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1、化工设备机械基础课程设计说明书 化工设备机械基础课程设计说明书 题 目： 换热式反应釜的机械设计 学 院： 化学工程学院 专 业： 环境工程 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成日期：2012年1月11日摘 要化工设备机械基础是针对化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化学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且具有设计钢制典型的中、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
2、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。 化工设备课程设计师培养学生设计能力的重要事件教学环节。在教师指导下，通过课程设计，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以下几个目的：(1)熟练掌握查血文献资料、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
3、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，并提出保证该过程正常、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、清晰地图标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。目 录换热式反应釜的设计任务及设
4、计要求第一章 夹套反应釜设计要求第二章 夹套反应釜设计思想的确定第三章 反应釜釜体的计算3.1罐体几何尺寸计算3.2夹套几何尺寸的计算3.3 釜体筒体壁厚的设计 3.4 夹套厚度计算3.5筒体和封头强度校核3.6反应釜釜体及夹套的压力试验第四章 筒体和夹套的设计 4.1筒体和夹套的尺寸计算4.2夹套反应釜的强度计4.3 稳定性校核4.4 水压试验校核第五章 设备零部件的配备5.1反应釜的传动装置5.2 常用电机及其连接5.3 釜用减速机类型，标准及其选用5.4 凸缘法兰5.5 安装底盖5.6 机架5.7 联轴器5.8 反应釜的轴封装置5.9 反应釜的其他附件第六章 结语参考文献（一）设计任务1
5、. 设备名称：换热式反应釜。2. 操作容积：2m33. 设计压力：釜内0.2MPa4. 设计温度：釜内60C,换热器 100C5. 反应介质：釜体内。污泥脱水。换热器内：冷却水和100C水蒸气。腐蚀情况，微弱。6. 传热面积：7 m37. 电机功率：1.4KW,搅拌轴转速：200r/min8. 建议使用材料：20R。（二）设计内容1. 选定反应釜的结构型式、尺寸和材质。2. 进行反应釜釜体强度和稳定性校核。3. 确定搅拌器的型式、配备接管、法兰等零部件。4. 提出技术要求。5. 绘制总装配图和一件零件图。第一章 夹套反应釜设计要求1.污泥处理器相关内容1.污泥处理是对污泥进行浓缩，调制，脱水，
6、稳定，干化或焚烧的加工过程。去除污水中有害成分。2.釜体是物料进行化学反应的空间，大多数釜体都带有夹套。3.化学反应总会伴有吸热或发热，为了控制反应正常进行，就要有供热或冷却的传热装置，如外置式夹套。2.设备的工艺要求本设备按照GB 1501998钢制压力容器进行制造、实验和验收，并接受国家质量技术监督局颁发的压力容器安全技术监督规程的监督。2.焊接采用电弧焊。3.焊接接头型式及尺寸处图中注明外，按GB 98588规定；角焊缝的腰高按薄板的厚度；法兰焊接按相应的法兰的标准中的规定。4.筒体、封头及其相连接的对接焊接接头应进行X射线探伤检查，检测长度不得少于各条焊接接头长度的20%，且不小于25
7、0mm，级为合格。5.设备制造完毕后，设备内以0.55Mpa（表压）进行水压试验，合格后焊接夹套，夹套以0.65Mpa（表压）进行水压试验。6.设备上凸缘与安装底座的连接表面，应在组焊后加工。7.设备组装后，在搅拌轴上端轴封处测定轴的径向摆动量不得大于0.5mm，搅拌轴轴向窜动量不得大3 mm。8. 设备组装后，低于临界转速时，先运转十五分钟后，以水代料，并使设备内达到工作压力；超过临界转速时，直接以水代料，严禁空远转，并使设备内达到工作压力，进行试运转，时间不少一小时。在运转过程中，不得有不正常的噪音和振动灯不良现象。10.管口及支座方位按本图（或管口及支座方位见管口方位图）第二章 夹套反应
8、釜的设计思想的确定1. 设备主体反应釜设计思想首先根据更工艺要求并考虑制造、安装和维护检修的方便，确定各部分结构形式。夹套式反应釜一般由罐体和夹套两部分构成，罐体一般是立式圆筒形容器，罐底一般用椭圆形封头。顶盖在受压为0.2MPa下操作可以选用椭圆形封头。罐底与筒体采用焊接连接，顶盖椭圆封头与筒体要求可拆，用法兰连接。然后对筒体、封头进行尺寸的计算，此处取装料系数为0.8，主要是由于釜体内物料平稳或粘度较大时装料系数在0.8-0.85之间，此处取0.8。夹套属于内压容器，对其进行强度校核。当夹套反应釜几何尺寸确定后，由已知的公称直径、设计压力和设计温度进行强度校核，选用材料为20R，查表得其许
9、用应力，从而确定筒体和封头的计算厚度，在取腐蚀裕量为2mm，钢板负偏差为0.6mm，从而得设计壁厚。筒体属于外压容器，对其进行稳定校核，利用图算法，要求许用外压大于工作压力0.3MPa。最后进行水压试验校核。2设备零部件的配备的设计思想 其零部件主要是由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。搅拌装置主要由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；由于其转速200r/min，选用推进式搅拌器。一般选用45钢，需要对搅拌轴进行强度校核。传动装置是为带动搅拌装置设置的，只要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置属于动密封，一般采用机械密封或填料密封；
10、由于填料密封一般用于常压、低压、低转速的搅拌装置，此处不选用，从而选用机械密封，它功耗小，泄漏率低、密封性好。他们与支座、人孔、工艺接管等附加一起，构成完整的夹套的反应釜。反应釜的其他附件有设备法兰，筒体与上封头连接时采用甲型平焊法兰连接。支座，对于夹套式反应釜多采用立式安装，最常用的为耳式支座。最后就是设备的接口，接管与法兰。机械设计是在工艺设计之后进行的，设计依据是工艺提出的要求和条件。工艺条件一般包括：全容积、操作容积、最大工作压力、工作温度、介质腐蚀性、传热面积、搅拌形式、转速和功率、工艺接管尺寸方位等。第三章 反应釜釜体的设计3.1 罐体几何尺寸计算3.1.1确定筒体内径将釜体视为筒
11、体，取L/D=1.1由V=(/4)，L=1.1则，D1=1.425m，圆整取1400mm。3.1.2确定封头尺寸 （1）椭圆封头选取标准件，它的内径与筒体内径相同，标准椭圆封头尺寸见附表4-2.即DN=Di =1400（mm） 曲边高度 hi =350mm 直边高度h2=25mm 容积V=0.3977m3 （2）封头的选型 釜体的下封头选标准椭球型，代号EHA、标准JB/T47462002。3.1.3筒体高度H的设计筒体高度H1=（V-V封)/V1m=(2.5-0.398)/1.539=1.366m圆整H1至1400mm3.2 夹套几何尺寸的计算 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D2可根据筒体内径D1按表4-3选取：D2 =D1+100=1500mm 夹套下封头型式同筒体封头，直径D2与夹套筒体相同。 夹套高H2有传热面积而决定，不能低于料液高，装料系数： y=操作容积/全容积=22.5=0.8夹套高H2 计算：H2 = （V-V1封）V1m代入数值计算得：H2=1.04 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：
