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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………………………………………………………………
43.1几何尺寸…………………………………………………………………
43.2强度计算……………………………………………………………………
43.3稳定性校核(按内压校核厚度)…………………………………………
53.4水压试验校核………………………………………………………………
73.5V带减速机…………………………………………………………………
73.
5.1电动机……………………………………………………………………
73.
5.2V带减速机………………………………………………………………
73.6轴承、联轴器的选择………………………………………………………
83.
6.1管口表………………………………………………………………
73.
6.2管法兰表……………………………………………………………
73.
6.3设备法兰的选择……………………………………………………
83.7搅拌传动系统设计…………………………………………………………
93.
7.1搅拌器选择…………………………………………………………
93.
7.2搅拌轴设计…………………………………………………………
93.8轴封形式……………………………………………………………………
103.9凸缘法兰及安装底盖………………………………………………………
103.
9.1凸缘法兰……………………………………………………………
103.
9.2安装底盖……………………………………………………………
103.10支座形式的选择…………………………………………………………
103.11接管、管法兰及设备法兰的选择………………………………………
103.
11.1接管的选择……………………………………………………………
113.
11.2管法兰的选择…………………………………………………………
113.
11.3设备法兰的选择………………………………………………………
114.参考文献…………………………………………………………………………
125.个人总结…………………………………………………………………………
121、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/Mpa
0.
20.3设计温度/C100150介质燃料及有机溶剂蒸汽全容积/m
31.
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,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⑴结构设计⑵罐体几何尺寸设计⑶夹套几何尺寸设计⑷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⑴搅拌轴的材料;⑵结构;⑶校核强度;⑷支承;⑸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⑴接管与管法兰;⑵补强圈;⑶液体出料口;⑷过夹套的物料进出口;⑸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
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V1m3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V1mm3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=V—V1封/V1mm按参考文献2式4-2计算1-12圆整釜体高度H1mm选取1-13实际容积V=V1m×H1+V1封m3按文献2式4-3计算1-14夹套筒体内径D2mm按参考文献2表4-3选取1-15装料系数η=V操/V或按η=
0.6~
0.85选取计算1-16夹套筒体高度H2≥ηV-V1封/V1mm按文献2式4-3计算1-17圆整夹套筒体高度H2mm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F1mm2按参考文献2附录表D-1选取1-20实际总传热面积F=F1m×H2+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)p1MPa由工艺条件给定2-3设计压力(夹套内)p2MPa由工艺条件给定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=10-6ρghMPa计算2-7计算压力p1c=p1+p1HMPa计算2-8液柱静压力p2HMPa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φ按参考文献1表10-9选取2-11设计温度下材料许用应力[σ]tMPa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10-32标准椭圆封头计算2-16取最小厚度δmin作为计算厚度δ,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C2mm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C1mm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δ1c=δ1+C2mm按参考文献1式10-12计算2-20夹套筒体设计厚度δ2c=δ2+C2mm按参考文献1式10-12计算2-21罐体封头设计厚度δ/1c=δ/1+C2mm按参考文献1式10-12计算2-22夹套封头设计厚度δ/2c=δ/2+C2mm按参考文献1式10-12计算2-23罐体筒体名义厚度δ1n=δ1cmm圆整取数,δmin-δ1C12-24夹套筒体名义厚度δ2nmm圆整取数δmin-δ2C12-25罐体封头名义厚度δ/1nmm圆整取数δmin-δ1/C12-26夹套封头名义厚度δ/2nmm圆整取数δmin-δ2/C
13.3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δn,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δe=δn-C,mm按参考文献1第十章计算3-4罐体筒体外径DO=D1+2δn,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按参考文献1第十章计算3-7系数DO/δe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/δe按参考文献1式10-25计算3-11罐体筒体名义厚度δn,mm假设钢板厚度负偏差C1mm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δe=δn-C,mm按参考文献1第十章计算3-14罐体筒体外径DO=D1+2δn,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按参考文献1第十章计算3-17系数DO/δe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/δe按参考文献1式10-25计算3-21罐体封头名义厚度δn,mm假设3-22罐体封头钢板厚度负偏差C1mm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δ/e=δ/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+2δ/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/Omm按参考文献1第十章P176计算3-27系数A=
0.125/R/O/δ/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δmin=
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σSMPa按参考文献1附录6选取4-4σT≤
0.9ΦσSMPa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
3.5V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.
5.2V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=25-30m/svmin=5m/s6-10滑动率ε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+
0.03Ld按参考文献1式14-12计算6-15小皮带轮包角α1º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14-6选取6-17i≠1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Kα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Wd2D2arminr1mindaminDaminramin
(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[n]r/min轴孔直径d
1、d2轴孔长度LY型DD1bb1S转动惯量I/kg.m2质量m/kg
3.7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=100~500r/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,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[τ]MPa45号钢取30~405-6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
10000.
13.8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)HPN=
0.6法兰螺栓孔填料规格质量/kgPN=
0.6n
3.9凸缘法兰及安装底盖
3.
9.1凸缘法兰DN≈D1/4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d6h
33.
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)k1d7S
3.10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l1b1δ1s1l3b3δ3el2b2δ2支座号允许载荷Q,kN地脚螺栓B型盖板支座质量kgb4δ
43.11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-
1.0RFHG20592-09PL/RF蒸汽入口B65PL25-
1.0RFHG20592-09PL/RF加料口C1,C2100视镜D25PL65-
1.0RFHG20592-09PL/RF温度计接口E25PL25-
1.0RFHG20592-09PL/RF压缩空气入口F40PL40-
1.0RFHG20592-09PL/RF放料口G25PL25-
1.0RFHG20592-09PL/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kgABCDEFG
3.
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,KgDD1D2D3D4δd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。