前言
《化工設備機械基礎》化學工程、製藥工程類專業以及其他相近的非機械類專業，對化下設備的機械知識和設計能力的要求而編寫的。通過此課程的學習，是通過學習使同學掌握基本的設計理論並具有設計鋼製的、典型的中、低、常壓化工容器的設計和必要的機械基礎知識。
化工設備機械基礎課程設計是《化工設備機械基礎》課程教學中綜合性和實踐性較強的教學環節，是理論聯繫實際的橋樑，是學生體察工程實際問題複雜性，學習初次嘗試化工機械設計。化工設計不同於平時的作業，在設計中需要同學獨立自主的解決所遇到的問題、自己做出決策，根據老師給定的設計要求自己選擇方案、查取數據、進行過程和設備的設計計算，並要對自己的選擇做出論證和核算，經過反覆的比較分析，擇優選定最理想的方案和合理的設計。
化工設備課程設計是培養學生設計能力的重要實踐教學環節。在教師指導下，通過裸程設計，培養學生獨立地運用所學到的基本理論並結合生產實際的知識，綜合地分析和解決生產實際問題的能力。因此，當學生首次完成該課程設計後，應達到一下幾個目的：
⑴ 熟練掌握查閱文獻資料、收集相關數據、正確選擇公式，當缺乏必要的數據時，尚需要自己通過實驗測定或到生產現場進行實際查定。
⑵ 在兼顧技術先進性、可行性、經濟合理的前提下，綜合分析設計任務要求，確定化工工藝流程，進行設備選型，並提出保證過程正常、安全可行所需的檢測和計量參數，同時還要考慮改善勞動條件和環境保護的有效措施。
⑶ 準確而迅速的進行過程計算及主要設備的工藝設計計算及選型。
⑷ 用精煉的語言、簡潔的文字、清晰地圖表來表達自己的設計思想和計算結果。
化工設備機械基礎課程設計是一項很繁瑣的設計工作，而且在設計中除了要考慮經濟因素外，環保也是一項不得不考慮的問題。除此之外，還要考慮諸多的政策、法規，因此在課程設計中要有耐心，注意多專業、多學科的綜合和相互協調。
2目錄
目錄
1.反應釜釜體的設計----------------------------------------------------------------------------1
1.1釜體 、 的確定---------------------------------------------------------------1
1.2釜體筒體壁厚的設計--------------------------------------------------------------------1
1.3釜體封頭的設計--------------------------------------------------------------------------2
1.4筒體長度 的設計----------------------------------------------------------------------2
1.5外壓筒體壁厚的設計--------------------------------------------------------------------3
1.6外壓封頭壁厚的設計--------------------------------------------------------------------4
2 . 反應釜夾套的設計--------------------------------------------------------------------------5
2.1夾套的 、 的確定--------------------------------------------------------------5
2.2夾套筒體的設計---------------------------------------------------------------------------5
2.3夾套封頭的設計---------------------------------------------------------------------------5
2.4傳熱面積的校核---------------------------------------------------------------------------6
3.反應釜釜體及夾套的壓力試驗--------------------------------------------------------------6
3.1釜體的水壓試驗---------------------------------------------------------------------------6
3.2釜體的氣壓試驗---------------------------------------------------------------------------7
3.3夾套的液壓試驗----------------------------------------------------------------------------8
4.反應釜附屬檔案的選型及尺寸設計---------------------------------------------------------------8
4.1釜體法蘭聯接結構的設計----------------------------------------------------------------8
4.2工藝接管的設計----------------------------------------------------------------------------10
4.3管法蘭尺寸的設計-------------------------------------------------------------------------10
4.4墊片尺寸及材質----------------------------------------------------------------------------11
4.5人孔的設計----------------------------------------------------------------------------------12
4.6.視鏡的選型-----------------------------------------------------------------------------------12
5.攪拌裝置的選型與尺寸設計-------------------------------------------------------------------13
5.1攪拌軸直徑的初步計算--------------------------------------------------------------------13
5.2攪拌抽臨界轉速校核計算-----------------------------------------------------------------14
5.3聯軸器的型式及尺寸的設計--------------------------------------------------------------14
5.4.攪拌槳尺寸的設計--------------------------------------------------------------------------15
5.5攪拌軸的結構及尺寸的設計---------------------------------------------------------------15
6. 傳動裝置------------------------------------------------------------------------------------------16
6.1.電動機的選型：-----------------------------------------------------------------------------16
6.2.減速器的選型---------------------------------------------------------------------------------17
6.3.機架的設計------------------------------------------------------------------------------------17
6.4.底座的設計-------------------------------------------------------------------------------------18
7.反應釜的軸封裝置設計-----------------------------------------------------------------------18
8.支座的選型及設計------------------------------------------------------------------------------- --18
8.1.支座的選型及尺寸的初步設計----------------------------------------------------------- --19
8.2.支座載荷的校核計算---------------------------------------------------------------------- ---19
9.焊縫結構的設計--------------------------------------------------------------------------------- ---19
9.1.釜體上主要焊縫結構的設計----------------------------------------------------------- - -19
9.2夾套上的焊縫結構的設計---------------------------------------------------------------- ---19
10.人孔的開孔及補強計算---------------------------------------------------------------------------20
10.1封頭開人孔後被削弱的金屬面積 的計算---------------------------------------------20
10.2 有效補強區內起補強作用的金屬面積的計算---------------------------------------- -20
10.3判斷是否需要補強的依據----------------------------------------------------------------- -22
10.4反應釜的裝配圖-------------------------------------------------------------------------------22
3設計內容
夾套反應釜設計條件及設計內容分析
由設計條件單可知，設計的反應釜體積為1.5 、操作體積為1.2 ；攪拌裝置配製的電機功率為3.2 、攪拌軸的轉速為100 、攪拌槳的形式為框式；加熱的方式為用夾套內的導熱油進行電加熱；裝置上設有6個工藝接管、2個視鏡、4個耳式支座、12個電加熱器套管、1個人孔、2個測控接管。反應釜設計的內容主要有：
（1）釜體的強度、剛度、穩定性計算和結構設計；
（2）夾套的的強度、剛度計算和結構設計；
（3）設計釜體的法蘭聯接結構、選擇接管、管法蘭；
（4）人孔的選型及補強計算；
（5）支座選型及驗算；
（6）視鏡的選型；
（7）焊縫的結構與尺寸設計；
（8）電機、減速器的選型；
（9）攪拌軸及框式攪拌槳的尺寸設計；
（10）選擇聯軸器；
（11）設計機架結構及尺寸；
（12）設計底蓋結構及尺寸；
（13）選擇軸封形式；
（14）繪總裝配圖及攪拌軸零件圖等。
反應釜的設計過程如下：
1反應釜釜體的設計
1.1釜體 、 的確定
（1）釜體 的確定
將釜體視為筒體，且取 。
由 得：
， =1.241（ ）， 圓整後可取
故釜體
（2）釜體 的確定
因操作壓力 ＝0.52 ，由文獻[1]表16-9可知： ＝0.6
1.2釜體筒體壁厚的設計
（1）設計參數的確定
設計壓力 ： ＝（1.05～1.1） ，取 ＝1.1 =1.1×0.52 =0.572Mpa；
液體靜壓 ： ≈ ；
因為 = ＜5％，可以忽略 ；
計算壓力 ： = = 1.1×0.52 ；
設計溫度 ： 145℃ ；
焊縫係數 ： ＝0.85（局部無損探傷）；
許用應力 ： 根據材料0Cr18Ni10Ti、設計溫度145℃，由文獻[1]表14-4知 ＝130 ；
鋼板負偏差 ： ＝0.25 （GB6654-96）；
腐蝕裕量 ： ＝1 。
（2）筒體壁厚的設計
由公式 得：
考慮 ，則 = + =4.64 ，圓整後去
1.3釜體封頭的設計
（1）封頭的選型
釜體的封頭選標準橢球型，代號EHA、標準JB/T4746—2002。
（2）設計參數的確定
與筒體相同
（3）封頭的壁厚的設計
由公式 得：
考慮 ，圓整得
（4）封頭的直邊尺寸、體積及重量的確定
根據 ，由文獻[1]表14- 4知：
直邊高度 ： 25
容 積 ： 0.3208
深 度 ： 350 。
內表面積 ： 1.9304
1.4 筒體長度 的設計
， ，
=
=0.889（ ）=889 ，圓整：＝890
釜體長徑比 的覆核：
=0.954，故滿足要求
1. 5外壓筒體壁厚的設計
（1）設計外壓的確定
由設計條件單可知，夾套內介質的壓力為常壓，取設計外壓 =0.1 。
（2）試差法設計筒體的壁厚
設筒體的壁厚 ＝6 ，則： = =6－1.25 = 4.75 ，
=1312
由 得： =1.17×1312× ＝25511.7（ ）
筒體的計算長度 ′= +h
=890+(350-25)/3+25 = 1023.3（ ）
∵ ′=1023.3 ＜ ＝25511.7 ，∴該筒體為短圓筒。
圓筒的臨界壓力為：
= 0.469（ ）
由 、 =3得： 0.469/3 =0.156（ ）
因為 ＝0. 1 < = 0.156 ， 所以假設 ＝6 滿足穩定性要求。
故筒體的壁厚 ＝6 。
（3）圖算法設計筒體的壁厚
設筒體的壁厚 ＝6 ，則： = =6－1.25 = 4.75（ ）
=1312
=276.2
筒體的計算長度： ′ = +h
=890+(350-25)/3+25 =1023（ ）
=0.778
在文獻[1]中圖15- 4的 坐標上找到0.826的值，由該點做水平線與對應的 線相交，沿此點再做豎直線與橫坐標相交，交點的對應值為： ≈0.0004。
由文獻[1]中選取圖15-7，在水平坐標中找到 =4×10-4點，由該點做豎直線與對應的材料溫度線相交，沿此點再做水平線與右方的縱坐標相交，得到係數 的值為： ≈46 、 =1.79×105 。
根據 = 得： =
=0.166（ ）．
因為 ＝0.1 < ＝0.166 ，所以假設 ＝6 合理，取封頭的壁厚 ＝6 。
由文獻[1]表16-5知， 、 ＝6 的筒體 高筒節的質量約193 ，則筒體質量為：193×0.890=171.9（ ）
筒體的內表面積： =4.09
1.6外壓封頭壁厚的設計
（1）設計外壓的確定
封頭的設計外壓與筒體相同，即設計外壓 =0.1 。
（2）封頭壁厚的計算
設封頭的壁厚 ＝6 ，則: = – = 6-1.25 = 4.75（ ），對於標準橢球形封頭 =0.9， ＝0.9×1300=1170（ ）， =1170/4.75
計算係數：
= 5.1×10-4
由文獻[1]中選取圖15-7，在水平坐標中找到 = 4.7×10-4點，由該點做豎直線與對應的材料溫度線相交，沿此點再做水平線與右方的縱坐標相交，得到係數 的值為值為： ≈55 、 =1.79×105
根據 = 得： =
=0.223（ ）．
因為 ＝0.1 < ＝0.223 ，所以假設 ＝6 偏大，考慮到與筒體的焊接，取封頭的壁厚與筒體一致，故取 ＝6 。
釜體封頭的結構如圖1，封頭質量：89.2（ ）
圖1 釜體封頭的結構與尺寸
2 反應釜夾套的設計
2.1夾套的 、 的確定
（1）夾套公稱直徑 的確定
由於採用導熱油加熱，為提高導熱油在夾套內的流動，夾套內逕取：
=1300+300=1600（ ），夾套的 =1600
所以取 =1600
（2）夾套 的確定
由設備設計條件單知，夾套內介質的工作壓力 ＜0.1 ，可取 ＝0.25
2.2夾套筒體的設計
（1）夾套筒體壁厚的設計
因為 為常壓＜0.3 ，所以需要根據剛度條件設計筒體的最小壁厚。
∵ ＝1600 ＜3800 ，取 min＝2 /1000且不小於3 另加 ，
∴ min＝2×1600/1000+1=4.2（ ），圓整 =5 。
對於碳鋼製造的筒體壁厚取 ＝6 。
（2）夾套筒體長度 的初步設計
根據 =1300 ，由表16-3中知每米高的容積 =1.327 3/ ，則筒體高度的估算值為：
=
=0.663（ ）=663
由文獻[1]表16-5知， 、 ＝6 的筒體 高筒節的質量為238 、內表面積為5.03 ，則：
夾套筒體質量為238×0.663=157.8（ ）
2.3夾套封頭的設計
夾套的下封頭選標準橢球型，內徑與筒體相同（ ＝1600 ）。代號EHA，標準JB/T4746—2002。夾套的上封頭選帶折邊錐形封頭，且半錐角 、大端直徑 =1600 、小端直徑 =1300 。
（1）橢球形封頭壁厚的設計
因為 為常壓＜0.3 ，所以需要根據剛度條件設計封頭的最小壁厚。
∵ ＝1600 ＜3800 ，取 min＝2 /1000且不小於3 另加 ，
∴ min＝2×1600/1000+1=4.2（ ），圓整 =5 。
對於碳鋼製造的封頭壁厚取 ＝6 。
（2）橢球形封頭結構尺寸的確定
直邊高度 ： 25
深 度 ： 425
容 積 ： 0.5864
質 量： 137
（3）橢球形封頭結構的設計
封頭的下部結構如圖2。由設備設計條件單知：下料口的 ＝100 ，封頭下部結構的主要結構尺寸 ＝210 。
（4）帶折邊錐形封頭壁厚的設計
考慮到封頭的大端與夾套筒體對焊，小端與釜體筒體角焊，因此取封頭的壁厚與夾套筒體的壁厚一致，即 ＝6 。結構及尺寸如圖3。
圖2封頭的結構 圖3 錐形封頭的結構
2.4傳熱面積的校核
=1300釜體下封頭的內表面積 = 1.9340
=1300筒體（1 高）的內表面積 = 4.09 2
夾套包圍筒體的表面積 = × = 4.09×0.663=2.712 （ 2）
+ =1.9340+4.5224=6.646（ 2）
由於釜內進行的反應是放熱反應，產生的熱量不僅能夠維持反應的不斷進行，且會引起釜內溫度升高。為防止釜內溫度過高，在釜體的上方設定了冷凝器進行換熱，因此不需要進行傳熱面積的校核。如果釜內進行的反應是吸熱反應，則需進行傳熱面積的校核，即：將 + = 6.646（ 2工藝 進行比較。若 + ≥ ，則不需要在釜內另設定蛇管；反之則需要蛇管。
3 反應釜釜體及夾套的壓力試驗
3.1釜體的水壓試驗
（1）水壓試驗壓力的確定
水壓試驗的壓力： 且不小於( +0.1) ，當 ＞1.8時取1.8。
，（ +0.1）= 0.672 ， 取 =0.715
（2）液壓試驗的強度校核
由 得：
＝ = 98.2（ ）
∵ ＝98.2 ＜0.9 =0.9×200×0.85=153（ ）
∴ 液壓強度足夠。
（3）壓力表的量程、水溫及水中 濃度的要求
壓力表的最大量程：2 =2×0.715=1.430 或1.073～2.860 。
水溫≥15℃ ，水中 濃度≤25
（4）水壓試驗的操作過程
操作過程：在保持釜體表面乾燥的條件下，首先用水將釜體內的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.572 ，保壓不低於30 ，然後將壓力緩慢降至0.572 ，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連線部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質量合格，緩慢降壓將釜體內的水排淨，用壓縮空氣吹乾釜體。若質量不合格，修補後重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格後再做氣壓試驗。
3.2釜體的氣壓試驗
（1）氣壓試驗壓力的確定
氣壓試驗的壓力：
=1.15×0.572×1=0.6578（ ）
（2）氣壓試驗的強度校核
由 得：
＝ =90.34（ ）
∵ ＝90.34 ＜0.8 =0.8×200×0.85=136（ ）
∴ 氣壓強度足夠。
（3）氣壓試驗的操作過程
做氣壓試驗時，將壓縮空氣的壓力緩慢升至0.06578 ，保持5min並進行初檢。合格後繼續升壓至0.3289 ，其後按每級的0.06578 級差，逐級升至試驗壓力0.6578 ，保持10 ，然後再降至0.572 ，保壓足夠長時間同時進行檢查，如有泄露，修補後再按上述規定重新進行試驗。釜體試壓合格後，再焊上夾套進行壓力試驗。
3.3夾套的液壓試驗
（1）液壓試驗壓力的確定
液壓試驗的壓力： 且不小於( +0.1) ，當 ＞1.8時取1.8。
，( +0.1)= 0.2 ， 故取 =0.2
（2）液壓試驗的強度校核
由 得：
＝ = 33.78（ ）
∵ ＝33.78 ＜0.9 =0.9×235×0.85=179.7（ ）
∴ 液壓強度足夠。
（3）壓力表的量程、水溫的要求
壓力表的量程：2 =2×0.2=0.4 或0.3～0.8 ，水溫≥5℃。
（4）液壓試驗的操作過程
在保持夾套表面乾燥的條件下，首先用水將夾套內的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.2 ，保壓不低於30min，然後將壓力緩慢降至0.16 ，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連線部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質量合格，緩慢降壓將夾套內的水排淨，用壓縮空氣吹乾。若質量不合格，修補後重新試壓直至合格為止。
4 反應釜附屬檔案的選型及尺寸設計
4.1釜體法蘭聯接結構的設計
設計內容包括：法蘭的設計、密封面形式的選型、墊片設計、螺栓和螺母的設計。
（1）法蘭的設計
根據 ＝1300mm、 ＝0.6 ，由文獻[1]表16-9確定法蘭的類型為乙型平焊法蘭。
標記：法蘭 1300-0.6 JB/T4702-2002，
材料：1Cr18Ni9Ti
螺栓規格： 24
螺栓數量： 36
法蘭的結構和主要尺寸如圖4
圖4 乙型平焊法蘭
（2）密封面形式的選型
根據 ＝0.6 ＜1.6 、介質溫度155℃和介質的性質，由文獻[1]表16－14 知密封面形式為光滑面。
（3）墊片的設計
墊片選用耐油橡膠石棉墊片，材料為耐油橡膠石棉板（GB/T539），結構及尺寸見圖5。
圖5 容器法蘭軟墊片
（4）螺栓和螺母的尺寸規格
本設計選用六角頭螺栓（C級、GB/T5780－2000）、Ⅰ型六角螺母（C級、GB/T41－2000）平墊圈（100HV、GB/T95－2002）
螺栓長度 的計算：
螺栓的長度由法蘭的厚度（ ）、墊片的厚度（ ）、螺母的厚度（ ）、墊圈厚度（ ）、螺栓伸出長度 確定。
其中 =72 、 =3 、 =36 、 ＝4 、螺栓伸出長度取 =10
螺栓的長度 為：
= 2×72+3+36 +2×4+10
= 201（ ）
取 ＝200
螺栓標記： GB/T5780-2000
螺母標記： GB/T41-2000
墊圈標記： GB/T95-2002 24-100HV
（5）法蘭、墊片、螺栓、螺母、墊圈的材料
根據乙型平焊法蘭、工作溫度 =120℃的條件，由文獻[2]附錄8法蘭、墊片、螺栓、螺母材料匹配表進行選材，結果如表1所示。
表1 法蘭、墊片、螺栓、螺母的材料
法 蘭 墊 片 螺 栓 螺 母 墊 圈
1Cr18Ni9Ti 耐油橡膠石棉 35 25 100HV
4.2工藝接管的設計
本裝置設有以下接管：
（1）導熱油進口
採用 無縫鋼管，罐內的接管與夾套內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL25-0.1 RF 20。
（2）N2（氣）進口
採用 無縫鋼管，接管與封頭內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
（3）溫度計接口
採用 無縫鋼管，伸入釜體內一定長度。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL65-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
（4）工藝物料進口
採用 無縫鋼管，管的一端切成 ，伸入罐內一定長度。配用的突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL50-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
（5）放料口
採用 無縫鋼管，接管與封頭內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL100-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。與其配套的是手動下展式鑄不鏽鋼放料閥，標記：放料閥6-100 HG5-11-81-3.
（6）導熱油出口
採用 無縫鋼管，接管與封頭內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL25-0.1 RF 20。
（7）安全閥接口
採用 無縫鋼管，接管與封頭內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
（8）冷凝器接口
採用 無縫鋼管，接管與封頭內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL80-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。
（9）加熱器套管
採用 無縫鋼管，罐內的接管與下封頭內表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL80-0.1 RF 20。
4.3管法蘭尺寸的設計
工藝接管配用的突面板式平焊管法蘭的結構如圖6。根據 、 和接管的 ，由板式平焊管法蘭標準（HG20592）確定法蘭的尺寸。管法蘭的尺寸見表表2。
圖6 板式平焊管法蘭
表2 板式平焊管法蘭的尺寸（HG20592）
接管名稱 公稱直徑
接管外徑
連 接 尺 寸 法蘭厚度
密封面厚度
法蘭內徑
坡口寬度
安全閥接口、
N2接口 25 32 100 75 50 11 4 10 14 2 33 —
工藝物料進口 50 57 140 110 90 14 4 12 16 2 59 —
導熱油進口 50 57 140 110 90 14 4 12 14 2 59 —
溫度計接口 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 —
導熱油出口 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 —
加熱器套管 65 73 160 130 110 14 4 12 14 2 75 —
4.4墊片尺寸及材質
工藝接管配用的突面板式平焊管法蘭的墊片（如圖7所示）尺寸、材質如表3所示。
圖7 管道法蘭用軟墊片
表3 密封面形式及墊片尺寸
接管名稱 密封面型式 墊片尺寸( )
墊片材質
外徑
內徑
厚度
安全閥接口、N2接口 RF 71 32 2 耐油石棉橡膠板
工藝物料進口 RF 107 57 2 耐油石棉橡膠板
導熱油進口 RF 107 57 2 耐油石棉橡膠板
溫度計接口 RF 116 76 2 耐油石棉橡膠板
冷凝器接口 RF 130 89 2 耐油石棉橡膠板
放料口 RF 152 108 2 耐油石棉橡膠板
導熱油出口 RF 107 57 2 耐油石棉橡膠板
加熱器套管 RF 116 76 2 耐油石棉橡膠板
4.5人孔的設計
由於釜體的內徑 ＞ ，因此需要在釜體的封頭上設定人孔，以便於安裝、維修、檢查釜體的內部結構，本設計選用 不鏽鋼A型迴轉蓋帶頸平焊法蘭人孔。其結構如圖8、尺寸見表4、人孔的材料見表5。
1-人孔接管；2-螺母；3-螺栓；4-法蘭；5-墊片；6-手柄；7-法蘭蓋；8-銷軸；9-開口銷；10-墊圈；11、12、13、14-軸耳
圖8 A型迴轉蓋帶頸平焊法蘭人孔結構
表4 迴轉蓋帶頸平焊法蘭人孔的尺寸
公稱壓力（MPa） 密封面形式 公稱直徑DN d w×S D D1 A B 螺栓
規格 數量
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的明細表
件號 名稱 數量 材料 件號 名稱 數量 材料
1 人孔接管 1 0Cr18Ni10Ti 8 銷 軸 1 45
2 螺母 16 25 9 開口銷 2 35
3 螺栓 16 35 10 墊 圈 2 100HV
4 法蘭 1 1Cr18Ni9Ti 11 軸 耳 1 Q235-A
5 墊片 1 耐油石棉橡膠板 12 軸 耳 1 Q235-A
6 法蘭蓋 1 1Cr18Ni9Ti 13 軸 耳 1 Q235-A
7 手柄 1 Q235-A 14 軸 耳 1 Q235-A
4.6視鏡的選型
由於釜內介質壓力較低（ ＝0.52 ）且考慮 ，本設計選用兩個 =150的不帶頸視鏡。因為該視鏡結構簡單，不易結料，窺視範圍大，其結構見圖8。
由文獻[3]附錄六確定視鏡的規定標記、標準圖號、視鏡的尺寸及材料。
標 記：視鏡Ⅱ 0.6， 150
標準圖號：JB593—64—8。
質 量：9.1
視鏡的尺寸如表6，材料如表7。視鏡在封頭上對稱布置。
1-視鏡玻璃；2-襯墊；3-接緣；4-壓緊環；5-雙頭螺柱；6-螺母
圖8 視 鏡
表6視鏡的尺寸
視鏡玻璃
雙頭螺柱
數量 直徑×長度
150 165×20 230 200 22 18 60 159 100 8 12×40
表7 視鏡的材料
件號 名稱 數量 材料 件號 名稱 數量 材料
1 視鏡玻璃 1 硼矽玻璃(SJ-6) 4 壓緊環 1 Q235-A·F
2 襯 墊 2 耐酸石棉板 5 雙頭螺柱 8 35
3 接 緣 1 1Cr18Ni9Ti 6 螺母 8 Q235-A·F
5攪拌裝置的選型與尺寸設計
5.1攪拌軸直徑的初步計算
（1）攪拌軸直徑的設計
電機的功率 ＝4.0 ，攪拌軸的轉速 ＝100 ，材料為1Cr18Ni9Ti ， [ ]＝25 ，剪下彈性模量 ＝8×104 ，許用單位扭轉角[ ]＝1.0 °/m。
由 得： （ ）
利用截面法得： ( )
由 得： =
攪拌軸為實心軸，則： =
≥42.4mm 取 ＝43mm
（2）攪拌軸剛度的校核
由 得：
=0.8（ ）
因為最大單位扭轉角 max＝0.8 ＜[ ] ＝1.0
所以圓軸的剛度足夠。考慮到攪拌軸與聯軸器配合， ＝43 可能需要進一步調整。
5.2攪拌抽臨界轉速校核計算
由於反應釜的攪拌軸轉速 =100 ＜200 ，故不作臨界轉速校核計算。
5.3聯軸器的型式及尺寸的設計
由於選用擺線針齒行星減速機，所以聯軸器的型式選用立式夾殼聯軸節（D型）。標記為： 50 HG 21570－95，結構如圖9。由文獻[4]表3-5-36、表3-5-37分別確定聯軸節的尺寸和零件及材料，尺寸如表8，零件及材料如表9。由於聯軸節軸孔直徑 =50 ，因此攪拌軸的直徑 調整至50 。
1-夾殼；2-懸吊環；3-墊圈；4-螺母；5-螺栓
圖9 立式夾殼聯軸節
表8 夾殼聯軸節的尺寸
軸孔直徑
40
螺栓
數量 規格
118 48 35 76 162 20 71 5 6 M12
δ
80 4 55 85 18 12 0.6 0.4
表9 夾殼聯軸節的零件及材料
件號 名 稱 材 料 件 號 名 稱 材 料
1 左、右夾殼 ZG-1Cr18Ni9Ti 4 螺 母 0Cr18Ni9Ti
2 吊 環 0Cr18Ni9Ti 5 螺 栓 A2-70
3 墊 圈 A-140
5.4攪拌槳尺寸的設計
框式攪拌槳的結構如圖10所示。由文獻[4]表3-1-17確定不鏽鋼框式攪拌槳的尺寸（見 表9）、零件明細表見表10。
1-槳葉；2-橫樑；3-筋板；4-連線螺栓；5-螺母；6-穿軸螺栓；7-螺母
圖10 框式攪拌槳的結構
表9 框式攪拌槳的尺寸（HG/T2123－91）
螺栓 螺孔 螺栓 螺孔 δ
數量
數量
1140 50 M16 2 16.5 M12 8 13 4 70
重量
910 285 420 170 5 120 35 - 19 不大於0.088
表10 零件明細表
件號 名稱 數量 材料 件號 名稱 數量 材料
1 槳葉 2 Cr18Ni12Mo2Ti 5 螺母 8 Cr18Ni12Mo2Ti
2 橫樑 2 Cr18Ni12Mo2Ti 6 穿軸螺栓 8 Cr18Ni12Mo2Ti
3 筋板 2 Cr18Ni12Mo2Ti 7 螺母 8 Cr18Ni12Mo2Ti
4 連線螺栓 8 Cr18Ni12Mo2Ti
5.5攪拌軸的結構及尺寸的設計
（1）攪拌軸長度的設計
攪拌軸的長度 近似由釜外長度 、釜內未浸入液體的長度 、浸入液體的長度 三部分構成。即： = + +
其中 = （ —機架高； —減速機輸出軸長度）
＝500-76＝424（ ）
＝ + （ —釜體筒體的長度； —封頭深度； 液體的裝填高度）
液體裝填高度 的確定：
釜體筒體的裝填高度
式中 —操作容積（ ）； —釜體封頭容積（ ）； —筒體的內徑（ ）
液體的總裝填高度 = =663＋25＋325
=1013（ ）
=890＋2×（25+325）－1013
＝577（ ）
浸入液體攪拌軸的長度 的確定：
攪拌槳的攪拌效果和攪拌效率與其在釜體的位置和液柱高度有關。攪拌槳浸入液體內的最佳深度為： （見文獻[4]215）
當 時為最佳裝填高度；當 ＜ 時，需要設定兩層攪拌槳。
由於 =1013 ＜ =1300 ，本設計選用一個攪拌槳。
攪拌槳浸入液體內的最佳深度為： =675（ ）
故浸入液體的長度： =675（ ）
攪拌軸的長度 為： =424+577+675=1676（ ）
取 =1680（ ）
（2）攪拌軸的結構
由於攪拌軸的長度較大，考慮加工的方便，將攪拌軸設計成兩部分。與減速機相聯的攪拌軸軸長為： = －M＋
式中 —攪拌軸深入釜內的長度， 時取350 （見文獻[4]表3-5-23）
=500－76＋350=774（ ）
取 =780
攪拌軸下部分的軸長為： = =1680-780
=900（ ）
攪拌軸上、下兩部分的結構及尺寸見附圖2、3。
6 傳動裝置
6.1電動機的選型：
由於反應釜里的物料具有易燃性和一定的腐蝕性，故選用隔爆型三相異步電機（防爆標誌 Ⅱ ）。根據電機的功率 ＝4.0 、轉速 ＝1440 ，由文獻[5]表16-1-89選用的電機型號為：YB112 。
6.2減速器的選型
根據電機的功率 ＝4.0 、攪拌軸的轉速 ＝100 、傳動比 為1440/ 100＝14.4，選用直聯擺線針輪減速機（JB/T2982－1994），標記XLD4.0—8130—15。由文獻[5]表9-2-41確定其安裝尺寸，直聯擺線針輪減速機的外形見圖11、安裝尺寸如表11。
圖11 直連擺線針輪減速機
表11 減速機的外形安裝尺寸
260 230 200 50 230 6-φ11 4
15 164 53.5 14 400 76 61
6.3機架的設計
由於反應釜傳來的軸向力不大，減速機輸出軸使用了帶短節的夾殼聯軸節，且反應釜使用不帶內置軸承的機械密封，故選用WJ型無支點機架（HG21566－95）。由攪拌軸的直徑 ＝50mm可知，機架的公稱直徑 250。結構及尺寸如圖12所示。
圖12 WJ型無支點機架
6.4底座的設計
對於不鏽鋼設備，本設計採用圖5－31（f）底座的結構，其上部與機架的輸出端接口和軸封裝置採用可拆相聯，下部伸入釜內，結構與尺寸如圖13所示。
圖13 底座的結構
7反應釜的軸封裝置設計
反應釜中套用的軸封結構主要有兩大類，填料箱密封和機械密封。考慮到釜內的物料具有易燃性和一定的腐蝕性，因此選用機械密封。根據 ＝0.52 、 ＝145℃、 、 。由文獻[5]表7-3-79選用206型（雙端面小彈簧UB型）釜用機械密封，其結構及主要尺寸如圖14。
圖14 釜用206型機械密封
8支座的選型及設計
8.1支座的選型及尺寸的初步設計
（1）懸掛式支座的選型：
由於設備外部設定有100 的保溫層，所以選耳式B型支座，支座數量為4個
（2）懸掛式支座的尺寸的初步設計
反應釜總質量的估算： +
式中： —釜體的質量（ ）； —夾套的質量（ ）； —攪拌裝置的質量（ ）
—附屬檔案的質量（ ）； —保溫層的的質量（ ）
物料總質量的估算：
式中： —釜體介質的質量（ ）； —夾套內導熱油的質量（ ）
反應釜的總質量估算為2000 ，物料的質量為3236 （以水裝滿釜體和夾套計算），
裝置的總質量： ＝5236（ ）
每個支座承受的重量 約為：5236×9.81/2＝25.7（ ）
根據 、 ，由文獻[2]附表17-1初選B型耳式支座，支座號為4。
標記：JB/T4725-92 耳座B4
材料：Q235-A·F
系列參數尺寸如表12。
表12 B型耳式支座的尺寸
底板 筋板 墊板 地腳螺栓 支座重量
規格
250 200 140 14 70 290 160 10 315 250 8 40 30 24
15.7
8.2支座載荷的校核計算
耳式支座實際承受的載荷按下式近似計算：
式中 ， ＝9.81 ，
， =5236 ， ， =4， =0，
將已知值代入得
因為 ＜ ，所以選用的耳式支座滿足要求。
9焊縫結構的設計
9.1釜體上主要焊縫結構的設計
釜體上的焊縫結構及尺寸如圖15。
（a）筒體的縱向焊縫 （b）筒體與下封頭的環向焊縫 （c）人孔接管與封頭的焊縫
（d）進料管與封頭的焊縫 （e）冷卻器接管與封頭的焊縫 （f）溫度計接管與封頭的焊縫
（h）出料口接管與封頭的焊縫
圖15 釜體主要焊縫的結構及尺寸
9.2夾套上的焊縫結構的設計
夾套上的焊縫結構及尺寸如圖16。
（a）筒體的縱向焊縫 （b）筒體與封頭的橫向焊縫 （c）導熱油進口接管與筒體的焊縫
（e）導熱油出口接管與筒體的焊縫 （f）釜體與夾套的焊縫
圖16 夾套主要焊縫的結構及尺寸
10人孔的開孔及補強計算
10.1封頭開人孔後被削弱的金屬面積 的計算
由於人孔的開孔直徑較大，因此需要進行補強計算，本設計採用等面積補強的設計方法。
釜體上封頭開人孔後被削弱的金屬面積 為：
式中： =400－16＋2×1.2＝466.4（ ）
=2.32（ ）
=1
= 466.4×2.32= 1082（ ）
10.2 有效補強區內起補強作用的金屬面積的計算
（1）封頭起補強作用金屬面積 的計算
式中： 取兩者中較大值，
=5－1.2＝3.8（ ）
=6.75（ ）
=1
=1380.5（ ）
（2）接管起補強作用金屬面積 的計算
其中： 取
=0.9（ ）
=0
=713.7（ ）
（3）焊縫起補強作用金屬面積 的計算
＝18（ ）
10.3判斷是否需要補強的依據
＝2112.2（ ）
=1082
因為 ＜ ，所以不需要補強。
10.4反應釜的裝配圖
見附圖1。
4參考文獻
參考文獻
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[12] 葉君，實用緊固件手冊[M]，北京：機械工業出版社，2004.
5 鳴謝
鳴謝
在為期一周的設計里（7月5號開始到7月11號結束），在此課程設計過程中首先要感謝張茂潤老師，在這次課程設計中給予我們的指導，由於是初次做化工設備機械設備課程設計，所以，再設計整個過程中難免遇到這樣那樣的難題不知該如何處理，幸好有張老師耐心教誨，給予我們及時必要的指導，在此向張老師表最誠摯的感謝！
課程設計不同於書本理論知識的學習，有些問題是實際實踐過程中的，無法用理論推導得到，因此不免過程中有很多困難，但通過與同學的交流和探討，查閱文獻資料，查閱網際網路以及在張老師的指導幫助下，問題都得到很好的解決。這讓我深深意識到自己知識體系的漏洞，自己知識體系的不足，但同時也深刻體會到同學間的團結互助的精神。
通過此次課程設計，使我查閱文獻的能力和對數據的選擇判斷能力得到了很好的鍛鍊，同時我也意識到自己應該把所學到的知識套用到設計中來。同時在設計中同學之間的相互幫助，相互交流，認識的進一步加深，對設計中遇到的問題進行討論，使彼此的設計更加完善，對設計的認識更加深刻。在此再次感謝我各位親愛的同學們。
同時還要感謝教師管理科的老師給我們提供教室，以及安徽理工大學圖書館向我們提供工具書和參考書，在此特別予以感謝。
由於首次做設計，過程中難免疏忽與錯誤，感謝有關老師同學能及時給予指出。
5 附圖
附圖1
