课程设计
课程名称化工设备机械基础课程设计题目名称夹套反应釜的设计
专业班级化学工程与工艺（2）班学生姓名李洋
学号 50905032003
指导教师秦英月
二O 一三年一月十二日
蚌埠学院课程设计任务书
2009届 应用化学与环境工程系 化学工程与工艺（2）班专业（班级）
学生姓名 李洋 学 号 50905032003
课题名称
夹套反应釜的设计
加氢反应釜
1.1任务书
1.2 设计内容
根据任务书要求，设计夹套反应釜的主要搅拌容器、搅拌装置、传动装置、支座、人孔和工艺接管。
1.3 设计数据基础
可查相关教材或工具手册
设计参数要求
容器内 夹套内 盘管
工作压力，MPa 3.0 0.58 0.4 设计压力，MPa 3.4 0.6 0.5 工作温度，℃ 120 120 <100 设计温度，℃
150
160 150 介质
乙醇，癸二腈、氢气
等
蒸汽，冷却水 全容积，m3 2.8 操作容积，m3 焊接系数η 1.0 0.85 1.0 腐蚀情况 弱 推荐材料 Q345R ，
022Cr17Ni12Mo2
搅拌形式 搅拌轴转速，r/min
轴功率，KW
1.4 工作计划
1、领取设计任务书，查阅相关资料（3天）；
2、确定设计方案，进行相关的设计计算（5天）；
3、校核验算，获取最终的设计结果（2天）；
4、编写课程设计说明书（论文），绘制草图等（3天）。
1.5 设计成果要求
1、通过查阅资料、设计计算等最终提供课程设计说明书（论文）电子稿及打印稿1份，设计结果的A1图纸一张。
2、课程设计结束时，将按以下顺序装订的设计成果材料装订后交给指导教师：
（1）封面（具体格式见附件1）
（2）课程设计任务书
（3）目录
（4）课程设计说明书（论文）（具体格式见附件2）
（5）参考文献
（6）课程设计图纸（可不装订，另交）
（7）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
1.6几点说明
1、本设计任务适用班级：08应用化学（本）精细化工方向；
2、课程设计说明书（论文）格式也可参阅《蚌埠学院本科生毕业设计（论文）成果撰写规范》中的相关内容。
任务书审定日期：年月日指导教师
任务书批准日期：年月日教研室主任
任务书下达日期：年月日学生
目录
一、加氢反应釜设计 .....................................................................................................- 1 -
1.1、加氢反应釜的总体结构..................................................................................- 1 -
1.1.1筒体的直径与高度.................................................................................- 1 -
1.1.2夹套的结构 ...........................................................................................- 1 -
1.1.3厚度的确定 ...........................................................................................- 1 -
1.1.4蛇管的设置 ...........................................................................................- 1 -
1.1.5工艺管口...............................................................................................- 2 -
1.2、反应釜釜体的一些相关计算...........................................................................- 2 -
1.2.1、确定筒体和封头型式...........................................................................- 2 -
1.2.2 罐体几何尺寸计算 ................................................................................- 2 -
1.2.3 夹套几何尺寸计算 ................................................................................- 3 -
1.2.4 夹套反应釜的强度计算 .........................................................................- 4 -
1.3 反应釜的搅拌装置.........................................................................................- 4 -
1.4 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计 ....................................................- 4 -
1.4.1 搅拌轴设计...........................................................................................- 5 -
1.5 反应釜的传动装置...........................................................................................- 5 -
1.6 常用电机及其连接...........................................................................................- 5 -
1.7釜用减速机类型，标准及其选用 ......................................................................- 6 -
1.8 反应釜的一些常用惯量....................................................................................- 6 -
1.8.1 凸缘法兰 ..............................................................................................- 6 -
1.8.2 安装底盖 ..............................................................................................- 6 -
1.8.3机架......................................................................................................- 6 -
1.8.4 联轴器..................................................................................................- 6 -
1.8.5反应釜的轴封装置.................................................................................- 6 -
1.9 反应釜的其他附件.........................................................................................- 7 -
1.9.1 支座 .....................................................................................................- 7 -
1.9.2人孔......................................................................................................- 7 -
1.9.3设备接口...............................................................................................- 7 -
一、加氢反应釜设计
1.1、加氢反应釜的总体结构
加氢反应釜的主要部分是容器，其筒体是圆柱形的，封头是椭圆形的，附体结构与传热面积有关，加氢反应釜是将夹套与蛇管联合起来使用的，釜体上按工艺要求还需要安装各种接口。因此，反应釜釜体的设计要确定如下内容：釜体的结构型式和各部分尺寸，传热形式和结构，工艺管口的安排和设计等。
1.1.1筒体的直径与高度
筒体的基本尺寸首先决定于工艺要求。在确定反应釜直径及高度时，还应根据反应釜操作时所允许的装满程度——装料系数等予以综合考虑，通常装料系数η可取0.6—0.85。如反应时易起泡沫或呈沸腾状态，η应取低值，如取0.6—0.7；反应状态稳定，η可取0.8—0.85（物料粘度较大时，可取最大值）。因此设备容积V与操作容积V0应有如下关系：V0=η·V，在生产重要合理选用装料系数，以尽量提高设备效率。
1.1.2夹套的结构
夹套传热结构简单，基本上不需要进行维修，采用夹套传热时，因夹套向外有热量散失，故需要在夹套体外包以保温材料。
本设计仅圆筒和下封头部分有夹套，夹套顶端的封闭结构通常是由夹套筒体扳边而成，再焊在金壁上。当夹套中用蒸汽作为载热体时，一般从上端进入夹套，凝液从夹套底部排出；如用液体作为冷却液时则相反，采取下端进、上端出，以使夹套中经常充满液体，充分利用传热面积，加强传热效果。
夹套直径Dj与筒体直径Di的关系
D i500—600 700—1800 2000—3000
D j D i+50 D i +100 D i+200
夹套的下封头根据直径及所选形式，按标准选取。
夹套筒体的高度Hi主要取决于传热面积F的要求，夹套的高度一般应不低于料液的高度，以保证充分传热。夹套高度的确定还需要考虑两个因素：当反应釜筒体与上封头用设备法兰联接时，夹套顶边至少应在法兰下方150—200nm处；二当反应釜具有耳座时，须考虑避免因夹套顶部位置而影响耳座的焊接地位。1.1.3厚度的确定
中低压反应釜釜体部分和夹套厚度，基本上按容器设计方法来确定。反应釜在压力状态下操作，如不带夹套，则筒体及上、下封头均按内压容器设计，以操作时釜内最大压力为工作压力；如带夹套，则反应釜筒体及下封头应按内压和外压分别计算，并取两者中的壁厚较大值。按内压计算时，最大压力差为釜内工作压力；按外压计算时，最大压力差为夹套内工作压力或夹套内工作压力加0.1MPa。上封头如不包在夹套内，则不承受外压作用，只按内压计算，但常取与下封头相同的厚度。、
夹套筒体及夹套封头则以夹套内的最大工作压力按内压容器设计，真空时接受外压进行设计。
通常封头与筒体取相同的厚度，必要时还得考虑内、外筒体膨胀差的影响。当夹套上有支承件时，还应考虑容器和所装物料的质量。
1.1.4蛇管的设置
当所需传热面积较大，而夹套传热不能满足要求时，可采用蛇管传热。它沉浸在物料中时，热量损失小，传热效果好，但检修较麻烦。蛇管很长是不适宜的，因为凝液可能会积聚，使这部分传热面积降低传热作用，而且从很长的蛇管中排出蒸汽中所夹带的惰性气体也是很困难的。如要求蛇管传热面积很大时，可做成几个并联的同心圆蛇管组。蛇管的管径通常选用DN25—DN70之间。管长与管径的比值，蛇管的进出口结构，蛇管排列的定位尺寸及定位结构等可参阅有关设计手册。
1.1.5工艺管口
反应釜上工艺管口，包括进出料口、温度计口、压力计口及其他仪表管口等，其结构和容器上的管口基本相同。管口的管径及方位布置由工艺要求确定。
1.2、反应釜釜体的一些相关计算
1.2.1、确定筒体和封头型式
从要求单上所列的工作压力及温度以及改设备之工艺性质，可以看出它是属于带搅拌的低压力反应釜类型，一类低压容器。根据惯例，选择圆柱形筒体和椭圆形封头。
1.2.2 罐体几何尺寸计算 （1）确定筒体尺寸 a 筒体内径
反应物料为气液相类型，可知H/D i 为1—2，设备容积为2.8m 3,考虑到容器不大，可取H/D i 为1，这样可使直径不至太小。又已知装料系数η=0.85，可得 筒体直径
3
/4i
i D H V
D π=
， H/D i =1，V=2.8
则D i =1528mm.圆整至公称直径标准系列，取D i =1500mm
b 筒体高度
当DN=1500mm,从书本上表中差得标准椭圆形封头的容积V 封=0.486m 3,在从另一表中差得筒体每一米高的容积V 1m =1.767m 3/m,则筒体高估算为
m
V V H 31.1767
.1486.08.2V 1m
≈-=
-=
封
(2) 确定夹套尺寸 a 夹套直径
由上述表中可知D j =D i +100=1500+100=1600mm,夹套封头也采用椭圆形，并与夹套筒体取相同直径。 b 夹套高度
夹套筒体的高度估算如下：
m
V V V H m
i 07.1767
.1486
.08.285.01=-?=
-=
封
η
(3) 校核传热面积 当DN=1500m 时，由书中表中查得封头内表面积F 封=2.56m 2,筒体1米高内表面积F 1m =4.71m 2,则、
2174.71.1m F F F m =?+=封
(4) 内筒及夹套的受力分析 工艺提供的条件为：釜体内筒中工作压力3.0MPa ，夹套内工作压力0.58 MPa ，则夹套筒体和夹套封头为承受0.58MPa 内压，而内筒的筒体和下封头为既承受3.0MPa 内压，同时又承受0.58MPa 外压，其最恶劣的工作条件为：停止操作时，内筒无压而夹套内仍有蒸汽压力，此时内筒承受0.58MPa 外压。 (5)计算夹套筒体、封头厚度
夹套筒体与内筒的环焊缝，因检测困难，故取υ=0.6，从安全计夹套上所有焊缝均取υ=0.6，封头采用Q345R ，022Cr17Ni12Mo2，操作容积C 2=
η·V=0.85*2.8=2.38m 3
夹套厚度计算如下： []mm C p
pD
t
j
d 94.938.258
.01.16.01132160058.01.122=+?-????=
+-=
φσδ
夹套封头厚度计算如下：
[]mm C p
pD
t
j
d 93.938.258
.01.15.06.01132160058.01.15.022=+??-????=
+-=
φσδ
圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准，夹套筒体与封头厚度均取为10mm.
筒体的厚度Hi 计算如下：
反应釜容积V 通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度H i 按下式计算并进行圆整：H i =(V －V 封)/V im 式中V 封 ------------封头容积：0.486 m 3
V im ------------1m 高筒体容积（见附表4-1）：V im =1.767 m 3 /m 得 H i = (2.8-0.0.486)/1.767=1.3096m 圆整后的H i =1.3m=1300mm 按筒高圆整后修正实际容积：
V= V im ×H i + V 封 =1.767*1.3+0.486=2.78 m 3 <2.8 m 3 1.2.3 夹套几何尺寸计算
夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套内径D i 可根据筒体内径D j 按上表选取：D 2 =D 1+100=1600mm
夹套下封头型式同筒体封头，直径D 2与夹套筒体相同。 夹套高H 2有传热面积而决定，不能低于料液高， 装料系数 ：η=0.85
夹套高H 2 计算：H 2 =（ηV-V 封）÷V im 代入数值计算 得：H 2 =1.07 m
夹套所包围的罐体的表面积，一定要大于工艺要求的传热面积F ，即： F 封＋F 筒>=F 其中 F 筒=H 2 ×F 1m
故 F 封＋F 筒 =2.56＋4.71×1.07=7.60>7㎡ 所以换热要求满足。
筒体和上封头的连接采用甲型平焊法兰连接，选取凹凸密封面法兰，主要
尺寸由书上附表查得，其中：
D=1530mm D1=1490mm D2=1455mm D3=1441mm D4=1438mm S=46mm d=23mm
1.2.4 夹套反应釜的强度计算
夹套反应釜几何尺寸确定后，要根据已知的公称直径，设计压力和设计温度进行强度计算确定罐体及夹套的筒体和封头的厚度。 (1) 强度计算的原则及依据
强度计算中各参数的选取及计算，均应符合GB150-1998《钢制压力容器》的规定。
圆筒为正压外带夹套时：当圆筒的公称直径DN>=600㎜时，被夹套包围部分的圆筒分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值，其余部分按内压圆筒设计。
(2) 水压试验校核计算
夹套反应釜应对罐体和夹套分别进行水压试验，并校核圆筒应力σT 罐体水压试验
由于[σ]≈[σ]t 故 p T =1.25p=1.25Pc=0.875Mpa
()
61.72T T p Di Se M pa
Se
σ+=
=
材料屈服点应力 σs =235Mpa 0.9 σs υ=179.8Mpa
T
σ ≦0.9 σs υ 所以罐体水压试验强度足够
（2）由于[σ]≈[σ]t 故 p T =1.25p=1.25P c2=1.125Mpa
22
(2)
1062T T p D Se M pa
Se σ+=
=
材料屈服点应力 σs =235Mpa 0.9 σs υ=179.8Mpa
T
σ ≦0.9 σs υ 所以夹套水压试验强度足够
1.3 反应釜的搅拌装置
搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。搅拌器的形式很多，根据任务说明书的要求，本次设计采用的是浆式搅拌器。其机械设计的主要内容是：确定搅拌器直径、搅拌器与搅拌轴的连接结构。、进行搅拌轴的强度设计和临界转速校核、选择轴的支撑结构。
由表查的D 1/D J 取1.25：1—2：1 H 0/D J =1:1—2:1 有实际情况取D 1/D J =1.5：1 H 0/D J =1:1 则： 搅拌器直径 D J =900mm
液面高度： H 0=900mm
1.4 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计
桨式搅拌器结构如图4-7所示，其桨叶为两叶。轴转速为50r/min ,采用双层桨安装。搅拌器与轴的连接常用螺栓对夹。器主要尺寸有表查的：
d J=900mm d=50mm
螺栓：d0 :M16 数量4 螺钉：d1 :M16 数量 1
S=16 b=90 c=150 m=110 f=45 e=5
1.4.1 搅拌轴设计
搅拌轴的机械设计内容同一般传动轴，主要是结构设计和强度校核
（1）搅拌轴的材料：选用Q 235-A
（2）搅拌轴的结构：用实心直轴，因是连接的为桨式搅拌器，故采用光轴即可。
（3）搅拌轴强度校核
轴扭转的强度条件是：
[]
m ax k
p
T
W
θτ
τ≤
=
（参考文献
1.公式9-5）
对Q235-A [τ]k=12~20Mpa
对实心轴Wp=πd3/16=24531mm3
Tθ=9.55×106 p/n=133700N?mm
则：
5.5[] m ax M pa k
τ
τ≤
=
故d=50mm 强度足够（4）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，为防止轴的弯曲对轴封处的不利影响，因此轴安装和加工要控制轴的直度。当转速n<100r/min 时直度允许误差：1000：0.15。
轴的表面粗糙度可按所配零件的标准要求选取。
（5）搅拌轴的支撑
一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。当搅拌轴较长时，轴的刚度条件变坏。为保证搅拌轴悬臂稳定性，轴的悬臂长L1，轴径d 和两轴承间距B 应满足以下关系：L1/B≤4―5; L1/d≤40―50
搅拌轴的支承常采用滚动轴承。安装轴承处的公差带常采用K6.外壳孔的公差带常采用H7 。安装轴承处轴的配合表面粗糙度Ra取0.8 ~ 1.6 外壳孔与轴承配合表面粗糙度Ra取1.6
1.5 反应釜的传动装置
反应釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置设置在釜顶封头的上部，其设计内容一般包括：电机；减速机的选型；选择联轴器；选用和设计机架和底座等。
1.6 常用电机及其连接
设备选用电机主要是考虑到它的系列，功率，转速，以及安装形式和防爆要求等几项内容。最常用的为Y系列全封闭自扇冷式三相异步电动机。
电机功率必须满足搅拌器运轴功率与传动系统，轴封系统功率损失的要求，还要考虑到又时在搅拌过程操造作中会出现不利条件造成功率过大。
电机功率可按下式确定：
m d
P P P
η
+
=
式中：p=1.4KW η=0.85 (有表可知)
设计采用机械轴封，功率消耗小，P m=0.6KW
则：P d=2.2KW
1.7釜用减速机类型，标准及其选用
反应釜的立式减速机的选用根据：轴转速n=50r/min 电机功率为2.2KW 查表可选：BLD摆线针轮行星减速机，其尺寸从HG 5-745-78 标准中选取。
由表选的：电动机功率为 2.2kw 转速为1430r/min
查附表选取电动机型号为：Y112M-4 额定功率为4KW
满载转速为1440r/min
1.8 反应釜的一些常用惯量
1.8.1 凸缘法兰
凸缘法兰一般焊接于搅拌器封头上，用于连接搅拌传动装置。设计采用R 型突面凸缘法兰，其形式见附图，其尺寸有附表查找。
选择R型突面凸缘法兰，其尺寸如下：DN=400mm d1=410mm d2=565mm k=515mm d3=430mm d4=455mm
螺栓数量：16 ，螺纹：M24 。质量：46Kg
1.8.2 安装底盖
安装底盖采用螺栓等紧固件，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。设计选取了RS型安装底盖。其主要尺寸查图和附表，内容如下(单位：mm)：DN=400, d2=565 k=515 d5=16-26 d6=415 s=50 d9=176 k2=210 d10=8-M16
1.8.3机架
机架是安装减速机用的，它的尺寸应与减速机底座尺寸相匹配。其选用类型有三种，本次选用无支点机架。
常用的无支点机架见附图5-1，尺寸见附表5-6.
选用WJ90型无支点机架，H1=40mm H2=25 H3=7 H4=8 D1=400 D2=450 D3=490 D4=430 D5=515 D6 =565 H=660 质量：170Kg
1.8.4 联轴器
常用的电机和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。常用的类型很多，选取刚性凸缘联轴器。主要尺寸见附表. 选用GT-45 质量：17K g.
1.8.5反应釜的轴封装置
轴封式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和真空状态以及防止物料溢出和杂质的掺入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式为主，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，轴的偏摆震动大，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。他们都有标准，设计时可根据要求直接选用。
这次设计选用机械轴封。
机械轴封是一种功耗小，泄露率低，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。
由于机械轴封的结构形式很多。且大都有标准。附图5-9和附表5-15给出了202型标准机械密封结构及尺寸。
1.9 反应釜的其他附件
1.9.1 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/T 4725-92）分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支撑在楼板上时选用B 型，否则选择A型。
设计中选取B型，支座数为4个。允许载荷为100KN
支座质量为：28.7Kg 地脚螺栓：M24.
1.9.2人孔
人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。
设备的直径大于900mm，应开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形两种。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，一便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。其主要尺寸见附表.
密封面型式：突面（RF型）公称压力：1.0Mpa 公称直径：DN=450mm 总质量：125Kg 螺柱：20个螺栓：40个。螺柱：M24-125
1.9.3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。
接管和法兰是用来与管道和其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是公称直径和公称压力。管子的公称直径和与钢管的外径的关系见表
液体出料管的设计主要从无聊易放尽、阻力小和不易堵塞等原因考虑。另外还要考虑温差应力的影响。
涉及感想
在为期两周的设计里，在此课程设计过程中首先要感谢秦英月老师，在这次课程设计中给予我们的指导，在设计的过程当中也确实遇到了不少问题，但通过询问秦老师和上网及去图书馆借资料也都很顺利的解决了。设计不仅要画图，还要完成课程设计的说明书，所以我从中学到了不少知识，是对精细化工设备的一种巩固。
参考文献
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[13]汤善甫、朱思明主编的化工设备机械基础（第二版），华东理工大学出版社，2004.12
宁夏大学 课程设计说明书 题目: 夹套反应釜设计 院系：机械工程学院 专业班级：过控10-2班 学号： 学生姓名：马学良 指导教师：贺华 2013-6-27
宁夏大学课程设计（论文）任务书 机械工程学院过控教研室
年月日
目录 一、设计条件及设计内容分析 (1) 二、搅拌容器尺寸的确定及结构选型 (2) 搅拌釜直径设计计算 (2) 筒体厚度的计算 (2) 筒体封头的设计 (3) 筒体长度H的设计 (4) 外压筒体的壁厚确定 (4) 外压封头的壁厚的设计 (5) 三、夹套尺寸的设计计算 (5) 夹套公称直径DN的确定 (5) 夹套筒体壁厚的设计 (6) 夹套筒体长度H的计算 (6) 夹套封头的设计 (6) 四、反应釜附件的选型及尺寸设计 (7) 封头法兰的设计 (7) 封头法兰尺寸及结构 (7) 封头法兰密封面的选型 (8) 工艺接管 (9) 工艺接管尺寸的确定 (9) 接管垫片尺寸及材质 (11) 手孔的设计 (12) 视镜的选型 (13) 五、搅拌装置的选型与尺寸设计计算 (14) 搅拌轴直径的初步计算 (14) 搅拌轴直径的设计 (14) 搅拌轴刚度的校核 (14) 搅拌轴轴承的选择 (14) 联轴器的选择 (15) 搅拌器的设计 (16) 挡板的设计与计算 (17) 六、传动装置的选型和尺寸计算 (17)
凸缘法兰的选型 (17) 安装底盖的选型 (18) 机架的选型 (19) 安装底盖与密封箱体、机架的配置 (19) 电动机的选型 (20) 减速器的选型 (21) 搅拌轴长度的设计 (21) 搅拌轴的结构 (21) 支座的计算 (21) 密封形式的选择 (23) 七、焊接的形式与尺寸 (24) 八、开孔补强计算 (26) 封头开手孔后削弱的金属面积的计算 (26) 接管起补强作用金属面积的计算 (27) 焊缝起补强作用金属面积的计算 (27) 九、反应釜釜体及夹套的压力试验 (27) 釜体的液压试验 (27) 水压试验压力的确定 (27) 水压试验的强度校核 (28) 压力表量程 (28) 水压试验的操作过程 (28) 釜体的气压试验 (28) 气体实验压力的确定 (28) 气压试验的强度校核 (28) 气压试验的操作过程 (29) 夹套的液压试验 (29) 水压试验压力的确定 (29) 水压试验的强度校核 (29) 压力表量程 (29) 液压试验的操作过程 (29) 十、反应釜的装配图（见大图） (29) 课程设计总结 (30) 参考文献 (31)
课程设计 设计题目搅拌式反应釜设计 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 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
有搅拌装置的夹套反应釜 前言 《化工设备机械基础》化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化下设备的机械知识和设计能力的要求而编写的。通过此课程的学习，是通过学习使同学掌握基本的设计理论并具有设计钢制的、典型的中、低、常压化工容器的设计和必要的机械基础知识。 化工设备机械基础课程设计是《化工设备机械基础》课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试化工机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。 化工设备课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学环节。在教师指导下，通过裸程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。因此，当学生首次完成该课程设计后，应达到一下几个目的： ⑴熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。 ⑵在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可
行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。 ⑶准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。 ⑷用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。 化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。
1 绪论 1.1 反应釜概况 搅拌设备是一种在一定容积的容器中，借助搅拌器向液相物料中传递必要的能量进行搅拌过程的化学反应设备。反应釜就是其中比较典型的一种，它适用于多种物性（如粘度、密度）和多种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等行业，是一种用以完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和中间体的许多其它工艺过程的反应设备。 搅拌式反应釜有很大的通用性，由于搅拌可以把多种液体物料相混合，把固体物料溶解在液体中、将几种不互溶的液体制成乳浊液、把固体微粒搅浑在液体中制成悬浮液或在液相中析出结晶等，故搅拌反应釜可以在带有搅拌的许多物理过程中广泛的应用。同时在研究容器的结构方面，如容器形状、搅拌装置、传热部件等，搅拌式反应釜都具有代表性。在大多数设备中，反映釜是作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器，约占反应器总数的90%。其它如染料、医药、农药、油漆等设备的使用亦很广泛。有色冶金部门对全国有色冶金行业中的搅拌设备作了调查及功率测试，结果是许多湿法车间的动力消耗50%以上是用在搅拌作业上。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因为搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围广，又能适用于多样化的生产。 搅拌式反应釜在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油的混合调整和精致，汽油添加四乙基铅等添加物而进行混合，使原料液或产品均匀化。化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。因为在石油工业中大量使用催化剂、添加剂，所以对于搅拌设备的需求量比较大。由于物料操作条件的复杂性、多样性、对搅拌
nd impr ove idl e land of utilizati on, real a chi eved envir onme nt improved a nd productivity development mut ual prom oting total wi n. Five, firmly implement, promoti ng work ahead, to create hig hlights. T hird depl oyment, impl ementation of seve n, the n it is imperative to stre ngthe n responsibility a nd impr ove the mechanisms and impleme ntation. All localities a nd departments m ust be convi nce d that goal s, goi ng all out, mustering spirit, w ork together t o ensure that thi s year's obje ctives carry out tasks, at the forefront. First, we m ust strengthen the leader shi p to implement. Departments at all level s shoul d always w ork and rural "five water treatment", "three to split" in a n important position, and carry the mai n responsibi lity, main lea der personally, leaders arre sted and layers of responsi bility rank transmissi on pre ssure e stabli she d hierarchical a ccountabilit y, and work together to pr omote the w ork of the mechani sm, a concerted effort pay attention to impleme ntation. County nong ban, flood, three to one dow n to further play a leadi ng catch total, integrate d and coordi nated role of all kinds is "long", "Sheriff" "Inspector" to 0.95m 3 夹套反应釜设计计算说明书 一、罐体和夹套设计计算 1.1 罐体几何尺寸计算 1.1.1 选择筒体和封头的形式 选择圆柱筒体及椭圆形封头。 1.1.2 确定筒体内径 已知设备容积要求0.95m 3 ，按式（4-1）初选筒体内径： 式中，V=0.95m 3 ，根据【2】38页表4-2，常反应物料为液-液类型， i =H 1/D 1=1～1.3，取 i =1.3，代入上式，计算得 3 31440.95==1.032i 3.14 1.1V D π?? ? 将D 1的估算值圆整到公称直径系列，取D 1=1100mm ， 1.1.3 确定封头尺寸 标准椭圆形封头尺寸查附表4-2，DN=1100mm ，选取直边高度h 2=25mm 。 1.1.4 确定筒体高度 当D 1=1100mm, h 2=25mm 时，由【2】附表D-2查得椭圆形封头的容积V 封=0.1980 m 3 ，由附表D-1查得 筒体1m 高的容积V 1m =0.950 m 3 ，按式（4-2）: H 1=(V-V 封)/V 1m =（0.950-0.198）/0.95=0.7916m 考虑到安装的方便，取H 1=0.9m ，则实际容积为 V= V 1m ×H 1+ V 封=0.950×0.9+0.198=1.053 m 3 1.2 夹套几何尺寸计算 1. 2.1 选择夹套结构 选择【2】39页图4-4 (b)所示结构。 1.2.2 确定夹套直径 查【2】表4-3, D 2= D 1+100=1100+100=1200mm 。套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。 1.2.3 确定夹套高度 装料系数η=操作容积/全容积=0.9/0.95=0.85 按式4-4计算夹套高度： H 2≥(ηV- V 封)/ V 1m =(0.85×1.053-0.198)/0.95=0.734 m 取H 2=750mm 。选取直边高度h 2=25mm 。 1.2.4 校核传热面积 查【2】附表D-2，由D 1=1100mm ，得罐体封头表面积F 1封=1.3980 m 2 查【2】附表D-1，一米高筒体内表面积F 1m =3.46 m 2 31 4i V D π ?罐体结构示意图
课程设计说明书 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 设计时间：
要求与说明 一、学生采用本报告完成课程设计总结。 二、要求文字（一律用计算机）填写，工整、清晰。所附设备安 装用计算机绘图画出。 三、本报告填写完成后，交指导老师批阅，并由学院统一存档。
目录 一、设计任务书 (5) 二、设计方案简介 (6) 1.1罐体几何尺寸计算 (7) 1.1.1确定筒体内径 (7) 1.1.2确定封头尺寸 (8) 1.1.3确定筒体高度 (9) 1.2夹套几何计算 (10) 1.2.1夹套内径 (10) 1.2.2夹套高度计算 (10) 1.2.3传热面积的计算 (10) 1.3夹套反应釜的强度计算 (11) 1.3.1强度计算的原则及依据 (11) 1.3.2按内压对筒体和封头进行强度计算 (12) 1.3.2.1压力计算 (12) 1.3.2.2罐体及夹套厚度计算 (12) 1.3.3按外压对筒体和封头进行稳定性校核 (14) 1.3.4水压试验校核 (16) （二）、搅拌传动系统 (16) 2.1进行传动系统方案设计 (17) 2.2作带传动设计计算 (17) 2.2.1计算设计功率Pc (17) 2.2.2选择V形带型号 (17) 2.2.3选取小带轮及大带轮 (17) 2.2.4验算带速V (18) 2.2.5确定中心距 (18) (18) 2.2.6 验算小带轮包角 1 2.2.7确定带的根数Z (18) 2.2.8确定初拉力Q (19) 2.3搅拌器设计 (19) 2.4搅拌轴的设计及强度校核 (19) 2.5选择轴承 (20) 2.6选择联轴器 (20) 2.7选择轴封型式 (21) （三）、设计机架结构 (21) （四）、凸缘法兰及安装底盖 (22) 4.1凸缘法兰 (22) 4.2安装底盖 (23) （五）、支座形式 (24) 5.1 支座的选型 (24) 5.2支座载荷的校核计算 (26)
乙酸乙酯间歇反应釜 工 艺 设 计 说 明 书
目录 前言 (3) 摘要 (4) 一．设计条件和任务 (4) 二.工艺设计 (6) 1. 原料的处理量 (6) 2. 原料液起始浓度 (7) 3. 反应时间 (7) 4. 反应体积 (8) 三. 热量核算 (8) 1. 物料衡算 (8) 2. 能量衡算 (9) 3. 换热设计 (12) 四. 反应釜釜体设计 (13) 1. 反应器的直径和高度 (13) 2. 筒体的壁厚 (14) 3. 釜体封头厚度 (15) 五. 反应釜夹套的设计 (15) 1. 夹套DN、PN的确定 (15) 2. 夹套筒体的壁厚 (15) 3. 夹套筒体的高度 (16) 4. 夹套的封头厚度 (16) 六. 搅拌器的选型 (17) 1. 搅拌桨的尺寸及安装位置 (17) 2. 搅拌功率的计算 (18) 3. 搅拌轴的的初步计算 (18) 结论 (19) 主要符号一览表 (20) 总结 (21) 参考书目 (22)
前言 反应工程课程设计是《化工设备机械基础》和《反应工程》课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试反应釜机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。 反应工程是培养学生设计能力的重要实践教学环节。在教师指导下，通过裸程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。因此，当学生首次完成该课程设计后，应达到一下几个目的： 1、熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的 数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。 2、在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要 求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。 3、准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。 4、用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算 结果。 化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。
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。
搅拌反应釜的釜体设计及夹套设计 概述 夹套式反应釜的釜体是由封头、筒体和夹套三部分组成。封头有椭圆形封头和锥形封头等形式。上、下封头与筒体常为焊接。 釜体材料的选择 根据工艺参数及操作条件（见附录2）确定封头、筒体及夹套的材料。此设计的釜体材料选用0Cr18Ni9与夹套材料选用Q235-B ，热轧钢板，其性能与用途见表2-1。 表2-1 Q235-B 性能与用途 由工艺参数及操作条件和表2-1可知，0Cr18Ni9和Q235—B 材料能够满足任务书中的设计温度、设计压力。在操作条件下，Q235—B 能使设备安全运转，并且不会因腐蚀而对介质产生污染，而且相对与其他钢号价格便宜，所以本设计釜体材料选用0Cr18Ni9与夹套材料采用Q235-B ，热轧钢板。 封头的选择 搅拌反应釜顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头，本设计采用椭圆形标准封头，直边高度mm h 45=ο，其内径取与筒体内径相同的尺寸。 椭圆形封头是由半个椭圆球体和一个圆柱体组成，由于椭圆部分径线曲率平滑连续，封头中的应力分布不均匀。对于2=b a 得标准形封头，封头与直边的连接处 的不连续应力较小，可不予考虑。椭圆形封头的结构特性比较好。 釜体几何尺寸的确定 釜体的几何尺寸是指筒体的内径i D 和高度H 。釜体的几何尺寸首先要满足化工工艺的要求。对于带搅拌器的反应釜来说，容积V 为主要决定参数。 2.4.1 确定筒体的内径
由于搅拌功率与搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器直径往往需随釜体直径的增加而增大。因此，在同样的容积下筒体的直径太大是不适宜的。对于发酵类物料的反应釜，为使通入的空气能与发酵液充分接触，需要有一定的液位高度，筒体的高度不宜太矮。因此，要选择适宜的长泾比（i D H ）。 根据釜体长径比对搅拌功率、传热的影响以及物料特性对筒体长径比的要求，又由实践经验，针对一般反应釜，液—液相物料，i D H 取值在之间，并且考虑还 要在封头上端布置机座和传动装置，因此，取i D H =。 由<<搅拌设备设计>>可知： i D =3 ) (41i D H V πηο （2-1） 有：操作容积=全容积?= 式中：V ——操作容积，3m ；H ——筒体高度，m ；i D ——筒体内径；1η——装料系数，取值为。 则： i D =33 .28.04 .64???π =m 将i D 值圆整到标准直径，取筒体内径i D =1600mm 。 2.4.2确定筒体的高度 由《搅拌设备设计》可知： )(44 D 1 2 2i h i h V V D V V H -=-=ηππο （2-2） 式中：h V ——下封头所包含的容积，在《材料与零部件》中查得，h V = 。 ） （0.6178 .0.6.4 6.142-?=πH =m 把1H 的值圆整到H =3700mm ，则： 3.21600 3700 == i D H 夹套的结构和尺寸设计 常用的夹套结构形式有以下几种：（1）仅圆筒部分有夹套，用于需加热面积不大的场合；（2）圆筒一部分和下封头包有夹套，是最常用的典型结构；（3）在
0.95m 3 夹套反应釜设计计算说明书 一、罐体和夹套设计计算 1.1 罐体几何尺寸计算 1.1.1 选择筒体和封头的形式 选择圆柱筒体及椭圆形封头。 1.1.2 确定筒体内径 已知设备容积要求0.95m 3 ，按式（4-1）初选筒体内径： 式中，V=0.95m 3 ，根据【2】38页表4-2，常反应物料为液-液类型， i =H 1/D 1=1～1.3，取 i =1.3，代入上式，计算得 3 31440.95==1.032i 3.14 1.1V D π?? ? 将D 1的估算值圆整到公称直径系列，取D 1=1100mm ， 1.1.3 确定封头尺寸 标准椭圆形封头尺寸查附表4-2，DN=1100mm ，选取直边高度h 2=25mm 。 1.1.4 确定筒体高度 当D 1=1100mm, h 2=25mm 时，由【2】附表D-2查得椭圆形封头的容积V 封=0.1980 m 3 ，由附表D-1查得 筒体1m 高的容积V 1m =0.950 m 3 ，按式（4-2）: H 1=(V-V 封)/V 1m =（0.950-0.198）/0.95=0.7916m 考虑到安装的方便，取H 1=0.9m ，则实际容积为 V= V 1m ×H 1+ V 封=0.950×0.9+0.198=1.053 m 3 1.2 夹套几何尺寸计算 1. 2.1 选择夹套结构 选择【2】39页图4-4 (b)所示结构。 1.2.2 确定夹套直径 查【2】表4-3, D 2= D 1+100=1100+100=1200mm 。套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。 1.2.3 确定夹套高度 装料系数η=操作容积/全容积=0.9/0.95=0.85 按式4-4计算夹套高度： H 2≥(ηV- V 封)/ V 1m =(0.85×1.053-0.198)/0.95=0.734 m 取H 2=750mm 。选取直边高度h 2=25mm 。 1.2.4 校核传热面积 查【2】附表D-2，由D 1=1100mm ，得罐体封头表面积F 1封=1.3980 m 2 查【2】附表D-1，一米高筒体内表面积F 1m =3.46 m 2 31 4i V D π ?罐体结构示意图
立式搅拌反应釜工艺设计 1. 推荐的设计程序 1.1 工艺设计 1、做出流程简图； 2、计算反应器体积； 3、确定反应器直径和高度； 4、选择搅拌器型式和规格； 5、按生产任务计算换热量； 6、选定载热体并计算K 值； 7、计算传热面积； 8、计算传热装置的工艺尺寸； 9、计算搅拌轴功率； 1.2 绘制反应釜工艺尺寸图 1.3 编写设计说明书 2. 釜式反应器的工艺设计 2.1 反应釜体积的计算 2.1.1 间歇釜式反应器 V a =V R /φ （2-1） V D =F v (t+t 0) （2-2） 式中 V a —反应器的体积，m 3； V R —反应器的有效体积，m 3。 V D —每天需要处理物料的体积，m 3。 F v —平均每小时需处理的物料体积，m 3/h ； t 0 —非反应时间，h ； t —反应时间，h ； ? =A x R A A A V r dx n t 0 （2-3） 等温等容情况下 ? =A x A A A r dx C t 0 0 （2-4）
对于零级反应 A A x k C t 0 = （2-5） 对一级反应 A x k t -= 11ln 1 （2-6） 对二级反应 2A →P ；A+B →P （C A0=C B0） () A A A x kC x t -= 100 （2-7） 对二级反应 A+B →P ()A B A B x x C C k t ---= 11ln 100 （2-8） φ—装料系数，一般为0.4～0.85，具体数值可按下列情况确定： 不带搅拌或搅拌缓慢的反应釜 0.8～0.85； 带搅拌的反应釜 0.7～0.8； 易起泡沫和在沸腾下操作的设备 0.4～0.6。 2.2反应器直径和高度的计算 在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的长径比(H/D)，以确定罐体直径和高度。长径比的确定通常采用经验值，即2-1 表2-1 罐体长径比经验表 在确定了长径比和装料系数之后，先忽略罐底容积，此时 ??? ? ??≈ ≈ i i i D H D H D V 32 44 π π （2-9） 选择合适的高径比，将上式计算结果圆整成标准直径。椭圆封头选择标准件，其内径与筒体内径相同。可参照《化工设备机械基础课程设计指导书》的附录查找。通过式（2-10）得出罐体高度。 π 4 2?-= i D V V H 封 （2-10） 其中 V 封——封头容积，m 3
《 夹套反应釜设计计算说明书 一、罐体和夹套设计计算 罐体几何尺寸计算 选择筒体和封头的形式 选择圆柱筒体及椭圆形封头。 确定筒体内径 * 已知设备容积要求，按式（4-1）初选筒体内径： 式中，V=，根据【2】38页表4-2，常反应物料为液-液类型， i =H 1/D 1=1～，取 i =，代入上式，计算得 1D ? ( 将D 1的估算值圆整到公称直径系列，取D 1=1100mm ， 确定封头尺寸 标准椭圆形封头尺寸查附表4-2，DN=1100mm ，选取直边高度h 2=25mm 。 确定筒体高度 当D 1=1100mm, h 2=25mm 时，由【2】附表D-2查得椭圆形封头的容积V 封= m 3 ，由附表D-1查得筒体1m 高的容积V 1m = m 3 ，按式（4-2）: H 1=(V-V 封)/V 1m =（）/= 考虑到安装的方便，取H 1=，则实际容积为 V= V 1m ×H 1+ V 封=×+= m 3 【 夹套几何尺寸计算 选择夹套结构 选择【2】39页图4-4 (b)所示结构。 确定夹套直径 查【2】表4-3, D 2= D 1+100=1100+100=1200mm 。套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。 确定夹套高度 装料系数η=操作容积/全容积== · 按式4-4计算夹套高度： 31 4i V D π ?罐体结构示意图
H 2≥(ηV- V 封)/ V 1m =× m 取H 2=750mm 。选取直边高度h 2=25mm 。 校核传热面积 查【2】附表D-2，由D 1=1100mm ，得罐体封头表面积F 1封= m 2 查【2】附表D-1，一米高筒体内表面积F 1m = m 2 校核传热面积： 实际总传热面积F=F 筒+ F 1封=F 1m ×H 2 +F 1封=×+= m 2> m 2 ，可用。 : 罐体及夹套的强度计算 确定计算压力 按工艺条件，罐体内设计压力P 1=；夹套内设计压力P 2= 液体静压力P 1H =ρgH 2×10-6=1000×××10-6 =，取P 1H = 计算压力P 1c =P 1+P 1H =+= 夹套无液体静压，忽略P 2H ，故P 2c =P 2。 选择设备材料 " 分析工艺要求和腐蚀因素，决定选用Q235-A 热轧钢板，其中100℃-150℃下的许用应力为：[ó]t =113Mpa 。 罐体筒体及封头壁厚计算 罐体筒体壁厚的设计厚度为 采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查，按教材表10-9，取焊缝系数φ=，C 2=2mm ，则 []1c 1d1210.191100 = 2 1.092 3.09 21130.850.19 2t c p D C p δσ??+= +=+=??-- % 查教材表10-10，取钢板负偏差C 1=，则δd1+C 1=，考虑到最小厚度 mim δ为3mm ，取名义厚度δn =5mm 罐体封头壁厚的设计厚度为 []11 d110.191100 = 2 1.092 3.09 21130.850.50.19 20.5c t c P D P δσ??= +=+=??-?-‘ 查教材表10-10，取钢板负偏差C 1=，则δd1’+C 1=，考虑到最小厚度 mim δ为3mm ，取名义厚度δn ’=5mm 夹套筒体及封头壁厚计算 夹套筒体壁厚的设计厚度为 - 采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查，按【1】161页表10-9，取焊缝系数φ=（夹套封头用钢板拼焊），C 2=2mm ，则 []2 2c i d t c p D C p δσ?=+-[]2 2c i d t c p D C p δσ?= +-
立式搅拌反应釜设计 第一节推荐的设计程序 一、工艺设计 1、作出流程简图； 2、计算反应器体积； 3、确定反应器直径和高度； 4、选择搅拌器型式和规格； 5、按生产任务计算换热量； 6、选定载热体并计算K值； 7、计算传热面积及夹套高度； 8、计算搅拌轴功率。 二、机械设计 1、确定反应器的结构型式及尺寸； 2、选择材料； 3、强度计算； 4、选用零部件； 5、绘图； 6、提出技术要求。 三、化工仪表选型 四、编制计算结果汇总表 五、绘制反应釜装配图 六、编写设计说明书 第二节釜式反应器的工艺设计 一、反应釜体积和段数的计算 1、间歇釜式反应器： V=V R/φ（3—1） V R=V O(τ+τ') （3—2）式中V—反应器实际体积，m3； V R—反应器有效体积，m3。
V O —平均每秒钟需处理的物料体积，m 3/s ； τ' —非反应时间，s ； τ —反应时间，s ； ?=Af x R A A V dx n 00,τ （3—3） 等温等容情况下 ()? -=Af x A A A r dx C 0 0,τ （3—4） 对一级反应 Af x k -= 11 ln 1τ 对二级反应 ()Af A A x xC x -= 10,0 ,τ φ—装料系数，一般为0.4～0.85，具体数值可按下列情况确定： 不带搅拌或搅拌缓慢的反应釜 0.8～0.85； 带搅拌的反应釜 0.7～0.8； 易起泡沫和在沸腾下操作的设备 0.4～0.6。 2、连续釜式反应器 (1)单段连续釜式反应器： ()φφA A A R r x F V V -= =0, （3—5）其中 F A,O —每秒钟所处理的物料摩尔数，kmol/s 。 对于一级反应：（-γA ）=kC A =kC A,O （1-A x ） 则有效反应体积： () () 20,00,0,1A A A A A A A R KC C C V x kC x F V -= -= 其中 V O —每秒所处理的物料体积，m 3/s 对于二级反应：（-γA ）= ()2 20,21A A A x kC kC -=，代入式（3-5）中 则有效反应体积为：V R =()()2 0,020,01A A A A A A kC C C V x kC x V -=- 其中 A x —转化率，其它符号同前。 (2)多级连续釜式反应器 V= φ ∑=n i i R V 1 ,， 而 V R,i = () ()i A i A i A r C C V ---,1,0 （3—6）
课程设计 资料袋 机械工程学院（系、部） 2012 ~ 2013 学年第二学期 课程名称指导教师职称 学生专业班级班级学号题目酸洗反应釜设计 成绩起止日期 2013 年 6 月 24 日～ 2013 年 6 月 30 日 目录清单 . . .
过程设备设计 设计说明书 酸洗反应釜的设计 起止日期： 2013 年 6 月 24 日至 2013 年 6 月 30 日 学生 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院（部） 2013年6月26日
课程设计任务书 2012—2013学年第二学期 机械工程学院（系、部）专业班级 课程名称：过程设备设计 设计题目：酸洗反应釜设计 完成期限：自 2013 年 6 月 24 日至 2013 年 6 月 30 日共 1 周 指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日 目录
第一章绪论 (4) 1.1 设计任务 (2) 1.2 设计目的 (2) 第二章反应釜设计 (2) 第一节罐体几何尺寸计算 (2) 2.1.1 确定筒体径 (2) 2.1.2 确定封头尺寸 (2) 2.1.3 确定筒体高度 (2) 2.1.4 夹套的几何尺寸计算 (3) 2.1.5 夹套反应釜的强度计算 (4) 2.1.5.1 强度计算的原则及依据 (4) 2.1.5.2 筒及夹套的受力分析 (4) 2.1.5.3 计算反应釜厚度 (5) 第二节反应釜釜体及夹套的压力试验 (6) 2.2.1 釜体的水压试验 (6) 2.2.1.1 水压试验压力的确定 (6) 2.2.1.2 水压试验的强度校核 (6) 2.2.1.3 压力表的量程、水温及水中Cl-的浓度 (6) 2.2.2 夹套的水压试验 (6) 2.2.2.1 水压试验压力的确定 (6) 2.2.2.2 水压试验的强度校核 (6) 2.2.2.3 压力表的量程、水温及水中Cl-的浓度 (6) 第三节反应釜的搅拌装置 (1) 2.3.1 桨式搅拌器的选取和安装 (1) 2.3.2 搅拌轴设计 (1) 2.3.2.1 搅拌轴的支承条件 (1) 2.3.2.2 功率 (1) 2.3.2.3 搅拌轴强度校核 (2) 2.3.2.4 搅拌抽临界转速校核计算 (2) 2.3.3 联轴器的型式及尺寸的设计 (2) 第四节反应釜的传动装置与轴封装置 (1) 2.4.1 常用电机及其连接尺寸 (1) 2.4.2 减速器的选型 (2) 2.4.2.1 减速器的选型 (2) 2.4.2.2 减速机的外形安装尺寸 (2) 2.4.3 机架的设计 (3) 2.4.4 反应釜的轴封装置设计 (3) 第五节反应釜其他附件 (1) 2.5.1 支座 (1) 2.5.2 手孔和人孔 (2) 2.5.3 设备接口 (3) 2.5.3.1 接管与管法兰 (3) 2.5.3.2 补强圈 (3) 2.5.3.3 液体出料管和过夹套的物料进出口 (4) 2.5.3.4 固体物料进口的设计 (4) 第六节焊缝结构的设计 (7) 2.6.1 釜体上的主要焊缝结构 (7) 2.6.2 夹套上的焊缝结构的设计 (8) 第三章后言............................................................. 错误!未定义书签。 3.1 结束语 ......................................................... 错误!未定义书签。 3.2 参考文献....................................................... 错误!未定义书签。
<<化工容器>>课程设计 —搅拌反应釜设计 姓名: 余景超 学号: 2010115189 专业: 过程装备与控制工程 学院: 化工学院 指导老师: 淡勇老师 2013年 6 月18 日
目录一设计内容概述 1. 1 设计要求 1. 2 设计参数 1. 3 设计步骤 二罐体和夹套的结构设计 2. 1 几何尺寸 2. 2 厚度计算 2. 3 最小壁厚 2. 4 应力校核 三传动部分的部件选取 3.1 搅拌器的设计 3.2 电机选取 3.3 减速器选取 3.4 传动轴设计 3.5 支撑与密封设计 四标准零部件的选取 4.1 手孔 4.2 视镜
4.3 法兰 4.4 接管五参考文献
一设计内容概述 （一）设计内容：设计一台夹套传热式配料罐 设计参数及要求 容器内夹套内 工作压力，MPa 0.18 0.25 设计压力，MPa 0.2 0.3 工作温度，℃100 130 设计温度，℃120 150 介质染料及有 机溶剂 冷却水或蒸汽 全容积, 3 m 1.0 操作容积, 3 m0.80 传热面积, 2 m 3 腐蚀情况微弱推荐材料Q235--A 接管表 符号公称尺 寸DN 连接面形 式 用途 A 25 蒸汽入口 B 25 加料口 C 80 视镜 D 65 温度计管口 E 25 压缩空气入口 F 40 放料口 G 25 冷凝水出口 H 100 手孔
（二）设计要求： 压力容器的基本要求是安全性和经济性的统一。安全是前提，经济是目标，在充分保证安全的前提下，尽可能做到经济。经济性包括材料的节约，经济的制造过程，经济的安装维修。 搅拌容器常被称为搅拌釜，当作反应器用时，称为搅拌釜式反应器，简称反应釜。反应釜广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、农药、化肥等行业。反应釜由搅拌器、搅拌装置、传动装置、轴封装置及支座、人孔、工艺接管等附件组成。 压力容器的设计，包括设计图样，技术条件，强度计算书，必要时还要包括设计或安装、使用说明书。若按分析设计标准设计，还应提供应力分析报告。强度计算书的内容至少应包括：设计条件，所用规范和标准、材料、腐蚀裕度、计算厚度、名义厚度、计算应力等。设计图样包括总图和零部件图。 设计条件，应根据设计任务提供的原始数据和工艺要求进行设计，即首先满足工艺设计条件。设计条件常用设计条件图表示，主要包括简图，设计要求，接管表等内容。简图示意性地画出了容器的主体，主要内件的形状，部分结构尺寸，接管位置，支座形式及其它需要表达的内容。 （二）设计参数和技术性能指标 （三）设计步骤： 1.进行罐体和夹套设计计算； 2.搅拌器设计； 3.传动系统设计； 4.选择轴封； 5.选择支座形式并计算； 6.手孔校核计算； 7.选择接管，管法兰，设备法兰。
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
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。
表1 夹套反应釜设计任务书 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 0.2 0.3 工作温度， ℃ 设计温度， ℃ <100 <150 介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽 全容积，m3 1.0 操作容积， m3 0.8全容积 传热面积， m2 >3.5 腐蚀情况微弱 推荐材料Q235-A 搅拌器型式推进式 搅拌轴转 速，r/min 200 轴功率，kW 4 接管表 符号公称尺寸 DN 连接面形式用途 a 25 蒸汽入口 b 25 加料口 c 80 视镜 d 65 温度计管 口 e 25 压缩空气入口 f 40 放料口 g 25 冷凝水出 口 h 100 手孔