夹套反应釜课程设计
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
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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
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、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:
? 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。
? 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
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，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可
1
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。
? 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。
? 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。
2
目录
1 设计方案的分析和拟定………………………………………………………(6) 2. ………………………………………………………(6)反应釜釜体的设计 2.1罐体和夹套的结构设计……………………………………………………(6) 2.2 罐体几何尺寸计算…………………………………………………………(7) 2.2.1确定筒体内径…………………………………………………………… (7) 2.2.2 确定封头尺寸……………………………………………………………(7) 2.2.3 确定筒体的厚度Hi………………………………………………………(8)
…………………………………………………………(8)2.3 夹套几何尺寸计算
………………………………………………… (9)2.4 夹套反应釜的强度计算 2(4.1 强度计算的原则及依据……………………………………………(9) 2.4.2 按内压对圆筒和封头进行强度计算……………………………………(9) 2.4.3 按外压对筒体和封头进行强度校核……………………………………(10) 2.4.4 夹套厚度计算 ……………………………………………………………(11) 2.4.5 水压试验校核计算………………………………………………………(11) 3反应釜的搅拌装置……………………………………………………………(12) 3.1 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计……………………………(12) 3.2 搅拌轴设计…………………………………………………………………(13) 4 反应釜的传动装置……………………………………………………………(14) 4.1 常用电机及其连接…………………………………………………………(14) 4.2 釜用减速机类型，标准及其选用……………………………………………(14) 4.3 凸缘法兰……………………………………………………………………(15)
3
4.4 安装底盖……………………………………………………………………(15) 4.5 机架 ………………………………………………………………………(15) 4.6 联轴器………………………………………………………………………(16) 5 反应釜的轴封装置 …………………………………………………………(16) 6 反应釜的其他附件……………………………………………………………(16) 6.1 支座………………………………………………………………………… (16) 6.2人孔………………………………………………………………………… (17) 6.3 设备接口…………………………………………………………………… (17) 7 反应釜的装配图…………………………………………………………… (17)
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课程设计任务书
设计目的:把所学《化工设备机械基础》及相关知识，在课程设计中综合运用，
把化工工艺条件与化工设备设计有机地结合起来，巩固和强化有关
机械课程的基本理论和基本知识。
设计要求:设计时要有较精确的设计内容和步骤，一份设计计算说明书，(设计
计算说明书是图纸设计的理论依据，是设计计算的整理和总结，是
审核设计的技术文件之一。主要内容有: 1 . 目录; 2 . 设计任务
书; 3. 设计方案的分析和拟定; 4. 各部分结构尺寸的确定和设计
计算; 5. 设计小结 ; 6. 参考资料。)CAD图纸一张，用A2纸打
印。
设计内容:设计一张带有搅拌装置的夹套反应釜。
第三组 组长:张定成
设计人: 张定成
设计任务书
设计参数要求
容器内 夹套内
工作压力 ，Mpa
设计压力 ，Mpa 0.7 0.9
工作温度 ，?
设计温度 ，? <110 <140
介质 染料及有机溶剂 冷却水或蒸汽
全容积 ，m? 2.5
操作容积 ，m? 2
传热面积 ，m? 7
腐蚀情况 微弱
推荐材料 Q235-A
搅拌器型式 浆式
搅拌轴转速 ，r/min 50
轴功率 ，KW 1.4
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1 设计方案的分析和拟定
根据任务书中的要求，一个夹套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、工艺接管等一些附件构成。而搅拌容器又可以分为罐体和夹套两部分。搅拌装置分为搅拌器和搅拌轴，根据任务说明书的要求本次设计搅拌器为浆式搅拌器;考虑到机械轴封的实用性和应用的广泛性，所以轴封采用机械轴封。
在阅读了设计任务书后,按以下内容和步骤进行夹套反应釜的机械设计。
(1)总体结构设计。根据工艺的要求，并考虑到制造安装和维护检修的方
便来确定各部分结构形式。
(2)搅拌器的设计。
?根据工艺参数确定各部几何尺寸;
?考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料;
?对罐体、夹套进行强度和稳定性计算、校核;
(3)传动系统设计，包括选择电机、确定传动类型、选择联轴器等。
(4)决定并选择轴封类型及有关零部件。
(5)绘图，包括总图、部件图。
(6)编制技术要求，提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。 2. 反应釜釜体的设计
反应釜是有罐体和夹套两部分构成，罐体是反应的核心，为物料完成搅拌
过程提供一个空间。夹套为反应的操作温度提供保障，是一个套在罐体外
的密封空间容器。
2(1罐体和夹套的结构设计
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罐体采用立式的圆筒形容器，有筒体和封头构成。通过支座安装在基础平台上。封头一般采用椭圆形封头。由于筒体内径Di<1200mm，因此下封头与筒体的连接采用焊接连接。而为了拆卸清洗方便，上封头采用法兰与筒体连接。
夹套型式与罐体大致一致。
2.2 罐体几何尺寸计算
2.2.1确定筒体内径
4V3D,ii, 一般有工艺条件给定容积V、筒体内径D估算:i
Hii,Di式中i为长径比即: ，有表4-2选取。根据题意取i=1.0，
DD已知V=1.0,则i =1084mm, 将i 圆整到公称直径系列，则
Di =1000(mm).
2.2.2 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
D附表4-2.即DN=i =1000(mm)
曲边高度 h=250mm 直边高度h2=25mm 容积V=0.1505m3 i
(2)封头厚度计算
pDics,t20.5p,,,,,c 由公式
t,,,其中P=0.2 =113MP (由参考文献附表9查的) c
封头焊接采取双面焊、全焊透，局部无损伤 ，则υ=0.85 计算S=0.7×1400/(2113×0.85-0.5×0.7)=5.1 mm 由参考文献一 表4-9查得:负偏差 C1=0.5mm
7
由参考文献一表4-11查得:腐蚀裕量C2=1.5mm
计算名义厚度 Sn=S+C1+C2+Δ=5.1+1.5+0.5+0.9=8mm 故封头厚度取8mm
(3)由于S<10mm 则封头的直边高度 h=25mm 2
2 3 有附表4-2 知封头内表面积A=2.2346m 容积V=0.3977m
2.2.3 确定筒体的厚度H i
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Hi按下式计算并进行圆整:Hi=(V,V)/V 封im
3式中V ------------封头容积:0.3997 m 封
3V------------1m高筒体容积(见附表4-1):V=1.539 m /m im im
得 Hi= (2.5-0.3977)/1.539=1.3660m 圆整后的Hi=1.4m=1400mm
按筒高圆整后修正实际容积:
3 3 V= V×H + V=1.4*1.539+0.3977=2.55 m>2.5 m 封imi
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。夹套的安装尺寸见图4-6，夹套内径D可根据筒体内径D按21表4-3选取:D=D+100=1500mm 2 1
夹套下封头型式同筒体封头，直径D与夹套筒体相同。 2
夹套高H有传热面积而决定，不能低于料液高， 2
装料系数 : y=操作容积/全容积=2?2.5=0.8
夹套高H计算:H = (ηV-V)?V代入数值计算 2 2 封im
8
得:H =1.04 m 2
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，F>=F 其中 F=H ×F 封筒筒2 1m
故 F，F=2.2346，4.40×1.04=7.07>=7? 封筒
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，其尺寸见附图4-2，主要尺寸有附表4-4查的，其中:
D=1530mm D1=1490mm D2=1455mm D3=1441mm
D4=1438mm S=46mm d=23mm
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。
2(4.1 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。
2.4.2 按内压对圆筒和封头进行强度计算
(1)筒体强度计算
t,,113Mpa,,已知:Tc=110? Pc=0.7Mpa υ= 0.85
9
PcDi,,5.1Smmt,,2,,
负偏差 C2=1.5mm
腐蚀裕量 C2=1.5?
名义厚度 Sn=S，C1，C2，Δ=8? (2)封头厚度计算
PcDi,,5.1Smmt,,20.5,Pc,, 同理 名义厚度 : Sn=S，C1，C2，Δ=8? 2.4.3 按外压对筒体和封头进行强度校核 (1)筒体图算法
由于D/Se>=20 0
? 假设 Sn=14mm 令Se=Sn-2=12mm D=D+2Sn=1428mm 0i
? 则 L/D=1400?1428=0.98 0
D/Se=119 D>20 00
? 查图5-5得 A=0.0012 ? 查图5-7 由于Tc =<140? 则B=125Mpa
计算许应外压力[p] [p]=B/( D/Se)=1.05Mpa 0
所以 [p]>=p 故筒体厚度Sn取14mm c 2
由Sn=8mm=< Sn=14mm 12
封头厚度确定为14mm
(2)外压封头强度计算
10
?设封头的厚度 Sn=14mm 计算有效厚度Se=Sn-C=12mm R=KD 式中K =0.9 D =Di+2Sn=1428mm 010 10
R =0.9×1428=1285mm 0
? 计算系数A
0.125A,,0.0011R0Se
?查参考文献[1]中图5-8 T=<150? 查的系数B=120Mpa
B[p]=1,MpaR0Se
[p]>p 所以封头厚度确定 Sn=14mm c
2.4.4 夹套厚度计算
(1)夹套筒体部分厚度计算
t,,113Mpa,,由 P=0.9Mpa T=<140? υ=0.85 c 2 c 2
pD22cS,,7.03mm2t,,2[]
负偏差 C=0.5mm 1
腐蚀裕量 C=1.5mm 2
则 Sn=S，C，Δ=10mm 221
(2)夹套封头厚度计算
pD22cS,,7.0mm2t,,2[]0.5,p2c 同理 :
则 Sn=S，C，Δ=10mm 221
2.4.5 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
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(1) 罐体水压试验
t 由于[σ]?[σ] 故 p=1.25p=1.25Pc=0.875Mpa T
pDiSe()，T,,,61.7MpaT2Se
材料屈服点应力 σ=235Mpa s
,T 0.9 συ=179.8Mpa ?0.9 συ 所以罐体水压试验强度足够 ss
t (2)由于[σ]?[σ] 故 p=1.25p=1.25P=1.125Mpa Tc2
pDSe(2)，T2,,,106MpaT2Se2
材料屈服点应力 σ=235Mpa s
,T 0.9 συ=179.8Mpa ?0.9 συ 所以夹套水压试验强度足够 ss
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4-4 查的D/D取1.25:1—2:1 H/D=1:1—2:1 1J0J
有实际情况取D/D=1.5:1 H/D=1:1 1J0J
则: 搅拌器直径 D=900mm J
液面高度: H=900mm 0
3.1 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4-5查的:
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d=900mm d=50mm J
螺栓:d :M16 数量 4 螺钉:d :M16 数量 1 01
S=16 b=90 c=150 m=110 f=45 e=5
3.2 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
T,,,,[],kmax
轴扭转的强度条件是: (参考文献1.pW
公式9-5)
对Q235-A [τ]=12~20Mpa k
33 对实心轴 Wp=πd/16=24531mm
6 T=9.55×10 p/n=133700N•mm θ
,,5.5Mpa,[],maxk 则: 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
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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
4 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。
4.1 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。
PP，mP,d,电机功率可按下式确定:
式中:p=1.4KW η=0.95 ~0.96 (有表4-8选取)
设计采用机械轴封，功率消耗小，P=0.6KW m
则: P=2.2KW d
4.2 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
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查表 4-11 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4-11 选的:电动机 功率为 2.2kw 转速为 1430r/min
查附表5-4 选取电动机型号为:Y112M-4 额定功率为4KW
满载转速为1440r/min
4.3 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4-4，其尺寸有附表4-6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
4.4 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4-15和附表4-7 和4-8，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
4.5 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
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4.6 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。主要尺寸以及型式见附图5-5，尺寸见附表5-10. 选用GT-45 质量:17K g. 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。
6 反应釜的其他附件
6.1 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
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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 型式见附图4-9 ，尺寸见附表4-9.
支座质量为:28.7Kg 地脚螺栓: M24.
6.2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4-11 ，型式见附图4-11.
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 6.3 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4-13.
接管的伸长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm。
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。
7 反应釜的装配图
附图一
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参考文献
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[2] 吴宗泽，机械设计师
手册
华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载
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鸣谢
在为期两周的设计里，在此课程设计过程中首先要感谢徐宏斌老师，在这次课程设计中给予我们的指导，由于是初次做化工设备机械设备课程设计，所以，再设计整个过程中难免遇到这样那样的难题不知该如何处理，幸好有徐老师耐心教诲，给予我们及时必要的指导，在此向徐老师表最诚挚的感谢～
课程设计不同于书本理论知识的学习，有些问题是实际实践过程中的，无法用理论推导得到，因此不免过程中有很多困难，但通过与同学的交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在徐老师的指导帮助下，问题都得到很好的解决。这让我深深意识到自己知识体系的漏洞，自己知识体系的不足，但同时也深刻体会到同学间的团结互助的精神。
通过此次课程设计，使我查阅文献的能力和对数据的选择判断能力得到了很好的锻炼，同时我也意识到自己应该把所学到的知识应用到设计中来。同时在设计中同学之间的相互帮助，相互交流，认识的进一步加深，对设计中遇到的问题进行讨论，使彼此的设计更加完善，对设计的认识更加深刻。在此再次感谢我各位亲爱的同学们。
同时还要感谢安全系里的老师给我们提供教室，以及学校图书馆向我们提供工具书和参考书，在此特别予以感谢。
由于首次做设计，过程中难免疏忽与错误，感谢有关老师同学能及时给予指出。
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反应釜设计范例
1前言
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:
? 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。
? 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。
? 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。
? 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。
2目录
目录
20
1.反应釜釜体的设计
----------------------------------------------------------------------------1
1.1釜体 、 的确定
---------------------------------------------------------------1
1.2釜体筒体壁厚的设计
--------------------------------------------------------------------1
1.3釜体封头的设计
--------------------------------------------------------------------------2
1.4筒体长度 的设计
----------------------------------------------------------------------2
1.5外压筒体壁厚的设计
--------------------------------------------------------------------3
1.6外压封头壁厚的设计
--------------------------------------------------------------------4
2 . 反应釜夹套的设计
--------------------------------------------------------------------------5
2.1夹套的 、 的确定
--------------------------------------------------------------5
2.2夹套筒体的设计
---------------------------------------------------------------------------5
2.3夹套封头的设计
---------------------------------------------------------------------------5
2.4传热面积的校核
---------------------------------------------------------------------------6
3.反应釜釜体及夹套的压力试验
--------------------------------------------------------------6
3.1釜体的水压试验
---------------------------------------------------------------------------6
3.2釜体的气压试验
---------------------------------------------------------------------------7
21
3.3夹套的液压试验
----------------------------------------------------------------------------8
4.反应釜附件的选型及尺寸设计
---------------------------------------------------------------8
4.1釜体法兰联接结构的设计
----------------------------------------------------------------8
4.2工艺接管的设计
----------------------------------------------------------------------------10
4.3管法兰尺寸的设计
-------------------------------------------------------------------------10
4.4垫片尺寸及材质
----------------------------------------------------------------------------11
4.5人孔的设计
----------------------------------------------------------------------------------12
4.6.视镜的选型
-----------------------------------------------------------------------------------12
5.搅拌装置的选型与尺寸设计
-------------------------------------------------------------------13
5.1搅拌轴直径的初步计算
--------------------------------------------------------------------13
5.2搅拌抽临界转速校核计算
-----------------------------------------------------------------14
5.3联轴器的型式及尺寸的设计
--------------------------------------------------------------14
5.4.搅拌桨尺寸的设计
--------------------------------------------------------------------------15
5.5搅拌轴的结构及尺寸的设计
---------------------------------------------------------------15
6. 传动装置
------------------------------------------------------------------------------------------16
22
6.1.电动机的选型:
-----------------------------------------------------------------------------16
6.2.减速器的选型
---------------------------------------------------------------------------------17
6.3.机架的设计
------------------------------------------------------------------------------------17
6.4.底座的设计
-------------------------------------------------------------------------------------18
7.反应釜的轴封装置设计
-----------------------------------------------------------------------18
8.支座的选型及设计
------------------------------------------------------------------------------- --18
8.1.支座的选型及尺寸的初步设计
----------------------------------------------------------- --19
8.2.支座载荷的校核计算
---------------------------------------------------------------------- ---19
9.焊缝结构的设计
--------------------------------------------------------------------------------- ---19
9.1.釜体上主要焊缝结构的设计
----------------------------------------------------------- - -19
9.2夹套上的焊缝结构的设计
---------------------------------------------------------------- ---19
10.人孔的开孔及补强计算
---------------------------------------------------------------------------20
10.1封头开人孔后被削弱的金属面积 的计算
---------------------------------------------20
10.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算
---------------------------------------- -20
10.3判断是否需要补强的依据
----------------------------------------------------------------- -22
23
10.4反应釜的装配图
--------------------------------------------------------------------------
-----22
3设计内容
夹套反应釜设计条件及设计内容分析
由设计条件单可知，设计的反应釜体积为1.5 、操作体积为1.2 ;搅拌装置配制的电机功率为3.2 、搅拌轴的转速为100 、搅拌桨的形式为框式;加热的方式为用夹套内的导热油进行电加热;装置上设有6个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、12个电加热器套管、1个人孔、2个测控接管。反应釜设计的内容主要有:
(1)釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计;
(2)夹套的的强度、刚度计算和结构设计;
(3)设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰;
(4)人孔的选型及补强计算;
(5)支座选型及验算;
(6)视镜的选型;
(7)焊缝的结构与尺寸设计;
(8)电机、减速器的选型;
(9)搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计;
(10)选择联轴器;
(11)设计机架结构及尺寸;
(12)设计底盖结构及尺寸;
(13)选择轴封形式;
(14)绘总装配图及搅拌轴零件图等。
反应釜的设计过程如下:
1反应釜釜体的设计
1.1釜体 、 的确定
(1)釜体 的确定
将釜体视为筒体，且取 。
由 得:
， =1.241( )， 圆整后可取
故釜体
(2)釜体 的确定
因操作压力 ,0.52 ，由文献[1]表16-9可知: ,0.6
1.2釜体筒体壁厚的设计
(1)设计参数的确定
设计压力 : ,(1.05,1.1) ，取 ,1.1 =1.1×0.52 =0.572Mpa;
液体静压 : ? ;
因为 = ,5,，可以忽略 ;
24
计算压力 : = = 1.1×0.52 ;
设计温度 : 145? ;
焊缝系数 : ,0.85(局部无损探伤);
许用应力 : 根据材料0Cr18Ni10Ti、设计温度145?，由文献[1]表14-4知 ,130 ;
钢板负偏差 : ,0.25 (GB6654-96);
腐蚀裕量 : ,1 。
(2)筒体壁厚的设计
由公式 得:
考虑 ，则 = + =4.64 ，圆整后去
1.3釜体封头的设计
(1)封头的选型
釜体的封头选标准椭球型，代号EHA、标准JB/T4746—2002。
(2)设计参数的确定
与筒体相同
(3)封头的壁厚的设计
由公式 得:
考虑 ，圆整得
(4)封头的直边尺寸、体积及重量的确定
根据 ，由文献[1]表14- 4知:
直边高度 : 25
容 积 : 0.3208
深 度 : 350 。
内表面积 : 1.9304
1.4 筒体长度 的设计
， ，
=
=0.889( )=889 ，圆整:,890
釜体长径比 的复核:
=0.954，故满足要求
1. 5外压筒体壁厚的设计
(1)设计外压的确定
由设计条件单可知，夹套内介质的压力为常压，取设计外压 =0.1 。
(2)试差法设计筒体的壁厚
设筒体的壁厚 ,6 ，则: = =6,1.25 = 4.75 ，
=1312
由 得: =1.17×1312× ,25511.7( )
筒体的计算长度 ′= +h
=890+(350-25)/3+25 = 1023.3( )
25
? ′=1023.3 , ,25511.7 ，?该筒体为短圆筒。
圆筒的临界压力为:
= 0.469( )
由 、 =3得: 0.469/3 =0.156( )
因为 ,0. 1 < = 0.156 ， 所以假设 ,6 满足稳定性要求。
故筒体的壁厚 ,6 。
(3)图算法设计筒体的壁厚
设筒体的壁厚 ,6 ，则: = =6,1.25 = 4.75( )
=1312
=276.2
筒体的计算长度: ′ = +h
=890+(350-25)/3+25 =1023( )
=0.778
在文献[1]中图15- 4的 坐标上找到0.826的值，由该点做水平线与对应的 线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为: ?0.0004。
由文献[1]中选取图15-7，在水平坐标中找到 =4×10-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数 的值为: ?46 、 =1.79×105 。
根据 = 得: =
=0.166( )(
因为 ,0.1 < ,0.166 ，所以假设 ,6 合理，取封头的壁厚 ,6 。
由文献[1]表16-5知， 、 ,6 的筒体 高筒节的质量约193 ，则筒体质量为:193×0.890=171.9( )
筒体的内表面积: =4.09
1.6外压封头壁厚的设计
(1)设计外压的确定
封头的设计外压与筒体相同，即设计外压 =0.1 。
(2)封头壁厚的计算
设封头的壁厚 ,6 ，则: = – = 6-1.25 = 4.75( )，对于标准椭球形封头 =0.9， ,0.9×1300=1170( )， =1170/4.75
计算系数:
= 5.1×10-4
由文献[1]中选取图15-7，在水平坐标中找到 = 4.7×10-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数 的值为值为: ?55 、 =1.79×105
根据 = 得: =
=0.223( )(
26
因为 ,0.1 < ,0.223 ，所以假设 ,6 偏大，考虑到与筒体的焊接，取封头的壁厚与筒体一致，故取 ,6 。
釜体封头的结构如图1，封头质量:89.2( )
图1 釜体封头的结构与尺寸
2 反应釜夹套的设计
2.1夹套的 、 的确定
(1)夹套公称直径 的确定
由于采用导热油加热，为提高导热油在夹套内的流动，夹套内径取:
=1300+300=1600( )，夹套的 =1600
所以取 =1600
(2)夹套 的确定
由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力 ,0.1 ，可取 ,0.25
2.2夹套筒体的设计
(1)夹套筒体壁厚的设计
因为 为常压,0.3 ，所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。
? ,1600 ,3800 ，取 min,2 /1000且不小于3 另加 ，
? min,2×1600/1000+1=4.2( )，圆整 =5 。
对于碳钢制造的筒体壁厚取 ,6 。
(2)夹套筒体长度 的初步设计
根据 =1300 ，由表16-3中知每米高的容积 =1.327 3/ ，则筒体高度的估算值为:
=
=0.663( )=663
由文献[1]表16-5知， 、 ,6 的筒体 高筒节的质量为238 、内表面积为5.03 ，则:
夹套筒体质量为238×0.663=157.8( )
2.3夹套封头的设计
夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同( ,1600 )。代号EHA，标准JB/T4746—2002。夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角 、大端直径 =1600 、小端直径 =1300 。
(1)椭球形封头壁厚的设计
因为 为常压,0.3 ，所以需要根据刚度条件设计封头的最小壁厚。
? ,1600 ,3800 ，取 min,2 /1000且不小于3 另加 ，
? min,2×1600/1000+1=4.2( )，圆整 =5 。
对于碳钢制造的封头壁厚取 ,6 。
(2)椭球形封头结构尺寸的确定
直边高度 : 25
深 度 : 425
容 积 : 0.5864
27
质 量: 137
(3)椭球形封头结构的设计
封头的下部结构如图2。由设备设计条件单知:下料口的 ,100 ，封头下部结构的主要结构尺寸 ,210 。
(4)带折边锥形封头壁厚的设计
考虑到封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体的壁厚一致，即 ,6 。结构及尺寸如图3。
图2封头的结构 图3 锥形封头的结构
2.4传热面积的校核
=1300釜体下封头的内表面积 = 1.9340
=1300筒体(1 高)的内表面积 = 4.09 2
夹套包围筒体的表面积 = × = 4.09×0.663=2.712 ( 2)
+ =1.9340+4.5224=6.646( 2)
由于釜内进行的反应是放热反应，产生的热量不仅能够维持反应的不断进行，且会引起釜内温度升高。为防止釜内温度过高，在釜体的上方设置了冷凝器进行换热，因此不需要进行传热面积的校核。如果釜内进行的反应是吸热反应，则需进行传热面积的校核，即:将 + = 6.646( 2工艺 进行比较。若 + ? ，则不需要在釜内另设置蛇管;反之则需要蛇管。
3 反应釜釜体及夹套的压力试验
3.1釜体的水压试验
(1)水压试验压力的确定
水压试验的压力: 且不小于( +0.1) ，当 ,1.8时取1.8。
，( +0.1)= 0.672 ， 取 =0.715
(2)液压试验的强度校核
由 得:
, = 98.2( )
? ,98.2 ,0.9 =0.9×200×0.85=153( )
? 液压强度足够。
(3)压力表的量程、水温及水中 浓度的要求
压力表的最大量程:2 =2×0.715=1.430 或1.073,2.860 。
水温?15? ，水中 浓度?25
(4)水压试验的操作过程
操作过程:在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.572 ，保压不低于30 ，然后将压力缓慢降至0.572 ，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。
3.2釜体的气压试验
28
(1)气压试验压力的确定
气压试验的压力:
=1.15×0.572×1=0.6578( )
(2)气压试验的强度校核
由 得:
, =90.34( )
? ,90.34 ,0.8 =0.8×200×0.85=136( )
? 气压强度足够。
(3)气压试验的操作过程
做气压试验时，将压缩空气的压力缓慢升至0.06578 ，保持5min并进行初检。合格后继续升压至0.3289 ，其后按每级的0.06578 级差，逐级升至试验压力0.6578 ，保持10 ，然后再降至0.572 ，保压足够长时间同时进行检查，如有泄露，修补后再按上述规定重新进行试验。釜体试压合格后，再焊上夹套进行压力试验。
3.3夹套的液压试验
(1)液压试验压力的确定
液压试验的压力: 且不小于( +0.1) ，当 ,1.8时取1.8。
，( +0.1)= 0.2 ， 故取 =0.2
(2)液压试验的强度校核
由 得:
, = 33.78( )
? ,33.78 ,0.9 =0.9×235×0.85=179.7( )
? 液压强度足够。
(3)压力表的量程、水温的要求
压力表的量程:2 =2×0.2=0.4 或0.3,0.8 ，水温?5?。
(4)液压试验的操作过程
在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.2 ，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.16 ，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。
4 反应釜附件的选型及尺寸设计
4.1釜体法兰联接结构的设计
设计内容包括:法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。
(1)法兰的设计
根据 ,1300mm、 ,0.6 ，由文献[1]表16-9确定法兰的类型为乙型平焊法兰。
标记:法兰 1300-0.6 JB/T4702-2002，
材料:1Cr18Ni9Ti
螺栓规格: 24
螺栓数量: 36
29
法兰的结构和主要尺寸如图4
图4 乙型平焊法兰
(2)密封面形式的选型
根据 ,0.6 ,1.6 、介质温度155?和介质的性质，由文献[1]表16,14 知密封面形式为光滑面。
(3)垫片的设计
垫片选用耐油橡胶石棉垫片，材料为耐油橡胶石棉板(GB/T539)，结构及尺寸见图5。
图5 容器法兰软垫片
(4)螺栓和螺母的尺寸规格
本设计选用六角头螺栓(C级、GB/T5780,2000)、?型六角螺母(C级、GB/T41,2000)平垫圈(100HV、GB/T95,2002)
螺栓长度 的计算:
螺栓的长度由法兰的厚度( )、垫片的厚度( )、螺母的厚度( )、垫圈厚度( )、螺栓伸出长度 确定。
其中 =72 、 =3 、 =36 、 ,4 、螺栓伸出长度取 =10
螺栓的长度 为:
= 2×72+3+36 +2×4+10
= 201( )
取 ,200
螺栓标记: GB/T5780-2000
螺母标记: GB/T41-2000
垫圈标记: GB/T95-2002 24-100HV
(5)法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料
根据乙型平焊法兰、工作温度 =120?的条件，由文献[2]附录8法兰、垫片、螺栓、螺母材料匹配表进行选材，结果如表1所示。
表1 法兰、垫片、螺栓、螺母的材料
法 兰 垫 片 螺 栓 螺 母 垫 圈
1Cr18Ni9Ti 耐油橡胶石棉 35 25 100HV
4.2工艺接管的设计
本装置设有以下接管:
(1)导热油进口
采用 无缝钢管，罐内的接管与夹套内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL25-0.1 RF 20。
(2)N2(气)进口
采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
(3)温度计接口
30
采用 无缝钢管，伸入釜体内一定长度。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL65-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
(4)工艺物料进口
采用 无缝钢管，管的一端切成 ，伸入罐内一定长度。配用的突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL50-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
(5)放料口
采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL100-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。与其配套的是手动下展式铸不锈钢放料阀，标记:放料阀6-100 HG5-11-81-3.
(6)导热油出口
采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL25-0.1 RF 20。
(7)安全阀接口
采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
(8)冷凝器接口
采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL80-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
(9)加热器套管
采用 无缝钢管，罐内的接管与下封头内表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL80-0.1 RF 20。
4.3管法兰尺寸的设计
工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的结构如图6。根据 、 和接管的 ，由板式平焊管法兰标准(HG20592)确定法兰的尺寸。管法兰的尺寸见表表2。
图6 板式平焊管法兰
表2 板式平焊管法兰的尺寸(HG20592)
接管名称 公称直径
接管外径
连 接 尺 寸 法兰厚度
密封面厚度
法兰内径
坡口宽度
安全阀接口、
N2接口 25 32 100 75 50 11 4 10 14 2 33 —
工艺物料进口 50 57 140 110 90 14 4 12 16 2 59 —
导热油进口 50 57 140 110 90 14 4 12 14 2 59 —
温度计接口 65 73 160 130 110 14 4 12 16 2 75 —
放料口 100 108 210 170 145 18 8 16 18 2 110 —
31
导热油出口 50 57 140 110 90 14 4 12 14 2 59 —
冷凝器接口 80 89 190 180 124 18 8 16 18 2 91 —
加热器套管 65 73 160 130 110 14 4 12 14 2 75 —
4.4垫片尺寸及材质
工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的垫片(如图7所示)尺寸、材质如表3所示。
图7 管道法兰用软垫片
表3 密封面形式及垫片尺寸
接管名称 密封面型式 垫片尺寸( )
垫片材质
外径
内径
厚度
安全阀接口、N2接口 RF 71 32 2 耐油石棉橡胶板
工艺物料进口 RF 107 57 2 耐油石棉橡胶板
导热油进口 RF 107 57 2 耐油石棉橡胶板
温度计接口 RF 116 76 2 耐油石棉橡胶板
冷凝器接口 RF 130 89 2 耐油石棉橡胶板
放料口 RF 152 108 2 耐油石棉橡胶板
导热油出口 RF 107 57 2 耐油石棉橡胶板
加热器套管 RF 116 76 2 耐油石棉橡胶板
4.5人孔的设计
由于釜体的内径 , ，因此需要在釜体的封头上设置人孔，以便于安装、维修、检
查釜体的内部结构，本设计选用 不锈钢A型回转盖带颈平焊法兰人孔。其结构如图8、
尺寸见表4、人孔的材料见表5。
1-人孔接管;2-螺母;3-螺栓;4-法兰;5-垫片;6-手柄;7-法兰盖;8-销轴;9-
开口销;10-垫圈;11、12、13、14-轴耳
图8 A型回转盖带颈平焊法兰人孔结构
表4 回转盖带颈平焊法兰人孔的尺寸
公称压力(MPa) 密封面形式 公称直径DN d w×S D D1 A B 螺栓
规格 数量
0.6 突面 400 426×6 540 495 300 125 M20×90 16
L H1 H2 b b1 b2 d 重量(kg)
200 210 108 28 24 28 24 84
表5 人孔 1.0 400的明细表
件号 名称 数量 材料 件号 名称 数量 材料
1 人孔接管 1 0Cr18Ni10Ti 8 销 轴 1 45
2 螺母 16 25 9 开口销 2 35
3 螺栓 16 35 10 垫 圈 2 100HV
32
4 法兰 1 1Cr18Ni9Ti 11 轴 耳 1 Q235-A
5 垫片 1 耐油石棉橡胶板 12 轴 耳 1 Q235-A
6 法兰盖 1 1Cr18Ni9Ti 13 轴 耳 1 Q235-A
7 手柄 1 Q235-A 14 轴 耳 1 Q235-A
4.6视镜的选型
由于釜内介质压力较低( ,0.52 )且考虑 ，本设计选用两个 =150的不带颈视
镜。因为该视镜结构简单，不易结料，窥视范围大，其结构见图8。
由文献[3]附录六确定视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料。
标 记:视镜? 0.6， 150
标准图号:JB593—64—8。
质 量:9.1
视镜的尺寸如表6，材料如表7。视镜在封头上对称布置。
1-视镜玻璃;2-衬垫;3-接缘;4-压紧环;5-双头螺柱;6-螺母
图8 视 镜
表6视镜的尺寸
视镜玻璃
双头螺柱
数量 直径×长度
150 165×20 230 200 22 18 60 159 100 8 12×40
表7 视镜的材料
件号 名称 数量 材料 件号 名称 数量 材料
1 视镜玻璃 1 硼硅玻璃(SJ-6) 4 压紧环 1 Q235-A?F
2 衬 垫 2 耐酸石棉板 5 双头螺柱 8 35
3 接 缘 1 1Cr18Ni9Ti 6 螺母 8 Q235-A?F
5搅拌装置的选型与尺寸设计
5.1搅拌轴直径的初步计算
(1)搅拌轴直径的设计
电机的功率 ,4.0 ，搅拌轴的转速 ,100 ，材料为1Cr18Ni9Ti ， [ ],25 ，
剪切弹性模量 ,8×104 ，许用单位扭转角[ ],1.0 ?/m。
由 得: ( )
利用截面法得: ( )
由 得: =
搅拌轴为实心轴，则: =
?42.4mm 取 ,43mm
(2)搅拌轴刚度的校核
由 得:
=0.8( )
因为最大单位扭转角 max,0.8 ,[ ] ,1.0
33
所以圆轴的刚度足够。考虑到搅拌轴与联轴器配合， ,43 可能需要进一步调整。
5.2搅拌抽临界转速校核计算
由于反应釜的搅拌轴转速 =100 ,200 ，故不作临界转速校核计算。
5.3联轴器的型式及尺寸的设计
由于选用摆线针齿行星减速机，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节(D型)。标记为: 50 HG 21570,95，结构如图9。由文献[4]表3-5-36、表3-5-37分别确定联轴节的尺寸和零件及材料，尺寸如表8，零件及材料如表9。由于联轴节轴孔直径 =50 ，因此搅拌轴的直径 调整至50 。
1-夹壳;2-悬吊环;3-垫圈;4-螺母;5-螺栓
图9 立式夹壳联轴节
表8 夹壳联轴节的尺寸
轴孔直径
40
螺栓
数量 规格
118 48 35 76 162 20 71 5 6 M12
δ
80 4 55 85 18 12 0.6 0.4
表9 夹壳联轴节的零件及材料
件号 名 称 材 料 件 号 名 称 材 料
1 左、右夹壳 ZG-1Cr18Ni9Ti 4 螺 母 0Cr18Ni9Ti
2 吊 环 0Cr18Ni9Ti 5 螺 栓 A2-70
3 垫 圈 A-140
5.4搅拌桨尺寸的设计
框式搅拌桨的结构如图10所示。由文献[4]表3-1-17确定不锈钢框式搅拌桨的尺寸(见 表9)、零件明细表见表10。
1-桨叶;2-横梁;3-筋板;4-连接螺栓;5-螺母;6-穿轴螺栓;7-螺母
图10 框式搅拌桨的结构
表9 框式搅拌桨的尺寸(HG/T2123,91)
螺栓 螺孔 螺栓 螺孔 δ
数量
数量
1140 50 M16 2 16.5 M12 8 13 4 70
重量
910 285 420 170 5 120 35 - 19 不大于0.088
表10 零件明细表
件号 名称 数量 材料 件号 名称 数量 材料
1 桨叶 2 Cr18Ni12Mo2Ti 5 螺母 8 Cr18Ni12Mo2Ti
34
2 横梁 2 Cr18Ni12Mo2Ti 6 穿轴螺栓 8 Cr18Ni12Mo2Ti
3 筋板 2 Cr18Ni12Mo2Ti 7 螺母 8 Cr18Ni12Mo2Ti
4 连接螺栓 8 Cr18Ni12Mo2Ti
5.5搅拌轴的结构及尺寸的设计
(1)搅拌轴长度的设计
搅拌轴的长度 近似由釜外长度 、釜内未浸入液体的长度 、浸入液体的长度 三部分构成。即: = + +
其中 = ( —机架高; —减速机输出轴长度)
,500-76,424( )
, + ( —釜体筒体的长度; —封头深度; 液体的装填高度)
液体装填高度 的确定:
釜体筒体的装填高度
式中 —操作容积( ); —釜体封头容积( ); —筒体的内径( )
液体的总装填高度 = =663，25，325
=1013( )
=890，2×(25+325),1013
,577( )
浸入液体搅拌轴的长度 的确定:
搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱高度有关。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为: (见文献[4]215)
当 时为最佳装填高度;当 , 时，需要设置两层搅拌桨。
由于 =1013 , =1300 ，本设计选用一个搅拌桨。
搅拌桨浸入液体内的最佳深度为: =675( )
故浸入液体的长度: =675( )
搅拌轴的长度 为: =424+577+675=1676( )
取 =1680( )
(2)搅拌轴的结构
由于搅拌轴的长度较大，考虑加工的方便，将搅拌轴设计成两部分。与减速机相联的搅拌轴轴长为: = ,M，
式中 —搅拌轴深入釜内的长度， 时取350 (见文献[4]表3-5-23)
=500,76，350=774( )
取 =780
搅拌轴下部分的轴长为: = =1680-780
=900( )
搅拌轴上、下两部分的结构及尺寸见附图2、3。
6 传动装置
6.1电动机的选型:
35
由于反应釜里的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，故选用隔爆型三相异步电机(防爆
标志
禁止坐卧标志下载饮用水保护区标志下载桥隧标志图下载上坡路安全标志下载地理标志专用标志下载
? )。根据电机的功率 ,4.0 、转速 ,1440 ，由文献[5]表16-1-89选用的电机型号为:YB112 。
6.2减速器的选型
根据电机的功率 ,4.0 、搅拌轴的转速 ,100 、传动比 为1440/ 100,14.4，选用直联摆线针轮减速机(JB/T2982,1994)，标记XLD4.0—8130—15。由文献[5]表9-2-41确定其安装尺寸，直联摆线针轮减速机的外形见图11、安装尺寸如表11。
图11 直连摆线针轮减速机
表11 减速机的外形安装尺寸
260 230 200 50 230 6-υ11 4
15 164 53.5 14 400 76 61
6.3机架的设计
由于反应釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了带短节的夹壳联轴节，且反应釜使用不带内置轴承的机械密封，故选用WJ型无支点机架(HG21566,95)。由搅拌轴的直径 ,50mm可知，机架的公称直径 250。结构及尺寸如图12所示。
图12 WJ型无支点机架
6.4底座的设计
对于不锈钢设备，本设计采用图5,31(f)底座的结构，其上部与机架的输出端接口和轴封装置采用可拆相联，下部伸入釜内，结构与尺寸如图13所示。
图13 底座的结构
7反应釜的轴封装置设计
反应釜中应用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。考虑到釜内的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，因此选用机械密封。根据 ,0.52 、 ,145?、 、 。由文献[5]表7-3-79选用206型(双端面小弹簧UB型)釜用机械密封，其结构及主要尺寸如图14。
图14 釜用206型机械密封
8支座的选型及设计
8.1支座的选型及尺寸的初步设计
(1)悬挂式支座的选型:
由于设备外部设置有100 的保温层，所以选耳式B型支座，支座数量为4个
(2)悬挂式支座的尺寸的初步设计
反应釜总质量的估算: +
式中: —釜体的质量( ); —夹套的质量( ); —搅拌装置的质量( )
—附件的质量( ); —保温层的的质量( )
物料总质量的估算:
式中: —釜体介质的质量( ); —夹套内导热油的质量( )
反应釜的总质量估算为2000 ，物料的质量为3236 (以水装满釜体和夹套计算)，
装置的总质量: ,5236( )
36
每个支座承受的重量 约为:5236×9.81/2,25.7( )
根据 、 ，由文献[2]附表17-1初选B型耳式支座，支座号为4。
标记:JB/T4725-92 耳座B4
材料:Q235-A?F
系列参数尺寸如表12。
表12 B型耳式支座的尺寸
底板 筋板 垫板 地脚螺栓 支座重量
规格
250 200 140 14 70 290 160 10 315 250 8 40 30 24
15.7
8.2支座载荷的校核计算
耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算:
式中 ， ,9.81 ，
， =5236 ， ， =4， =0，
将已知值代入得
因为 , ，所以选用的耳式支座满足要求。
9焊缝结构的设计
9.1釜体上主要焊缝结构的设计
釜体上的焊缝结构及尺寸如图15。
(a)筒体的纵向焊缝 (b)筒体与下封头的环向焊缝 (c)人孔接管与封头的焊缝
(d)进料管与封头的焊缝 (e)冷却器接管与封头的焊缝 (f)温度计接管与封头的焊缝
(h)出料口接管与封头的焊缝
图15 釜体主要焊缝的结构及尺寸
9.2夹套上的焊缝结构的设计
夹套上的焊缝结构及尺寸如图16。
(a)筒体的纵向焊缝 (b)筒体与封头的横向焊缝 (c)导热油进口接管与筒体的焊缝
(e)导热油出口接管与筒体的焊缝 (f)釜体与夹套的焊缝
图16 夹套主要焊缝的结构及尺寸
10人孔的开孔及补强计算
10.1封头开人孔后被削弱的金属面积 的计算
由于人孔的开孔直径较大，因此需要进行补强计算，本设计采用等面积补强的设计方法。
釜体上封头开人孔后被削弱的金属面积 为:
式中: =400,16，2×1.2,466.4( )
=2.32( )
37
=1
= 466.4×2.32= 1082( )
10.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算
(1)封头起补强作用金属面积 的计算
式中: 取两者中较大值，
=5,1.2,3.8( )
=6.75( )
=1
=1380.5( )
(2)接管起补强作用金属面积 的计算
其中: 取
=0.9( )
=0
=713.7( )
(3)焊缝起补强作用金属面积 的计算
,18( )
10.3判断是否需要补强的依据
,2112.2( )
=1082
因为 , ，所以不需要补强。
10.4反应釜的装配图
见附图1。
4参考文献
参考文献
[1] 汤善甫、朱思明， 化工设备机械基础[M]，上海:华东理工大学出版社，2004，12
[2] 吴宗泽，机械设计师手册,上,[M]，北京:化学工业出版社，2002，1
[3] 吴宗泽，机械设计实用手册[M]，北京:化学工业出版社，1998，7
[4] 余国琮，化工机械手册[M]，天津:天津大学出版社，1991，5
[5] 魏崇光、郑晓梅，化工工程制图，北京:化学工业出版社，1994，3
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[7] 朱有庭、曲文海、于浦义，化工设备设计手册，北京:化学工业出版社，2006，5
[8] 刁玉玮、王立业，化工设备机械基础，大连:大连理工大学出版社，2006，12
[9] 董大勤、袁凤隐，压力容器与化工设备使用手册，北京:化学工业出版社，2000，3
[10] 周明衡、常德功，管路附件设计选用手册，北京:化学工业出版社，2004，8
[11] 刘湘秋，常用压力容器手册，北京:机械工业出版社，2005，4
38
[12] 叶君，实用紧固件手册[M]，北京:机械工业出版社，2004.
5 鸣谢
鸣谢
在为期一周的设计里(7月5号开始到7月11号结束)，在此课程设计过程中首先要感谢张茂润老师，在这次课程设计中给予我们的指导，由于是初次做化工设备机械设备课程设计，所以，再设计整个过程中难免遇到这样那样的难题不知该如何处理，幸好有张老师耐心教诲，给予我们及时必要的指导，在此向张老师表最诚挚的感谢～
课程设计不同于书本理论知识的学习，有些问题是实际实践过程中的，无法用理论推导得到，因此不免过程中有很多困难，但通过与同学的交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在张老师的指导帮助下，问题都得到很好的解决。这让我深深意识到自己知识体系的漏洞，自己知识体系的不足，但同时也深刻体会到同学间的团结互助的精神。
通过此次课程设计，使我查阅文献的能力和对数据的选择判断能力得到了很好的锻炼，同时我也意识到自己应该把所学到的知识应用到设计中来。同时在设计中同学之间的相互帮助，相互交流，认识的进一步加深，对设计中遇到的问题进行讨论，使彼此的设计更加完善，对设计的认识更加深刻。在此再次感谢我各位亲爱的同学们。
同时还要感谢教师管理科的老师给我们提供教室，以及安徽理工大学图书馆向我们提供工具书和参考书，在此特别予以感谢。
由于首次做设计，过程中难免疏忽与错误，感谢有关老师同学能及时给予指出。
5 附图
附图1
反应釜设计范例
1前言
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
39
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:
? 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。
? 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。
? 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。
? 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。
2目录
目录
1.反应釜釜体的设计
----------------------------------------------------------------------------1
1.1釜体 、 的确定
---------------------------------------------------------------1
1.2釜体筒体壁厚的设计
--------------------------------------------------------------------1
1.3釜体封头的设计
--------------------------------------------------------------------------2
1.4筒体长度 的设计
----------------------------------------------------------------------2
1.5外压筒体壁厚的设计
--------------------------------------------------------------------3
1.6外压封头壁厚的设计
--------------------------------------------------------------------4
40
2 . 反应釜夹套的设计
--------------------------------------------------------------------------5
2.1夹套的 、 的确定
--------------------------------------------------------------5
2.2夹套筒体的设计
---------------------------------------------------------------------------5
2.3夹套封头的设计
---------------------------------------------------------------------------5
2.4传热面积的校核
---------------------------------------------------------------------------6
3.反应釜釜体及夹套的压力试验
--------------------------------------------------------------6
3.1釜体的水压试验
---------------------------------------------------------------------------6
3.2釜体的气压试验
---------------------------------------------------------------------------7
3.3夹套的液压试验
----------------------------------------------------------------------------8
4.反应釜附件的选型及尺寸设计
---------------------------------------------------------------8
4.1釜体法兰联接结构的设计
----------------------------------------------------------------8
4.2工艺接管的设计
----------------------------------------------------------------------------10
4.3管法兰尺寸的设计
-------------------------------------------------------------------------10
4.4垫片尺寸及材质
----------------------------------------------------------------------------11
41
4.5人孔的设计
----------------------------------------------------------------------------------12
4.6.视镜的选型
-----------------------------------------------------------------------------------12
5.搅拌装置的选型与尺寸设计
-------------------------------------------------------------------13
5.1搅拌轴直径的初步计算
--------------------------------------------------------------------13
5.2搅拌抽临界转速校核计算
-----------------------------------------------------------------14
5.3联轴器的型式及尺寸的设计
--------------------------------------------------------------14
5.4.搅拌桨尺寸的设计
--------------------------------------------------------------------------15
5.5搅拌轴的结构及尺寸的设计
---------------------------------------------------------------15
6. 传动装置
------------------------------------------------------------------------------------------16
6.1.电动机的选型:
-----------------------------------------------------------------------------16
6.2.减速器的选型
---------------------------------------------------------------------------------17
6.3.机架的设计
------------------------------------------------------------------------------------17
6.4.底座的设计
-------------------------------------------------------------------------------------18
7.反应釜的轴封装置设计
-----------------------------------------------------------------------18
42
8.支座的选型及设计
------------------------------------------------------------------------------- --18
8.1.支座的选型及尺寸的初步设计
----------------------------------------------------------- --19
8.2.支座载荷的校核计算
---------------------------------------------------------------------- ---19
9.焊缝结构的设计
--------------------------------------------------------------------------------- ---19
9.1.釜体上主要焊缝结构的设计
----------------------------------------------------------- - -19
9.2夹套上的焊缝结构的设计
---------------------------------------------------------------- ---19
10.人孔的开孔及补强计算
---------------------------------------------------------------------------20
10.1封头开人孔后被削弱的金属面积 的计算
---------------------------------------------20
10.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算
---------------------------------------- -20
10.3判断是否需要补强的依据
----------------------------------------------------------------- -22
10.4反应釜的装配图
-------------------------------------------------------------------------------22
3设计内容
夹套反应釜设计条件及设计内容分析
由设计条件单可知，设计的反应釜体积为1.5 、操作体积为1.2 ;搅拌装置配制
的电机功率为3.2 、搅拌轴的转速为100 、搅拌桨的形式为框式;加热的方式为用夹
套内的导热油进行电加热;装置上设有6个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、12个
电加热器套管、1个人孔、2个测控接管。反应釜设计的内容主要有:
(1)釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计;
(2)夹套的的强度、刚度计算和结构设计;
(3)设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰;
(4)人孔的选型及补强计算;
(5)支座选型及验算;
43
(6)视镜的选型;
(7)焊缝的结构与尺寸设计;
(8)电机、减速器的选型;
(9)搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计;
(10)选择联轴器;
(11)设计机架结构及尺寸;
(12)设计底盖结构及尺寸;
(13)选择轴封形式;
(14)绘总装配图及搅拌轴零件图等。
反应釜的设计过程如下:
1反应釜釜体的设计
1.1釜体 、 的确定
(1)釜体 的确定
将釜体视为筒体，且取 。
由 得:
， =1.241( )， 圆整后可取
故釜体
(2)釜体 的确定
因操作压力 ,0.52 ，由文献[1]表16-9可知: ,0.6
1.2釜体筒体壁厚的设计
(1)设计参数的确定
设计压力 : ,(1.05,1.1) ，取 ,1.1 =1.1×0.52 =0.572Mpa;
液体静压 : ? ;
因为 = ,5,，可以忽略 ;
计算压力 : = = 1.1×0.52 ;
设计温度 : 145? ;
焊缝系数 : ,0.85(局部无损探伤);
许用应力 : 根据材料0Cr18Ni10Ti、设计温度145?，由文献[1]表14-4知 ,130 ;
钢板负偏差 : ,0.25 (GB6654-96);
腐蚀裕量 : ,1 。
(2)筒体壁厚的设计
由公式 得:
考虑 ，则 = + =4.64 ，圆整后去
1.3釜体封头的设计
(1)封头的选型
釜体的封头选标准椭球型，代号EHA、标准JB/T4746—2002。
(2)设计参数的确定
与筒体相同
44
(3)封头的壁厚的设计
由公式 得:
考虑 ，圆整得
(4)封头的直边尺寸、体积及重量的确定
根据 ，由文献[1]表14- 4知:
直边高度 : 25
容 积 : 0.3208
深 度 : 350 。
内表面积 : 1.9304
1.4 筒体长度 的设计
， ，
=
=0.889( )=889 ，圆整:,890
釜体长径比 的复核:
=0.954，故满足要求
1. 5外压筒体壁厚的设计
(1)设计外压的确定
由设计条件单可知，夹套内介质的压力为常压，取设计外压 =0.1 。
(2)试差法设计筒体的壁厚
设筒体的壁厚 ,6 ，则: = =6,1.25 = 4.75 ，
=1312
由 得: =1.17×1312× ,25511.7( )
筒体的计算长度 ′= +h
=890+(350-25)/3+25 = 1023.3( )
? ′=1023.3 , ,25511.7 ，?该筒体为短圆筒。
圆筒的临界压力为:
= 0.469( )
由 、 =3得: 0.469/3 =0.156( )
因为 ,0. 1 < = 0.156 ， 所以假设 ,6 满足稳定性要求。
故筒体的壁厚 ,6 。
(3)图算法设计筒体的壁厚
设筒体的壁厚 ,6 ，则: = =6,1.25 = 4.75( )
=1312
=276.2
筒体的计算长度: ′ = +h
=890+(350-25)/3+25 =1023( )
=0.778
45
在文献[1]中图15- 4的 坐标上找到0.826的值，由该点做水平线与对应的 线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为: ?0.0004。
由文献[1]中选取图15-7，在水平坐标中找到 =4×10-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数 的值为: ?46 、 =1.79×105 。
根据 = 得: =
=0.166( )(
因为 ,0.1 < ,0.166 ，所以假设 ,6 合理，取封头的壁厚 ,6 。
由文献[1]表16-5知， 、 ,6 的筒体 高筒节的质量约193 ，则筒体质量为:193×0.890=171.9( )
筒体的内表面积: =4.09
1.6外压封头壁厚的设计
(1)设计外压的确定
封头的设计外压与筒体相同，即设计外压 =0.1 。
(2)封头壁厚的计算
设封头的壁厚 ,6 ，则: = – = 6-1.25 = 4.75( )，对于标准椭球形封头 =0.9， ,0.9×1300=1170( )， =1170/4.75
计算系数:
= 5.1×10-4
由文献[1]中选取图15-7，在水平坐标中找到 = 4.7×10-4点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数 的值为值为: ?55 、 =1.79×105
根据 = 得: =
=0.223( )(
因为 ,0.1 < ,0.223 ，所以假设 ,6 偏大，考虑到与筒体的焊接，取封头的壁厚与筒体一致，故取 ,6 。
釜体封头的结构如图1，封头质量:89.2( )
图1 釜体封头的结构与尺寸
2 反应釜夹套的设计
2.1夹套的 、 的确定
(1)夹套公称直径 的确定
由于采用导热油加热，为提高导热油在夹套内的流动，夹套内径取:
=1300+300=1600( )，夹套的 =1600
所以取 =1600
(2)夹套 的确定
由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力 ,0.1 ，可取 ,0.25
2.2夹套筒体的设计
(1)夹套筒体壁厚的设计
46
因为 为常压,0.3 ，所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。
? ,1600 ,3800 ，取 min,2 /1000且不小于3 另加 ，
? min,2×1600/1000+1=4.2( )，圆整 =5 。
对于碳钢制造的筒体壁厚取 ,6 。
(2)夹套筒体长度 的初步设计
根据 =1300 ，由表16-3中知每米高的容积 =1.327 3/ ，则筒体高度的估算值为:
=
=0.663( )=663
由文献[1]表16-5知， 、 ,6 的筒体 高筒节的质量为238 、内表面积为5.03 ，则:
夹套筒体质量为238×0.663=157.8( )
2.3夹套封头的设计
夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同( ,1600 )。代号EHA，标准JB/T4746—2002。夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角 、大端直径 =1600 、小端直径 =1300 。
(1)椭球形封头壁厚的设计
因为 为常压,0.3 ，所以需要根据刚度条件设计封头的最小壁厚。
? ,1600 ,3800 ，取 min,2 /1000且不小于3 另加 ，
? min,2×1600/1000+1=4.2( )，圆整 =5 。
对于碳钢制造的封头壁厚取 ,6 。
(2)椭球形封头结构尺寸的确定
直边高度 : 25
深 度 : 425
容 积 : 0.5864
质 量: 137
(3)椭球形封头结构的设计
封头的下部结构如图2。由设备设计条件单知:下料口的 ,100 ，封头下部结构的主要结构尺寸 ,210 。
(4)带折边锥形封头壁厚的设计
考虑到封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体的壁厚一致，即 ,6 。结构及尺寸如图3。
图2封头的结构 图3 锥形封头的结构
2.4传热面积的校核
=1300釜体下封头的内表面积 = 1.9340
=1300筒体(1 高)的内表面积 = 4.09 2
夹套包围筒体的表面积 = × = 4.09×0.663=2.712 ( 2)
+ =1.9340+4.5224=6.646( 2)
47
由于釜内进行的反应是放热反应，产生的热量不仅能够维持反应的不断进行，且会引起釜内温度升高。为防止釜内温度过高，在釜体的上方设置了冷凝器进行换热，因此不需要进行传热面积的校核。如果釜内进行的反应是吸热反应，则需进行传热面积的校核，即:将 + = 6.646( 2工艺 进行比较。若 + ? ，则不需要在釜内另设置蛇管;反之则需要蛇管。
3 反应釜釜体及夹套的压力试验
3.1釜体的水压试验
(1)水压试验压力的确定
水压试验的压力: 且不小于( +0.1) ，当 ,1.8时取1.8。
，( +0.1)= 0.672 ， 取 =0.715
(2)液压试验的强度校核
由 得:
, = 98.2( )
? ,98.2 ,0.9 =0.9×200×0.85=153( )
? 液压强度足够。
(3)压力表的量程、水温及水中 浓度的要求
压力表的最大量程:2 =2×0.715=1.430 或1.073,2.860 。
水温?15? ，水中 浓度?25
(4)水压试验的操作过程
操作过程:在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.572 ，保压不低于30 ，然后将压力缓慢降至0.572 ，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。
3.2釜体的气压试验
(1)气压试验压力的确定
气压试验的压力:
=1.15×0.572×1=0.6578( )
(2)气压试验的强度校核
由 得:
, =90.34( )
? ,90.34 ,0.8 =0.8×200×0.85=136( )
? 气压强度足够。
(3)气压试验的操作过程
做气压试验时，将压缩空气的压力缓慢升至0.06578 ，保持5min并进行初检。合格后继续升压至0.3289 ，其后按每级的0.06578 级差，逐级升至试验压力0.6578 ，保持10 ，然后再降至0.572 ，保压足够长时间同时进行检查，如有泄露，修补后再按上述规定重新进行试验。釜体试压合格后，再焊上夹套进行压力试验。
48
3.3夹套的液压试验
(1)液压试验压力的确定
液压试验的压力: 且不小于( +0.1) ，当 ,1.8时取1.8。
，( +0.1)= 0.2 ， 故取 =0.2
(2)液压试验的强度校核
由 得:
, = 33.78( )
? ,33.78 ,0.9 =0.9×235×0.85=179.7( )
? 液压强度足够。
(3)压力表的量程、水温的要求
压力表的量程:2 =2×0.2=0.4 或0.3,0.8 ，水温?5?。
(4)液压试验的操作过程
在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.2 ，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.16 ，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。
4 反应釜附件的选型及尺寸设计
4.1釜体法兰联接结构的设计
设计内容包括:法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。
(1)法兰的设计
根据 ,1300mm、 ,0.6 ，由文献[1]表16-9确定法兰的类型为乙型平焊法兰。
标记:法兰 1300-0.6 JB/T4702-2002，
材料:1Cr18Ni9Ti
螺栓规格: 24
螺栓数量: 36
法兰的结构和主要尺寸如图4
图4 乙型平焊法兰
(2)密封面形式的选型
根据 ,0.6 ,1.6 、介质温度155?和介质的性质，由文献[1]表16,14 知密封面形式为光滑面。
(3)垫片的设计
垫片选用耐油橡胶石棉垫片，材料为耐油橡胶石棉板(GB/T539)，结构及尺寸见图5。
图5 容器法兰软垫片
(4)螺栓和螺母的尺寸规格
本设计选用六角头螺栓(C级、GB/T5780,2000)、?型六角螺母(C级、GB/T41,2000)平垫圈(100HV、GB/T95,2002)
螺栓长度 的计算:
49
螺栓的长度由法兰的厚度( )、垫片的厚度( )、螺母的厚度( )、垫圈厚度( )、螺栓伸出长度 确定。
其中 =72 、 =3 、 =36 、 ,4 、螺栓伸出长度取 =10
螺栓的长度 为:
= 2×72+3+36 +2×4+10
= 201( )
取 ,200
螺栓标记: GB/T5780-2000
螺母标记: GB/T41-2000
垫圈标记: GB/T95-2002 24-100HV
(5)法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料
根据乙型平焊法兰、工作温度 =120?的条件，由文献[2]附录8法兰、垫片、螺栓、螺母材料匹配表进行选材，结果如表1所示。
表1 法兰、垫片、螺栓、螺母的材料
法 兰 垫 片 螺 栓 螺 母 垫 圈
1Cr18Ni9Ti 耐油橡胶石棉 35 25 100HV
4.2工艺接管的设计
本装置设有以下接管:
(1)导热油进口
采用 无缝钢管，罐内的接管与夹套内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL25-0.1 RF 20。
(2)N2(气)进口
采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
(3)温度计接口
采用 无缝钢管，伸入釜体内一定长度。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL65-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
(4)工艺物料进口
采用 无缝钢管，管的一端切成 ，伸入罐内一定长度。配用的突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL50-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
(5)放料口
采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL100-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。与其配套的是手动下展式铸不锈钢放料阀，标记:放料阀6-100 HG5-11-81-3.
(6)导热油出口
采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL25-0.1 RF 20。
(7)安全阀接口
50
采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
(8)冷凝器接口
采用 无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL80-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
(9)加热器套管
采用 无缝钢管，罐内的接管与下封头内表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592 法兰 PL80-0.1 RF 20。
4.3管法兰尺寸的设计
工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的结构如图6。根据 、 和接管的 ，由板式平焊管法兰标准(HG20592)确定法兰的尺寸。管法兰的尺寸见表表2。
图6 板式平焊管法兰
表2 板式平焊管法兰的尺寸(HG20592)
接管名称 公称直径
接管外径
连 接 尺 寸 法兰厚度
密封面厚度
法兰内径
坡口宽度
安全阀接口、
N2接口 25 32 100 75 50 11 4 10 14 2 33 —
工艺物料进口 50 57 140 110 90 14 4 12 16 2 59 —
导热油进口 50 57 140 110 90 14 4 12 14 2 59 —
温度计接口 65 73 160 130 110 14 4 12 16 2 75 —
放料口 100 108 210 170 145 18 8 16 18 2 110 —
导热油出口 50 57 140 110 90 14 4 12 14 2 59 —
冷凝器接口 80 89 190 180 124 18 8 16 18 2 91 —
加热器套管 65 73 160 130 110 14 4 12 14 2 75 —
4.4垫片尺寸及材质
工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的垫片(如图7所示)尺寸、材质如表3所示。
图7 管道法兰用软垫片
表3 密封面形式及垫片尺寸
接管名称 密封面型式 垫片尺寸( )
垫片材质
外径
内径
厚度
安全阀接口、N2接口 RF 71 32 2 耐油石棉橡胶板
51
工艺物料进口 RF 107 57 2 耐油石棉橡胶板
导热油进口 RF 107 57 2 耐油石棉橡胶板
温度计接口 RF 116 76 2 耐油石棉橡胶板
冷凝器接口 RF 130 89 2 耐油石棉橡胶板
放料口 RF 152 108 2 耐油石棉橡胶板
导热油出口 RF 107 57 2 耐油石棉橡胶板
加热器套管 RF 116 76 2 耐油石棉橡胶板
4.5人孔的设计
由于釜体的内径 , ，因此需要在釜体的封头上设置人孔，以便于安装、维修、检查釜体的内部结构，本设计选用 不锈钢A型回转盖带颈平焊法兰人孔。其结构如图8、尺寸见表4、人孔的材料见表5。
1-人孔接管;2-螺母;3-螺栓;4-法兰;5-垫片;6-手柄;7-法兰盖;8-销轴;9-开口销;10-垫圈;11、12、13、14-轴耳
图8 A型回转盖带颈平焊法兰人孔结构
表4 回转盖带颈平焊法兰人孔的尺寸
公称压力(MPa) 密封面形式 公称直径DN d w×S D D1 A B 螺栓
规格 数量
0.6 突面 400 426×6 540 495 300 125 M20×90 16
L H1 H2 b b1 b2 d 重量(kg)
200 210 108 28 24 28 24 84
表5 人孔 1.0 400的明细表
件号 名称 数量 材料 件号 名称 数量 材料
1 人孔接管 1 0Cr18Ni10Ti 8 销 轴 1 45
2 螺母 16 25 9 开口销 2 35
3 螺栓 16 35 10 垫 圈 2 100HV
4 法兰 1 1Cr18Ni9Ti 11 轴 耳 1 Q235-A
5 垫片 1 耐油石棉橡胶板 12 轴 耳 1 Q235-A
6 法兰盖 1 1Cr18Ni9Ti 13 轴 耳 1 Q235-A
7 手柄 1 Q235-A 14 轴 耳 1 Q235-A
4.6视镜的选型
由于釜内介质压力较低( ,0.52 )且考虑 ，本设计选用两个 =150的不带颈视镜。因为该视镜结构简单，不易结料，窥视范围大，其结构见图8。
由文献[3]附录六确定视镜的规定标记、标准图号、视镜的尺寸及材料。
标 记:视镜? 0.6， 150
标准图号:JB593—64—8。
质 量:9.1
视镜的尺寸如表6，材料如表7。视镜在封头上对称布置。
1-视镜玻璃;2-衬垫;3-接缘;4-压紧环;5-双头螺柱;6-螺母
52
图8 视 镜
表6视镜的尺寸
视镜玻璃
双头螺柱
数量 直径×长度
150 165×20 230 200 22 18 60 159 100 8 12×40
表7 视镜的材料
件号 名称 数量 材料 件号 名称 数量 材料
1 视镜玻璃 1 硼硅玻璃(SJ-6) 4 压紧环 1 Q235-A?F
2 衬 垫 2 耐酸石棉板 5 双头螺柱 8 35
3 接 缘 1 1Cr18Ni9Ti 6 螺母 8 Q235-A?F
5搅拌装置的选型与尺寸设计
5.1搅拌轴直径的初步计算
(1)搅拌轴直径的设计
电机的功率 ,4.0 ，搅拌轴的转速 ,100 ，材料为1Cr18Ni9Ti ， [ ],25 ，剪切弹性模量 ,8×104 ，许用单位扭转角[ ],1.0 ?/m。
由 得: ( )
利用截面法得: ( )
由 得: =
搅拌轴为实心轴，则: =
?42.4mm 取 ,43mm
(2)搅拌轴刚度的校核
由 得:
=0.8( )
因为最大单位扭转角 max,0.8 ,[ ] ,1.0
所以圆轴的刚度足够。考虑到搅拌轴与联轴器配合， ,43 可能需要进一步调整。
5.2搅拌抽临界转速校核计算
由于反应釜的搅拌轴转速 =100 ,200 ，故不作临界转速校核计算。
5.3联轴器的型式及尺寸的设计
由于选用摆线针齿行星减速机，所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴节(D型)。标记为: 50 HG 21570,95，结构如图9。由文献[4]表3-5-36、表3-5-37分别确定联轴节的尺寸和零件及材料，尺寸如表8，零件及材料如表9。由于联轴节轴孔直径 =50 ，因此搅拌轴的直径 调整至50 。
1-夹壳;2-悬吊环;3-垫圈;4-螺母;5-螺栓
图9 立式夹壳联轴节
表8 夹壳联轴节的尺寸
轴孔直径
40
53
螺栓
数量 规格
118 48 35 76 162 20 71 5 6 M12
δ
80 4 55 85 18 12 0.6 0.4
表9 夹壳联轴节的零件及材料
件号 名 称 材 料 件 号 名 称 材 料
1 左、右夹壳 ZG-1Cr18Ni9Ti 4 螺 母 0Cr18Ni9Ti
2 吊 环 0Cr18Ni9Ti 5 螺 栓 A2-70
3 垫 圈 A-140
5.4搅拌桨尺寸的设计
框式搅拌桨的结构如图10所示。由文献[4]表3-1-17确定不锈钢框式搅拌桨的尺寸(见 表9)、零件明细表见表10。
1-桨叶;2-横梁;3-筋板;4-连接螺栓;5-螺母;6-穿轴螺栓;7-螺母
图10 框式搅拌桨的结构
表9 框式搅拌桨的尺寸(HG/T2123,91)
螺栓 螺孔 螺栓 螺孔 δ
数量
数量
1140 50 M16 2 16.5 M12 8 13 4 70
重量
910 285 420 170 5 120 35 - 19 不大于0.088
表10 零件明细表
件号 名称 数量 材料 件号 名称 数量 材料
1 桨叶 2 Cr18Ni12Mo2Ti 5 螺母 8 Cr18Ni12Mo2Ti
2 横梁 2 Cr18Ni12Mo2Ti 6 穿轴螺栓 8 Cr18Ni12Mo2Ti
3 筋板 2 Cr18Ni12Mo2Ti 7 螺母 8 Cr18Ni12Mo2Ti
4 连接螺栓 8 Cr18Ni12Mo2Ti
5.5搅拌轴的结构及尺寸的设计
(1)搅拌轴长度的设计
搅拌轴的长度 近似由釜外长度 、釜内未浸入液体的长度 、浸入液体的长度 三部分构成。即: = + +
其中 = ( —机架高; —减速机输出轴长度)
,500-76,424( )
, + ( —釜体筒体的长度; —封头深度; 液体的装填高度)
液体装填高度 的确定:
釜体筒体的装填高度
式中 —操作容积( ); —釜体封头容积( ); —筒体的内径( )
54
液体的总装填高度 = =663，25，325
=1013( )
=890，2×(25+325),1013
,577( )
浸入液体搅拌轴的长度 的确定:
搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱高度有关。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为: (见文献[4]215)
当 时为最佳装填高度;当 , 时，需要设置两层搅拌桨。
由于 =1013 , =1300 ，本设计选用一个搅拌桨。
搅拌桨浸入液体内的最佳深度为: =675( )
故浸入液体的长度: =675( )
搅拌轴的长度 为: =424+577+675=1676( )
取 =1680( )
(2)搅拌轴的结构
由于搅拌轴的长度较大，考虑加工的方便，将搅拌轴设计成两部分。与减速机相联的搅拌轴轴长为: = ,M，
式中 —搅拌轴深入釜内的长度， 时取350 (见文献[4]表3-5-23)
=500,76，350=774( )
取 =780
搅拌轴下部分的轴长为: = =1680-780
=900( )
搅拌轴上、下两部分的结构及尺寸见附图2、3。
6 传动装置
6.1电动机的选型:
由于反应釜里的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，故选用隔爆型三相异步电机(防爆标志 ? )。根据电机的功率 ,4.0 、转速 ,1440 ，由文献[5]表16-1-89选用的电机型号为:YB112 。
6.2减速器的选型
根据电机的功率 ,4.0 、搅拌轴的转速 ,100 、传动比 为1440/ 100,14.4，选用直联摆线针轮减速机(JB/T2982,1994)，标记XLD4.0—8130—15。由文献[5]表9-2-41确定其安装尺寸，直联摆线针轮减速机的外形见图11、安装尺寸如表11。
图11 直连摆线针轮减速机
表11 减速机的外形安装尺寸
260 230 200 50 230 6-υ11 4
15 164 53.5 14 400 76 61
6.3机架的设计
55
由于反应釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了带短节的夹壳联轴节，且反应釜使用不带内置轴承的机械密封，故选用WJ型无支点机架(HG21566,95)。由搅拌轴的直径 ,50mm可知，机架的公称直径 250。结构及尺寸如图12所示。
图12 WJ型无支点机架
6.4底座的设计
对于不锈钢设备，本设计采用图5,31(f)底座的结构，其上部与机架的输出端接口和轴封装置采用可拆相联，下部伸入釜内，结构与尺寸如图13所示。
图13 底座的结构
7反应釜的轴封装置设计
反应釜中应用的轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。考虑到釜内的物料具有易燃性和一定的腐蚀性，因此选用机械密封。根据 ,0.52 、 ,145?、 、 。由文献[5]表7-3-79选用206型(双端面小弹簧UB型)釜用机械密封，其结构及主要尺寸如图14。
图14 釜用206型机械密封
8支座的选型及设计
8.1支座的选型及尺寸的初步设计
(1)悬挂式支座的选型:
由于设备外部设置有100 的保温层，所以选耳式B型支座，支座数量为4个
(2)悬挂式支座的尺寸的初步设计
反应釜总质量的估算: +
式中: —釜体的质量( ); —夹套的质量( ); —搅拌装置的质量( )
—附件的质量( ); —保温层的的质量( )
物料总质量的估算:
式中: —釜体介质的质量( ); —夹套内导热油的质量( )
反应釜的总质量估算为2000 ，物料的质量为3236 (以水装满釜体和夹套计算)，
装置的总质量: ,5236( )
每个支座承受的重量 约为:5236×9.81/2,25.7( )
根据 、 ，由文献[2]附表17-1初选B型耳式支座，支座号为4。
标记:JB/T4725-92 耳座B4
材料:Q235-A?F
系列参数尺寸如表12。
表12 B型耳式支座的尺寸
底板 筋板 垫板 地脚螺栓 支座重量
规格
250 200 140 14 70 290 160 10 315 250 8 40 30 24
15.7
8.2支座载荷的校核计算
耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算:
56
式中 ， ,9.81 ，
， =5236 ， ， =4， =0，
将已知值代入得
因为 , ，所以选用的耳式支座满足要求。
9焊缝结构的设计
9.1釜体上主要焊缝结构的设计
釜体上的焊缝结构及尺寸如图15。
(a)筒体的纵向焊缝 (b)筒体与下封头的环向焊缝 (c)人孔接管与封头的焊
缝
(d)进料管与封头的焊缝 (e)冷却器接管与封头的焊缝 (f)温度计接管与封
头的焊缝
(h)出料口接管与封头的焊缝
图15 釜体主要焊缝的结构及尺寸
9.2夹套上的焊缝结构的设计
夹套上的焊缝结构及尺寸如图16。
(a)筒体的纵向焊缝 (b)筒体与封头的横向焊缝 (c)导热油进口接管与筒体
的焊缝
(e)导热油出口接管与筒体的焊缝 (f)釜体与夹套的焊缝
图16 夹套主要焊缝的结构及尺寸
10人孔的开孔及补强计算
10.1封头开人孔后被削弱的金属面积 的计算
由于人孔的开孔直径较大，因此需要进行补强计算，本设计采用等面积补强的设计
方法。
釜体上封头开人孔后被削弱的金属面积 为:
式中: =400,16，2×1.2,466.4( )
=2.32( )
=1
= 466.4×2.32= 1082( )
10.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算
(1)封头起补强作用金属面积 的计算
式中: 取两者中较大值，
=5,1.2,3.8( )
=6.75( )
=1
=1380.5( )
(2)接管起补强作用金属面积 的计算
其中: 取
=0.9( )
57
=0
=713.7( )
(3)焊缝起补强作用金属面积 的计算
,18( )
10.3判断是否需要补强的依据
,2112.2( )
=1082
因为 , ，所以不需要补强。
10.4反应釜的装配图
见附图1。
4参考文献
参考文献
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5 鸣谢
鸣谢
在为期一周的设计里(7月5号开始到7月11号结束)，在此课程设计过程中首先要感谢张茂润老师，在这次课程设计中给予我们的指导，由于是初次做化工设备机械设备课程设计，所以，再设计整个过程中难免遇到这样那样的难题不知该如何处理，幸好有张老师耐心教诲，给予我们及时必要的指导，在此向张老师表最诚挚的感谢～
课程设计不同于书本理论知识的学习，有些问题是实际实践过程中的，无法用理论推导得到，因此不免过程中有很多困难，但通过与同学的交流和探讨，查阅文献资料，查阅互联网以及在张老师的指导帮助下，问题都得到很好的解决。这让我深深意识到自己知识体系的漏洞，自己知识体系的不足，但同时也深刻体会到同学间的团结互助的精神。
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通过此次课程设计，使我查阅文献的能力和对数据的选择判断能力得到了很好的锻炼，同时我也意识到自己应该把所学到的知识应用到设计中来。同时在设计中同学之间的相互帮助，相互交流，认识的进一步加深，对设计中遇到的问题进行讨论，使彼此的设计更加完善，对设计的认识更加深刻。在此再次感谢我各位亲爱的同学们。
同时还要感谢教师管理科的老师给我们提供教室，以及安徽理工大学图书馆向我们提供工具书和参考书，在此特别予以感谢。
由于首次做设计，过程中难免疏忽与错误，感谢有关老师同学能及时给予指出。
5 附图
附图1
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