课程设计
设计题目搅拌式反应釜设
学生姓名
学号
专业班级过程装备与控制工程
指导教师
“过程装备课程设计”任务书
设计者姓名：班级：学号：
指导老师：日期：
1.设计内容
设计一台夹套传热式带搅拌的反应釜
2.设计参数和技术特性指标
简图设计参数及要求
容器内夹套
内
工作压力，
MPa
设计压力，
MPa
工作温
度，℃
设计温
＜100＜150
度，℃
蒸汽
介质有机溶
剂
全容积，m3
操作容积，
m3
传热面积，
＞3
m2
腐蚀情况微弱
推荐材料Q345R
搅拌器型
推进式
式
250 r/min
搅拌轴转
速
轴功率 3 kW
接管表
3.设计要求
（1）进行罐体和夹套设计计算；（2）选择接管、管法兰、设备法兰；（3）进行搅拌传动系统设计；（4）设计机架结构；（5）设计凸缘及选择轴封形式；（6）绘制配料反应釜的总装配图；（7）绘制皮带轮和传动轴的零件图
1罐体和夹套的设计
1.1 确定筒体内径
当反应釜容积V 小时，为使筒体内径不致太小，以便在顶盖上布置接管和传动装置，通常i 取小值，此次设计取i ＝1.1。
一般由工艺条件给定容积V 、筒体内径1D 按式4-1估算：得D=1084mm. 式中 V －－工艺条件给定的容积，3m ；
i ――长径比，1
1
H i D =
（按照物料类型选取，见表4-2） 由附表4-1可以圆整1D ＝1100，一米高的容积1V 米＝0.953m
1.2确定封头尺寸
椭圆封头选取标准件，其形式选取《化工设备机械基础课程设计指导书》图4-3，它的内径与筒体内径相同，釜体椭圆封头的容积由附表4-2 V 封＝0.1983m ，（直边高度取50mm ）。
1.3确定筒体高度
反应釜容积V 按照下封头和筒体两部分之容积之和计算。筒体高度由计算
H1==（2.2-0.198）/0.95=0.949m ，圆整高度1H ＝1000mm 。按圆整后的1H 修正实际容积由式
V=V1m ×H1+V 封=0.95×1.000+0.198=1.1483m 式中 V 封m --3封头容积，； 1V 米――一米高的容积3m /m 1H ――圆整后的高度，m 。 1.4夹套几何尺寸计算
夹套的结构尺寸要根据安装和工艺两方面的要求。夹套的内径2D 可根据内径1D 由
选工艺装料系数η=0.6~0.85选取，设计选取η＝0.80。 1.4.1夹套高度的计算H2=（ηV-V 封）/V1m=0.758m 1.4.2.夹套筒体高度圆整为2H ＝800mm 。
1.4.3罐体的封头的表面积由《化工设备机械基础》附表4-2查的F 封=1.398。
1.4.4一米高的筒体内表面由《化工设备机械基础》附表4-1查的。F1m=3.46
1.4.5实际的传热面积F=4.166>3，由《化工设备机械基础》式4-5校核4.166〉3所以传热面积合适。
2夹套反应釜的强度计算
强度计算的参数的选取及计算均符合GB150-1998《钢制压力容器》的规程。此次设的工作状态已知时，圆筒为外压筒体并带有夹套，由筒体的公称直径 600N D ≥mm ，被夹套包围的部分分别按照内压和外压圆筒计算，并取其中较大者。
2.1设备选用Q-235-A 优质沸腾碳素钢。
2.2设计的设备有工艺参数给定的内压为1p ＝0.25MPa 。 2.3夹套内的设计压力由工艺参数给定为2p ＝0.33MPa 。 2.4罐体内的设计温度1100t <℃。 2.5夹套内的设计温度2150t <℃。
2.6在加压和工作状态下要考虑液柱的高度由《化工设备机械基础课程设计指导书式P1h=0.01MPa
2.7计算压力
2.8 夹套的液柱静压力20H p MP =P1c=P1+P1h=0.25+0.01=0.26MPa 。 2.9 计算压力2c p ＝2p
2.10通过焊接的容器，其焊缝中可能存在一定的缺陷，而且在焊缝附近会由于受热而引起组织结构的变化，从而成为薄弱环节，因此在计算是要加入焊缝系数可按《过程设备设计》表4-5选取φ＝0.85做为其接头系数。
2.11设计温度下的材料许用应力[]t σ由《化工设备机械基础》表9-5查取[]t σ＝113。
2.12罐体的筒体的计算厚度。δ1=P1cD1/（2[б]t Φ-P1c ） =0.26×1300/（2×113×0.85-0.26） =0.891mm
2.13夹套的筒体的计算厚度 δ2=P2cD2/（2[б]t Φ-P2c ） =0.3×1400/（2×113×0.85-0.3）
=1.234mm 。
2.14罐体封头的计算厚度δ1′=P1cD1/（2[б]t Φ-0.5P1c ）
=0.26×1300/（2×113×0.85-0.5×0. 26）
=0.89mm
2.15夹套封头的计算厚度δ2′=P2cD2/（2[б]t Φ-0.5P2c ）
=0.3×1400/（2×113×0.85-0.3×0.5） =1.233mm
2.16钢板的厚度负偏差1C 由《过程设备设计》表4-2取10.6C mm =。 2.17腐蚀裕量 C2=2.0mm
2.18由此的厚度附加量。C=C1+C2=2.6mm
2.19则罐体筒体的设计厚度δ1d=δ1+C2=2.891mm 2.20则夹套筒体的设计厚度δ2d=δ2+C2=
3.234mm 2.21罐体封头的设计厚度δ1d ′=δ1′+C2=2.89mm 2.23夹套封头的设计厚度δ2d ′=δ2′+C2=3.233mm
2.24对于碳素钢或是低合金钢规定筒体的最小厚度不应小于3mm ，若加上腐蚀裕量2mm ，则名义厚度至少应取5mm ，由钢板的标准规格名义厚度取为6mm 。
2.25罐体筒体的名义厚度1n δ取5mm 。 2.26夹套筒体的名义厚度2n δ取5mm 。 2.27罐体封头的名义厚度'1n δ取5mm 。 2.28夹套封头的名义厚度'2n δ取5mm 。
3稳定性计算
各国的设计规范均推荐采用图算法，此次设计的也采用图算法。由罐体圆筒
11o n D ＝168所以是薄壁圆筒，仅需进行稳定性校核。
3.1假设罐体筒体的名义厚度1n δ为8mm 。
3.2在内压计算时由《过程设备设计》表4-2可以查6mm 的钢板厚度负偏差C1=0.6mm ，腐蚀裕量主要是防止容器在受压的条件下由于均匀腐蚀，机械磨损而导致的厚度消弱减薄，筒体和封头都要考虑，对于碳素钢和底合金钢2C 不小于1.0mm 。此处取22C mm =，C=C1+C2=2.6mm 。
3.3罐体筒体的有效厚度δ1e=δ1n-C=8-2.6=5.4mm 。
3.4罐体筒体的外径 D1o=1120mm
3.5由《化工设备机械基础》查椭圆封头的曲边高度h1=350mm ，直边高
度h2=50mm ，筒体的计算L=H2+1/3h1+h2=891.67mm 。
3.6计算系数L/D10=0.796。 3.7计算系数D10/δ1e=151.35
3.8以1o L D 和11o e D δ的值由《过程设备设计》图4-7做为计算图查得A 值A ＝0.00072。
3.9由所选的材料为碳素钢由《过程设备设计》查4-6做为计算图查B 的值B ＝97。
3.10由《过程设备设计》的式4-26计算许用压力[p]， [P]=B/ D1o/δ1e=97/151.35=0.641>0.3MPa
3.11假设罐体封头的名义厚度'1n δ为8mm 。
3.12在内压计算时由《过程设备设计》表4-2可以查8mm 的钢板厚度负偏差10.8C mm =，腐蚀裕量主要是防止容器在受压的条件下由于均匀腐蚀，机械磨损而导致的厚度消弱减薄，筒体和封头都要考虑，对于碳素钢和底合金钢2C 不小于 1.0mm 。此处取22C mm =，
11220.8 2.8C C C mm =+=+=。
3.13罐体封头的有效厚度δ1e=δ1n-C=8-2.8=5.2mm 。 3.14罐体筒体的外径D1o=1016mm 。
3.15筒体的计算L=H2+1/3h1+h2=966.7mm 。
3.16可以由《过程设备设计》式4-89得 A=0.0007。
3.17由《过程设备设计》图4-7可以查的相应的98B =。
3.18许用外压力[P]=B/ D1o/δ1e=97/1151.35=0.641>0.3MPa
罐体封头的名义厚度取为'1n δ为8mm 。
4．水压试验校核
出材料本身的缺陷外，压力容器在制造过程中由于焊缝的存在可能会有缺陷存在，为了考察缺陷对压力容器的影响，压力容器完成后要进行压力试验。对于内压容器耐压试验的目的是为了在超压的情况下缺陷是不是会迅速扩展开了，酿成事故，同时检测密封结构的密封性能。
4.1内压容器圆筒试验压力按《过程设备设计》式4-87 P1T=0.187MPa 。 4.2夹套的水压试验压力按《过程设备设计》式4-87 P2T=0.247MPa 。 4.3材料在屈服点的应力бs=345MPa 。 4.4 бT=236.925MPa 。
4.5罐体圆筒的应力б1T=P1T （D1+δ1e ）/2δ1e =13.98MPa ＜179.8MPa 。
4.6夹套圆筒的应力 б2T=P2T （D2+δ2 e ）/2δ2 e