安徽理工大学 制药工程化工设备立式反应釜课程设计内容-朱文权

反应釜设计的有关内容

由设计条件单可知，设计的反应釜体积为1.2m3、操作体积为0.96m3；搅拌装置配制的电机功率为1.5KW、搅拌轴的转速为100r/min、搅拌桨的形式为桨式；加热的方式为用夹套内的导热油进行电加热；装置上设有7个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、8个电加热器套管、1个人孔、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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第一章 反应釜釜体的设计

1.1釜体DN、PN的确定 1.1.1釜体DN的确定

已知L/Di =1.2，由V=(π/4)DiL，L=1.2Di，得

2Di?34V34?1.2?，Di?1.08m，圆整取Di?1100mm 1.2?1.2?3.14由文献【1】表16-1查得釜体的DN?1200mm

1.1.2釜体PN的确定

由于操作压力pW＝0.3MPa故：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：p＝（1.05～1.1）pW，取p＝1.1pW=1.1×0.3MPa； 液体静压pL：由筒体高度

3LDi=1.2错误！未找到引用源。1.2=1.44m,取液体物料的D平均密度为860kg/m,若按釜内全部充满料液计算液相静压强，则有

pL≈ρgh=860?9.807?1.44=12145Pa?0.0121MPa

因pL/p=

0.0121.?0.0314?3.14%＜5％，故可以忽略pL；

1.1?0.3计算压力pc： pc?p?pL = p= 1.1错误！未找到引用源。MPa； 设计温度t：65℃ ；

焊缝系数?： ?＝0.85（局部无损探伤）；

许用应力[?]：根据材料0Cr18Ni10Ti、设计温度65℃，由文献【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（尚耐腐蚀材料，单面腐蚀；查文献【1】表14-7）。

tt1.2.2筒体壁厚的设计

2

由公式Sn?pcDi?C 得：

2?????pcSn?1.1?0.3?1200+0.25+1.0=2.95mm

2?137?0.85?1.1?0.3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

p＝1.1pW=1.1错误！未找到引用源。MPa； pc?p?pL=p=1.1错误！未找到引用源。MPa；

由于封头Di?1200mm，故可用整板冲压成型，?＝1.0；

C1＝0.25mm（GB6654-96）； C2＝1.0mm。

1.3.3封头的壁厚设计

由公式Sn?2?????0.5pctpcDi?C得

Sn?1.1?0.3?1200?0.25?1.0 =2.70mm

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】表16- 5知： 直边高度h1：25mm

3

容 积VF：0.1980m3 总 深 度 H =300mm 内表面积A：1.3980m 质 量 m：53.7kg

21.4筒体长度H的设计 1.4.1筒体长度H的设计

V?VT?VF，VT?V?VF，

?4V?VF4?(1.2?0.1980)==1.055m H??23.14?1.1^2Di4Di2H?V?VF

圆整得:H=1055mm

1.4.2釜体长径比L/Di的复核

L/Di?(H?h2)/Di=

1055?300?1.232；满足要求

11001.5外压筒体壁厚的设计 1.5.1设计外压的确定

由设计条件单可知，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＝5mm，则:Se=Sn?C=5-1.25=3.75mm，

Do?Di?2Sn=1110mm，

由Lcr?1.17Do1110Do得：Lcr=1.17×1110=22343.7mm

3.75Se13筒体的计算长度L′=H?（h1?h2）=1055+

1×300=1155mm 3Lcr=22343.7mm>L'；故该筒体为短圆筒。

圆筒的临界压力为：

4

pcr?2.59ESeL'D02D0Se2.59?1.87?105?3.752??0.309MPa

11101155?1110?3.75由?P?=Ρcr/m，m=3得

?P?=0.309/3=0.103MPa

因P=0.1MPa < ?P?=0.103MPa；所以假设Sn＝5mm满足稳定性要求。 故筒体的壁厚Sn＝5mm。

1.5.3图算法设计筒体的壁厚

设筒体的壁厚Sn＝5mm，则：Se=Sn?C=5-1.25 = 3.75mm，Do?Di?2Sn =1110mm，D0/Se?1110/3.75?296。

筒体的计算长度L′=H?（h1?h2）=1055+300/3=1155

13L'/D0?1155/1110?1.041

在文献【1】图15- 4中的L/Do坐标上找到0.780的值，由该点作水平线与对应的

D0/Se?296线相交，沿此点再作竖直线与横坐标相交，交点的对应值为：A≈0.00026。

由文献【1】图15-7中选取，在水平坐标中找到A=2.6×10-4点，由该点作竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再作水平线与右方的纵坐标相交，得到系数B的值为：

B≈33MPa、E=1.87×105MPa

根据[p]=

B得：

Do/Se[p]=

33=0.111（MPa）．

1110/3.75因为p＝0.1MPa<[p]＝0.111MPa，所以假设Sn＝5mm合理，取封头的壁厚Sn＝5mm。

由文献【1】表16-3知：DN=1100mm，Sn=5mm的筒体单位高筒节质量约为136kg/m，则筒体质量为136×1.055=143.48kg

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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=5mm，则：Se=Sn–C= 5-1.25=3.75（mm），对于标准椭球形封头

K=0.9，Ri?KDi＝0.9×1100=990mm，Ri/Se=990/3.75

0.1250.125?查文献【1】式（15-6）可得，计算系数：A== 4.735×10-4

Ri/Se990/3.75由文献【1】图15- 7的水平坐标上找到A=4.735×10-4点，由该点作竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再作水平线与右方的纵坐标相交，得到系数B的值为值为：

B≈55MPa、E=1.87×105MPa

55B根据[p]=得：[p]==0.208MPa．

990/3.75Ri/Se因为p＝0.1MPa<[p]＝0.208MPa，所以假设Sn＝5mm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＝5mm。

1.6.3封头的结构与尺寸

由在文献【1】表16-5 釜体封头的结构如图1-1，封头质量：63.5（kg）

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DN、PN的确定 2.1.1夹套DN的确定

由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知按国家标准取：

Dj=Di+300＝1100+300=1400mm

故DN=1400mm

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，故取PN＝0.25MPa

2.2夹套筒体的设计 2.2.1设计参数的确定

设计压力：Pw=0.1MP，P=1.1Pw =1.1×0.3MP，Pc=P+Pi C1=0.25 C2=1.0 Ф=1.0（整板冲压成型）

2.2.2夹套筒体壁厚的设计

因为pW为常压＜0.3MPa，所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。 因Dj＝1400mm＜3800mm，取Smin＝2

Di/1000且不小于3mm另加C2，故

S圆整Sn=4mm

min＝

2?14001000+1=3.8（mm）

对于碳钢制造的筒体壁厚取Sn＝6mm。

2.2.3夹套筒体长度Hj的初步设计

根据DN=1100mm，由文献【1】表16-3可知，单位高的容积错误！未找到引用源。=0.950m/m，则筒体高度的估算值为

3

7

?V?VF错误！未找到引用源。

V1?0.8?1.2?0.198=0.8021m

0.950圆整后Hj?802mm

由文献【1】表16-3得，错误！未找到引用源。=1400mm，错误！未找到引用源。=6mm的筒体1米高筒节钢板质量为208错误！未找到引用源。

则夹套筒体质量估算为208错误！未找到引用源。0.802=166.816kg

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＝1400mm）。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，小端直径DM?1112mm

2.3.2设计参数的确定

pW =0.1MP C2=1.0

Dj=1400

Smin=2Di/1000≧3

2.3.3椭球形封头壁厚的设计

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。 因Dj＝1400mm＜3800mm，取S故Smin＝2

min＝2

Di/1000且不小于3mm另加C2，

错误！未找到引用源。1400/1000+1=3.8（mm），圆整Sn=4mm。

对于碳钢制造的封头壁厚取Sn＝6mm。

2.3.4椭球形封头直边尺寸、体积及重量的确定

根据DN?1400mm，由文献【1】表16- 5知：

直边高度h1： 25mm 容 积 VF： 0.3977m 深 度 h2： 350mm 内表面积 A： 2.2346m 质 量 m： 102.9kg

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2.3.5椭球形封头结构的设计

封头的下部结构如图2-1。由设备设计条件单知：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。

2.3.6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所示。

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

DN=1100mm釜体下封头的内表面积A=1.3980m2 DN=1100mm筒体（1m高）的内表面积F1=3.46m2

夹套包围筒体的表面积FS=F1×Hj=3.46×0.802=2.7750（m2）

A+FS=1.398 + 2.775=4.1730(m)

由于釜内进行的反应是放热反应，产生的热量不仅能够维持反应的不断进行，且会引起釜内温度升高。为防止釜内温度过高，在釜体的上方设置了冷凝器进行换热，因此不需要进行传热面积的校核。如果釜内进行的反应是吸热反应，则需进行传热面积的校核，即：将A+FS=4.1730m2与工艺需要的传热面积F进行比较。若A+FS≥F，则不需要在釜内另设置蛇管；反之则需要蛇管。

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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

水压试验的压力：pT?1.25p[?]?σ?>1.8时取1.8

且不小于(+0.1)，当p[?]t?σ?tpT?1.25?0.33?1?0.413MPa，p+0.1= 0.43MPa， 取pT=0.43MPa 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?（1100?5-1-0.25）?63.3MPa

2?（5-1-0.25）因?max＝63.3MPa<0.9?s?=0.9?200?0.85?153MPa，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0.645～1.72MPa 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0.33MPa，保压足

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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。

3.2釜体的气压试验 3.2.1气压试验压力的确定

气压试验的压力：pT?1.15p[?]=1.15×0.33×1.0=0.3795（MPa） [?]t3.2.2气压试验的强度校核

由?max?pT(Di?Sn?C)得：

2(Sn?C)

因?max＝55.47MPa＜0.8?S?=0.8×200×0.85=136（MPa） 故气压强度足够

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0.33MPa，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，65°C内查得对应内许用应力[?]?[?]t?113MPa

液压试验的压力：pT?1.25p[?]?σ?>1.8时取1.8。

且不小于(+0.1)，当p[?]t?σ?tpT=1.25×0.11×1.0=0.138MPa，p+0.1= 0.21MPa

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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)

因?max＝31.05MPa ＜0.9 故液压强度足够

?s?=0.9×235×0.85=179.7（MPa）

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0.315～0.84MPa，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0.105MPa，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

(1)根据DN＝1100mm、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，材料：16MnR

查文献【1】表16-13可知，螺栓规格：M20；螺栓数量：48

（2）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，法兰的结构和主要尺寸如图4—1 如表4—1

图4—1 甲型平焊法兰

表 4—1 法兰结构尺寸

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公称直径DN/mm 1100 法兰/mm 螺栓 D 1230 D1 1190 D2 1155 D3 1141

D4 1138 ? 55 d 23 规格 M20 数量 48 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 可知密封面型式为光滑面。

4.1.3垫片的设计

由文献【1】表331页16-14得垫片选用耐油橡胶石棉垫片，材料为耐油橡胶石棉板（GB/T539），文献【2】表8-5可确定其结构及尺寸，见图4—2和表4-2

图4-2 垫片的结构

表4-2 垫片的尺寸

D0/mm 1140 di/mm 1100 ?/mm 3 4.1.4螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格及材料

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

h=3mm、S=3mm、其中?=58mm、螺栓伸出长度取0.4d=0.4×27.7mm H=30mm、

螺栓的长度L为：L?2??S?H?2h?0.4d

?2?58?3?30?2?3?0.4?27.7=166.08mm

取L＝170mm

螺栓标记： GB/T5780-2000 M20?130

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螺母标记： GB/T41-2000 M20 垫圈标记： GB/T95-2002 24-100HV 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=130℃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—3所示。

表4—3 法兰、垫片、螺栓、螺母的材料

法 兰 16MnR

垫 片 耐油橡胶石棉

螺 栓 35

螺 母 20

垫 圈 100HV

4.2工艺接管的设计

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.。 （1）导热油进口接管

采用错误！未找到引用源。47×3.5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：HG20592 法兰 PL40-0.1 RF 20。

（2）N2（g）进口

采用错误！未找到引用源。32×3.5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 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。

（3）工艺物料进口

采用错误！未找到引用源。47×3.5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：HG20592 法兰 PL40-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。

（4）放料口

采用错误！未找到引用源。108×4.0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 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.

（5）导热油出口

采用错误！未找到引用源。47×3.5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 PL40-0.1 RF 20。

（6）安全阀接口

采用错误！未找到引用源。32×3.5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 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。

15

?

（7）冷凝器接口

采用错误！未找到引用源。108×4.0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 PL100-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。

（8）加热器套管

采用错误！未找到引用源。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 PL50-0.1 RF 20。

（9）固体物料进口

采用错误！未找到引用源。12×6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。

（10）视镜

采用Ф88×4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 PL80-0.6 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。由文献【4】表3-2-3并根据

PN?0.1MPa、0.6MPa和接管的DN，由板式平焊管法兰标准（HG20592）确定法兰

的尺寸。管法兰的结构和尺寸见图4-3和表4-4。

图4—3 板式平焊管法兰

表4-4 板式平焊管法兰的尺寸（HG20592）

公称接管名称 直径接管外径连 接 尺 寸 法兰密封面 厚法兰内径DN A D K L n Th 厚度C d 度f B

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安全阀接口、N2接口 25 工艺物料进口 导热油进口 固体物料进口 32 45 45 219 108 45 57 100 130 130 320 210 130 140 75 100 100 280 170 100 110 11 14 14 18 18 14 14 4 4 4 8 8 4 4 40 40 200 40 50 冷凝器接口、放料口 100 导热油出口 加热器套管 M10 M12 M12 M16 M16 M12 M12 14 16 16 22 18 16 16 58 88 88 2 2 2 33 46 46 222 110 46 59 254 2 144 2 88 2 124 2

4.4垫片尺寸及材质

工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的垫片的结构如图4-4所示，查文献【2】表7-8可确定其尺寸，尺寸、材质表4-5所示。

4.4.1垫片的结构

图4-4 管道法兰用软垫片

4.4.2密封面形式及垫片尺寸

表4-5 密封面形式及垫片尺寸

垫片尺寸(mm) 接管名称 安全阀接口、N2接口 工艺物料进口 导热油进口 固体物料进口 冷凝器接口、放料口 导热油出口 加热器套管 密封面型式 外径DO 内径di 厚度? 垫片材质 RF RF RF RF RF RF RF 63 86 86 273 152 86 96 32 45 45 219 108 45 57 2 2 2 2 2 2 2 耐油石棉橡胶板 耐油石棉橡胶板 耐油石棉橡胶板 耐油石棉橡胶板 耐油石棉橡胶板 耐油石棉橡胶板 耐油石棉橡胶板

4.5人孔的设计

由于釜体的内径Di=1100mm?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PN0.6、DN450不锈钢A型回转盖带颈平焊法兰人孔，其结构尺寸如图4-5所示。由文献【4】表3-4-1查得其尺寸见表4-6、材料见表4-7。

17

图4-5 A型回转盖带颈平焊法兰人孔结构

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

表4-6回转盖平焊法兰进料口的尺寸

公称压力（MPa） 密封面形式 公称直径DN 450 0.6 突面 L 200 d w×S 480×6 H1 220 D 590 H2 102 D1 550 b 28/30 A 325 b1 22 B 150 b2 26 螺栓 规格 M20×75 d 20 数量 16 重量(kg) 88.9

表4-7 物料进口PN0.6DN450的明细表

件号 1 2 3 4 5 6 7 名称 接管 螺母 螺栓 法兰 垫片 法兰盖 手柄 数量 1 8 8 1 1 1 2 材料 0Cr18Ni10Ti 25 35 1Cr18Ni9Ti 耐油石棉橡胶板 1Cr18Ni9Ti Q235-A

4.6视镜的选型

4.6.1视镜的选型

由于釜内介质压力较低（pW＝0.3MPa）且考虑DN?1100mm，本设计选用两个

DN=80mm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，

4.6.2视镜的结构 其结构见图4-6。

18

图4-6 视镜的结构型式

4.6.3视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料

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确定其材料见图4-6，尺寸见表4-7，材料见表4-8，视镜在封头上对称布置。

标 记：视镜ⅡPN0.6，DN80 标准图号：HGJ501-86-14。 质 量：6.8kg

表4-7 视镜的尺寸

DN

视镜玻璃 dn?S

D

160

D1

130

b1 b2

36

24

H1

86

双头螺柱

数量 直径×长度 8

M12×40

80

表4-8 视镜的材料

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

19

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＝1.5KW，搅拌轴的转速n＝100r/min，根据文献【1】表11-1选择搅拌轴材料为1Cr18Ni9Ti，[?]＝25MPa，剪切弹性模量G＝8×104MPa，许用单位扭转角[?]＝1.0°/m。

由m?9.553?106P1.5N?mm 得：m=9.533?106?n100利用截面法得：由?max?MTmaxm=9.533?106?1.5N?mm 100PMT=9.533?106?1.5 ?[?]得：W??9.553?106n[?]2500W?3拌轴为实心轴，由：W??0.2d=9.533?106?1.5 2500解得d≥30.60mm，取d＝32mm

5.1.2搅拌轴刚度的校核

MTxm180a由文献【2】式（8-13）：?xm???103得： aGJ??

20

?max9.553?1061.5180?????103=0.98/m 448?10?0.1?32100?max＝0.98

?因为最大单位扭转角?/m＜[?]＝1.0?/m，所以圆轴的刚度足够。考虑到

搅拌轴与联轴器配合，d＝32mm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＜200r/min，故无需做临界转速校核计算。

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）。标记为：DN40 HG 21570—95，结构如图5-1。由文献【5】表5-3-16可确定联轴节的尺寸，如表5-1，由文献【4】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。

图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

D 轴孔直径DN d1 48 d2 35 d3 76 L 162 δ 16

l1 20 l2 71 l3 5 螺栓 数量 6 质量/kg 7.60 规格 M12 118 40 l4 80 l5 4 l6 55 l7 85 b 12 f 0.6 R 0.4 表5-2 夹壳联轴节的零件及材料

21

件号 名 称 1 2 3

材 料 ZG-1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9Ti A-140 件 号 4 5 名 称 螺 母 螺 栓 材 料 0Cr18Ni9Ti A2-70 左、右夹壳 吊 环 垫 圈 5.4搅拌桨尺寸的设计

框式搅拌桨的结构如图5-2所示。由文献【5】表3-1-17和表3-1-15确定不锈钢框式搅拌桨的尺寸见表5-3、零件明细表见表5-4。

图5-2框式搅拌桨的结构

1-桨叶;2-横梁;3-筋板;4-连接螺栓;5-螺母;6-穿轴螺栓;7-螺母

表5-3 框式搅拌桨的尺寸（HG/T2123—91） 螺栓 螺孔 螺栓 螺孔 Dj 950 d 50 d1 M16 数量 2 d2 16.5 d3 M12 数量 8 d4 13 δ 4 重量 15 a 63 H 730 h1 237 h2 350 c 170 e 5 m 120 f 35 f1 - P/n ?0.088 材料 1错误！未找到引用源。18错误！未找到引用源。9错误！未找到引表5-4 零件明细表

件号 名称 数量 材料 1错误！未找到引用源。18错误！未找到引用源。922

件号 名称 数量 1 桨叶 2 5 螺母 8

错误！未找到引用源。 1错误！未找到引用源。18错误！未找到引用源。9错误！未找到引用源。 1错误！未找到引用源。18错误！未找到引用源。9错误！未找到引用源。 1错误！未找到引用源。18错误！未找到引用源。9错误！未找到引用源。 用源。 2 横梁 2 6 穿轴螺栓 2 1错误！未找到引用源。18错误！未找到引用源。9错误！未找到引用源。 1错误！未找到引用源。18错误！未找到引用源。9错误！未找到引用源。 3 筋板 4 7 螺母 4 4 连接螺栓 8

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）=500-79=421（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H?Vc?VF

1?2Di4式中Vc—操作容积，m；VF—釜体封头容积，m；Di—筒体的内径，m。

33

23

故H?0.96-0.1980=0。762m

1??1.124取H1?762mm

液体的总装填高度Hi=H1?h1?h2=762+300=1062（mm）

L2=1055+2错误！未找到引用源。300-1062=593mm

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。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：S?22215Di?Hi（见文献[4]） 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=1062mm＜Di=1100mm，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=2×1062/3=708mm 故浸入液体的长度：L3=708mm

搅拌轴搅拌轴的长度L为：L=421+593+708=1722mm；取L=1720mm

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上半部：L?=H?M+L4

式中，L4为搅拌轴深入釜内的长度，mm；当d?40mm时取L4=250mm

L?=500-79+250=671mm

取 L?=670mm

搅拌轴下部分的轴长为：L??=L?L?=1720-670=1050mm

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具有易燃性和一定的腐蚀性，故选用隔爆型三相异步电机（防爆

24

标志dⅡAT4）。根据电机的功率P＝1.5KW、转速n＝1500r/min，由文献【6】表10-5-3选用的电机型号为：Y2-100L1-4，由文献【6】表10-4-5查得质量为34kg。

6.2减速器的选型 6.2.1减速器的选型

根据电机的功率P＝1.5KW、搅拌轴的转速n＝100r/min、传动比i为1430/85＝16.8，选用直联摆线针轮减速机（JB/T2982-1994），标记ZLD2.2—4A—17。由文献【6】 表9-1-36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。

6.2.2减速机的外形安装尺寸

表6—1 减速机的外形安装尺寸

260 E 15 230 161 D4 200

D 45

230 B 400 n?d

6-12 M 79 P 4 h

48.5 b

14

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，故选用WJ型单支点机架（HG21566—95）。由搅拌轴的直径d＝40mm可知，机架的公称直径DN200，由文献【2】附表3可查得其结构尺寸如图6—2所示。

25

图6-1 直连摆线针轮减速机 图6—2 WJ型无支点机架

6.4底座的设计

对于不锈钢设备，本设计如下底座的结构，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，结构与尺寸如图6-3所示。

图6-3 底座的结构

26

6.5反应釜的轴封装置设计

6.5.1反应釜的轴封装置选型

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有易燃性和一定的腐蚀性，因此选用机械密封。

6.5.2轴封装置的结构及尺寸

根据pW＝0.3MPa、t＝65℃、n=100r/min 、d=40mm。由文献【6】表7-3-78选用205型（双端面小弹簧UU型）釜用机械密封，其结构和尺寸如图6-4所示。

图6-4 釜用205型机械密封结构

27

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悬挂式支座的选型

由于设备外部设置有100mm的保温层，文献【1】表16-23所以选耳式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

反应釜总质量的估算：mF?m1?m2?m3?m4+m5

式中：m1—釜体的质量，kg；（筒体124.415+封头63.5×2≈252kg）

（筒体139.375+封头117.7≈258kg） m2—夹套的质量，kg；

（联轴器7.6+搅拌桨15+电动机34+机架48+搅拌轴m3—搅拌装置的质量，kg；

20+减速器130+底盘32.56+凸缘法兰20≈310kg）

m4—附件的质量，kg；（人孔88.9+视镜6.8×2+无缝钢管80+管法兰54+螺栓

螺母垫片20+其他243≈500kg）

m5—保温层的质量，kg；（100kg）

将各已知值代入上式得反应釜的总质量约为1420kg。 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

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，估算结果为2393kg。

装置的总质量：m?mF?mW?1420?2393?3813kg 每个支座承受的重量Q约为：3.813×9.81/2＝18.7KN

根据DN?1500,Q?18.7KN由文献【1】表16-23初选B型耳式支座，支座号为4。

28

标记：JB/T4725-92 耳座B4 材料：Q235-A·F 系列参数尺寸见表8-1。

表8-1 B型耳式支座的尺寸

底板 筋板 垫板 地脚螺栓 支座 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 knnD22-b2-2δ2）?（2l2-S2）式中D=（Di?2δn?2δ3）（

=（=1962mm 1500?2?6?2?8）（-160-2?10）?2?（290-70）

22g＝9.81m/s2，Ge?1500?9.81?14715(N)，mo=3813Kg

k?0.83，n=4，p=0，Se?500(mm)

代入上式得

?3813?9.81?147154?14715?500??3Q????100.83?44?1962??? ?19.5KN

因为Q?19.5KN＜[Q]=60KN，所以选用的耳式支座满足要求。

29

第七章 焊缝结构的设计

30

31

第八章 人孔的开孔及补强计算

8.1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%）=472mm

So?2?????0.5pctpcDi=

0.3?1.1?1200=1.45mm

2?137?1.0?0.5?0.3?1.1[?]etfr?=1

[?]tA?dSo?2SoSet(1?fr)=472×1.45+0=684mm2

8.2有效补强区内起补强作用的金属面积的计算 8.2.1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?

32

式中：｛

B?2d?2?472?944?mm?取两者中较大值，

B?d?2Sn?2Sm?472?2?5?2?6?494故B?944mm

Se?Sn?C=5-1.25=3.75mm Set?Sm?C=6-1-6×12.5%=4.25mm

[?]et137=1 fr??t[?]137A1?(944?472)?(3.75?1.45)?0=1085.6mm2

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

其中：｛

h1?472?6?53.22?mm?h2?220mmSt?2?????pct取其中的较小值h1?53.22mm

pcdi=

0.33?(480-12)=0.56mm

2?137?1?0.33h2=0，C2?1.0

A2?2?53.22?(4.25?0.56)?0=392.8mm2

8.2.3焊缝起补强作用金属面积A3的计算

A3?1212K??6＝18mm2 22

8.3判断是否需要补强的依据

有效补强区内起补强作用的金属面积为：

A1?A2?A3=1085.6+392.8+18=1496.4mm2

被削弱的金属面积为：A=684mm

因为A=684mm＜A1?A2?A3=1496.4mm，所以不需要补强。

222

33

第九章 反应釜的装备图及部件图

9.1视图的选择 9.1.1选择主视图

根据设备设计条件单中的图示特点，采用全剖视的表达方法，用以表达反应釜上各零部件之间的装配关系，主视图如附图1所示。

9.1.2确定俯视图

主视图确定后，选择俯视图，以表达反应釜上各接管和支座的数量、外形及周向方位，补充了主视图对这些部分表达的不足。俯视图如附图1所示。

9.1.3选择辅助图

根据反应釜的结构特点，采用局部放大图来补充基本视图的不足，本设计用九个局部放大图，分别表达釜体与工艺接管、人孔、支座、筒体与封头等连接情况和焊缝结构，如附图1所示。

9.2部件图

本设计选择的主要部件为搅拌轴，其结构如图11-1所示。

9.2.1技术要求

技术要求的内容见附图1。

9.2.2技术特征及接管表

34

技术特征、接管表见附图1。

9.2.3明细表及标题栏

明细表及标题栏的内容见附图1。

9.2.4反应釜的装配图

装配图见附图1.

鸣谢

经过十天的设计，本次课程设计终于按时完成。本次设计能够顺利完成，和指导老师的悉心指导和全班同学的互相帮助、团结协作是分不开的。大家一起讨论，共同翻阅文献。当我设计思路发生偏差时，同学及时给我指出来，帮我开拓了设计思路，让我少走了很多弯路，当我在查阅资料上遇到困难时也热心帮助我。老师深入浅出的课程设计讲解，以及细微之处的独到见解，使我对工程设计的概念由模糊到清晰。还有老师答疑时不厌其烦的细心指导，都让我万分感激，在此，我向您表示诚挚的敬意！

平时我对于查阅资料、选用公式、收集数据掌握的不是很好，文字与图表表达化工制图、计算机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，使我这些方面的能力都得到了全面的提高，且培养了我综合应用的能力。在此衷心感谢老师及院领导提供这种宝贵的学习实践机会！

由于我初次设计，知识运用还不是很成熟！限于我基础知识有限、缺乏经验，有错误和不足的地方，恳切希望老师批评指正！

35

参考文献

【1】 汤善甫、朱思明编，化工设备机械基础（第二版），上海：华东理工大学出版社，

2004

【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 【3】 刁玉玮，王立业，喻建良，化工设备机械基础，6版，大连：大连理工大学出版社，

2006

【4】 董大琴，袁凤隐，压力容器与化工设备使用手册（上册），北京：化学工业出版社，

2000

【5】 曲文海，压力容器与化工设备使用手册（下册），北京：化学工业出版社，2000 【6】 吴宗泽，机械设计实用手册，3版，北京：化学工业出版社，2010

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参考文献

【1】 汤善甫、朱思明编，化工设备机械基础（第二版），上海：华东理工大学出版社，

2004

【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 【3】 刁玉玮，王立业，喻建良，化工设备机械基础，6版，大连：大连理工大学出版社，

2006

【4】 董大琴，袁凤隐，压力容器与化工设备使用手册（上册），北京：化学工业出版社，

2000

【5】 曲文海，压力容器与化工设备使用手册（下册），北京：化学工业出版社，2000 【6】 吴宗泽，机械设计实用手册，3版，北京：化学工业出版社，2010

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7jhp.html