化工设备机械基础夹套反应釜课程设计答辩

夹套反应釜课程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，Mpa2.82.0工作温度，℃设计温度，℃200250介质氯乙烯单体蒸汽全容积，m³4.3操作容积，m³2.6传热面积，m³腐蚀情况微弱推荐材料16MnR搅拌器型式浆式搅拌轴转速，r/min85轴功率，KW2.8目录第二章反应釜夹套的设计第三章反应釜传动装置第四章搅拌装置的选型与尺寸设计第一章反应釜釜体的设计第五章反应釜的轴封装置第六章反应釜的其它附件第三章反应釜传动装置第五章反应釜的轴封装置第六章反应釜的其它附件第二章反应釜夹套的设计第一章反应釜釜体的设计第四章搅拌装置的选型与尺寸设计课程设计说明书计算部分选型部分计算部分第一章反应釜釜体的设计1.1反应釜筒体的设计和计算1.1.1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式中Vg——设备筒体部分容积，m3;Vf——封头容积，m3•由于反应时基本处于气液共存状态，换热一定要及时，所以主要目的要增大传热面积，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η=0.6设备容积V与操作容积的关系为Vg=ηV•故全容积为V=Vg∕η=4.3确定装料系数及全容积Di的计算•将L/Di=1.2，η=0.6代入公式得Di•圆整后Di=1600根据规定=1600㎜•反应釜筒体PN的确定•根据设计要求，反应釜体内部压力为2.8MPa，因此PN=2.8MPammDiHVg16636.02.16.24)/(433反应釜筒体封头的设计选型和计算•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=2.8MPaΦ=1(双面焊接，100％无损探伤)C1=1㎜C2=1㎜•当操作温度为200℃时，查表得到16MnR材料=170MPa•1.2.3封头壁厚的计算••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=13.23mmCticPDKP5.0222261iihDK•设计厚度=13.23+1.0=14.23㎜•名义厚度（圆整量）=14.23+1+∆=15.23+∆•圆整后取=16㎜•1.4.4封头深度计算•H=Di∕4•故封头深度为H=400mm2Ce1Cenn1.3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=•圆整后取得H=1800㎜324iFDV335362.06.124mVF214iDV310106.2mVmmVVVF18720106.25362.03.41•1.3.2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=1800+25+×400=1958mm•圆整后L=2000mm•长径比复核与所选用的长径比基本相符。ih31ih1.4反应釜筒体壁厚设计•内压容器的壁厚计算公式为••代入数据得••设计厚度=13.29+1.0=14.29㎜•名义厚度（圆整量）=14.29+1+∆=15.29+∆•圆整后取=16㎜•筒体的壁厚和封头的相同所以选=16㎜CticPDP229.138.21170216008.22Ce1Cennn•2.1夹套釜体DN、PN的确定•2.1.1夹套釜体DN的确定•夹套直径与筒体直径的关系•（参阅文献【3】表18—3）•㎜•2.1.2夹套釜体PN的确定•由设计要求知夹套内部压力为2.0MPa，因此夹套釜体PN=2.0MPa第二章反应釜夹套的设计1700100ijDDDi500-600700-18002000-3000DjDi+50Di+100Di+2002.2夹套筒体的设计•2.2.1设计参数的确定•Pc=2.0MPaΦ=1（双面焊接，100％无损伤探伤）C1=1mmC2=1mm查表得到16MnR的•2.2.2夹套筒体壁厚的设计•内压薄壁圆通的厚度设计可由公式•代入数据mm•设计厚度mm•名义厚度=11.97+1=12.97mm•圆整后名义厚度mmMPa156250ctiCPDP297.100.21156217000.297.11197.102Ce1Cen14n•2.2.3夹套筒体长度•椭圆形封头的容积代入数据=0.6431102•筒体每米高容积•代入数据2.2698007•则夹套筒体高度估算为m•圆整后=1000mm324iFDV37.124FViDV411V8621.02698.26432.06.21VVVHFniiH2.3夹套封头的设计•2.3.1封头的选型•根据设计要求可选用椭圆形封头，类型是EHA•2.3.2设计参数的确定•Pc=2.0MPaΦ=1（双面焊接，100％无损探伤）•㎜㎜•在250℃时16MnR的•2.3.3夹套封头壁厚的设计•将已知参数代入公式•••mm•圆整后㎜11C12CMPat156mm93.100.25.01156217000.25.02ctjcPDP93.1221CCn14n2.4对筒体和封头进行强度校核•根据参考文献【1】附表9-1得到：常温下[σ]=170MPa在操作温度下（250℃）=156MPa在操作时夹套的内压P=2.0MPa筒体的内压Pc=2.8MPaΦ=1因为：PPc所以在进行校核时筒体应该按照筒体的内压P=2.8MPa进行校核，夹套按照夹套的内压p=2.0MPa进行校核。•2.4.1夹套（内压容器的试压）：•液压：Pt=1.25p=1.25×2.0×=2.72•气压：Pt=1.15p=1.15×2.0×=2.51•=14－2=12㎜•=345MPatttes•液压：===194.03MPa•0.9Φ=0.9×1×345=310.5MPa•因为0.9Φ，所以水压试验验证强度足够。•气压：===179.05MPa•0.8Φ=0.8×1×345=276MPa•因为0.8Φ，所以气压实验验证强度足够TeeitDP212212170072.2sTsTeeitDP2122)121700(51.2sTs•2.4.2筒体（内压容器的试压）•液压：Pt=1.25p=1.25×2.8×=3.81•气压：Pt=1.15p=1.15×2.8×=3.51•=16－2=14㎜•=345MPa•液压：===194.03MPa•0.9Φ=0.9×1×345=310.5MPa•因为0.9Φ，所以水压试验验证强度足够。ttesTeeitDP214214160081.3sTs•气压：===218.55MPa•0.8Φ=0.8×1×345=276MPa•因为0.8Φ，所以气压实验验证强度足够TeeitDP2172)172100(51.3sTs2.5法兰连接结构的设计•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；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），选定法兰类型为长颈对焊法兰。其主要尺寸如下表。第四章搅拌装置的选型与尺寸设计•4.1反应釜的搅拌装置•在反应釜中，为增加反应速率、强化传质或传热效果以及加强混合等作用，常常装设搅拌装置。搅拌装置由搅拌器与搅拌轴组成，搅拌器形式很多，通常由工艺确定。搅拌轴可用实心或空心直轴，碳钢材料常选用45号钢，有防腐或污染要求的场合，应采用不锈耐酸钢。•4.2搅拌器的设计•搅拌器又称搅拌桨或叶轮。它的功能是提供工艺过程所需的能量和适宜的流动状态，以达到搅拌的目的。•搅拌器的型式主要有：桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式。•根据任务说明书要求，并参阅【3】表18-5，选取搅拌器，其参数如下表•搅拌器主要参数•Di=0.5DN=0.5×1600=800b=0.15Di=0.15×800=180•搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱的高度有关。搅拌桨浸入液体内的最佳深度为下封头与圆筒交界处。•由所选封头可知，搅拌桨高度为400mm。型式直径Dj(mm）叶宽（mm）转速（r/min)直叶800120854.3搅拌轴直径的初步计算•4.3.1搅拌轴的直径的计算•轴的强度计算应根据轴的承载情况，采用相应的计算方法。对于只传递扭矩的圆截面，其强度条件为•其中，式中——轴的扭剪应力，MPa；•T——扭距，N·mm；•——抗扭截面模量，；对圆截面轴，=/160.2•P——轴所传递的功率，KW；•n——轴的转速，r/min；•d——轴的直径，mm；•——轴的材料的许用应力，MPa。362.01055.9dnPWTW3mm3dW3d•对于既传递扭矩又承受弯矩的轴，也可采用上式初步估算轴的直径；但应将轴的许用剪应力适当降低，以弥补弯矩对轴的影响。将降低后的许用应力代入上式，可得如下设计公式•A是由轴的材料和承载情况确定的系数。•查阅参考文献【3】第十一章235页，得A=118，•所以d=118=37.8mm。•根据安装轴上零件及其他结构上的要求，轴径还需要适当增加5%—15%，通常得增加2—4mm的腐蚀裕量。•所以d=37.81.15+4=47.47mm•圆整得50mm。轴的材料：45钢mmnPAnPd3362.0/1055.93858.2•4.3.2搅拌轴刚度校核•电动机功率P=4.0KW，搅拌轴的转速n=85r/min，材料为45钢，=40MPa，剪切弹性模量G=8MPa,许用单位扭转角=/m。•由Tmax=9.55（Nmm)•得•所以圆轴的刚度足够。00.17.337164858.21063maxmax10180GJTmm/0.1/9433.018401.087.3337164004max4.4搅拌轴长度设计•根据所选联轴器，传动轴伸入釜体长度L1=350mm，（参考文献【2】P470，表18—37）可知L=H-L1-L2，其中H为釜体高度，L2为桨叶距釜底距离。封头的深度为400mm。•H=400+1800+400=2600mm.•桨叶距釜底距离L2的确定：L2=400mm•所以，搅拌轴长度L=2600-350-400=1950mm传动轴轴径d（mm）伸入釜体长度L1(mm)50350选型部分氯乙烯单体•氯乙烯或氯乙烯与另一单体混合在水介质中于搅拌下悬浮聚合制得聚合物。该聚合物堆积密度高，在自由流动，脱单体，胶凝，和吸收增塑剂方面得到改善。长径比的影响•（1）对搅拌功率的影响，因为搅拌功率与搅拌桨叶直径的五次方成正比，如果搅拌桨叶的直径岁釜体长径比的减小而增大时，将会增大搅拌功率。•（2）对传热的影响，当使用夹套传热时，长径比的增大会使夹套的传热面积增大，同时改善传热效果。•（3）工艺上的特定要求，例如物料反应，要求通入反应釜的空气与物料要有足够的接触时间，这样液位就必须有