反应釜课程设计正文

设计条件及设计内容分析

由设备条件单可知，设计的反应釜容积为1.8m、操作容积为1.54m；搅拌装置配置的电机功率为3.0KW、搅拌轴转速为85r/min、搅拌桨形式为框式；加热方式为用夹套内导热油进行电加热；装置上有8个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、10个电加热套管、1个固体物料进口、1个测控接管。反应釜设计的主要内容有： （1）、釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计； （2）、夹套的强度、刚度计算和结构设计；

（3）、设计釜体的法兰连接结构、选择接管、管法兰； （4）、人孔的选型及补强计算； （5）、支座的选型及验算； （6）、视镜的选型；

（7）、焊缝的结构及尺寸设计； （8）、电机、减速机的选型；

（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）、绘制总装配图及搅拌轴零部件等。

3

3

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

对于直立的反应釜来说，釜体的设备容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积，即 V=VT+VF

式中 VT —设备筒体部分容积，m; VF —封头容积，m。

根据V及选定的L/Di值，将釜体视为圆柱形筒体，可以初步估算筒体内径，且根据设备条件单知L/Di=1.1。

由题可知L/Di=1.2 且V?(?Di2/4)?L=1.8 则Di?3

3

4V4?1.8?3?1.28,圆整后Di=1300mm， L33.14?1.1?Di2

根据规定DN取1200mm。

1.1.2 釜体PN得确定

因操作压力为PW=0.58MPa，查标准得PN=0.6MPa 1.2 釜体筒体壁厚的设计 1.2.1 设计参数的确定

因釜体上装有安全阀，取P=1.1PW

P=1.1PW=1.1?0.58=0.638MPa

??1.0,(100%无损探伤)，C1?0.25，因带有夹套，双面腐蚀C2=1,

查表得0Cr18Ni10Ti材料[?]t?137MPa

1.2.2 筒体壁厚的设计

由公式Sn=

PcDi2[?]t??P?C得 c由SPn=

cDi0.638?12002[?]t??P?C=?c2?137?1.0?0.6380.25?1?4.05mm 考虑不锈钢常用厚度为5mm,则取Sn=5mm

1.3 釜体封头的设计 1.3.1 封头的选型

由题目可得该反应釜的封头采用标准椭圆形封头，类型是EHA。 1.3.2

设计参数的确定

P=1.1PW=1.1?0.58=0.638MPa，PL=0.0132MPa（可忽略，道理同上） 压力同釜体PC=P=0.638MPa

?=1（双面焊，100%无损探伤）

C1=0.25mm C2=1mm(双面腐蚀), 查表得0Cr18Ni10Ti材料[?]t?137MPa

1.3.3 封头的壁厚的设计

由公式得SPDn=

ci0.638?12002[?]t??0.5P?C=c2?137?1?0.5?0.638?0.25?1=4.38mm 取封头Sn与筒体一致，则Sn=5mm

1.4 筒体长度H的设计

1.4.1 筒体长度H的设计

由DN=1200mm查EHA标准可知V3

F=0.2545m

3

筒体每米高容积V1=1.131m/m，则：

3

V?V1.8?0.2545 筒高估算为H?FV??1.37 11.131圆整取 H=1370mm

1.4.2 釜体长径比L/Di的复核

釜体长度为L?H?h?13h1i?1370?25?3(325?25)?1495mm 圆整后L=1500mm 长径比复核为

L1500D??1.25 i12001.5 外压筒体壁厚的设计 1.5.1 设计外压的确定

PC=0.1MPa

1.5.2 试差法设计外压筒体的壁厚

设筒体的壁厚为Sn=5mm Se=Sn-C=5-1.25=3.75mm D0=Di+2Sn=1200+2?5=1210mm

由Lcr=1.17 D1/2

0（D0/ Se）得Lcr=1.17?1210×(1210/3.75)1/2

=25430.1mm

L=1500mm?Lcr=25430.1mm

?该筒体为短圆筒，圆筒的临界压力Pcr=2.6ES21/2e/[LD0(D0/Se)]

查文献1中图15-7得E=1.86?105

代入

得Pcr=2.6?1.86?105

?3.752

/[1500?1210?(1210/3.75)1/2

]=0.208MPa

[P]=Pcr/m对于圆筒 m=3 得 [P]=0.208/3=0.069MPa

由于[P]＜PC，则假设不合理。

再取Sn=6mm，Se=Sn-C=6-1.25=4.75mm，D0=Di+2Sn=1200+2?6=1212mm

则：P2.6?1.86?103?4.752cr?1500?1212?1212?0.376MPa

4.75[P]?Pcr3?0.125MPa＞PC，假设Sn=6mm合理。 1.5.3 图解法设计筒体的壁厚

设Sn=6mm，Se=Sn-C=6-1.25=4.75mm，D0=Di+2Sn=1200+2?6=1212mm L/DO=1.25，DO/ Se=255.16

查文献1中图15-4得A=0.00026，再查图15-7得B=32MPa

4

则P?B?SeD?0.125MPa 0于是P＞PC，设计合理。

1.6 外压封头壁厚的设计 1.6.1 设计外压的确定 PC=0.1MPa 1.6.2 封头壁厚的计算

设封头的壁厚为Sn=6mm Se=Sn-C=4.75mm 参考文献1中公式15-5

[P]?0.0833E0.0833?1.86?103(D2?2?0.238MPa 0/Se)(1212/4.75)[P]＞PC，设计合理。

综上所述，取内压和外压两者中最大壁厚，即筒体与封头Sn=6mm。

第二章 反应釜夹套的设计

2.1 夹套釜体DN，PN得确定 2.1.1 夹套釜体DN得确定 Dj=Di+300=1200+300=1500mm

根据规定，DN=1500mm

2.2.2 夹套釜体PN得确定

因操作压力为常压 查得PN=0.25MPa

2.2 夹套筒体的设计

2.2.1 设计参数的确定

P=1.1PW=1.1?0.1=0.11MPa

因为釜体内反应物浓度与水相近，故按水计算反应物静压，即： P3

-6

液=?gh=1.0?10?10?1.6?10=0.016MPa

?P液P?100%?0.0160.11?100%?14.5%?5% ?P液不能忽略 5

PC=P+P液=0.11+0.016=0.126MPa，

t=130℃，?=0.85（由于检测不便，作局部检测），C1=0.25，C2=1mm（夹套外

有保温层，为单面腐蚀），查Q235-B的[?]t

=113MPa

2.2.2 夹套筒体壁厚的设计

设夹套筒体壁厚Sn=4mm 由公式SPn=

cDi2[?]t??P?C得

cS0.126?1500n?2?113?0.85?0.126?0.25?1?2.23

圆整Sd=4mm Sn=Sd 因此假设合理 按刚度条件重新校核

由于Di=1400<3800mm，则Smin=2Di/1000且Smin≥3mm, 于是Smin=3mm，S≥Smin+ C2=4mm 圆整Sn=4mm

2.2.3 夹套筒体的长度确定

Hj=

?V?VhV?1.54?0.254511.131=1.14m=1140mm

圆整 Hj=1200mm

2.3 夹套封头的设计 2.3.1 封头的选型

由所给题目可得封头采用椭圆形封头，类型是EHA。 2.3.2 设计参数的确定

因为釜体内反应物浓度与水相近，故按水计算反应物静压，即：

P液=?gh=1.0?103

?10?1.6?10-6

=0.016MPa

?P液P?100%?0.0160.11?100%?14.5%?5% ?P液不能忽略 PC=P+P液=0.1?1.1+0.016=0.126MPa

2.3.3 封头的壁厚的设计

设夹套封头的壁厚Sn=4mm [?]t

=113MPa C1=0.25mm C2=1mm

6

由?max?MMT337164.7?8429.1 ?[?] 得： W??T?[?]40W?33搅拌轴为实心轴，则：W??0.2d 得d?圆整后考虑腐蚀裕量，取d=40mm

w?0.2?38429.1=34.8mm 0.25.1.2 搅拌轴刚度校核 ?max? ?max?MTmax180??103得 GJ??2337164.718?=0.9433°/m<[?]=1.0°/m

8?0.1?404? 所以圆轴的刚度足够，考虑到搅拌轴与联轴器配合，取d=50mm

5.2 搅拌轴临界转速校核计算

由于反应釜的搅拌轴转速n=85r/min＜200r/min，故不作临界转速校核计算。

5.3 联轴器的型式及尺寸的设计

5.3.1 联轴器型式的确定

由于选用摆线针轮减速机，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节（D型）。

标记为：DN 50 HG5-213—65，结构如图。由文献分别确定联轴节的尺寸和零件及材料，尺寸如表，零件及材料如表。由于联轴节轴孔直径DN=50mm，因此搅拌轴的直径d调整至50mm。

5.3.2 联轴器的结构及尺寸

立式夹壳联轴节

1- 夹壳；2-悬吊环；3-垫圈；4-螺母；5-螺栓

查文献4填下表

夹壳联轴节的尺寸

D d1 d2 d3 L l1 l2 l3 螺栓 17

轴孔直径DN 50 数量 规格 135 62 42 90 190 δ 18 34 83 6 6 M12 l4 94 l5 5 l6 70 l7 100 b 16 f 0.6 R 0.4 5.3.3 联轴节的零件及材料 夹壳联轴节的零件及材料

件名 称 材 料 件 名 称 材 料 号 号 1 左、右ZG-1Cr18Ni9Ti(GB2100) 4 螺 0Cr18Ni9Ti(GB/T 夹壳 母 6170) 2 吊 环 0Cr18Ni9Ti(GB4385 Ⅲ) 5 螺 A2-70(GB/T 栓 5782) 3 垫 圈 A-140(GB/T 97.2)

5.4 搅拌桨尺寸的设计 5.4.1 框式搅拌桨的结构

框式搅拌桨的结构如图所示。由文献[5]表确定不锈钢框式搅拌桨的尺寸见

表，零件明细表见表。

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

5.4.2 框式搅拌桨的尺寸

框式搅拌桨的尺寸

Dj

d 螺栓 螺孔 螺栓 螺孔 δ a 18

d1 1140 50 M16 数量 2 d2 16.5 d3 M12 数量 8 d4 13 4 重量 19 70 H 910 h1 285 h2 420 c 170 e 5 m 120 f 35 f1 — P/n 不大于0.088 5.4.3 框式搅拌桨零件明细表

零件明细表

件号 1 2 3 4 名称 桨叶 横梁 筋板 连接螺栓 数量 2 2 4 8 材料 Cr18Ni12Mo2Ti Cr18Ni12Mo2Ti Cr18Ni12Mo2Ti Cr18Ni12Mo2Ti 件号 5 6 7 名称 螺母 穿轴螺栓 螺母 数量 8 2 4 材料 Cr18Ni12Mo2Ti Cr18Ni12Mo2Ti Cr18Ni12Mo2Ti 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+ L2+ L3

其中L1=H-M (H:机架高；M:减速机输出轴长度)

L1=500-76=424mm

L2=HT+HF-Hi (HT:釜体筒体长度;HF:封头深度;Hi:液体的装填高度)

液体装料高度Hi的确定：

釜体筒体的装填高度H1?Vc?VF?

43

Di23

式中VC—操作容积(m)；VF—釜体封头容积(m)；Di—筒体的内径(m)

H1=

1.54?0.2545?4=1.1372m

?1.22液体的总装填高度Hi=H1+h1+h2=1137.2+325+25=1487.2m

L2=1367+2×（25+325）-1487.2=582.8mm 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?22Di?Hi（见文献[4]215） 3319

当Di=Hi时为最佳装填高度；当Di

由于Hi=1487.2mm＞Di=1200mm，本设计需使用两层搅拌桨，但由于是框式搅拌桨，无法选用两层，故本设计使用单层搅拌桨。

搅拌桨浸入液体内的最佳深度为：S=2Hi/3=2?1487.2/3=991.47mm 故浸入液体的长度L3=991.5mm

搅拌轴的长度L为：L=424+582.8+991.5=1998.3mm 圆整 取L=2000mm

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 (L4:搅拌轴深入釜内的长度，d=50mm时取350mm)

L=500-76+350=775mm 取L=775mm

搅拌轴下部分的轴长为L=L-L=2000-775=1225mm

//

/

/

/

/

第六章 传动装置的选型与尺寸设计

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（防爆标志dⅡAT4）。根据电机的功率P＝3.0KW、转速n＝1500r/min，由文献[5]选用的电机型号为：YB100L2-4。

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＝3.0KW、搅拌轴的转速n＝85r/min、传动比i为1500/ 85＝17.65，选用直联型一级摆线针轮减速机（HG5-745-78），标记ZLD3.0—4A—17。由文献[6]确定其安装尺寸，直联摆线针轮减速机的外形见图、安装尺寸如表。

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直连摆线针轮减速机

6.2.2 减速机的外形安装尺寸：

减速机的外形安装尺寸

D2

260

D3

230

D4

200

D

50

DM

n?d

6-?11

P

4

E

15 CF

218

h

53.5

b

14

B

M

76

e

61

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XD型D单支点机架（HG21566—95）。由搅拌轴的直径d＝50mm可知，机架的公称直径DN250。尺寸如表。

XD型D单支点机架尺寸

Di 245 DL 295 D3 340 D4 330 D5 360 n+? 8-?22 H 220 辅型号 46210 机架质量A 44kg 6.4 底座的设计

对于不锈钢设备，本设计采用图底座的结构，其上部与机架的输出端接口和

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