搅拌反应釜设计1 - 图文

化工设备机械基础课程设计题目：搅拌反应釜设计

一、设计任务书

试设计一搅拌反应釜，设计参数见技术特性表、管口表和工艺条件图，使用地点：某精细化工厂。

技 术 特 性 表

釜内 0.20 釜内 ≤120 工作压力（MPa） 夹工作温度（℃） 套 0.40 夹套 ≤150 釜内 溶液 型式 圆盘涡轮式 介 质 夹套 水蒸气 搅拌 转速 160r/min 腐蚀情况 轻微 功率 5.6kw 操作容积 2.0m 3 夹套传热面积 12.0m2 使 用 地 点 某精细化工厂 推 荐 材 料 釜体和封头：16MnR 夹套： Q235-C

管 口 表

编号 名称 公称直径Dg（mm） 编号 名称 公称直径Dg（mm） a 安全阀 40 e 液面计压25 力表 b视镜 80 f 手孔 250 1-2 c进料管 50 g 进蒸汽 35 1-2 d 温度计 65 h 出料管 65 i 排凝液管 25 开孔位置: Ф950

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工艺条件图

按照设计任务书提供的工艺条件，选定容器的型式和材料后，

进行反应釜的机械设计，主要是计算釜体和夹套的尺寸；选择搅拌器和设计搅拌轴；选择搅拌的传动装置和轴封装置；选择法兰、支座和各种工艺接管，并核算开孔补强；绘制装配图；编写设计计算说明书。

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二、设计内容、方法和步骤 1. 确定釜体的直径和高度

1.1根据要求选择釜体、封头和夹套的材料

选择16MnR材料作为釜体和封头的材料; 选择Q235-C作为夹套的材料。

1.2确定设计温度与设计压力

设计温度：150℃

装有安全阀，设计压力PC=1.10PW

设计压力：釜内最大工作压力为0.20Mpa

设计压力=1.10×0.22Mpa=0.22Mpa 夹套最大工作压力为0.4Mpa，

设计压力=1.10×0.4Mpa=0.44Mpa 1．3选取反应釜装料系数和反应釜的H/D

装料系数常取0．7—0．85。本设计取η=0．8。

选取反应釜的i=H/D = 1．2。 1．4设计计算

1．4．1确定设备容积V0：

由V/V0 =装料系数,有V0 = V/η=4.0/0.8=5.0m3 1．4．2确定釜体内径 由D= 34v/πi=1.74 圆整后 D=1700mm

则取D1=1700mm

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1．4．3确定釜体的高度H

H=(V-V封)/V1m,,由D=1700mm查表有V封=0.6999m V1m =2.270m 则H1=（4.0-0.6999/2.270=1.454m取H1=1500m 2．确定夹套的直径和高度 2．1夹套的内径D2

夹套的内径D2 =釜体内径D1+ 100=1700+100=1800mm,符合压力容器的公称直径。D2 =1800mm

夹套的高度H2

按公式 H2=(ηV-V封)/V1m=(0.8×4-0.6999)/2.270=1100

又需圆整到整数且使釜体高度H与夹套高度之差为200mm H0=H1-H2=200mm, 则取 H2=1300mm 2．2核算夹套传热面积 A=3.14*1.8*1.3+2.9=10.24m2

满足设计任务书的要求 3确定夹套的材料和壁厚 钢材Q235-C。

查得Q235-C钢在设计温度150℃的许用应力[σ]t=125Mpa； 筒体为板卷焊，选取双面对接焊全部无损探伤或局部无损探伤，则焊接接头系数为1.0或0.85,取φ=0.95

钢板负偏差C1=0.6mm,取单面轻微腐蚀裕量C2=1mm 3.1计算夹套的筒体部分壁厚

则δn= PD/2 [σ]t φ-P +C2=0.44*1800/2*125*0.85-0.44

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+1=4.73mm

3.2计算夹套的封头部分壁厚

封头一般选择半椭球型封头，按上述参数计算封头壁厚。 则δn= PD/2 [σ]t φ-0.5P + C2

=0.44*1800/2*125*0.85-0.5*0.44 +1=4.73mm

一般考虑焊接、运输和吊装的要求，选取夹套的筒体和封头的壁厚相同,取δn=4.73mm

4. 计算筒体和封头的壁厚

查得16MnR在设计温度150℃的许用应力[σ]t=170Mpa； 筒体为板卷焊，选取双面对接焊全部无损探伤或局部无损探伤，则焊接接头系数为1.0或0.85，取φ=0.85

钢板负偏差C1=0.8mm,取双面轻微腐蚀裕量C2=2mm 4.1内压设计 计算筒体与封头壁厚

选取推荐的材料，反应釜内受内压作用，设计压力为0.22 Mpa，设计温度150℃。

筒体壁厚δn= PD/2 [σ]t φ-P +C2

=0.22*1700/2*170*0.85-0.22=1.295<δmin=3 δn=δmin+C2=5mm

封头一般选择半椭球型封头，按上述参数计算封头壁厚。 封

头

壁

厚

δ

n=

PD/2

[

σ

]t

φ

-0.5P

=0.22*1700/2*170*0.85-0.5*0.22=1.29mm<δmin=3 δn+C2=5mm

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一般选取筒体和封头的壁厚相同，取δn=3.30 4.2外压设计 计算反应釜筒体与釜底部分壁厚

夹套内的蒸汽压力使釜体受外压作用，设计外压为0.44 Mpa 假设δn=12mm,则δe=(12-0.8-2)mm=9.2mm 筒体外径D0=D1+2δn=1700+2×10=1720mm

查表DN 1700mm时，半椭球型封头总深度H=h+h1=375mm,又对于EHA椭圆形封头有Di/2(H-h)=2,则h=25mm

则L=H2+h+1/3h1=1300+25+1/3×350=1442mm 则D0/δe=1720/9.2≈187 L/D0=1442/1720=0.838 查表有A=0.0006 B=75

[P]=Bδe/D0=75/187=0.40>0.3 满足要求 δn=12mm

封头一般选择半椭球型封头。一般选取筒体和封头的壁厚相同。 取δn=12mm

4.3内压设计与外压设计两者取较大值。

取δn=12mm

4.4釜体的顶盖只受内压作用，并不受外压作用，为了便于制造，选取顶盖的壁厚与釜底璧相同。

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5.水压试验

分别对筒体和夹套进行水压试验。 5.1确定水压试验的试验压力值；

釜体水压试验压力pT = p + 0.1 =0.32 Mpa ； 夹套水压试验压力pT = p + 0.1 =0.54Mpa。 5.2计算水压试验时的器壁应力值； 器壁应力值 σT=PT[Di+δe]/2δe σσ

T（釜体）

=0.32 ×[1700+9.2]/（2×9.2）=29.70Mpa =0.54×[1800+9.2]/（2×9.2）=531Mpa

T（夹套）

5.3校核强度

查表在设计温度下16MnR,σS=345Mpa，Q235-C，σS=235Mpa 筒体及夹套均满足σT≦0.9σSφ，符合要求。 6.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器

选择设计任务书推荐的圆盘涡轮式斜叶搅拌器。查表，由反应釜内径1700mm，由Dj/Di=0.33得到Dj=561m，即选取搅拌器外径561mm，叶片数量Z=6，斜叶的斜角为45°。

搅拌轴直径d=A(P/n)1/3,取A=108，则d=35.3 mm,开一个键槽，轴径扩大5%，则d=37.1mm。考虑到搅拌时介质腐蚀影响，故取搅拌轴的最小直径为40mm。

搅拌轴直径d=40mm，选择搅拌轴的材料为45钢，45钢的许用剪应力为40Mpa，转速160r/min，功率5.6Kw。

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搅拌器的标记：搅拌器300-40 HG5—221--85 夹壳联轴器的标记： 联轴器DN40 HG—5—213—85 7. 选择搅拌传动装置和密封装置

选用釜用立式减速器：按搅拌功率和转速选择电动机：Y132S2-4额定功率5.6kW，满载时效率为85.5%,转速2900r/min；选用两级齿轮减速器LC-100-6，输出转速1440r/min传动效率0.96，输出功率为5.6*0.96*0.855=4.6kw符合搅拌要求。

由搅拌轴直径DN30选择减速器机架：查P467表18-35选择双支点机架，机架公称直径为200mm,

记为：

HG 21567-95 机架 A 200-30

按照反应釜的操作条件选择带冷却水套碳钢填料箱，公称轴径DN40的填料箱标记为：

填料箱 PN0.6 DN30 HG 5—1410—81 8. 选择釜体法兰

按照釜内操作压力、温度和釜体直径，查教材P250表10-1 初选型平焊法兰（JB/T 4701--2000），法兰材料为16MnR。再查教材P261表10-10，公称压力PN0.25的16MnR乙型平焊法兰在操作温度150℃时的最大允许工作压力为0.26Mpa,大于釜体设计压力，所选乙型平焊法兰适用。

参考教材P271表10-15，选择耐油石棉橡胶垫片和光滑面型法

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兰密封面。法兰和垫片标记为：

法兰 RF 1700—0.25 JB/T 4701—2000 垫片 1700-0.25 JB/T 4704—2000 查教材P254表10-3，法兰的重量约160.2kg。 9.选择容器支座

有保温的反应釜选用立时容器的耳式B型支座。反应釜的总重量包括物料（或水压试验时的水）重量，釜体和夹套的重量，法兰、电机、减速器、搅拌器的重量。

9.1 当釜体和夹套内都充满水时的重量比物料重，水重W1为：

W1 =[

?4D12H1??4D2(H?H1)?Vf?Vf1] ?

式中的封头容积Vf和Vf1查教材表，Vf=0.6999 ，Vf1 =0.827。 W1=[3.14/4×1.82×1.3+3.14/4×1.72×（1.5-1.3）+0.0.6999+0.827]*1×103 =5287kg

9.2 釜体和夹套的重量可查教材P194表8-24进行计算。釜体DN1700×11每米筒体的重量为422kg，夹套DN1800×6每米筒体重量为223kg，封头重量分别为254.4和142.0kg，则釜体和夹套的重量W2为：

W2 = 422×1.5+223×1.3+254.4*2+142≈1574kg

9.3 电机重约40kg，减速器重约60kg，搅拌装置重约40kg，釜体法兰重约120kg，保温层重约100kg，则附件重W3为：

W3 = 40+60+40+120+100 =360kg

9.4 反应釜总重W = W1+W2+W3 = 5287+1574+360= 7221kg

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其总重力Q为72.21Kn

反应釜安装四个支座，但计算支座承载能力时只按两个支座考虑，每个支座应承载约36KN，查教材P346表13-6，选择适用容器公称直径1300-2600mm承载能力为100KN带垫板的耳式支座，其标记为：

JB/T 4725—92 耳座B5 10.选择手孔、视镜和工艺接管 10.1选择手孔的公称直径和材料

选择平盖手孔的材料为：16MnR ,公称直径DN250，公称压力PN0.25 板式平焊法兰。其标记为：

手孔 APN 0.25 DN250 JB 589-79 10.2 选择视镜的公称直径和材料

选择普通不带颈碳钢视镜，公称直径DN80，公称压力PNO.25 其标记为：

视镜IPN0.25 DN80 HGJ 501--86-4 10.3 选择工艺接管 10.3.1 进料管

进料管公称直径DN50，选用无缝钢管φ57×3.5，伸进釜内一端截成45°斜口指向釜体中央，外伸100mm，内伸150mm。 10.3.2 出料管

出料管公称直径DN65，选用无缝钢管φ76×4，外伸200mm。 10.3.3 加热蒸汽进口管

加热蒸汽进口管公称直径DN32，选用无缝钢管φ38×3.5，外伸

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150mm。

10.3.4 冷凝液出口管和压力表接管

冷凝液出口管和压力表接管都是公称直径DN25，选用无缝钢管φ32×3.5，冷凝液出口管外伸150mm，压力表接管外伸100mm。 10.3.5 安全阀接管

安全阀接管公称直径DN40，选用无缝钢管φ45×3.5，外伸100mm。

10.3.6 温度计接管

选择加强套管温度计的公称长度1430mm，温度计接管为无缝钢管φ76×4，外伸100mm。配用凸面式平焊管法兰PN0.6 DN65， GB9119.7-88和凸面管法兰盖 PN0.25 DN65 GB9123.7—88。

其他接管也配用凸面板式平焊管法兰。

各工艺接管都布置在反应釜顶盖中心φ700的圆周上。 10.4 核算开孔补强

容器上开孔及补强的几点规定：

(1)开孔尺寸的限制：对于在筒体上进行开孔，允许开孔孔径 (2)尽量不要在焊缝上开孔；

（3）在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直在封头表面；

（4）壳体开孔满足下述全部要求时，可以不另行补强： ①设计压力不大于2.5MPa

②两相邻开孔中心的间距应不小于两孔直径之和

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③接管公称外径小于或等于89mm

④不补强接管的外径及其最小壁厚应符合下表的要求：

接管外径/mm 最小壁厚/mm 25 3.5 32 3.5 38 3.5 45 4 48 4 57 5 65 5 76 6 89 6 则可知对于进料管，出料管，安全阀接管以及温度计接管需核算开孔补强。

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12设计总结

设计一个反应釜是我们学习《化工设备机械基础》这门课程的一次实践性测试。在本次设计的过程中，我们可以将所学的内容更进一步的了解，同时也加深了我们对于知识的认识，是一个很好的锻炼机会。

在设计搅拌釜的过程中，我查找了大量的资料，对于国家的相关标准有了初步的认识。

在设计结束后，对各个章节再次进行检查及计算，加深了印象。在绘制装配图的过程中，也收获很多。

总之，此次的课程设计收获颇多!!!

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致 谢

本课题在选题及研究历程中得到鲁老师的细心教导。老师严谨的教学风格， 耐心的讲解，，实事求是的精神，不但让我们学到了机械设备的相关知识， 而且教我做人做事。本次设计虽然花费了很长时间，也让我放弃了很多休息，娱乐时间，但我对本次设计是相当有成就感的。因为本次设计对我的能力提升是很大的。因此，感谢老师给我们这次锻炼的机会。

本次设计的主要参考文献

1）董大勤编.《化工机械基础设备》(第一版).北京：化学工业出版社,2011年1月

2）蔡继宁等编.《化工设备机械基础 课程设计指导书》.北京：化学工业出版社，2011年1月第2版

3) 周元康等编.《机械设计课程设计》.重庆：重庆大学出版社 ，2001年12月第一版

4) 何铭新等编.《机械制图》(第五版).北京：高等教育出版社 2009年5月

5）http://www.chemstandard.com.cn/ 中国化工标准网

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5mv8.html