过程设备基础课程设计完整版.docx

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过程设备基础课程设计完整版

设计任务书

一、设计目的....................................................................4

二、设计内容....................................................................5

1.确定筒体的直径和高度...................................................5

2.确定夹套的直径和高度...................................................5

3.确定夹套的材料和壁厚...................................................6

4.确定内筒的材料和壁厚...................................................7

5.水压试验及其强度校核...................................................8

6.选择釜体法兰................................................................9

7.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器.........................................10

8.选择搅拌传动装置和密封装置........................................11

9.校核L1/B和L1/d..........................................................11

10.容器支座的选用计算...................................................12

11.选用手孔、视镜、温度计和工艺接管................................13

三、总结..........................................................................14

四、致谢.........................................................................15

五、参考书籍与指导老师.............................................16

一设计目的

1.机械是一门与工程实践紧密相关的课程，仅通过书本知识的学习很难做到真正体会知识的内涵。

因此，进行此次课程设计训练对领会所学知识具有重要意义。

2.通过设计能提高综合运用所学知识的能力，加强对课本知识内容的理解，了解和熟悉相关的设计规范，加深对过程设备的理解。

3.通过全面考虑设计内容及过程的参与，初步掌握过程设备机械设计的一般方法和步骤，掌握识图、制图、设计计算、编写设计说明书等设计基本技能，培养一定的工程设计能力，树立正确的设计理念，为今后的工作实践打下基础。

4.课程设计中很多问题需要同学们之间的相互探讨和交流，在设计过程中不仅能够做到取长补短，相互学习，而且有助于增强同学之间沟通交流的能力。

5.设计中需要查阅许多资料，可以学到有关标准、手册、图册、规范及相关资料的查阅方法，并且在课程设计中需要正确选用设计标准，培养利用设计资料的能力。

6.通过设计培养积极思考、深入钻研、独立工作的能力，踏实细致、积极主动的学习精神，及高质量高要求按时完成任务的工作习惯。

二设计内容

现在以设计任务书所示的设备设计条件D为例来进行搅拌釜反应器的设计。

1.确定筒体的直径和高度

选取反应釜装料系数η=0.8设备体积V=3.5m3

由表中V=3.5m3，对于液-液相类型选取

=1.2，由式

计算得Di=1.549m

将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径

=1500mm，查附录，DN=1500mm时标准椭圆封头曲面高度h1=375mm，封头直边高度h2=40mm，容积

=0.4860m3，表面积

=2.5568m3。

由查表得每一米高的筒体容积为V1=1.767m3,表面积F1=4.71m2。

由

计算得到H=（3.5-0.4860）/1.767=1.7057m

筒体高度圆整为H=1700mm。

H/D=1.13，复核结果基本符合原定范围。

2.确定夹套的直径和高度

对于筒体内径，

，夹套的内径

，因此Dj=1500+100=1600mm，符合压力容器公称直径系列。

由

估算：

=（0.8×3.5-0.4860）/（1.767）=1.310m

=1400mm,则

=1700-1400=300mm，这样是便于筒体法兰螺栓装拆的。

验算夹套传热面积为

F=F1Hj+Fh=1.4×4.71+2.5568=9.15>7.5m2

夹套传热面积符合设计要求。

3．确定夹套的材料和壁厚

由于夹套内的介质为水或蒸汽，介质对材料的腐蚀轻微，故选用Q235-A为夹套材料，查手册，知道板厚为4.5~16mm，设计温度为165℃时，Q235-A的许用应力

（选用温度为200°C时的许用应力），夹套加热蒸汽系统装有安全阀，选取夹套设计压力

，即

，夹套筒体与内筒的环焊缝因无法双面焊和作相应的探伤检查，从安全考虑，夹套上所有焊缝均取焊缝系数

，取壁厚附加量中的钢板厚度负偏差C1=0.8mm，单面腐蚀取腐蚀余量C2=1mm.。

夹套的壁厚计算如下：

=（0.66×1600）/（2×105×0.6-0.66）+1.8=10.23mm

凸形封头的壁厚附加量也只考虑

和

，加工成型的减薄量由制造厂根据加工条件来确定，以保证壁厚符合图纸要求，设计计算时可以不作考虑。

取C1=0.8mm，C2=1mm，标准椭圆形夹套封头的壁厚为:

=（0.66×1600）/（2×105×0.6-0.5×0.66）+1.8=10.20mm

圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准，选取夹套的筒体和封头壁厚均为

=12mm。

4．确定内筒的材料和壁厚

筒体材料也选用Q235-R，筒体设计内压为p=1.1Pw=0.33MPa,设计温度120℃，参考前面计算夹套壁厚的结果，同时考虑到筒体又要受外压作用，按设计外压p=0.66MPa，所得壁厚大于内压设计壁厚，则按外压稳定设计的壁厚一定能满足内压设计要求，可以不再做内压设计校核。

以下进行筒体外压校核：

筒体受单面腐蚀，初选筒体壁厚tn＝14mm。

选取

，

，筒体有效壁厚te=tn-C=14-2.8=11.2mm

=1548mm，D0/te=1548/11.2=138mm

内筒受外压作用的计算长度L为被夹套包围的筒体部分加凸形封头高的1/3。

L=Hj+h2+h1/3=1400+40+375/3=1565mm

L/D0=1565/1500=1.04

查教材《过程设备机械基础》（华东理工大学出版社，2006）图，由D0/te=1548/11.2=138mm和L/D0=1565/1500=1.04，查得系数A=8.1×10-4；再查该书，由系数A查得系数B=105MPa。

筒体的需用外压为

=B/（D0/te）=105/（138）=0.761MPa>0.66MPa

且基本比较接近，所以取筒体

=14mm,此外外压稳定和内压强度均能满足要求。

选取筒体下封头壁厚

=14mm，壁厚附加量中c1=0.8mm,c2=2mm,

所以筒体下封头的有效壁厚te=tn-C==14-2.8=11.2mm标准椭圆封头的外压计算当量球面半径

=0.9×1500=1350mm

计算系数A为A=0.125/（1350/11.2）=1.04×10-3

查表，得B=115MPa

=115/（1350/11.2）=0.95MPa>0.66MPa

取筒体下封头壁厚

=14mm，符合外压稳定和内压强度要求。

筒体的上封头只受内压作用，并不受外压作用，为了便于制造取上封头和下封头壁厚相同。

筒体的上封头只受内压作用，并不受外压作用，为了便于制造上封头壁厚与筒体下封头相同。

5.水压试验及其强度校核

内筒体水压试验压力由pT=0.33+0.1=0.43MPa和pT=1.25p=0.4125MPa中大者，取pT=0.45Mpa。

夹套水压试验压力由pT=0.66+0.1=0.76Mpa和pT=1.25p=0.825MPa中大者，取pT=0.85Mpa。

内筒水压试验时，壁内应力

=0.45×（1500+11.2）/（2×11.2×0.85）=35.7Mpa

=0.76×（0.9×1500+0.5×11.2）/（2×0.85×11.2）=57.11Mpa

夹套水试验时，壁内应力

=111.8Mpa

=100.4Mpa

由于Q235-A在常温时的屈服强度为

，计算

可见水压试验时内筒、夹套壁内应力都小于

，水压试验安全，满足要求。

可见水压试验时内筒，夹套壁内应力都小于0.9σs，水压试验安全。

在水压试验实验时，釜体将受外压作用。

因夹套的实验压力为PTj=0.85Mpa，而筒体的许用外压为[P]=0.761MPa，固在夹套的水压实验时，筒内需要冲压才能稳定。

6．选择釜体法兰

根据筒体内操作压力、温度和筒体直径，查表初选乙型平焊法兰和《压力容器法兰类型与技术条件》，法兰材料为Q235-A,。

再查标准JB4702—2000《乙型平焊法兰》，公称压力PN1.0MPA的Q235-A乙型平焊法兰在操作温度下120℃时的许用工作压力为0.66MPa。

大于筒体设计压力0.6MPa，所选用的乙型平焊法兰合适。

查标准《非金属软垫片》，《缠绕垫片》，和《金属包垫片》以及《压力容器法兰类型与技术条件》，选择石棉橡胶垫片和光滑面密封。

查标准《甲乙型平焊法兰》，选用乙型平焊法兰光滑密封面，公称压力为1.0MPa，公称直径为DN1500.标记为：

法兰GII10I-1500JB/T4701-2000垫片1500-1.0JB/T4704-2000

7.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器

根据工艺条件要求，查阅《桨式搅拌器》（HG/T2123—1991），选搅拌器外径800mm,搅拌器直径d=60mm的平桨式搅拌器，标记为：

搅拌器800-60HG/T2501.4-1991

选择搅拌轴材料为45钢，查表得钢的许用扭应力为

，计算系数

，则搅拌轴的直径为

考虑键槽对轴的强度的削弱和物料对轴的腐蚀，并根据表3-8可，取搅拌轴的直径为60mm。

查阅标准《搅拌传动装置——联轴器》（HG21570—1995）中夹壳式联轴器型式、尺寸、技术要求，选用C型凸缘联轴器。

公称直径60mm的联轴器的最大扭矩为Mn=975N•m。

验算联轴器的扭矩，查表3-12，选取工作情况系数K=1.5，联轴器的计算扭矩

为

Mnj=KMn=1.5×9550×2.5/65=551

C型凸缘联轴器的标记为：

联轴器DN60HG21570—1995

8.选择搅拌传动装置和密封装置

查标准《搅拌传动装置和密封-传动轴、减速器型号及技术参数》（HG21568-1995）及其附录《单级立式摆线针轮减速器》，按照搅拌功率和转速选择摆线针齿行星减速机BLD1.5-2-29Q（Q表示夹壳式轴头）。

查阅标准《Y系列三相异步电动机》（JB/T10391-2002），选电机Y100L-2，额定功率：

3KW，转速1500r/min，根据表3-13查的摆线针齿行星减速机传动效率为0.95，减速机功率为3

0.95=2.85KW>2.5KW，符合搅拌标准要求。

参考标准《单支点机架》（HG21566-1995），根据所选减速机设计减速机机架。

根据操作条件选用带衬套及冷却水套铸铁填料箱，查《减搅拌传动装置——碳钢填料箱》（HG2153.7-1992），公称直径DN60的填料箱，标记为：

填料箱PN1.0DN60HG/T21537.7-1992

9.校核L1/B和L1/d

桨式搅拌器安装一层，根据安装要求和考虑带衬套填料箱有支承作用，得L1=1700+400=2100mm,参考《单支点机架》，机座J-A-6046215尺寸，可得B=590mm

L1/B=2100/590=3.6<4

L1/d=2100/60=35<40均符合要求。

10.容器支座的选用计算

反应釜因需外加保温，故选用B型悬挂式支座。

反应釜的总质量包括物料（或水压试验的水）质量W1，釜体和夹套的质量W2，电动机、减速机、搅拌装置、法兰、保温层等附件质量W3。

当釜内，夹套内部充满水时的质量比物料重，由此

W1=（3.14/4Dj2Hj+3.14/4*D2（H-Hj）+Vh+Vhj）γ

=（3.14×1.62×1.4/4+3.14×1.52×（1.72-1.52）+0.4860+0.5864）×103Kg

=4417.4Kg

釜体和夹套的质量可以查手册或自行计算，由此，

W2=（3.14×7.84×103×1.7×（1.5282-1.52）/4+3.14×7.84×103×1.4×（1.6242-1.62）/4+2×278.1+269.2）Kg

=2379.9Kg

电动机和减速机总重约100Kg，搅拌器质量约为50Kg，筒体法兰约为120Kg，保温层质量约为100Kg。

手孔及其它附件约为50Kg

W3=100+50+120+100+50=420kg

W=W1+W2+W3=7217.3kg

总重力约72KN

反应釜安装四个支座，但按三个支座承载计算，查阅标准《耳式支座》（JB/T4725-1992）可以选用承载能力为60kN的支座B4JB/T4725-1992

11.选用手孔、视镜、温度计和工艺接管

由《垂直吊盖带颈平焊法兰人孔》（HG21520--1995），选用榫槽密封面的平盖人孔II（A·G）450-0.6HG21519-1995。

由标准《压力容器视镜》（HG/T21619-21620--1986）或《组合式视镜》（HG21505--1992），选用碳钢带颈视镜（HGJ501-86-4）IPN1，DN80（HG/T21619--21620--1986）。

加强套管d温度计的选用可以参考生产厂家的产品目录，这里取公称长度1430mm，配凸面板式平焊管法兰PN0.6MPa，DN65，HG20593--1997（《板式平焊钢制管法兰》）。

进料管口b采用φ32*3.5无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25，HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。

出料管口h采用φ57*3.5无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25，HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。

加热蒸汽进口管a采用φ32*3.5无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25,HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。

冷凝器出口管p选用φ47*3.5无缝钢管，配法兰PN0.6，DN45，HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。

压力表接管e选用φ32×3.5无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25,HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。

备用口f采用φ57*4无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25，HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。

压料管接口g采用φ57*3.5无缝钢管，配法兰PN0.6，DN50，HG20592--1997（《钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）》）。

三总结

这次搅拌釜的课程设计，是我们亲自将理论知识运用于解决实际问题的一个范例，我们从中汲取了很多营养——

第一，通过这次设计，提高了我们的计算能力，有利于培养我们踏实细致、积极主动的学习精神。

在设计中，由于数据前后联系紧密，数据的取舍又要尽量符合工程标准，因此我们进行了大量的精细的计算和校核，并付出了很多努力对过程和设备参数做出合理的选择和优化。

第二，通过查阅一系列的手册、图表，提高了获得数据和处理数据的能力，其中很多诸如强度和稳定性计算和校核方面的知识巩固了上半学期过程设备机械基础课所学的基本知识，了解和熟悉相关的设计规范，加深对过程设备的理解。

第三，作为工科学生，以前只注重理论知识的学习，从没有相关课程设计经验，而通过本次课程设计，提高了我们解决工程实际问题的能力，并积累了一定的实践经验，为将来学习和工作打下了坚实的基础。

第四，在设计中不可避免地遇到了很多问题，这就需要我们同学之间积极探讨，集思广益。

同学们一起积极分析问题，各抒己见，不断完善自己思维，并最终圆满地解决了问题，因此增强了我们同学之间沟通交流！

第五，通过全面考虑设计内容及过程的参与，提高了我们综合运用所学知识的能力，培养了我们积极思考、深入钻研、独立工作的能力。

第六，应用AutoCAD绘制搅拌釜式反应器工程图也是一个复杂的过程，在这一过程中，通过查阅书籍和向其他同学请教，我对AutoCAD使用能力有了很大提升。

诚然这份设计还没有达到完美，在设计中显得有些力不从心，这就要求我们以后付出很大努力来提高设计能力，加强自己综合运用知识的能力！

四致谢

很高心最终完成了设计,但其中老师和同学们給我很多帮助，在此对他们致谢——

首先，感谢郝俊文老师这一学期的悉心指导。

郝老师不仅指导我们完成了上半学期过程设备机械基础课程的学习，而且还带领我们完成之后的课程设计。

无论是我们学习还是在设计中遇到的很多问题，郝老师都很热心地给了我们有益的指导！

其次，感谢周围同学们热情的帮助。

刚一开始觉得毫无头绪，但是在与周围同学（邱剑勇、陈智辉等）的讨论中，我慢慢找到解决问题的方向。

在设计中，也遇到了很多疑惑和困难，但是在他们的帮助下，我一一解决了问题！

在AutoCAD制图中，同学们也给了我们小组很热心的帮助。

最终，我完成了本次课程设计！

参考书

1.《过程设备机械基础》华东理工大学

2.《过程设备机械设计》华东理工大学

致谢

华东理工大学

郝俊文博士

各位小组成员