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1、夹套反应釜设计说明书 化工设备机械基础课程设计学院 化学与化工学院 专业 化学工程与工艺 设计者姓名 张学乐 张伟伟1066115428 陈凯 1066155102 柴宝华1066155127 潘虹 1066155140指导老师 张永强 设计时间 2012 年11月26日 前 言1.1 课题介绍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，学生们通过运用已学的知识及查阅资料文献的方式进行课程设计。通过裸程设计，一方面锻炼学生自主学习创新意识；另一方面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。1.2反应釜的研究背景和发展趋势
2、在大部分有机化学反应中，由于反应物本身的理化特性，使得许多化学反应在进行工业化，进行工业生产的过程中都存在着反应时间长，反应效率低的缺陷。甚至有些反应物或产物对人类有毒有害物质。同时也由于许多化学反应在进行反应时所要求的苛刻的外部条件，如：高温、高压、缓慢加入、搅拌、保温、散热等等各种条件，使得反应存在生产效率低、周期长、浪费严重和污染环境等不利结果。反应釜的反应条件首先是与压力有关，即是一压力容器，压力容器从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一阶段，主要表现在20世纪初，随着石油化学工业发展出现了一些运用与化工生产的中低压容器设计与运用。第二阶段，20世纪50年代以后，随着世界经济的飞速发
3、展，压力容器被广泛地运用于生产生活的各个方面，这时的压力容器不能单独构成一台设备，期内不需要装入完成某单元操作的元件。第三阶段，21世纪的世界经济飞速发展，中国等发展中国家制造业的发展是社会发展、经济体高的基础。但随着世界范围内能源的危机，许多国家在开发新能源，一方面加紧开发煤气和天然气，另一方面积极的开发和能源，而这些能源的利用需要在相应的容器内完成。预计在不久的将来高压容器的设计更新会成为科技发展的焦点。反应釜的广义理解即有物理或化学反应的不锈钢容器，不锈钢反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等生产型用户和各种科研实验项目的研究，用来完成水解、中和、结晶、蒸馏、蒸发、储
4、存、氢化、烃化、聚合、缩合、加热混配及恒温反应等工艺过程的容器。在化工反应器制造过程中，一台压力容器从设计到投入使用，要经过设计、制造、检验、安装运行、监督和维护等多个环节，设计是其中一个重要的环节。设计的正确合理与否，不仅涉及到制造、检验等环节的难易程度，影响到容器制造成本和运转费用，而且直接关系到产品运行的可靠性。因此反应釜的设计具有重要意义。反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。随之反应过程中的压力要求对容器的设计要求也不尽相同。生产必须严格按照相应的标准加工、检测并试运行。不
5、锈钢反应釜根据不同的生产工艺、操作条件等不尽相同，反应釜的设计结构及参数不同，即反应釜的结构样式不同，属于非标的容器设备。反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它复合材料。搅拌器有锚式、框式、桨式、涡轮式，刮板式，组合式，转动机构可采用摆线针轮减速机、无级变速减速机或变频调速等，可满足各种物料的特殊反应要求。密封装置可采用机械密封、填料密封等密封结构。加热、冷却可采用夹套、半管、盘管、米勒板等结构，加热方式有蒸汽、电加热、导热油，以满足耐酸、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺需要。可根据用户工艺要求进行设计、制造。课程设计任务书说明设计目的：应用化工设备机械基
6、础所学相关知识，利用化机课程设计这一有效途径，将化学工程与工艺专业所学相关知识有机的结合起来，巩固并升华所学化工设备机械基础基本知识和基本理论。设计要求：设计时要有比较详尽的设计过程及步骤，并将其编辑为一份内容比较规范详细的设计说明书。主要内容包括如下几项：1. 封面2. 前言3. 各部分的结构尺寸的确定和设计计算4. 设计小结参考文献 与此同时，还应附有一份反应釜体CAD结构图纸一张，用A2纸绘制。设计要求容器内夹套内设计压力/MPa2.82.0设计温度/200250介质氯乙烯单体水蒸汽全容积/ m6操作容积/m3.6搅拌器型式桨式搅拌主转速/rmin85轴功率/kw2.8 目 录第一章 反
7、应釜釜体的设计- 1 -1.1确定反应釜筒体的DN、PN- 1 -1.2 反应釜筒体封头的设选型和计算- 2 -1.3反应釜筒体长度H的设计- 3 -1.4 反应釜筒体壁厚设计- 4 -1.5釜体法兰连接结构的设计- 5 -第二章 反应釜夹套的设计- 6 -2.1 夹套釜体Dn、Pn的确定- 6 -2.2 夹套筒体的设计- 6 -2.3 夹套封套的设计- 7 -2.4对筒体和封头进行强度校核- 8 -第三章 搅拌装置的选型与尺寸设计- 9 -3.1反应釜的搅拌装置- 9 -3.2搅拌器的设计- 9 -3.3搅拌轴直径的初步计算- 10 -3.4 搅拌轴长度设计- 11 -第四章 反应釜传动装置
8、- 11 -4.1.电动机的选型- 11 -4.2 减速器的选型- 13 -4.3 安装底座的设计- 13 -4.4机架的设计- 13 -4.5 联轴器的型式及尺寸的设计- 14 -第六章 反应釜的其它附件- 16 -6.1 人孔的设计- 16 -6.2 视镜的选取- 17 -6.3 支座的选型及设计- 18 -6.4 工艺管及法兰的选取- 19 -6.5 温度计的选型- 20 -小 结- 20 -参 考 文 献- 21 -第一章 反应釜釜体的设计1.1确定反应釜筒体的DN、PN1.1.1筒体DN的确定 对于直立反应釜来说，釜体设备的全容积是指圆柱形筒体及下封头容积，即 V = Vg + Vf
9、式中 Vg设备筒体部分容积，m3; Vf封头容积，m3根据V及选用的L/D1,将反应釜体视为圆柱形筒体，可初步估算筒体内径。根据实际经验几种搅拌器的长径比大致如附表所示。(参考文献【1】P287表9-3) 所以设备的长径比=1.2设备条件反应温度小于200，物料在反应过程中要呈沸腾的状态，并且在反应过程中要进行搅拌，根据操作时允许的装满程度来确定装料系数。本反应釜内的反应物质为氯乙烯单体，其粘度远小于水，为提高设备的利用率，故选用=0.6。 将=1.2 ，=0.6 代入公式得 Di圆整后 Di=1800 根据规定 DN=18001.1.2 反应釜筒体PN的确定根据设计要求，反应釜体内部压力为2
10、.8MPa，因此PN=2.8MPa1.2 反应釜筒体封头的设选型和计算1.2.1 封头的选型根据设计要求，该反应釜的封头选用标准为椭圆形封头，类型是EHA。(参考文献【1】 P104 图4-4)1.2.2 设计参数的确定Pc=2.8MPa =1 (双面焊接，100无损探伤) C1=1 C2=1 当操作温度为250 时，查表得到16MnR材料=170MPa1.2.3 封头壁厚的计算 受内压的椭圆形封头的计算公式 按下式计算 式子中 是 一经验式。因所选的为标准椭圆形封头，所以 K=1将确定的参数代入公式 =14.88mm设计厚度 =14.88+1.0=15.88 名义厚度 （圆整量） =15.8
11、8 + 1 + = 16.88 + 圆整后取 = 181.3反应釜筒体长度H的设计1.3.1 反应釜筒体长度H计算椭圆形封头的容积 带入已知的数据，则 筒体每米高容积 带入相关数据，则 则筒体高度估算为 H=m圆整后取得 H=20001.3.2 反应釜体长径比L/Di复核反应釜体长度 L=H+h+其中：H为筒体 h为标准椭圆封头直变长 为椭圆深度 L=2000+25+450 = 2175 圆整后 L= 2200 mm 长径比复核 与所选用的长径比基本相符。1.4 反应釜筒体壁厚设计1.4.1 设计外压的确定 本次设计夹套压力为2.8MPa Pc=2.8MPa （内压）1.4.2 试差法设计外压
12、筒体壁厚假设筒体壁厚为 则 外径筒体的有效壁厚 圆筒的临界长度 代入数值得到 L = 2200 Lcr = 23011mm所以该筒体属于短圆筒 短圆筒的临界压力 代入数据 Pa=2.59186.4103=2.86MPa 由于Pc=2.86MPa P=2.8MPa 则假设合理 然而反应釜下封头和筒体一样也应该按外压来确定其厚度，所以封头的壁确定为。1.5釜体法兰连接结构的设计1.5.1 法兰的选型法兰连接是由一对法兰、数个螺栓和一个垫片（圈）所组成。法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于法兰密封表面上的凹凸不平处填满，这样就为阻止介质泄漏形成了初始密封条件。压力容器法兰从整体看有三种形式：甲型平焊法兰
13、；乙型平焊法兰；长颈对焊法兰。参阅文献【2】表10-1及文献【1】附表14-1，根据它们的公称直径（即与法兰配用的容器内径）和公称压力（可以理解为法兰的实际压力），选定法兰类型为甲型平焊法兰。其主要尺寸如下表。 长颈对焊法兰尺寸（JB/T470)DD1D2D3D4法兰盘d2050198019291909190612239 所配螺栓螺柱规格螺柱数量M36561.5.2密封面选取容器法兰密封面有三种形式：平面型密封面；凹凸型密封面；榫槽型密封面，因凹凸型、榫槽型密封面。对于平面型压紧密封面，在PN6.4MPa的情况下，应用最为广泛。此外，当釜体内介质有毒或易燃易爆时，不能采用，而氯乙烯单体是一种易
14、燃、易爆且有毒的物质。凹凸型密封面由一个凸面和一个凹面相配合组成，在凹面上放置垫片。其优点便于对中，防止垫片被挤出，故可适用于压力较高的场合。所以，密封面的型号选为凹凸型。1.5.3 垫片尺寸及材质垫片是构成密封的重要元件，适当的垫片变形和回弹能是形成密封的必要条件。最常用的垫片可分为非金属垫片、金属垫片以及非金属混合制的垫片。考虑到操作介质的有毒性、易燃性、易爆性，操作压力2.8MPa，温度小于250，参阅文献【1】表63，选择密封垫片为耐油橡胶石棉垫。其主要尺寸如下图： 垫片的主要尺寸内径（d/mm）外径（D/mm）宽（b/mm）厚度（/mm）18001836203第二章 反应釜夹套的设计2.1 夹套釜体DN、PN的确定2.1.1 夹套釜体DN的确定
