反应釜课程设计

1反应釜设计的有关内容一、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1.53m、操作体积为1.23m；搅拌装置配制的电机功率为2.2KW、搅拌轴的转速为100/minr、搅拌桨的形式为浆式；加热的方式为用夹套内的水进行电加热；装置上设有8个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、10个电加热器套管、1个固体物料进口、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。2第一章反应釜釜体的设计1.1釜体公称直径DN和公称压力PN的确定1.1.1釜体DN的确定将釜体视为筒体，取L/D=1.2由V=(π/4)LDi2，L=1.2iD则：Di341.2Vp=314.32.15.14，mDi168.1，圆整mmDi1200由【1】表16-1，可知釜体的mmDN12001.1.2釜体PN的确定因操作压力Wp＝0.3MPa，由GB1048公称压力等级可知：PN＝0.6MPa1.2釜体筒体壁厚的设计1.2.1设计参数的确定设计压力p：因为装有安全阀p＝（1.05～1.1）Wp，取p＝1.1Wp=1.1×0.3=0.33MPa；液体静压Lp：由筒体高度=L/iD×iD=1.2×1.2=1.44m，取液体物料平均密度为1000㎏/m3，若按釜内全部充满料液计算液体静压强，则有：Lp≈hgρ=1.44×1000×9.807=14122.08PaMPa0141.0；/Lpp=%3.4043.03.01.1.0141.0＜5％，可以忽略Lp；计算压力cp：cLppp=p=0.33MPa；设计温度t：65℃；焊缝系数：＝1.0（单面全焊透，100%无损探伤）；许用应力[]t：根据材料0Cr18Ni10Ti、设计温度65℃，由【1】表14-4知[]t＝137MPa；钢板负偏差1C：1C＝0.25mm（查文献【1】表14-6，GB6654-96）；腐蚀裕量2C：2C＝1.0mm（耐腐蚀材料，单面腐蚀；查文献【1】表14-7）。31.2.2筒体壁厚的设计由公式CpDpScicn2得：33.00.11372120033.0nS+0.25+1.0=2.697mm圆整mmSn3刚度校核：不锈钢的mmS3min考虑筒体的加工壁厚不小于5mm，故筒体的壁厚取mmSn51.3釜体封头的设计1.3.1封头的选型由文献【1】表16-4选釜体的封头选标准椭球型，代号EHA、标准JB/T4746—2002。1.3.2设计参数的确定由于封头Di=1200mm，故可用整板冲压成型，因此取焊缝系数＝1.0，其他设计参数与筒体相同。即：p＝1.1Wp=0.33MPa；cLppp=p=1.1×0.3MPa；＝1.0（整板冲压）；1C＝0.25mm（GB6654-96）；2C＝1.0mm。1.3.3封头的壁厚的设计由公式CpDpScticn5.02得0.125.03.01.15.01137212003.01.1nS=2.696mm圆整得mmSn3根据规定，取封头壁厚与筒体壁厚一致mmSn51.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定根据mmDN1200，由文献[1]318页表16-5知：直边高度1h：25mm体积FV：0.25453m4深度2h：300mm内表面积A：1.65522m质量m:：63.5kg1.4筒体长度H的设计1.4.1筒体长度H的设计TFVVV，TFVVV，24iFDHVV24FiVVHD=2^2.114.3)2545.05.1(4=1101.82m圆整得:H=1100mm1.4.2釜体长径比/iLD的复核2/()/iiLDHhD=188.11200)3251100(；满足要求。1.5外压筒体壁厚的设计1.5.1设计外压的确定由反应釜设计条件单可知，夹套内介质的压力为常压，取设计外压p=0.1MPa。1.5.2试差法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚nS＝6mm，则：eS=nSC=6-1.25=4.75mm，2oinDDS=1212mm，由1.17ooeDLcrDS得：Lcr=1.17×121275.41212=22651.2mm筒体的计算长度L′=131hHHiL=1100+31(325-25)+25=1225mmLcr=22651.2mmL'=1225mm故该筒体为短圆筒。5圆筒的临界压力为：eeSDDLESpcr002'59.2MPa5332..075.412121212122575.41090.159.225[]2002.59eeESpDmLDS==mpcr=0.5332/3=0.1777Kgf/cm^2由文献【1】式（15-4），其中m为稳定系数，对于圆筒m=3，由文献【1】图15—7内插得E=51090.1。故P=0.1MPaP=0.1777MPa；所以假设nS＝6mm满足稳定性要求。故筒体的壁厚nS＝6mm。1.5.3图算法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚nS＝6mm，则：eS=nSC=6-1.25=4.75mm，2oinDDS=1212mm，16.25575.4/1212/0eSD。011.11212/1225/0DL在文献【1】图15-4中的/oLD坐标上找到1.011的值，由该点做水平线与对应的16.255/0eSD线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为：A≈0.00032。由文献[1]图15-7中选取，在水平坐标中找到A=3.2×10-4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B的值为：B≈39MPa、E=1.900×105MPa。根据[]p=/oeBDS得：[]p=75.4/121239=0.1528（MPa）．因为p＝0.1MPa[]p＝0.1528MPa，所以假设nS＝6mm合理，取封头的壁厚nS＝6mm。6由文献【1】表16-3知，DN=1200mm、Sn=6mm的筒体单位高筒节的质量约178kg/m，则筒体质量为178×1.100=195.8kg1.6外压封头壁厚的设计1.6.1设计外压的确定封头的设计外压与筒体相同，即设计外压p=0.1MPa。1.6.2封头壁厚的计算设封头的壁厚nS=6mm，则:eS=nS–C=6-1.25=4.75（mm），对于标准椭球形封头K=0.9，iiRKD＝0.9×1200=1080（mm），/eRiS=1080/4.75查文献【1】式（15-6）可得，计算系数：A=75.4/1080125.0/125.0eiSR=5.5×10-4由文献【1】中图15-7中选取，在水平坐标中找到A=5.5×10-4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B的值为值为：B≈68MPa、E=1.900×105MPa根据[]p=/ieBRS得：[]p=75.4/108068=0.299（MPa）．因为p＝0.1MPa[]p＝0.299MPa，所以假设nS＝6mm偏大，考虑到与筒体的焊接，取封头的壁厚与筒体一致，故取nS＝6mm。由在文献【1】表16-6中对应DN=1000mm，nS=6mm釜体封头的结构如图1-1，封头质量：63.5kg。釜体封头的结构与尺寸如图1-1所示：图1-1釜体封头的结构与尺寸7第二章反应釜夹套的设计2.1夹套的公称直径DN和公称压力PN的确定2.1.1夹套DN的确定由于采用水加热，为降低水在夹套内的流动阻力，夹套的筒体内径按国家标准：Dj=Di+300＝1200+300=1500（mm）故夹套的DN=1500mm2.1.2夹套PN的确定由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力为常压，即wp=0.1MPa，取PN＝0.25MPa。2.2夹套筒体的设计2.2.1夹套筒体壁厚的设计因为wp=0.1MPa＜0.3MPa，所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。∵jD＝1500mm＜3800mm，取Smin＝2iD/1000且不小于3mm另加2C（2C=1，尚耐腐蚀材料，单面腐蚀），∴Smin＝2×1500/1000+1=4（mm）对于碳钢制造的筒体壁厚取nS＝6mm。2.2.2夹套筒体长度jH的初步设计根据DN=1200mm，由文献【1】表16-3可知，单位高的容积V=1.1313m/m由反应釜条件单可知，操作容积302.1mV，设备容积V=1.53m，故装料系数VV0=8.05.12.1，故筒体长度的估算值为：H筒≥131.12545.08.05.11VVVh=0.83598m=835.98mm圆整后H筒=836mm由文献【1】表16-3可知，DN=1500mm、Sn=6mm的筒体单位高筒节的质量为223kg/m，则夹套筒体质量估算为：223×0.836=186.4kg。82.3夹套封头的设计2.3.1封头的选型查文献【1】表16-4可知,夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同（jD＝1500mm）。代号EHA，标准JB/T4746—2002。夹套的上封头选无折边锥形封头，且半锥角45、大端直径Di=1500mm、小端直径Dm=1212mm。2.3.2椭球形封头壁厚的设计由反应釜设计条件单可知，夹套材料为235QB-，为低碳钢因为Wp为常压＜0.3MPa，所以需要根据刚度条件设计封头的最小壁厚。∵jD＝1500mm＜3800mm，取Smin＝2iD/1000且不小于3mm另加2C，∴Smin＝2×1500/1000+1=4（mm），对碳钢质封头壁厚取nS=6mm。2.3.3椭球形封头结构尺寸的确定由文献【1】表16-5,对应DN=1500mm，可得椭球形封头结构尺寸，如表2-1所示：表2-1椭球形封头结构尺寸公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/2m容积V/3m15004002.55680.4860由于封头直边高度125hmm=，所以mmh3752.在文献【1】表16-6中，对应DN=1500mm，6nSmm=可查得封头质量为：117.7kg2.3.4椭球形封头结构的设计封头的下部结构如图2-1所示。由反应釜设计条件单知：下料口的DN＝100mm，查文献【1】表18-4可知封头下部结构的主要结构尺寸minD＝210mm。2.3.5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nS＝6mm。结构及尺寸如图2-2。9图2-1下封头的结构图2-2上封头的结构2.4传热面积的校核由反应釜设计条件单可知，釜内介质为23,,FeFeNaOH++,可知釜内为吸热反应，需要进行传热面积的校核。DN=1200釜体下封头的内表面积hF=1.65522mDN=1200筒体（1m高）的内表面积1F=4.77m2夹套包围筒体的表面积SF=1F×jH=4.77×0.836=3.9877m2hF+SF=1.6552+3.9877=5.6429m2即：将hF+SF=5.6649m2与工艺需要的传热面积F进行比较。若hF+SF≥F，则不需要在釜内另设置盘管；反之则需要设置盘管。10第三章反应釜釜体及夹套的压力试验3.1釜体的水压试验3.1.1水压试验压力的确定由反应釜设计条件单可知，反应釜材料为01810,CrNiTi在文献【1】表14-4中对应01810,CrNiTi65C°内查得对应内许用应力MPat137][][，0.1][][t。水压试验的压力：[]1.25[]Ttpp且不小于(p+0.1)MPa，