化工机械基础课程设计.doc

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1、 化工机械课程设计说明书（2010届）题 目 学 院 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 目录1.夹套反应釜设计任务书12.设计方案分析和拟定33罐体和夹套设计 4 3.1几何尺寸 4 3.2强度计算4 3.3稳定性校核（按内压校核厚度）5 3.4水压试验校核7 3.5V带减速机 7 3.5.1电动机7 3.5.2 V带减速机7 3.6轴承、联轴器的选择8 3.6.1管口表 7 3.6.2管法兰表 7 3.6.3设备法兰的选择 8 3.7搅拌传动系统设计9 3.7.1搅拌器选择 9 3.7.2搅拌轴设计 9 3.8轴封形式10 3.9凸缘法兰及安装底盖10 3.9.1凸缘法兰

2、 10 3.9.2安装底盖 10 3.10支座形式的选择 10 3.11接管、管法兰及设备法兰的选择 10 3.11.1接管的选择 11 3.11.2管法兰的选择 11 3.11.3设备法兰的选择 114.参考文献125.个人总结12 1、夹套反应釜设计任务书一、设计内容设计一台夹套传热式带搅拌的反应釜。二、设计参数和技术特性指示容器内夹套内设计压力/Mpa0.20.3设计温度/ C100150介质燃料及有机溶剂蒸汽全容积/ m31.81.53微弱Q235-A推进式2004操作容积/ m3传热面积/ m2腐蚀情况推荐材料搅拌器形式搅拌轴速度/(r/min)轴功率/kW三、设计要求 1、进行罐体

3、和夹套设计计算。2、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（指定选用库存电机Y132M2-6,转速960r/min，功率5.5KW）；（3）进行上轴的结构设计和强度校核； （4）选择轴承、进行轴承寿命校核；（5）选择联轴器；（6）进行罐内搅拌轴的结构、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计；（7）选择轴封结构；3、设计机架结构。4、选择凸缘法兰及安装底盖结构。5、选择支座形式并进行计算。6、选择接管、管法兰、设备法兰、手孔、视镜等容器附件。7、绘制总装配图（A0或A1图纸）。2、设计方案的分析和拟定一、夹套反应釜的总体结构主要由：搅拌容器：罐体和夹套，

4、主要由封头和筒体组成 搅拌装置：搅拌器和搅拌轴 传动装置：为带动搅拌装置设置的，由电动机、减速机、联轴器和传动轴等组合而成 轴封装置：动密封，一般采用机械密封或填料密封 支座接管及一些附件二、夹套反应釜机械设计步骤先阅读任务书，然后设计1. 罐体和夹套的设计 结构设计 罐体几何尺寸设计 夹套几何尺寸设计 强度校核2. 反应釜的搅拌装置确定搅拌的形式：推进式，与轴的连接是通过轴套用平键或是深定螺钉固定搅拌轴设计：搅拌轴的材料；结构；校核强度；支承；轴的临界转变校核计算。 3. 反应釜的传动装置 电机、减速器的选型，选择联轴器，选用和设计机桨和底座。 主要是设计V带，根据选用的功率、转速。4. 反

5、应釜的轴封装置 填封密封是由填料箱、压盖、压紧螺栓及油杯等组成。一般用于常压、低压、低转速及允许定期维护的搅拌装置。 机械密封的搅拌装置：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。三、反应釜的其他附件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 支座分为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。2. 设备接口： 接管与管法兰； 补强圈； 液体出料口 ； 过夹套的物料进出口； 夹套进气管； 3 . 视镜：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。3、夹套反应釜设计计算

6、3.1几何尺寸：步骤项目及代号参数及结果备注1-1全容积V，m3由工艺条件给定1-2操作面积V1,m3由工艺条件给定1-3传热面积F,由工艺条件给定1-4釜体形式常用结构1-5封头形式常用结构1-6长径比i=H1/D1计算1-7初算筒体内径按参考文献2式4-1选取1-8圆整筒体内径D1,按参考文献2附录表D-1选取1-9一米高的容积V1m,m3按参考文献2附录表D-1选取1-10釜体封头容积V1封,m3按参考文献2附录表D-2选取1-11釜体高度H1=(VV1封)/V1m,m按参考文献2式4-2计算1-12圆整釜体高度H1,mm选取1-13实际容积V=V1mH1+V1封,m3按文献2式4-3计

7、算1-14夹套筒体内径D2,mm按参考文献2表4-3选取1-15装料系数=V操/V或按=0.60.85选取计算1-16夹套筒体高度H2(VV1封)/V1m,m按文献2式4-3计算1-17圆整夹套筒体高度H2,mm选取1-18罐体封头表面积F1封,m2按参考文献2附录表D-2选取1-19一米高筒体内表面积F1m,m2按参考文献2附录表D-1选取1-20实际总传热面积F=F1mH2+F1封，m2计算并按文献2式4-5校核3.2强度计算（按内压计算厚度）步骤项目及代号参数及结果备注2-1设备材料由工艺条件给定2-2设计压力（罐体内）p1,MPa由工艺条件给定2-3设计压力（夹套内）p2,MPa由工艺

8、条件给定2-4设计温度（罐体内）t1,由工艺条件给定2-5设计温度（夹套内）t2,由工艺条件给定2-6液柱静压力p1H=10-6gh,MPa计算2-7计算压力p1c=p1+p1H,MPa计算2-8液柱静压力p2H,MPa忽略2-9计算压力p2c=p2计算2-10罐体及夹套焊接接头系数按参考文献1表10-9选取2-11设计温度下材料许用应力t, MPa按参考文献1附表6选取2-12罐体筒体计算厚度按参考文献1第十章P159页公式计算2-13夹套筒体计算厚按参考文献1第十章P159页公式计算2-14罐体封头计算厚度按参考文献1式10-32(标准椭圆封头)计算2-15夹套封头计算厚按参考文献1式10

9、-32(标准椭圆封头)计算2-16取最小厚度min作为计算厚度，mm不满足刚度条件，按参考文献1第九章选取2-17腐蚀裕量C2,mm按参考文献1第十章P161选取（按双面腐蚀）2-18钢板厚度负偏差C1,mm按参考文献1表10-10选取（钢板厚度按6mm选取）2-19罐体筒体设计厚度1c=1+C2,mm按参考文献1式10-12计算2-20夹套筒体设计厚度2c=2+C2,mm按参考文献1式10-12计算2-21罐体封头设计厚度/1c=/1+C2,mm按参考文献1式10-12计算2-22夹套封头设计厚度/2c=/2+C2,mm按参考文献1式10-12计算2-23罐体筒体名义厚度1n=1c,mm圆整

10、取数，min-1C12-24夹套筒体名义厚度2n,mm圆整取数, min-2C12-25罐体封头名义厚度/1n,mm圆整取数, min-1/C12-26夹套封头名义厚度/2n,mm圆整取数, min-2/C13.3 稳定性校核（按外压校核厚度）步骤项目及代号参数及结果备注3-2罐体筒体名义厚度n ，mm根据计算结果假设3-2厚度附加量C=C1+C2按参考文献1第十章P161选取，并计算3-3罐体筒体有效厚度e=n-C，mm按参考文献1第十章计算3-4罐体筒体外径DO=D1+2n ，mm按参考文献1第十章计算3-5筒体计算长度L=H2+1/3h1 ，mm按参考文献1第十章计算3-6系数L/DO按

11、参考文献1第十章计算3-7系数DO/e按参考文献1第十章计算3-8系数A查参考文献1图10-153-9系数B查参考文献1图10-173-10许用外压 p =B/(DO/e )按参考文献1式10-25计算3-11罐体筒体名义厚度n ，mm假设钢板厚度负偏差C1,mm按参考文献1表10-10选取3-12厚度附加量C=C1+C2按参考文献1第十章计算3-13罐体筒体有效厚度e=n-C ，mm按参考文献1第十章计算3-14罐体筒体外径DO=D1+2n ，mm按参考文献1第十章计算3-15筒体计算长度L=H2+1/3h1 ，mm按参考文献1第十章计算，h1按参考文献2附表D-2选取 3-16系数L/DO

12、按参考文献1第十章计算3-17系数DO/e按参考文献1第十章计算3-18系数A查参考文献1图10-153-19系数B查参考文献1图10-173-20许用外压 p =B/(DO/e )按参考文献1式10-25计算3-21罐体封头名义厚度n ，mm假设3-22罐体封头钢板厚度负偏差C1,mm按参考文献1表10-10选取3-23厚度附加量C=C1+C2按参考文献1第十章P161选取，并计算3-24罐体封头有效厚度/e=/n-C ，mm按参考文献1第十章计算3-25罐体封头外径D/O=D/1+2/n ，mm按参考文献1第十章计算3-26标准椭圆封头当量球壳外半径R/O=0.9D/O,mm按参考文献1第

13、十章P176计算3-27系数A=0.125/(R/O/e )按参考文献1式10-35计算3-28系数B查参考文献1图10-163-29许用外压力按参考文献1式10-34计算，稳定性满足要求3-30罐体封头最小厚度min=0.15% , D1 ，mm满足3.4 水压试验校核步骤项目及代号参数及结果备注4-1罐体实验压力按参考文献1式10-17计算4-2夹套水压实验压力按参考文献1式10-17计算4-3材料屈服点应力S,MPa按参考文献1附录6选取4-4T0.9S,MPa按参考文献1式10-19计算4-5罐体圆筒应力按参考文献1式10-19计算4-6夹套内压实验应力按参考文献1式10-19计算3.

14、5 V带减速机3.5.1电动机电动机型号额定功率Kw减载转速r/min堵转转矩最大转矩额定转矩额定转矩3.5.2 V带减速机 （1）特点：结构简单，制造方便，价格低廉，能防止过载，噪声小。 （2）减速机的基本形式和主要尺寸。 （3）减速机的设计重点是V带轮的设计计算。V带轮的设计计算和步骤如下：（见参考文献2表4-22）步骤设计项目单位公式及数据备注6-1传动的额定功率PKW已知电机功率6-2小皮带轮转速n1r/min已知电机转速6-3大皮带轮转速n2r/min已知搅拌机转速6-4工况系数Ka由参考文献1表14-4选取6-5设计功率PdkW计算6-6选V带型号根据参考文献1图14-5选取6-7

15、传动速比i计算6-8小皮带轮计算直径d1mm按参考文献1表14-5初选6-9验算带速vm/svmax =25-30 m/svmin=5 m/s6-10滑动率选取6-11大皮带轮计算直径dzmm计算后按参考文献1表14-5圆整6-12初定中心距a0mm可根据结构要求定6-13带的基准长度Ld0mm计算后按参考文献1表14-2圆整6-14确定中心距a（确定安装V带时所需最小中心距amin和最大中心距amax ）mmamin=a-0.015Ldamax=a+0.03 Ld按参考文献1式14-12计算6-15小皮带轮包角1()按参考文献1式14-13计算6-16单根V带额定功率P1kW由参考文献1表1

16、4-6选取6-17i1时，单根V带额定功率增量P1kW由参考文献1表14-6选取6-18包角修正系数K由参考文献1表14-7选取6-19带长修正系数KL由参考文献1表14-8选取6-20V带根数z计算后圆整3. 6 轴承、联轴器的选择（1）有工艺条件可知，轴承选用脚接触球轴承角接触球轴承的主要尺寸如下：（按参考文献2附录表E-1选取）基本尺寸/mm基本额定载荷/kN极限转速r/min质量/kg轴承代号其他尺寸/mm安装尺寸/mmdDBCrCor脂油Wd2D2arminr1mind aminD aminr amin（2）联轴器选用GY型凸缘联轴器型号公称转矩 Tn/N. m许用转矩nr/min轴

17、孔直径d1、d2轴孔长度L(Y型)DD1bb1S转动惯量I/kg.m2质量m/kg3.7 搅拌传动系统设计3.7.1 搅拌器选择搅拌装置：由工艺条件可知搅拌器采用推进式搅拌器，其直径DJ常取罐体内经D1的0.2-0.5，以DJ=0.33* D1最为常见，常用与n=100500r/min的场合。推进式搅拌器的主要尺寸见参考文献2表4-6 /mmDJDd1D0键槽H质量KgN/nBt不大于3.7.2 搅拌轴设计搅拌器的机械设计酮一般转动轴。搅拌轴材料选用45号钢，搅拌轴转速200r/min。（1） 搅拌轴轴的强度校核，步骤如下：（见参考文献2表4-11）步骤项目及代号参数及结果备注5-1轴功率 P

18、，kW由工艺条件确定5-2轴转数n，r/min由工艺条件确定5-3轴材料常用5-4轴所传动的扭矩按参考文献1第五章式5-2计算5-5材料许用扭转剪应力,MPa45号钢取30405-6系数A0按参考文献1第十七章17-1选取5-7轴端直径按参考文献1第十七章式17-3计算5-8开一个键槽，轴径扩大5%，mm按参考文献1第17章计算5-9圆整轴端直径d，mm圆整选取（2） 搅拌轴的结构：实心直轴，与联轴器配合使用，搅拌器与轴的连接是通过轴套用平键或紧钉固定，轴端加固定螺母。（3） 搅拌轴的形位公差和表面粗糙度的要求：一般搅拌轴要求运转平稳，设计转速为200r/min，则直线允差1000：0.13.

19、8 轴封形式的选择由工艺条件给定，选用填料密封（参考文献1附录表E-13） /mm轴径dD1D2D3（h6）H(PN=0.6)法兰螺栓孔填料规格质量/kg(PN=0.6)n3.9凸缘法兰及安装底盖3.9.1凸缘法兰：DND1/4选用R型凸缘法兰，标准号HG-21564-1995，参考文献2附录表D-6，尺寸如下： /mm公称直径DNd1d2kd3d4h1h2h4螺栓d5R1R2质量kgR型数量螺纹d6h33.9.2安装底盖，参考文献2附录表D-7 /mm 安装底盖公称直径DN机架公称直径d2kd5d6（h7）k1d7S3.10支座形式的选择由于立式反应釜为夹套传热带搅拌的配料罐，属于保温型所以

20、选择标准耳式B型，标准号为JB/T4725-92，材料为Q235-A，由容器公称直径DN=1200mm查参考文献2附录D-9得如下主要尺寸：支座号允许载荷Q，kN适用容器公称直径DN高度H底板垫板B型筋板l1b11s1l3b33el2b22支座号允许载荷Q，kN地脚螺栓B型盖板支座质量kgb443.11 接管、管法兰及设备法兰的选择3.11.1 管口表 /mm符号公称直径连接尺寸标准连接面形式用途或名称A25PL25-1.0RF HG20592-09PL/RF蒸汽入口B65PL25-1.0RF HG20592-09PL/RF加料口C1，C2100视镜D25PL65-1.0RF HG20592-

21、09PL/RF温度计接口E25PL25-1.0RF HG20592-09PL/RF压缩空气入口F40PL40-1.0RF HG20592-09PL/RF放料口G25PL25-1.0RF HG20592-09PL/RF冷凝水出口3.11.2 管法兰 参考文献2附录D-12 /mm符号公称直径DN钢管外径B法兰内径B连接尺寸六角头螺栓密封尺寸法兰厚度C坡口厚度b法兰近似质量Kg螺柱法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺纹Th螺栓长度LSR螺柱质量kg突台直径d突台高度f1螺柱长度LZR螺柱质量kgABCDEFG3.11.3 设备法兰的选择查参考文献2附表D-4可知甲型平焊法兰可满足工艺条件，法兰材料取Q235-A，由参考文献2附表D-5可采取凹凸面密封面，垫片材料选用耐油石油橡胶板，螺栓材料GB700Q235-A，螺母材料为Q235-A查阅相关文献可得乙型平焊法兰尺寸如下：PN=0.6MPa /mm公称直径DN法兰螺柱法兰质量，KgDD1D2D3D4d规格数量平面凸面凹面4.参考文献文献1：化工机械基础第二版；陈国恒主编；化工工业出版社。文献2：化工设备机械基础课程设计指导书第二版；蔡纪宁，张莉彦主编；化学工业出版社。