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1、湖北理工学院 大型作业化工设备机械基础大型作业题 目： 反应釜 教 学 院： 化学与材料工程学院 专 业： 化学工程与工艺 学 号： 01 02 03 04 学生姓名： 吴家尧 郑鹏宇 杨琳琳 谢勇指导教师： 夏 贤 友 年 月 日大型作业任务书220142015学年第1学期学生姓名： 专业班级：化学工程与工艺（精细化工）2011（1）指导教师： 夏 贤 友 工作部门： 化工教研室 一、大型作业题目：反应釜二、大型作业内容（含技术指标）1反应介质：10m3的水乳胶涂料；2. 容器内压：常压；3. 反应温度：8510；4. 电机功率：6kW；5. 搅拌转速：60rpm；6、作业成果：计算书1份，
2、设备图1张（CAD绘制，A1打印）。三、进度安排112月15日：分配任务；212月16日-6月18日：查询资料、初步设计；312月19日-12月25日：设计计算，完成报告。412月26日：答辩，提交作业四、基本要求1设计方案：根据给定的条件合理选择设备的结构以及合适的材料，立式容器或卧式容器的筒体和封头、钢板卷制焊接结构接头、钢板材料的型号及热处理条件等；2设计计算：依据材料的性能，对选用设备的壁厚进行计算、稳定性进行校核；3辅助设备的选型：包括典型辅助设备的主要尺寸计算及型号规格：人孔或手孔设计、法兰的型号规格、接管开孔结构、视镜或液面镜以及容器的支座选型等。 教研室主任签名： 2013年
3、月 日目录设计方案简介50.1 设计条件50.2 设备外部条件50.3 水乳胶50.4 设计内容及设计方案50.4.1夹套反应釜的总体结构60.4.2 釜体设计内容60.4.3 传热装置设计内容61 反应釜釜体的设计71.1 釜体公称直径DN的确定71.2 釜体筒体壁厚的设计71.2.1 设计参数的确定71.2.2 釜体壁厚的确定71.3 釜体封头的设计81.3.1 釜体封头厚度的计算81.3.2 釜体封头相关参数91.4 筒体高度H的确定91.5 外压筒体壁厚及封头壁厚的设计91.5.1 外压筒体壁厚的计算91.5.2 外压封头壁厚的计算101.6 筒体液压试验及应力校核111.6.1 筒体
4、液压试验111.6.2 筒体应力校核112 反应釜夹套的设计122.1 夹套的公称直径和设计压力的确定122.1.1 夹套公称直径的确定122.1.2 夹套PN的确定122.2 夹套筒体的设计122.2.1夹套筒体壁厚的设计122.2.2 夹套筒体长度H筒的初步设计122.3 夹套封头的设备132.3.1 封头的选型132.3.2 椭球形封头壁厚的设计（强度和刚度）132.3.3 椭球形封头结构尺寸的确定132.3.4 带折边锥形封头厚壁的设计142.3.5封头结构的设计（总体设计）142.3.6 带折边锥形封头厚壁的设计142.4 传热面积的校核153 夹套的压力试验及应力校核163.1 水
5、压试验压力的确定163.2液压试验的应力校核163.3 水压试验的操作过程164 反应釜附件的选型及尺寸设计174.1 釜体法兰联接结构的设计174.1.1 密封面形式的选型174.1.2 螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格及材料的选择174.2 工艺接管的设计174.3 管法兰尺寸的设计184.4 垫片及材质194.5 视镜的选型194.6支座的选型及设计204.6.1支座的选型及尺寸的初步设计204.6.2支座载荷的校核计算215 搅拌轴及桨的设计235.1 搅拌器的结构型式235.2 搅拌轴直径的初步计算235.2.1 搅拌轴直径的设计235.2.2 搅拌抽临界转速校核计算245.3 联轴器的型
6、式及尺寸的设计245.4 直叶桨式搅拌器尺寸的设计246 传动装置的选型和尺寸计算256.1 电动机的选用256.2 减速机的选用266.3 机座的设计266.4 轴封装置26总结26参考文献28设计方案简介0.1 设计条件（1）反应介质：10m3的水乳胶涂料；（2）容器内压：常压；（3）反应温度：8510；（4）电机功率：6kW；（5）搅拌转速：60rpm。0.2 设备外部条件 黄石年平均气温17。最热月（7月）平均29.2，最冷月（1月）平均3.9。无霜期年平均264天，年平均降水量1382.6毫米，年平均降雨日132天左右，全年日照1666.4-2280.9小时，占全年月日可照射时数的3
7、1-63。境内多东南风，年平均风速为每秒2.17米。0.3 水乳胶的介绍由于水性涂料不用有机溶剂，对人体无毒害，对环境无污染，因而近年来发展十分迅速。凡是用水作溶剂或者分散在水中的涂料部可称之为水性涂料。水性涂料包括水溶性涂料和水胶乳涂料两种，采用乳液聚合工艺制备成合成树脂水胶乳，胶粒径0.1-10m。 目前，世界上使用较广的水胶乳涂料有聚醋酸乙烯水胶乳涂料、聚丙烯酸酯水胶乳涂料、醇酸树脂水胶乳涂料和偏氯乙烯共聚树脂水胶乳涂料。水乳胶可用：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丁酯、醋酸乙烯酯、苯乙烯、氯乙烯和丙烯腈等单体合成。例如：苯丙乳液（苯乙烯-丙烯酸酯乳液）是由苯乙烯和丙烯酸酯单
8、体经乳液共聚而得。乳白色液体，带蓝光。固体含量4045，粘度801500mPas，单体残留量0.5%，PH值89。苯丙乳液附着力好，胶膜透明，耐水、耐油、耐热、耐老化性能良好。苯丙乳液用作纸品胶粘剂，也可与淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠等胶粘剂配合使用。贮存于530的库房内，贮存期1年。苯丙乳液作为一类重要的中间化工产品,有着非常广泛的用途，现主要用作建筑涂料、金属表面乳胶涂料、地面涂料、纸张粘合剂、胶粘剂等。在进行操作时可将水乳胶的密度近似于水的密度进行计算。0.4 设计内容及设计方案0.4.1夹套反应釜的总体结构带搅拌的反应釜是化学、医药及食品等工业中常用的典型反应设备之一。它是一种在一定
9、压力和温度下，借助搅拌器将一定容积的两种（或多种）液体以及液体与固体或气体物料混匀，促进其反应的设备。一台带搅拌的反应釜主要有搅拌容器、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。 反应釜分罐体和夹套两部分，主要有封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置有搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要有电动机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的反应釜。0.4.2 釜体设计内容釜体一般是立式圆筒形容器，有顶盖、筒体和釜底，通过支座安装在基础或平台上
10、。根据反应釜的设计参数及要求可知，釜体采用立式圆筒形结构，上、下封头均采用标准椭圆形封头。下封头与筒体焊接，上封头与筒体采用法兰连接。夹套采用焊接式整体结构形式。0.4.3 传热装置设计内容为及时送入化学放应所需热量或传出化学放应放出的热量，在釜体外部或内部可设置传热装置，使温度控制在需要的范围之内。 常用的传热装置是在釜体外部设置夹套或在釜体内部设置蛇管。反应釜的搅拌装置由搅拌轴和搅拌器组成，可使物料混合均匀、良好接触，加速化学反应的进行。 搅拌过程中，物料的湍动程度增大，反应物分子之间、反应物分子与容器器壁之间的接触不断更新，既强化了传质和传热，又有利于化学反应的进行。搅拌器采用推进式搅拌
11、器。反应釜的传动装置主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成。反应釜的轴封装置：为维持设备内的压力或阻止釜内介质泄漏，在搅拌轴伸出封料抖出必须进行密封（动密封）。轴封装置通常有填料密封和机械密封。反应釜的其他附件，包括支座、人孔、工艺接管等。1 反应釜釜体的设计1.1 釜体公称直径DN的确定 在确定反应釜釜体直径和高度时，考虑到操作时所允许的装料程度，即装料系数的影响，通常装料系数可取0.60.85。如果物料在反应过程中产生泡沫或呈沸腾状态，应取较低值，一般为0.60.7；如果反应状态平稳，可取0.80.85（物料粘度大时，可取最大值）。所以，取=0.85。反应釜内物料类型为液-液相物料L/D
12、i可取1.01.3。所以，取L/Di=1.3。设计的反应釜体积V=V0/=10/0.85=11.76m3，圆整得V=12m3。由 （1-1）式中 V釜体的体积，m3; Di釜体的内径，m; L釜体的长度，m。所以，=2.27m，故得釜体DN=2270mm。1.2 釜体筒体壁厚的设计1.2.1 设计参数的确定根据设计要求，容器内压为常压，取设计压力p=0.1MPa。 设计压力p：p0.1MPa； 液柱静压力p液：MPa; 计算压力pc：pc= p+ p液 =0.1+0.03858=0.13858MPa； 设计温度t：t= 8510；焊接接头系数：0.85；设计压力p=0.1MPa，设计温度t=8
13、510，可选择Q235-B号钢，查文献1得在该温度下的许用压力t=113MPa。1.2.2 釜体壁厚的确定釜体的计算厚度为： （1-2）式中 釜体的计算厚度，mm;Pc釜体的计算压力，MPa; Di釜体的内径，mm；焊接接头系数； t许用应力，MPa。所以，釜体的计算厚度：mm预计釜体的名义厚度在67之间，则取负偏差C1=0.60mm，双面腐蚀取C2=3mm。釜体的设计厚度d=+C2=1.64+3=4.64mm;釜体的名义厚度n=+C1+C2+=6mm;釜体的有效厚度e=+=2mm。故，釜体的壁厚为6mm。查文献2得：釜体一米高的容积V1m=2.545m3;釜体一米高的内表面积Fi=5.66m2；釜体一米高筒节的质量G=356kg。1.3 釜体封头的设计1.3.1 釜体封头厚度的计算 采用标准椭圆形封头作为釜体的下封头，如图1-1所示。 图1-1 椭圆形封头示意图 由于封头为椭圆形封头，所以，Di/2hi=2，查文献2得椭圆形封头形状系数K=1.00，则封头厚度S: （1-3）故, Smm 封头设计厚度Sd=S+C2=1.64+3=9.96mm；封头名义厚度Sn=
