化工课程设计--夹套反应釜课程设计 (2)

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: 10111003101 指导老师: 完成日期: 2012年6月1日

温州大学 化工设备机械基础课程设计

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。

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表1 夹套反应釜设计任务书

简图 工作压力， Mpa 设计压力， MPa 工作温度， ℃ 设计温度， ℃ 介质 全容积，m3 操作容积，m3 传热面积，m2 腐蚀情况 推荐材料 搅拌器型式 搅拌轴转速，r/min 轴功率，kW 接管表 符号 a b c d e f g

3

设计参数及要求 容器内 0.2 <100 夹套内 0.3 <150 染料及有机溶剂 冷却水或蒸汽 1.0 0.8全容积 >3.5 微弱 Q235-A 推进式 200 4 用途 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 公称尺寸连接面形式 DN 25 25 80 65 25 40 25 100 h 温州大学 化工设备机械基础课程设计

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

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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

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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1m3，操作容积为0.8m3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，

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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

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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D1?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

全容积V（m3） 操作容积V1（m3） 传热面积F（m2）

1.0 0.8 3.5 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 =H1/D1=1.2。

表4-2 i取值

种类 一般搅拌器 发酵罐类

初算筒体内径D1按式

D1?3设备内物料类型 液-固相或液-液相物料 气-液相物料 i 1～1.3 1～2 1.7～2.5

4V ?i8

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计算,得 D1?3

按下表4-3筒体的容积、面积和质量,选取圆整筒体内径D1 =1000mm，一米高的容积 V1m=0.785m3，内表面积F1m=3.14m2。

表4-3筒体的容积、面积和质量

4V34?1??1.0621m ?i??1.2

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

V1封=0.1505 m3

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H1按式

9

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?? H1?V?V1封/V1m

计算,得

?? H1?V?V1封/V1m=（1-0.1505）/0.785=1.0822m

选取圆整釜体高度 H1=1000 mm

实际容积V按式

V?V1m?H1?V1封 计算,得

V?V1m?H1?V1封=0.785*1.000+0.1505=0.9355m3

4.1.2 夹套几何尺寸计算

按表4-5夹套直径D2 选取夹套筒体内径 D2=D1+100=1100 mm,

表4-5 夹套直径D2

装料系数η按式

计算，得

??V操/V

??V操/V=0.8/1.0=0.8

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夹套筒体高度H2按式

H2?(?V?V1封)V

1m

计算，得

??（0.8*1.0-0.1505）/0.785=0.8274m

H2??V?V1封/V1m=

选取圆整夹套筒体高度 H2=950mm。

按表4-4 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸,选取罐体封头表面积

F1m=1.1625 m2。

按表4-3 筒体的容积、面积和质量,选取一米高筒体表面积 F1m=3.14m2。

实际总传热面积F按式

F?F1m?H2?F1封`

校核,得

F?F1m?H2?F1封=3.14*0.95+1.1625=4.1455m2>3.5 m2

综上所述，筒体和夹套尺寸为下表4-6所示：

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表4-6 筒体和夹套尺寸

筒体 夹套 直径(mm) 1000 1100

高度（mm） 1000 950 4.2 夹套反应釜的强度计算

4.2.1 强度计算(按内压计算强度)

据工艺条件或腐蚀情况确定，设备材料选用Q235-A。

由工艺条件给定, 设计压力（罐体内） p1=0.2MPa， 设计压力（夹套内） p2=0.3MPa， 设计温度（罐体内） t1<100℃， 设计温度（夹套内） t2<150℃。

按表4-7所示焊接接头系数?,选取罐体及夹套焊接接头系数 ?=0.85。

表4-7焊接接头系数?

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按表4-8 压力容器用碳素钢钢板的许用应力,选取设计温度下材料许用应力

[?]t=113 Mpa。

表4-8 压力容器用碳素钢钢板的许用应力

罐体筒体计算厚度?1按式

?1?

p1D1t2?????p1

13

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计算，得

?1? 夹套筒体计算厚度?2按式

p1?D10.2?1000??1.04mm t2?113?0.85?0.22?????p1?2?

计算，得

p2D2t2?????p2

?2? 罐体封头计算厚度?1'按式

p2D20.3?1100??1.72mm t2?????p22?113?0.85?0.3?1'?

计算，得

p1D1t2?????0.5p1

?1'? 夹套封头计算厚度?2'按式

p1?D10.2?1000??1.04mmt2?113?0.85?0.5?0.22?????0.5p1

?2'?

计算，得

p2D2t2?????0.5p2

?2'?

p2D20.3?1100??1.72mmt2?????0.5p22?113?0.85?0.5?0.3

壁厚附加量C?C1?C2?C3，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=2.6mm

罐体筒体设计厚度?1c按式

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?1c??1?C2

计算，得

?1c??1?C2=1.04+2.0=3.04mm

夹套筒体设计厚度?2c按式

?2c??2?C2 计算，得

=1.72+2.0=3.72mm

?2c??2?C2罐体封头设计厚度?1'c按式

''???1?C2 1c计算，得

''????C=1.04+2.0=3.04mm 1c1

夹套封头设计厚度?2'c按式

''????C2 2c2

计算，得

''????C2=1.72+2.0=3.72mm 2c2

圆整选取罐体筒体名义厚度 ?1n=5mm 圆整选取夹套筒体名义厚度 ?2n=5mm 圆整选取罐体封头名义厚度 ?1'n=5mm 圆整选取夹套封头名义厚度 ?2'n=5mm

4.2.2 稳定性校核(按外压校核厚度)

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查图4-2 B?f?A?曲线，得系数 B=100MPa

许用外压力?p?按式

计算，得

确定罐体封头名义厚度

4.2.3水压试验校核

罐体试验压力p1T按式

计算，得

夹套水压试验压力p2T按式

计算，得

?p??BR'1O/?'1e

p??B1R'1O/?'?001e9145.4?0.590M8pa>0.3 MPa

?'1n=8mm p???1T?1.25p1

???t

p???1T?1.25p1???t?1.25?0.2?113113?0.25Mpa

p???2T?1.25p2

???t

p???1132T?1.25p2???t?1.25?0.3?113?0.375Mpa21

?

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查表4-8 碳素钢、普通低合金钢钢板许用应力,得材料屈服点应力

?s?235Mpa

计算，得

?T?0.9??s?0.9?0.85?235?179.8Mpa 罐体圆筒应力?1T按式

?1T?

计算，得

p1T?D1??1e?2?1e

?1T?

p1T?D1??1e?0.25??1000?5.4???23.27Mpa< 179.8 Mpa

2?1e2?5.4

夹套内压试验应力?2T

?2T?

p2T?D2??1e?0.375??1100?5.4???38.38Mpa<179.8 Mpa 2?1e2?5.4所以夹套水压试验强度足够。

综上所述，筒体和夹套具体加工尺寸如下表4-10：

表4-10 筒体和夹套局加工尺寸

罐体 夹套 筒体（mm） 封头(mm) 8 5 8 5 22

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4.3 反应釜的搅拌器

4.3.1 搅拌装置的搅拌器

搅拌器的型式主要有：桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式等。 当用来调和（低黏度均相液体混合）时，适用的搅拌器型式有推进式和涡轮式，主要受到容积循环速率的影响。

当用来分散（非均匀相液体混合），适用的搅拌器型式有涡轮式，主要受到液滴大小（分散度）、容积循环速率的影响。

当用于固体悬浮时，按固体粒度、含量及密度，决定用桨式、推进式或涡轮式，主要受到容积循环速率、湍流强度的影响。

当用于气体吸收时，适用的搅拌器型式有涡轮式，主要受到剪切作用、容积循环速率、高速度的影响。

当用于传热时，适用的搅拌器型式有桨式、推进式、涡轮式，主要受到容积循环速率、流经传热面的湍流速度的影响。

当用于高黏度操作时，适用的搅拌器型式有框式、涡轮式、螺杆式、螺带式、带横挡板的桨式，主要受到容积循环速率、低速度的影响。

当用于结晶时，按控制因素用涡轮式、桨式和桨式变种，主要受到容积循环速率、剪切作用低速度的影响。

本反应釜搅拌装置的搅拌器采用推进式，主要用于调和染料及其有机溶剂。

4.3.2 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计

此次任务选用的是推进式搅拌器，搅拌器推进式搅拌器是类似风扇扇叶结构。它与轴的连接是通过轴套用平键或紧定螺钉固定，轴端加固定螺母。为防螺纹腐蚀加轴头保护帽。

本反应釜的推进式搅拌器直径

DJ?0.33D1?0.33?1000?330mm

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圆整推进式搅拌器直径DJ=400mm

按表4-11 推进式搅拌器的主要尺寸,当DJ?400mm时,D=50mm,d1?90mm,

D0?M16,键槽B=16mm,t=55.1mm, H=95mm,质量m=4.59Kg,N0.025。

表4-11 推进器搅拌器的主要尺寸

n不大于

4.3.3 搅拌装置的搅拌轴设计

搅拌轴的机械设计内容主要是材料选定、结构设计（包括轴的支承结构）和强度校核, 对于n>200r/min的，还要进行临界转速的校核。

因本反应釜的转速n?200r/min，因此不需要进行临界转速的校核。 1、 搅拌轴的材料：选用45号钢。

2、 搅拌轴的结构：常用实心或空心直轴，其结构型式根据轴上安装的搅拌器类型、支承的结构和数量、以及与联轴器的连接要求而定，还要考虑腐蚀等因素的影响。

本反应釜搅拌轴的结构型式选用实心直轴。

连接推进式搅拌器的轴头车削台肩，开键槽，轴端车螺纹。 3、搅拌轴强度校核：

由夹套反应釜设计任务书给定，轴功率P=4kW

搅拌轴转数 n=200r/min 常用轴材料为45号钢。

轴所传递的扭矩

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6P410T?9.55??9.55?106??103?191N?mm n200

查表得轴常用材料的?T?T及A0值，材料许用扭转剪应力[?]=35Mpa，系数

A0=112。

轴端直径

d?A03P4?112?3?30.4mm n200开一个键槽，轴径扩大5%，为 d=30.4*1.05％=31.9mm 圆整轴端直径d=40mm。

因此搅拌轴的直径40mm。

4、搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求：搅拌轴转速n=200r/min，直线度允许差1000：0.1。

5、搅拌轴的支承：一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。搅拌轴的支撑采用滚动轴承。反应釜搅拌轴的滚动轴承，通常根据转速、载荷的大小及轴径d选择，高转速、轻载荷可选用角接触球轴承；低速、重载荷可选用圆锥滚子轴承。

根据轴端直径d=40mm，选用角接触球轴承，由表4-12角接触球轴承，选用型号为7208AC，d=40mm。

表4-12角接触球轴承

安装轴承处轴的公差带采用k6，外壳孔的公差带采用H7。安装轴承处轴的配合表面粗糙度Ra取1.0，外壳孔与轴承配合表面粗糙度Ra取1.6。

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采用背对背安装成对轴承。

4．4 反应釜的传动装置设计

反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置通常设置在釜顶封头的上部。反应釜传动装置的设计内容一般包括：电机、减速机的选型；选择联轴器；选用和设计机架和底座等。 4.4.1 常用电机及其连接尺寸

Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机为最常用的；当有防爆要求时，可选用YB系列。

由任务书给定，本反应釜用库存电机Y132M2-6，转速960r/min,电机功率P=5.5kW。

4.4.2釜用减速机类型、标准及其选用

反应釜用的立式减速机，主要的类型有谐波减速机、摆线针轮行星减速机、二级齿轮减速机和V带传动减速机。

由任务书给定，反应釜采用V带传动减速机。

查表4-13标准减速机的功率、转速范围、类型代号及特性参数，V带传动减速机标准号G5-747-78，转速范围320-500r/min,电机功率范围0.6-5.5kW，类型代号P，特性参数为三角皮带型号及根数。

4-13准减速机的功率、转速范围、类型代号及特性参数

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4.4.3 V带减速机

V带减速机的特点是：结构简单，制造方便，价格低廉，能防止过载，噪声小。但不适用于防爆场合。

查表 Y系列三相异步电动机主要技术数据，传动的额定功率 P=5.5 kW 小皮带轮转速

n1?960r/min

大皮带轮转速

n2?200r/min

按表4-14 工作情况系数KA，选取工况系数KA=1.3

表4-14 工作情况系数KA

设计功率Pd按公式

计算，得设计功率

Pd?KA?P?1.3?5.5?7.15kW

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Pd?KA?P

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查普通V带选型图，根据Pd和n1选取V带型号为A型号

速比i按公式

i?n1n2

计算，得速比 i?查得普通V带轮的最小基准直径Dmin，

n1960??4.8n2200

初选小皮带轮计算直径 d1?75mm

Vmax?25?30m/s

Vmin?5m/s

验算带速V:

V???d1?n160?1000???75?96060?1000?3.77m/s?Vmin

查表得普通V带轮的基准直径系数，选取小皮带轮计算直径 d1=140mm 验算带速V： V???d1?n160?1000???140?96060?1000?7.03m/s

Vmin?V?Vmax

选取滑动率 ??0.02 大皮带轮计算直径d2按公式

d2?id1?1??? 大皮带轮计算直径

d2?id1?1????4.8?140?1?0.02??658.6mm

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查表得普通V带轮的基准直径系数，选取大皮带轮计算直径 d2=710mm 中心距a0符合

0.7?d1?d2??a0?2?d1?d2?

即

595?a0?1700

初定中心距 a0?800mm 带的基准长度Ldo按公式

Ldo?2ao??2 带的基准长度：

?d1?d2???d2?d1?24ao

Ldo?2ao??22?d2?d1??d1?d2??4ao?2?800??22?710?140??140?710??4?800?3036.03mm查表得V带型号、截面尺寸和基准长度圆整取 Ld?3150mm

中心距

a?a0?Ld?Ldo3150?3036.03?800??857mm 22

安装V带时所需最小中心距

amin?a?0.015Ld?857?0.015?3150?810mm 安装V带时所需最大中心距

amax?a?0.03Ld?857?0.03?3150?952mm 小皮带轮包角

?1?180??d2?d1710?140?57.3??180???57.3??142? a857符合?1?120?的条件。

查表得单根普通V带的基本额定功率P0/kW，选取单根V带额定功率

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P1?2.10kW

查表得单根普通V带额定功率的增量?P0/kW，选取i?1时，单根普通V带

kW 额定功率的增量 ?P1?0.109 查表得包角系数K?，选取包角修正系数 K??0.894

查表得长度系数KL，选取带长修正系数 KL?1.13

V带根数z按公式

z?

计算，得V带根数

Pd?P1??P1?K??KL

z?

Pd7.15??3.20?P1??P1?K??KL?2.10?0.109??0.894?1.13

圆整取 z=4

4.4.4凸缘法兰

凸缘法兰一般焊接于搅拌容器封头上，用于连接搅拌传动装置，亦可兼

作安装，维修，检查用孔。凸缘法兰分整体和衬里两种结构形式，密封面分突面（R）和凹面（M）两种。

本反应釜凸缘法兰焊接于搅拌容器封头上，采用整体结构形式，密封面采用突面（R）。根据搅拌轴的直径和附图，由表4-15凸缘法兰主要尺寸，选择公称直径DN=500mm，螺纹为M24，螺栓数量为20个，质量为102kg的R型凸缘法兰。

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表4-15凸缘法兰主要尺寸

4.4.5安装底盖

安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。

安装底盖的常用形式为RS和LRS型，其他结构（整体或衬里）、密封面形式（突面或凹面）以及传动轴的安装形式（上装或下装），按HG21565-95选取。

安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同。形式选取时应注意与凸缘法兰的密封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。

本反应釜安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接。采用RS型形式，整体结构、密封面形式（突面）以及传动轴的安装形式（上装），按HG21565-95选取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同，均为DN=500mm。 4.4.6机架

机架是安放减速机用的，它与减速机底座尺寸应匹配。V带减速机自带机架，选用其他类型标准釜用减速机按标准选配机架。标准机架有三种：

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1、 无支点机架 无支点机架的选用条件：

①电动机或减速机具备两个支点，并经核算确认轴承能够承受由搅拌轴传递而带来的径向和轴向载荷者；

②电动机或减速机有一个支点，但釜内设有底轴承，中间轴承或轴封本体设有可以作为支点的轴承，上下组成一对轴支撑者。

无支点机架一般仅适用于传递小功率和小的轴向载荷的条件。减速器输出的轴联轴器形式为夹壳式联轴器或刚性凸缘联轴器。 2、单支点机架

单支点机架的选用条件：

①电动机或减速机有一个支点，经核算可承受搅拌轴的载荷； ②搅拌容器内设置底轴承，作为一个支点； ③轴封本体设有可以作为支点的轴承；

④在搅拌容器内，轴中部设有导向轴承，可以作为一个支点者。

当按上述条件选用单支点机架时，减速器输出轴与搅拌器之间采用弹性联轴器连接；当不具备上述条件而选用单支点机架时，减速器输出轴与搅拌器之间采用刚性联轴器连接。 3、双支点机架

在不宜采用单支点机架或无支点机架，可选用双支点机架，但减速器输出轴与搅拌器之间必须采用弹性联轴器连接。选用双支点机架时必须考虑由于机架内有两个支承点的关系,机架高度相应增大。

由任务书给定，反应釜采用V带传动减速机。由于V带减速机自带机架，所以不用选配机架。 4.4.7联轴器

电机或减速机输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接，都是通过联轴器连接的。常用的联轴器有弹性块式联轴器，刚性凸缘联轴器，夹壳联轴器和紧箍夹壳联轴器等。

根据所选V带减速机的规格, 本反应釜采用刚性凸缘联轴器。查GT型凸缘联轴器主要参数及尺寸，选用联轴器的符号为GT-45，孔径为45，质量为16kg。

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4.5 反应釜的轴封装置设计

轴封是搅拌设备的一个重要组成部分。其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压力的真空状态以及防止反应物料逸出和杂质的渗入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式搅拌为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于反应工况复杂，轴的偏摆振动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于搅拌设备上。

反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种形式，它们都有标准，设计时可根据要求直接选用。 4.5.1 填料密封

填料密封是搅拌设备最早采用的一种轴封结构，它的基本结构是由填料，填料箱，压盖，紧压螺栓及油杯等组成。因其结构简单，易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用。一般用于常压，低压，低转速及允许定期维护的搅拌设备。 当采用填料密封时，应优先选用标准填料箱。标准填料箱中，HG21537.7-92为碳钢填料箱，HG21537.8-92为不锈钢填料箱。 填料箱密封的选用还注意以下几方面：

①当填料箱的的结构和填料的材料选择合理，并有良好润滑和冷却条件时，可用于较高的工作压力，温度和转速条件下；

②当填料无冷却，润滑时，转轴线速度不应超过1m/s;

③当搅拌容器内介质温度大于200℃时，应对填料密封进行有效冷却； ④当从填料箱油杯中压注密封润滑液时，润滑液流入容器内对工艺性能有影响时，应在填料箱下端轴上设置储油杯；

⑤填料箱一般可不设支承套，应将搅拌轴的支承设置在机架上。 4.5.2 机械密封

机械密封是一种功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封。主要用于腐蚀，易燃，易爆，剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备。

由于反应釜多采用立式结构，转速低，但搅拌轴直径大，尺寸长，摆动和振动较大，故机械密封常采用外装式（静环装于釜口法兰外恻），小弹簧（补偿机构中含有多个沿周向分布的弹簧），旋转式（弹性元件随轴旋转）的结构，当介质压力、温度低且腐蚀性大时，可采用单端面（由一对密封端面组成），非平衡

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型（载荷系数K≥1）的机械密封。当介质压力，温度高或介质为易燃，易爆，有毒时，应采用双端面（由两对密封面组成），平衡型（载荷系数K<1）的机械密封。

当搅拌设备采用机械密封时，在下列情况下，应采用必要的措施，以便保证密封使用性能，提高使用寿命。

①当密封腔介质温度超过80℃时，对单端面和双端面机械密封，都应采用冷却措施；

②为防止密封面干摩擦，对单端面机械密封，应采用润滑措施；

③当采用双端面机械密封时，应采用密封液系统，向密封端面提供密封液，用于冷却，润滑密封端面；

④必要时，应对润滑液，密封液进行过滤；

⑤当采用润滑及密封液系统时，需考虑一旦润滑液，密封液漏入搅拌容器内，应不会影响容器内物料的工艺性能，不会使物料变质，必要时应采用缓冲液杯和漏夜收集器等防污染措施。

本反应釜一般在常压，低压，低转速下使用,故采用填料密封。因其结构简单，易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用,且便于定期维护此搅拌设备。

4.6反应釜的其他附件设计

4.6.1 支座

夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。标准耳式支座（JB/T4725-92）分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上时选B型，否则选A型。

每台反应釜常用4个支座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。

本反应釜为夹套立式安装，不需要保温，选用B型标准耳式支座，耳座为4个。

耳式支座的实际承受载荷的近似计算：

?mg?Ge4?p?h?Ge?Se???3， Q??0??10?nG?kn?

本反应釜耳座单重m=8.3 Kg，支座的总质量为M=33.2Kg。

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4.6.2 手孔和人孔

手孔和人孔的设置是为了安装，拆卸，清洗和检修设备内部的装置。 手孔直径一般为150-250mm,应使工人带上手套并握有工具的手能方便的通过。当设备的直径大于900mm时，应开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆两种。 圆形人孔制造方便，应用较为广泛。人孔的大小及位置应以人进出设备方便为原则，对于反应釜，还要考虑搅拌器的尺寸，以便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。

由任务书给定，本反应釜需开设手孔，没有人孔。根据任务书要求,公称直径DN=100mm。本反应釜选用带颈平焊法兰手孔,突面(RF型)。由参考文献16表11-4手孔尺寸选用带颈平焊法兰手孔，螺柱为M16，数量为4个，螺母数为8个，总质量为13.3kg。

4.6.3 设备接口

化工容器及设备，往往由于工艺操作等原因，在筒体和封头上需要开一些各种用途的孔。 1、 接管与管法兰

接管和管法兰是用来与管道或其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是公称通径（DN）和公称压力（PN）。接管的伸出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm，当考虑设备保温等要求时，可取伸出长度为200mm。 管法兰分为：板式平焊法兰（PL），带颈平焊法兰（SO），带颈对焊法兰（WN）等，法兰密封面形式主要有突面（RF），凹凸面（MFM），榫槽面（TG）三种。本任务书要求蒸汽入口、加料口和冷凝水出口的公称直径DN=25，由公称直径与钢管外径，选用外径为32，质量为0.4kg的钢管。由标准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为100mm，内径为33mm，螺纹为M10，理论质量为0.65kg 的法兰。

表4-16工程直径与钢管外径

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视镜的公称直径DN=80，由表4-16公称直径与钢管外径，选用外径为89的钢管。由标准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为190mm，内径为91mm，螺纹为M16，理论质量为2.60kg 的法兰。

温度计管口的公称直径DN=65，由表4-16公称直径与钢管外径，选用外径为76，质量为1.7kg的钢管。由标准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为160mm，内径为78mm，螺纹为M12，理论质量为1.61kg 的法兰。

放料口的公称直径DN=40，由表4-16公称直径与钢管外径，选用外径为45的钢管。由标准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为130mm，内径为46mm，螺纹为M12，理论质量为1.20kg 的法兰。

手孔的公称直径DN=100，由表4-13公称直径与钢管外径，选用外径为108的钢管。由附表4-12标准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸，选用外径为100mm，内径为110mm，螺纹为M16，理论质量为3.02kg 的法兰。

2、 补强圈

容器开孔后由于壳体材料的削弱，出现开孔应力集中现象。因此，要考虑补强。补强圈就是用来弥补设备壳体因开孔过大而造成的强度损失的一种最常用形式。补强圈形状应与被补强部分相符，使之与设备壳体密切贴合，焊接后能与壳体同时受力。补强圈上有一小螺纹孔（M10），焊后通入压缩空气，以检查焊缝的气密性。补强圈的厚度和材料一般均与设备壳体相同。 当采用补强圈补强时，其接管壁厚可参照下列数值选取：

Ф108X6 Ф133X6 Ф159X8 Ф219X8 Ф273X8 Ф325X10 Ф377X10 本任务书要求蒸汽入口、加料口和冷凝水出口的公称直径为25，由补强圈尺寸系列选用厚度为6mm，质量为0.48kg的补强圈。

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视镜的公称直径为80，由补强圈尺寸系列选用厚度为6mm，质量为0.88kg的补强圈。

温度计管口的公称直径为65，由补强圈尺寸系列选用厚度为6mm，质量为0.71kg的补强圈。

放料口的公称直径为40，由补强圈尺寸系列选用厚度为6mm，质量为0.48kg的补强圈。

手孔的公称直径为100，由补强圈尺寸系列选用厚度为6mm，质量为1.02kg的补强圈。 3、液体出料管

出料管结构设计主要从物料易放尽，阻力小和不易堵塞等因素考虑。另外还 要考虑温差应力的影响。

本反应釜的釜壁温度与夹套壁温相等，采用图液体出料管图。

根据任务书要求放料口的公称直径为40，由出料管尺寸得出料管的直径 ，得

d1?75?40?115mm

4-17 出料管尺寸

4、 过夹套的物料进出口

根据附图，物料进出口的结构均按过夹套的物料进出口图。

根据任务书要求冷凝水出口和加料口的公称直径为25，由表出料管尺寸得出料管的直径 ，得

d1?75?25?100mm

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5、 夹套进气管

当夹套装设进气管时，要防止直冲罐壁，影响罐体强度。 根据附图，蒸汽入口和压缩空气入口的结构均采用夹套进气管图。 6、视镜

视镜主要用来观察设备内物料及其反应情况，也可作为料面指示镜，一般成对使用，当视镜需要斜装或设备直径较小时，采用带颈视镜。

根据附图，本反应釜的视镜需要斜装，因此采用带颈视镜。

根据任务书要求视镜的公称直径为80。由参考文献查得选取螺柱数量为8，直径为M12，质量为6.8kg，材质为碳素钢，标准图号HGJ501-86-4的视镜，数量为2个，总质量为13.6kg。

5. 设计小结

这是我第一次做课程设计，对待自己从未接触的东西总是会有一种难以名状的恐惧。但我相信迈出第一步，以后的路就会越走越顺畅，于是我怀着一种挑战自己的心境开始了自己的课程设计。

可以说，刚开始的我根本不知道从什么地方着手，找资料就花了我很长的时间。还好有一本课程设计参考，最后不知所措的我最后还是在这本书里有了些概念。

关于专业知识，我在前面已经有详细说明了，这里就不多解释。我还是多说说自己关于整个设计流程的心得体会吧。

1、自我学习的能力很重要。课程设计可以让我们学会怎样把课本的知识用于实际生产，但是老师上课的时间很有限，我们头脑里知识的覆盖面也非常狭小。涉及到实际生产，复杂而艰巨的难题就赤裸裸把在我们面前，对于自己没学到过的但是设计里必须用到的知识，只能通过自己自学把它搞懂，这时候毅力显得无比重要。

2、查表格的能力非常重要。真理是什么？真理就是指标，就是一张张庞大的表格，一条条错综复杂的线，一个个有具体数据的点。有些人可能对这个很不以为然，以为表格和参考图形已经是现成的，就不用担心什么。其实像查数据这种最基本的小事未必有想象的那么简单，只有自己亲身经历才会体会其中的规

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律。

3、格式一定要规范。没有规矩不成方圆，就算你设计得再流光溢彩，趣味横生，要是没有一个正确简洁明了的格式作为你的基础，一切都是徒劳。 当然，这只是我个人的想法，而且我也是第一次经历，自己本身就是个新手，我的设计里面液肯定还有很多不足，希望老师同学能给与宝贵的意见。另外，非常感谢帮助我的学长和同学，学长他们比我们有经验，他们的帮助是功不可没的也是非常有必要的。

6.参考文献

【1】 蔡纪宁，张莉彦，化工设备机械基础课程设计指导书（第二版）. 北京；化学工业出版社，2011.

【2】 董大勤， 化工设备机械基础. 北京；化学工业出版社 【3】 JB4710-92《钢制塔式容器》 【4】 HG/T20569-94《机械搅拌设备》

【5】 GB150-1998《钢制压力容器》

【6】 HG 21563～21572—95 HG 21537.7～8—92《搅拌传动装置》 【7】 HG 20652-1998《塔器设计技术规定》

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