反应釜设计条件及设计内容分析

2设计条件及设计内容分析由设计条件单可知，设计的反应釜容积为1.8m3、操作容积为1.54m3;搅拌装置配置的电机功率为3.0KW、搅拌轴转速为85r/min、搅拌桨形式为框式；加热方式为用夹套内导热油进行电加热；装置上有8个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、10个电加热套管、1个固体物料进口、1个测控接管。反应釜设计的主要内容有：（1）、釜体的强度、刚度、稳定性计算和机构设计；（2）、夹套的强度、刚度计算和结构设计；（3）、设计釜体的法兰连接结构、选择接管、管法兰；（4）、人孔的选型及补强计算；（5）、支座的选型及验算；（6）、视镜的选型；（7）、焊缝的结构及尺寸设计；（8）、电机、减速机的选型；（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）、绘制总装配图及搅拌轴零部件等。3第一章反应釜釜体的设计1.1釜体DN、PN的确定1.1.1釜体DN的确定对于直立的反应釜来说，釜体的设备容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积，即V=VT+VF式中VT—设备筒体部分容积，m3;VF—封头容积，m3。根据V及选定的L/Di值，将釜体视为圆柱形筒体，可以初步估算筒体内径，切根据设备条件单可知L/Di=1.1。有题可知L/Di=1.2且V=(πDi2/4)·L=1.8则Di=34VπLDi=34*1.83.14*1.1≈1.28，圆整后Di=1300mm，根据规定DN取1200mm。1.1.2釜体PN的确定因操作压力为Pw=0.58MPa，查标准得PN=0.6MPa1.2釜体筒体壁厚的设计1.2.1设计参数的确定因釜体上装有安全阀，取P=1.1PwP=1.1Pw=1.1*0.58=0.638MPaPl=ρɡh=1.0*103*10*1.1*1.2*10-6=0.0132MPa由于PL/P=0.01320.638*100%=2.1%5%因此可以忽略PL取Pc=P=0.638MPaφ=1.0，（100%无损探伤），C1=0.25，因带有夹套，双面腐蚀C2=1，查表得0Cr18Ni10Ti材料[σ]t=137MPa1.2.2筒体壁厚的设计由公式Sn=PcDi2[σ]tφ-Pc+C得由Sn=PcDi2[σ]tφ-Pc+C=0.638*12002*137*1.0-0.638+0.25+1=4.05mm考虑不锈钢常用厚度为5mm，则取Sn=5mm1.3釜体封头的设计1.3.1封头的选型由题目可得该反应釜的封头采用标准椭圆形封头，类型是EHA。1,3,2设计参数的确定4P=1.1Pw=1.1*0.58=0.638MPa，PL=0.0132MPa（可忽略，道理同上）压力同釜体Pc=P=0.638MPaφ=1（双面焊，100%无损探伤）C1=0.25mmC2=1mm(双面腐蚀)查表得0Cr18Ni10Ti材料[σ]t=137MPa1.3.3封头的壁厚的设计由公式得Sn=PcDi2[σ]tφ-0.5Pc+C=0.638*12002*137*1-0.5*0.638+0.25+1=4.38mm取封头Sn与筒体一致，则Sn=5mm1.4筒体长度H的设计1.4.1筒体长度H的设计由DN=1200mm查EHA标准可知Vf=0.2545m3筒体每米高容积V1=1.131m3/m，则筒高估算为H=V-VFV1=1.8-0.25451.131≈1.37圆整取H=1370mm1.4.2釜体长径比L/Di的复核釜体长度为L=H+h+13hi=1370+25+13（325-25）=1495mm圆整后L=1500mm长径比复核为LDi=15001200=1.251.5外压筒体壁厚的设计1,5.1设计外压的确定Pc=0.1MPa1.5.2试差法设计外压筒体的壁厚设筒体的壁厚为Sn=5mmSe=Sn-C=5-1.25=3.75mmD0=Di+2Sn=1200+2*5=1210mm由Lcr=1.17D0(D0/Se)½得Lcr=1.17*1210*(1210/3.75)½=25430.1mm∴该筒体为短圆筒，圆筒的临界压力Pcr=2.6ES2e/[LD0(D0/Se)½]查文献1中图15-7的E=1.86*103代入得Pcr2.6*1.86*105*3.752/[1500*1210*(1210/3.75)½]=0.208MPa[P]=Pcr/m对于圆筒m=3得[P]=0.208/3=0.069MPa5由于[P]Pc，则假设不合理。再取Sn=6mm，Se=Sn-C=6-1.25=4.75mm，D0=Di+2Sn=1200+2*6=1212mm则：Pcr=2.6*1.86*103*4.7521500*1212*12124.75=0.367MPa[P]=Pcr3=0.125MPaPc，假设Sn=6mm合理。1.5.3图解法设计筒体的壁厚设Sn=6mm，Se=Sn-C=6-1.25=4.75mm，D0=Di+2Sn=1200+2*6=1212mmL/D0=1.25,D0/Se=255.16查文献1中图15-4得A=0.00026，再查图15-7得B=32MPa则P=B*SeD0=0.125MPa于是PPc，设计合理。1.6外压封头壁厚的设计1.6.1设计外压的确定Pc=0.1MPa1.6.2封头壁厚的计算设封头的壁厚为Se=Sn-C=4.75mm参考文献1中公式15-5[P]=0.0833E(D0/Se)2=0.0833*1.86*103(1212/4.75)2=0.238MPa[P]Pc，设计合理。综上所述，取内压和外压两者中最大壁厚，即筒体与封头Sn=6mm。6第二章反应釜夹套的设计2.1夹套釜体DN,PN的确定2.1.1夹套釜体DN的确定Dj=Di=1200+300=1500mm根据规定，DN=1500mm2.1.2夹套釜体PN的确定因操作压力为常压查得PN=0.25MPa2.2夹套筒体的设计2.2.1设计参数的确定P=1.1Pw=1.1*0.1=0.11MPa因为釜体内反应物浓度与水相近，故按水计算反应物静压，即：P液=ρɡh=1.0*103*10*1.6*10-6=0.016MPaQP液P*100%=0.0160.11*100%=14.5%5%∴P液不能忽略Pc=P+P液=0.11+0.016=0.126MPat=130℃,φ=0.85（由于检测不便，作局部检测），C1=0.25，C2=1mm(夹套外有保温层，为单面腐蚀)，查Q238-B的[σ]t=113MPa2.2.2夹套筒体壁厚的设计设夹套筒体壁厚Sn=4mm有公式Sn=PcDi2[σ]tφ-Pc+C得Sn=0.126*15002*113*0.85-0.126+0.25+1=2.23圆整Sd=4mmSn=Sd因此假设合理按刚度条件重新校核由于Di=14003800mm,则Smin=2Di/1000且Smin≥3mm于是Smin=3mm,S≥Smin+C2=4mm圆整Sn=4mm2.2.3夹套筒体的长度确定Hj=ηV-VhV1=1.54-0.25451.131=1.14m=1140mm圆整Hj=1200mm2.3夹套封头的设计72.3.1封头的选型由所给题目可得封头采用椭圆形封头，类型是EHA。2.3.2设计参数的确定因为釜体内反应物浓度与水相近，故按水计算反应物静压即：P液=ρɡh=1.0*103*10*1.6*10-6=0.016MPaQP液P*100%=0.0160.11*100%=14.5%5%∴P液不能忽略Pc=P+P液=0.11+0.016=0.126MPa2.3.3封头的壁厚的设计设夹套封头的壁厚Sn=4mm[σ]t=113MPaC1=0.25mmC2=1mm由公式Sn=PcDi2[σ]tφ-0.5Pc+C得Sn=0.016*15002*113*0.85-0.5*0.16+0.25+1=2.23mm圆整Sn=4mm，因此假设合理。因为Sn=4mmEHA椭球形封头不生产，所以釜体筒体厚度和封头厚度为6mm。2.3.4直边尺封头的寸、体积、及重量的确定封头直边尺寸h=25mm，查文献1表16-5知DN为1500的体积为0.4860m3，查表16-6知重量为117.7kg。2.3.5封头的结构与尺寸的确定公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/mm2容积V/m315004002.56680.48602.3.6带折边的锥形封头壁厚的确定半顶角α=45°过渡部分Sn=KPcDi2[σ]tφ-0.5Pc+C=0.645*0.126*1500113*0.85-0.5*0.126+1.25=2.525mm圆整后取较大者，则Sn=4mm，为了与筒体保持一致取Sn=6mm。2.4传热面积的校核DN=1500釜体下封头的内表面积Fn=1.6552m2DN=1200筒体（1m高）的内表面积F1=4.77m2夹套包围筒体的表面积Fs=F1*Hj=4.77*1.2=5.72m2Fh+Fs=1.6552+5.724=7.3792m2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，因此不需要进行转热面积的校核。如果釜内进行的反应是吸热反应，则需进行转热面积的校核，即:Fh+Fs=7.3792m2与工艺需要的转热面积F进行比较。若Fh+Fs≥F，则不需要在釜内另设置蛇管；反之则需要蛇管。8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公式PT=1.15P[σ][σ]t得PT=1.15*0.638*1=0.7337MPa3.2.2气压试验的强度校核由公式σmax=PT(Di+Sn-C)2(Sn-C)得σmax=0.7337*(1200+6-1.25)2*(6-1.25)=93.04MPa∴σmax=93.040.8σsΦ=0.8*203*1.0=162.4MPa因此气压强度足够。3.2.3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0.05MPa时，保持5min进行初检合格后继续升至0.36685MPa，其后按每级0.7337MPa，保持10min，然后降至0.638MPa并保持足够长时间同时进行检查，如有泄漏，修补后重新进行试验，至合格为止。3.3夹套的液压试验3.3.1水压试验压力的确定PT=1.2P[σ][σ]t且不小于（p+0.1）MPa，当[σ][σ]t1.8时取1.8。Pt=1.25*0.126=0.1576MPa因为PTP+0.1=0.226MPa得PT=0.226MPa3.3.2液压试验的强度校核由σmax=PT(Di+Sn-C)2(Sn-C)得9σmax=0.226*(1500+6-1.25)2(6-1.25)=35.80MPa因此强度不够。3.3.3压力表的量程、水温的要求压力表得量程：P表=2PT=2*0.226=0.452MPa或1.5PT≤P表≤4PT即0.339MPa≤P表≤0.904MPa水温t≥5℃3.3.4水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，再将水缓慢升至0.226MPa，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.1808MPa，保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄漏和明显残留变形。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。10第四章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。4.1.1法兰的设计（1）法兰的选型法兰的标准代号：法兰FF1200-0.6JB/T4701法兰的材料：0Cr18Ni10Ti(2)法兰的结构与尺寸DD1D2D3D4bd规格数量133012901255124112385823M20484.1.2密封面形式的选型因为PN=0.25MPa，介质温度：130℃查文献[1]P331表16-14知密封面采用光滑面或凹凸面。4.1.2垫片的