尺寸

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第二章 反应釜夹套的设计

2.1 夹套的公称直径DN和公称压力PN的确定

2.1.1夹套DN的确定

由于采用水加热，为降低水在夹套内的流动阻力，夹套的筒体内径按国家标准：

Dj = Di + 300 ＝ 1200 + 300 = 1500（mm） 故夹套的DN=1500mm

2.1.2 夹套PN的确定

由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力为常压，即pw=0.1MPa，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

因为pw=0.1MPa＜0.3MPa，所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。

∵ Dj＝1500mm＜3800mm，取Smin＝2

Di /1000且不小于3 mm 另加C2（C2=1，尚耐腐蚀材料，单面腐蚀）， ∴Smin＝2×1500/1000+1=4（

mm）

对于碳钢制造的筒体壁厚取Sn＝6mm。

2.2.2 夹套筒体长度Hj的初步设计

根据DN=1200mm，由文献【1】表16-3可知，单位高的容积V=1.131m/m

3由反应釜条件单可知，操作容积V0?1.2m，设备容积V=1.5m，故装料系数

33??V01.2=?0.8，故筒体长度的估算值为： V1.5 H筒≥

?V?VhV1?1.5?0.8?0.2545=0.83598m=835.98mm

1.131圆整后 H筒=836mm

由文献【1】表16-3可知，DN=1500mm、Sn=6mm的筒体单位高筒节的质量为223kg/m，则夹套筒体质量估算为：223×0.836=186.4 kg。

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2.3 夹套封头的设计

2.3.1 封头的选型

查文献【1】表16-4可知,夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同（Dj＝1500mm）。代号EHA，标准JB/T4746—2002。夹套的上封头选无折边锥形封头，且半锥角??45、大端直径Di=1500mm、小端直径Dm=1212mm。

?2.3.2 椭球形封头壁厚的设计

由反应釜设计条件单可知，夹套材料为Q235-B，为低碳钢

因为pW为常压＜0.3MPa，所以需要根据刚度条件设计封头的最小壁厚。 ∵ Dj＝1500mm＜3800mm，取S∴Smin＝2×1500/1000+1=4（

min＝2

Di/1000且不小于3 mm 另加C2，

mm），对碳钢质封头壁厚取Sn=6mm。

2.3.3椭球形封头结构尺寸的确定

由文献【1】表16-5,对应DN=1500mm，可得椭球形封头结构尺寸，如表2-1所示：

表2-1椭球形封头结构尺寸

公称直径DN/1500 总深度H/mm 400 内表面积A/m 2容积V/m 32.5568 0.4860 由于封头直边高度h1=25mm，所以h2?375mm.

在文献【1】表16-6中，对应DN=1500mm，Sn=6mm可查得封头质量为：117.7kg

2.3.4椭球形封头结构的设计

封头的下部结构如图2-1所示。

由反应釜设计条件单知：下料口的DN＝100mm，查文献【1】表18-4可知封头下部结构的主要结构尺寸Dmin＝210mm。

2.3.5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Sn＝6mm。结构及尺寸如图2-2。

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图 2-1 下封头的结构 图 2-2 上封头的结构

2.4 传热面积的校核

由反应釜设计条件单可知，釜内介质为Fe,Fe,NaOH,可知釜内为吸热反应，需要进行传热面积的校核。

2+3+DN=1200釜体下封头的内表面积Fh = 1.6552m2 DN=1200筒体（1m高）的内表面积F1= 4.77m2

夹套包围筒体的表面积FS=F1×Hj = 4.77×0.836=3.9877m2

Fh+FS= 1.6552+ 3.9877 = 5.6429m2

即：将Fh+FS = 5.6649m2与工艺需要的传热面积F进行比较。若Fh+FS≥F，则不需要在釜内另设置盘管；反之则需要设置盘管。

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第三章 反应釜釜体及夹套的压力试验

3.1釜体的水压试验

3.1.1水压试验压力的确定

由反应釜设计条件单可知，反应釜材料为0Cr18Ni10Ti,在文献【1】表14-4中对应

0Cr18Ni10Ti,65°C内查得对应内许用应力[?]?[?]t?137MPa，[?]?1.0。

[?]t水压试验的压力：pT?1.25p[?]???＞1.8时取1.8.

MPa且不小于(+0.1) ，当p[?]t???t（p+0.1）= 0.43 MPa， 取pT=0.43MPa PT?1.25?1.1?0.3?1.0?0.4125MPa，

3.1.2液压试验的强度校核

由?max?pT(Di?Sn?C) 得：

2(Sn?C)?max＝

0.43?(1200?6?1.25)?54.53MPa

2??6?1.25? 0.9 ?s? =0.9×203×1.0=182.7（MPa）

由?max＝54.53MPa < 0.9 ?s?=182.7MPa， 故液压强度足够

3.1.3压力表的量程、水温及水中Cl?浓度的要求

压力表的最大量程：P

表

=2pT=2×0.43=0.86MPa或1.5PT? P

表

?4PT 即

0.645MPa? P表?1.72MPa

水温≥15℃ ，水中Cl浓度≤25mg/L

?3.1.4水压试验的操作过程

操作过程：在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.43MPa，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.344MPa，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。

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3.2釜体的气压试验

3.2.1气压试验压力的确定

由反应釜设计条件单可知，釜内有N2 ，故需进行气压试验。 气压试验的压力：pT?1.15p[?] t[?]pT=1.15×1.1×0.3×1.0=0.3795（MPa）

3.2.2气压试验的强度校核

由?max?pT(Di?Sn?C)得：

2(Sn?C)?max＝

0.3795(1200?6?1.25) = 48.13（MPa）

2?(6?1.25)∵?max＝48.13MPa＜0.8?S? =0.8×203×1.0=162.4（MPa） ∴气压强度足够

3.2.3气压试验的操作过程

做气压试验时，将压缩空气的压力缓慢将升至0.03795MPa，保持5min并进行初检。合格后继续升压至0.1898MPa，其后按每级的0.03795MPa级差，逐级升至试验压力0.3795MPa，保持10min，然后再降至0.3302MPa，保压足够长时间同时进行检查，如有泄露，修补后再按上述规定重新进行试验。釜体试压合格后，再焊上夹套进行压力试验。

3.3夹套的液压试验

3.3.1液压试验压力的确定

由反应釜设计条件单可知，反应釜材料为Q235-B，在文献【1】表14-4中对应

Q235-B，100°C内查得对应内许用应力[?]?[?]t?137MPa，[?]?1.0。

[?]t液压试验的压力：pT?1.25p[?]???＞1.8时取1.8。

MPap且不小于(+0.1) ，当 tt[?]???pT=1.25×1.1×0.1×1.0=0.1375MPa，(p+0.1)= 0.21MPa

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pT＜(p+0.1)， 取pT=0.21MPa

3.3.2液压试验的强度校核

由?max?pT(Di?Sn?C) 得：

2(Sn?C)?max＝

0.21??1500?6?1.25? = 33.26（MPa）

2??6?1.25?∵?max＝33.26MPa ＜0.9 ?s?=0.9×235×1.0=211.5（MPa）（单面全焊透，100%无损探伤，Ф=1）

∴液压强度足够

3.3.3压力表的量程、水温的要求

压力表的量程：P表= 2pT=2×0.21=0.42MPa或1.5PT?P表?4PT

即0.315MPa? P表?0.84MPa，水温≥5℃。

3.3.4液压试验的操作过程

在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.21MPa，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.168MPa，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。

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第四章 反应釜附件的选型及尺寸设计

4.1釜体法兰联接结构的设计

设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。

4.1.1法兰的设计

根据DN＝1200mm、PN＝0.6MPa，由文献【1】表16-9确定法兰的类型为甲型平焊法兰。

标记：法兰FF1200-0.6 JB/T4701-2002 查文献【1】表16-12可知，法兰材料：16MnR

查文献【1】表16-13可知，螺栓规格：M20；螺栓数量：48

查文献【1】图16-7可确定法兰的结构，表16-3可确定法兰的主要尺寸，如图4—1所示。

图4—1 甲型平焊法兰的结构与尺寸

4.1.2密封面形式的选型

根据PN＝0.6MPa＜1.6MPa、介质温度65℃和介质的性质，由文献【1】表16－14知密封面形式为光滑面。

4.1.3垫片的设计

根据PN＝0.6MPa＜1.6MPa、介质温度65℃和介质的性质为弱酸强碱，由文献【1】表16－14可知，垫片选用橡胶垫，材料为中压橡胶石棉板（GB/T539），查文献【2】表8-5可确定其结构及尺寸见图4—2

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图4-2 垫片的结构

4.1.4螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格

本设计选用六角头螺栓（C级、GB/T5780-2000）、Ⅰ型六角螺母（C级、JG/T41-2000） 平垫圈（100HV、JG/T95-2002）

螺栓长度L的计算：

螺栓的长度由法兰的厚度（?）、垫片的厚度（S）、螺母的厚度（H）、垫圈厚度（h）、螺栓伸出长度?0.3?0.5?d确定。

其中

?=58mm、S=3

mm、H=18

mm、h=3mm、螺栓伸出长度取

0.4d=0.4×20.8mm

螺栓的长度L为：L?2??S?H?2h?0.4d

?2?58?3?18?2?3?0.4?20.8

=151.32（mm）

取L＝160mm

螺栓标记： JG/T5780-2000 M20?160

螺母标记： JG/T41-2000 M20?2

垫圈标记： JG/T95-2002 20-100HV

4.1.5法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料

根据甲型平焊法兰、工作温度t=55℃的条件，由文献[3]附录8法兰、垫片、螺栓、螺母材料匹配表进行选材，结果如表4—1所示。

表4—1 法兰、垫片、螺栓、螺母的材料

法 兰 16MnR

垫 片 中压橡胶石棉

螺 栓 35

螺 母 25

垫 圈 100HV

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4.2工艺接管的设计

由反应釜设计条件单可知，水出口DN=50mm，电加热器套管DN=65mm，固体

物料进口DN=200mm，工艺物料进口DN=50mm，水进口DN=65mm，放料口DN=100mm，N2（气）接口DN=25mm，安全阀接口DN=32mm。

在文献【2】表8-2对应无缝钢管的公称直径DN可查其外径D0、壁厚Sn.。再由文献【1】P333 管法兰标准的标记示例可推出其标记。 （1）水出口

采用￠57mm×3.5mm无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20593 法兰 PL50-0.1 RF 20。 （2）加热器套管

采用?76?4无缝钢管，罐内的接管与下封头内表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20593 法兰 PL65-0.1 RF 20。 （3）固体物料进口

采用￠219mm×4.0mm无缝钢管，罐内的接管与下封头内表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL200-0.1 RF 20。 （4）工艺物料进口

采用￠57mm×3.5mm无缝钢管，管的一端切成45，伸入罐内一定长度。配用的突面板式平焊管法兰：HG20593 法兰 PL50-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。 （5） 水进口接管

采用￠76mm×3.5mm无缝钢管，罐内的接管与夹套内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20593 法兰 PL65-0.1 RF 20。 （6）放料口

采用￠108mm×4.0mm无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20593 法兰 PL100-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。与其配套的是手动下展式铸不锈钢放料阀，标记：放料阀6-100 HG5-11-81-3. （7）备用口

采用￠108mm×4mm无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用凸面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL100-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。 （8）N2（气）进口

15

?

采用￠32mm×3.5mm无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20593 法兰 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。 （9）安全阀接口

采用￠38mm×3mm无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL32-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。

4.3管法兰尺寸的设计

工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的结构如图4-3所示。根据PN?0.1MPa、

0.6MPa和接管的DN，由文献【4】表3-2-3确定法兰的尺寸。管法兰的尺寸见表4-2。

图4—3 板式平焊管法兰

表4-2 板式平焊管法兰的尺寸（HG20592）(mm)

接管名称 水出口 加热器套管 固体物料进口 工艺物料进口 水进口 放料口、备用口 N2接口 安全阀接口

公称直径接管外径连 接 尺 寸 法兰厚度法兰内径B 坡口宽度 法兰理论重/kg 密封面厚度f DN 50 65 200 50 65 100 25 32 A 57 76 219 57 76 108 32 38 D K L n 4 4 8 4 4 4 4 4 Th C b — — — — — — — — 140 110 160 130 320 280 140 110 160 130 210 170 100 120 75 90 14 14 18 14 14 18 11 14 M12 16 16 22 16 16 18 14 16 59 78 222 59 78 110 33 42 1.51 1.85 6.85 1.51 1.85 3.41 0.73 1.19 3 3 3 3 3 3 2 3 16

M12 M16 M12 M12 M16 M10 M12

4.4垫片尺寸及材质

工艺接管配用的凸面板式平焊管法兰的垫片的结构如图4-3所示，查文献【2】表7-8可确定其尺寸，尺寸、材质如表4-3所示。

4.4.1 垫片的结构

图4-4 管道法兰用软垫片

表4-3 密封面形式及垫片尺寸

垫片尺寸(mm) 接管名称 密封面型式 外径DO 内径di 垫片材质 厚度? N2接口 工艺物料进口 水进口 放料口、备用口 水出口 加热器套管 固体物料进料口 安全阀接口 RF RF RF RF RF RF RF RF 63 96 96 152 96 116 262 76 32 57 57 108 57 76 219 38 2 2 2 2 2 2 2 2 中压石棉橡胶板 中压石棉橡胶板 中压石棉橡胶板 中压石棉橡胶板 中压石棉橡胶板 中压石棉橡胶板 中压石棉橡胶板 中压石棉橡胶板

4.5人孔的设计

由于釜体的内径Di?1200mm＞900mm，因此需要在釜体的封头上设置人孔，以便于安装、维修、检查釜体的内部结构，本设计选用PN0.6DN450不锈钢A型回转盖带颈平焊法兰人孔。由文献【4】可得其结构如图4—5所示、文献【4】表3-4-1查得其尺寸见表4—4，材料见表4—5。

17

1-人孔接管；2-螺母；3-螺栓；4-法兰；5-垫片；6-手柄；7-法兰盖；8-销轴；9-开口销；10-垫圈；11、12、13、14-轴耳

图4-5 A型回转盖帯颈平焊法兰人孔结构

表4-4回转盖带颈平焊法兰人孔的尺寸 公称直公称压力 密封面（MPa形式 ） 径螺栓 dw?S/mm×mm DN/D/D1/A/B/mm 450 mm mm mm mm 规格 数量 480×6 590 550 325 150 M20×75 16 0.6 突面 L/mm H1/H2/b/b1/b2/mm 200

220 mm 102 mm 28/30 d/mm 20 质量/kg mm 22 mm 26 88.9 表4-5 人孔PN1.0DN450的明细表

件号 1 2 3 4 5 6 7 名称 人孔接管 螺母 螺栓 法兰 垫片 法兰盖 手柄 数量 1 8 8 1 1 1 1 材料 0Cr18Ni10Ti 25 35 1Cr18Ni9Ti 中压石棉橡胶1Cr18Ni9Ti Q235-A 件号 8 9 10 11 12 13 14 名称 销轴 开口销 垫圈 轴耳 轴耳 轴耳 轴耳 数量 1 2 2 1 1 1 1 材料 45 35 100HV Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 18

4. 6视镜的选型

由于釜内介质压力较低（pW＝0.3MPa）且考虑DN?1200mm，由反应釜设计条件单可知，本设计选用两个DN=125mm的不带颈视镜。该类视镜具有结构简单，不易结料，窥视范围大等优点，其结构见图4-6。

查文献【4】可确定视镜的规定标记、标准图号,文献【4】表3-5-2确定其尺寸，表3-5-4确定其材料，尺寸见表4-6，材料见表4-7，视镜在封头上对称布置。

标 记：视镜ⅡPN0.6MPa，DN125mm 标准图号：HGJ501-86-19 质量：14.7kg

图4-6 视镜的结构

表4-6 视镜的尺寸 mm

DN

视镜玻璃

dn?S

D

D1

双头螺柱

b1 b2

h dH H1

数量 8

直径×长度

M16

125 165×20 225 190 40

28 60 159 100

19

表4-7 视镜的材料

件号 1 名称 视镜玻璃 数量 1 (HGJ501-86-0) 耐碱石棉橡胶板 2 3 衬 垫 接 缘 2 1 （GB3985-83） 1Cr18Ni9Ti 5 6 双头螺柱 螺母 8 8 35 25 材料 钢化硼硅玻璃4 压紧环 1 Q235-A 件号 名称 数量 材料

20

第五章 搅拌装置的选型与尺寸设计

5.1搅拌轴直径的初步计算

5.1.1搅拌轴直径的设计

电机的功率P＝2.2KW ，搅拌轴的转速n＝100r/min，文献【1】表11-1取用材料为1Cr18Ni9Ti ， [?]＝25MPa，剪切弹性模量G＝8×104MPa，许用单位扭转角[?]＝1.0°/m。

P2.2得：m=9.553?106?（N?mm） n1002.26 利用截面法得：MTmax m=9.553?10?（N?mm）

100 由m?9.553?106由?max?

MTP2.26??[?] 得：W??9.553?106=9.553?10? W?n[?]100?2536?搅拌轴为实心轴，则：W??0.2d=9.553?10?2.2

100?25 解得 d ≥34.77mm ， 取d＝36mm 搅拌轴刚度的校核：

由文献【2】式（8-13） ：?max?MTmax180??103，得： GJ??9.553?1062.2180? ????103=0.8966（?/m） 44100?8?10?0.1?36 因为最大单位扭转角?max＝0.8966

?/m＜[?] ＝1?/m

所以圆轴的刚度足够。考虑到搅拌轴与联轴器配合，d＝36mm可能需要进一步调整。

5.2搅拌抽临界转速校核计算

由于反应釜的搅拌轴转速n=100r/min＜200r/min，故无需作临界转速校核计算。

5.3联轴器的型式及尺寸的设计

由于选用摆线针齿行星减速机，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节（D型），具有拆装方便，不宜有冲击的载荷和和重载荷的特点。标记为：DN40 HG 21570—95，结构如图5-1。由文献【5】表5-2-16可确定联轴节的尺寸，如表5-1，由文献【3】表3-5-37可查得零件及材料，如表5-2所示。由于联轴节轴孔直径DN=40mm，因此搅拌轴的直径d调整至40mm。

21

5-1 立式夹壳联轴节

1-夹壳；2-悬吊环；3-垫圈；4-螺母；5-螺栓

表5-1 夹壳联轴节的尺寸 mm

D 轴孔直径DN d1 d2 d3 L l1 l2 l3 螺栓 数量 规格 许用转速/r·min-1 公称转矩118 48 35 76 162 20 71 5 6 M12 /N·m 40 l4 80

l5 4 l6 55 l7 85 δ 16 b 12 f 0.6 质量 800 236 R 0.4 /kg 7.60 表5-2 夹壳联轴节的零件及材料

件号 1 名 称 左、右夹壳 2 3 吊 环 垫 圈 0Cr18Ni9Ti(GB4385Ⅲ) A-140(GB/T97.2) 5 螺 栓 A2-70(GB/T 5782) 材 料 ZG-1Cr18Ni9Ti 件 号 4 名 称 材 料 螺 母 0Cr18Ni9Ti(GB/T 6170)

5.4搅拌桨尺寸的设计

22

桨式搅拌桨的结构如图5-2所示：

图5-2桨式搅拌桨的结构

1- 桨叶；2-横梁；3-筋板；4-连接螺栓；5-螺母；6-穿轴螺栓

查文献【1】18.3.1节A 桨式搅拌器可知桨式搅拌器直径D约取反应釜内径Di的

5135?，故取其直径Dj=Di=?1200?500mm，圆整为Dj=500mm。

124412 查文献【3】表3-1-6可确定桨式搅拌桨的尺寸，如表5-3所示。 查文献【3】表

3-1-5可确定零件明细表，如表5-4所示。

表5-3 浆式搅拌桨的尺寸（HG/T2123—91）

mm

Dj d 螺栓 螺钉 销 重δ b h1 d0 数量 500 40 M12 2 d1 数量 d2 数量 c m f e 量/kg P/n 不大M12 2 — — 12 50 — 140 100 — 3 3.38 于0.02 表5-4 零件明细表

23

件号 1 2 3 4 5 6 名称 桨叶 螺栓 螺母 垫圈 桨叶 螺钉 数量 1 4 4 4 1 1 材料 Q235-B扁钢 钢4、8级 钢4级 性能等级100HV Q235-B扁钢 33H（钢）

备注 GB/T5781-86 GB/T41-86 GB/T95-85 GB/T85-88 5.5搅拌轴的结构及尺寸的设计

5.5.1搅拌轴长度的设计

搅拌轴的长度L近似由釜外长度L1、釜内未浸入液体的长度L2、浸入液体的长度L3 三部分构成。即：L=L1+L3+L2

其中L1=H?M（H—机架高；M—减速机输出轴长度）

L1=500-50=450（mm）

L2=HT+HF?Hi（HT—釜体筒体的长度；HF—封头深度；Hi?液体的装填高

度）

液体装填高度Hi的确定： 釜体筒体的装填高度H1?Vc?VF?

43Di23式中Vc—操作容积（m）；VF—釜体封头容积（m）；Di—筒体的内径（m）

H1?1.2?0.2545?4=0.836（m）

?1.22液体的总装填高度Hi=H1?h1?h2=836+25+300 =1161（mm）

L2=1100+2×(25+300）-1161 =589（mm）

浸入液体搅拌轴的长度L3的确定：

搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱高度有关。搅拌桨浸入液体内

24

的最佳深度为：S?22Di?Hi 33 当Di?Hi时为最佳装填高度；当Di＜Hi时，需要设置两层搅拌桨。 由于Hi=1161mm＜Di=1200mm，本设计选用一个搅拌桨。

搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：S=2Hi/3=2×1161/3=774（mm） 故浸入液体的长度：L3=774（mm）

搅拌轴搅拌轴的长度L为：L=450+589+774=1813（mm） 取L=1810（mm）

5.5.2搅拌轴的结构

由于搅拌轴的长度较大，考虑加工的方便，将搅拌轴设计成两部分。与减速机相联的搅拌轴轴长为：L?=H?M+L4

式中L4—搅拌轴深入釜内的长度，查文献【3】表3-5-22可知当d?40mm时取

L4=250mm

L?=500-50+250=700（mm）

取 L?=700mm

搅拌轴下部分的轴长为：L??=L?L?=1810-700=1110（mm）

25

第六章 传动装置的选型和尺寸计算

6.1电动机的选型

由于反应釜里的物料无易燃性和一定的腐蚀性，故由表10-4-5Y2系列选用封闭式（IP54）三相异步电机。根据电机的功率P＝2.2KW、转速n＝1430r/min，由文献【5】表10-4-5 中对应查找可知：电机净重：34kg；转速：1430r/min；转动惯量：0.0054kg?m2

6.2减速器的选型

根据电机的功率P＝2.2KW、搅拌轴的转速n＝100r/min、传动比i为1430/ 100＝14.3。根据文献【5】P1401 Z型摆针轮减速器适用范围和代号可知，本设计选用直联摆线针轮减速机（JB/T2982-1994），标记ZLD2.2—3A—11。由文献【4】表9-1-37确定其安装尺寸，直联摆线针轮减速机的外形见图6-1、安装尺寸如表6-1。

图6-1 直连摆线针轮减速机 表6—1 减速机的外形安装尺寸

D2/mm 230 D3/mm 200 D4/mm 170 D/mm 45 DM/mm 230 B/mm 400 n?d/mm 6×12 P/mm 4 E/mm 15 CF/mm 161 h/mm 38 b/mm 10 M/mm 50 l/mm 45 26

6.3机架的设计

由于反应釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了带短节的夹壳联轴节，且反应釜使用不带内置轴承的机械密封，根据文献【2】8.1.19传动装置机架内容可选用WJ型无支点机架（HG21566—95），结构如图6—2所示。由搅拌轴的直径d＝40mm可知，机架的公称直径DN200mm，由文献【2】附表3查的其机架代号及尺寸，如表6-2所示，。

图6—2 WJ型无支点机架

表6-2WJ型无支点机架尺寸表

机架代号 WJ35 输入端接口 H1 24 H2 15 输出端接口 D4 260 D5 320 D6 360 a0 120 n2-f 10-f14 H 500 H3 5 H4 6 D1 170 WJ型 质量/kg 45 D2 200 D3 230 n1-M 6-M10 27

6.4底座的设计

对于不锈钢设备，本设计如下底盖的结构，其上部与机架的输出端接口和轴封装置采用可拆相联，下部伸入釜内，查文献【2】确定RS和LRS型安装底盖的结构，如图6-3所示。对应机架公称直径DN=200mm，传动轴直径d=40mm，查文献【2】表8-11和表8-12确定其主要尺寸，见表6-3。

图6-3 底座的结构

表6—3 安装底盖得主要尺寸 mm

底盖公称直径DN 200 传动轴直径d 40 机架公称直径DN 200 D6(H7) 110 d2 340 k2 145 k 295 d10 4—M16 d5 8~22 d6(H7) 245 k1 — d7 — S 40

28

第七章 反应釜的轴封装置设计

7.1 反应釜的轴封装置的选型

反应釜中应用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。考虑到釜内的物料具无易燃性和一定的腐蚀性，因此选用机械密封。根据pW＝0.3MPa、t＝65℃、n=100r/min、d=40mm。由文献【5】表7-3-78选用205型（双端面小弹簧UU型）釜用机械密封，查文献【5】表7-3-79得其结构及其主要尺寸，结构如图7-1所示，主要尺寸如表7-1所示。

图7-1 釜用205型机械密封结构

表7-1 釜用机械密封的主要尺寸（mm）

轴径d

D

D1 D2

Hmax 335

h

22

n×Ф

4×18

40 175 145 110

29

第八章 支座的选型及设计

8.1支座的选型及尺寸的初步设计：

8.1.1 支座的选型

由反应釜设计条件单可知，本设计反应釜外部设置有100mm的保温层，文献【1】16.4.1耳式支座内容可选用耳式B型支座，支座数量为4个。 8.1.2 悬挂式支座的尺寸的初步设计

（1） 反应釜总质量的估算：mF?m1?m2?m3?m4+m5

式中：m1—釜体的质量（Kg）；m2—夹套的质量（Kg）；m3—搅拌装置的质量（Kg）

m4—附件的质量（Kg）；m5—保温层的的质量（Kg）

物料总质量的估算：mW?mj?md

式中：mj—釜体介质的质量（Kg）；md—夹套内导热油的质量（Kg）

m1=釜体筒体质量+封头质量=195.8+63.51×2=322.82（Kg）； m2=夹套筒体质量+封头质量=186.4+117.7=304.1（Kg）；

m3=电动机质量+机架质量+减速器质量+联轴器质量+搅拌桨质量+底座质量+其他

?0.34?=34+45+7.6+3.38+150+?； ??3.14?0.04?8000=269.02（Kg）

?2?m4=法兰质量+螺栓螺母质量+垫圈质量+接管质量（经查附图装配图得知法兰数量为

22个，螺栓螺母数量为102个，垫圈数量为204个，接管数量为20个）

2m4=（21×5+88.9）+102 ×0.1+204×0.05+20×5=314.3（Kg）；

m5=100（Kg）；

将各已知值代入上式得反应釜的总质量估算为：

mF?m1?m2?m3?m4+m5=322.82+304.1+269.02+314.3+100=1310.24（Kg）

； ?1400（Kg）

（2）物料总质量的估算： mw?mj?md

30

式中：mj为釜体介质的质量，Kg；md为夹套内水的质量，Kgkg。

考虑到后期的水压试验，对物料总质量的计算以水装满釜体和夹套计算：

mj=体积×密度=1.5×1000=1500（Kg）；

md=体积×密度=（0.4860+0.836×1.131）×1000=1431.5（Kg） mw?mj?md=1500+1431.5=2931.5kg，估算为3000（Kg）。

装置的总质量：m?mf?mw= 1400+3000=4400（Kg） （3）悬挂式支座的尺寸的初步设计

由m=4400Kg，每个支座承受的重量Q按最坏受力情况考虑（即有可能只有两个支座承载）：Q=4.4×9.807/2＝21.58（KN）

根据DN1500，Q?21.58KN由文献【1】表16-23初选B型耳式支座，支座号为4。

标记： JB/T4725-92 耳座B4

材料：Q235-A·F 垫板材料：0Cr18Ni9 系列参数尺寸如表8-1。

表8-1 B型耳式支座的尺寸（mm）

支座 底板 筋板 垫板 地脚螺栓 重量 H l1 250 b1 ?1 14 S1 70 l2 b2 ?2 10 l3 b3 ?3 8 e 40 d 30 规格 kg 15.7 200 140 290 160 315 250 M24

8.2支座载荷的校核计算

耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算：

Q?[mog?Ge4(ph?GeSe)?]?10?3 knnD2式中D=Dj+(Sn+?3+L2-S1) ×2=1500+(6+8+290-70) ×2=1968mm，g＝9.807m/s，

Ge=1500×9.807=14710.5 N，mo=5237Kg，k?0.83，n=4，p=0，

31

Se?500(mm)

将已知值代入得Q???4400?9.807?14710.54?14710.5?500??3 ??10?0.83?44?1968?? ?21.16KN

因为Q?21.16KN＜?Q?=60KN，所以选用的耳式支座满足要求。

32

第九章 焊缝结构的设计

9.1.釜体上主要焊缝结构的设机

（a）筒体的纵向焊缝 （b）筒体与下封头的环向焊缝

（c）人孔接管与封头的焊缝 （d）进料管与封头的焊缝

（e）出料口接管与封头的焊缝

图9-1 釜体主要焊缝的结构及尺寸

9.2夹套上的焊缝结构的设计

夹套上的焊缝结构及尺寸如图7-2。

33

（a）夹套的纵向焊缝 （b）夹套与封头的横向焊缝

（c）水进口接管与筒体的焊缝 （d）水出口接管与筒体的焊缝

（e）釜体与夹套的焊缝

图7-2 夹套主要焊缝的结构及尺寸

34

第十章 人孔的开孔及补强计算

10.1封头开人孔后被削弱的金属面积A的计算

由于人孔的开孔直径较大，因此需要进行补强计算，本设计采用等面积补强的设计方法。 釜体上封头开人孔后被削弱的金属面积A为：

A?dSo?2SoSet(1?fr)

式中：d?di?2C=480-12+2×(1+6×12.5%)=471.5（mm） So?pcDi1.1?12002???t??0.5p=

0.3?c2?137?1?0.5?0.3?1.1

=1.446（mm）

f?[?]et137r[?]t=137=1 A?dSo?2SoSet(1?fr)=471.5×1.446+0=681.8（mm2）

10.2有效补强区内起补强作用的金属面积的计算

10.2.1封头起补强作用金属面积A1的计算

A1??B?d??Se?So??2Set?Se?So??1?fr?

式中：

B?2d?2?471.5?943?mm?B?d?2S n?2Sm?471.5?2?6?2?6?495.5 B?943mm

Se?Sn?C=6-1.25=4.75mm）

Set?Sm?C = 6 – 1–6×12.5%=4.25（mm）

f[?]et137r?[?]t?137=1 A1?(943?471.5)?(4.75?1.446)?0= 1557.8（mm2）10.2.2接管起补强作用金属面积A2的计算

A2?2h1(Set?St)fr?2h2(Set?C2)fr

取两者中较大值，

35

其中：h1?dSm?471.5?6=53.2?mm?

h1?230mm 取其中的较小值h1?53.2mm

Spcdit?2???t??p =

0.3?1.1?468c2?137?1?1.1?0.3

=0.5643（mm）

h2=0，C2?1.0

A2?2?53.2?(4.25?0.564)3?1?0 =392.2（mm2）

焊缝起补强作用金属面积A3的计算

A13?2K2?12?62＝18（mm2） 10.3判断是否需要补强的依据

A1?A2?A23 = 1557.8+ 392.2 + 18 =1968（mm） A=681.8mm2

因为A=681.8mm2＜A1?A2?A3=1968mm2，所以不需要补强。

36

10.2.3

鸣谢

奋战了一个星期，此次化工设备机械基础课程设计最终按时完成了。这次课程设计能够按时完成，得到了张茂润老师的悉心指导和全体同学的帮助。

从课程设计刚开始时，老师给了我们很多的指导。在这个学期初时学习了化工设备的课程，对化工设备机械基础课程设计做了基础的铺垫。拿到课题后，同学们在图书馆一起讨论，查阅文献进行设计。当我设计思路发生偏差时，同学及时给我指出来，帮我改正了设计思路，当我在查阅资料上遇到困难时同学们也热心帮助地我。我深深地感到了同学间的那份团结精神，互助精神。

张茂润老师精彩的课程设计讲解，以及细微之处的独到见解，让我对工程设计的概念认识的更加清晰，对这次课程设计的总体思路也清晰了，也充满了干劲。除了课上的讲解，张茂润老师还不顾夏天的炎热，特定安排时间和地点进行答疑，不厌其烦的细心指导我们做设计，对我们的疑问做详细的解答，并指导我们，让我们对知识点了解透彻，对选用的数据知其然，知其所以然。看着老师额头晶莹的汗水，我心里再次对老师充满了崇拜和感动。在次，我向您表示诚挚的敬意！

平时的我自己做设计的次数不多，所以对于查阅文献、选用公式、收集数据不太娴熟，对于文字与图表表达化工制图，文档编辑等方面也不是很擅长。通过这次化工设备机械基础课程设计，不断的摸索和请教同学，使我在这些方面都得到了很大的提高，基本熟练的应用文档编辑基础的制图方法、技巧，且培养了我综合应用的能力。在课程设计的过程中还认识了几位也在做课程设计的同院的朋友。在此衷心感谢张茂润老师为我们提供这次宝贵的学习实践机会！

第一次接触电子版课程设计，其中很多应用不是很了解，期间遇见很多学术上的困难，班里同学给予我很大的帮助，在此向个位帮助过我的同学表示真诚的感谢！在查阅文献时还得到了图书馆阿姨的帮助和实验室老师的帮助，向你们表示衷心的感谢。由于我所学知识有限、经验不足，在课程设计中不可避免出现缺点和错误，所以希望老师对于不正确的地方批评指正，我会认真改正！

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参考文献

【1】汤善甫，朱思明. 化工设备机械基础. 上海：华东理工大学出版社，2004.12. 【2】张洪流，张茂润. 化工单元操作设备设计. 上海：华东理工大学出版社，2011.7. 【3】曲文海. 压力容器与化工设备实用手册（下册）. 北京：化学工业出版社，2000. 【4】董大勤，袁凤隐. 压力容器与化工设备实用手册(上册). 北京：化学工业出版社，2000.3.

【5】吴宗泽. 机械设计实用手册(第三版). 北京：化学工业出版社，2010.2. 【6】刁玉玮，王立业，喻建良. 化工设备机械基础（第六版）. 大连：大连理工大学出版社，2006.

【7】余国琮. 化工机械工程手册. 北京：化学工业出版社，2003. 【8】魏崇光，郑晓梅. 化工工程制图. 北京：化学工业出版社，2004

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