反应釜课程设计正文

2设计条件及设计内容分析由设备条件单可知，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、稳定性计算和结构设计；（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，且根据设备条件单知L/Di=1.1。由题可知L/Di=1.2且LDVi)4/(2=1.8则3i3i441.8D1.283.141.1DVL,圆整后Di=1300mm，根据规定DN取1200mm。1.1.2釜体PN得确定因操作压力为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=gh=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=0.638MPa11.0,(100%)0.25C无损探伤，，因带有夹套，双面腐蚀C2=1,查表得0Cr18Ni10Ti材料[]137MPat1.2.2筒体壁厚的设计由公式Sn=CPDPctic][2得4由Sn=CPDPctic][2=0.63812000.2514.0521371.00.638mm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P=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=0.638MPa=1（双面焊，100%无损探伤）C1=0.25mmC2=1mm(双面腐蚀),查表得0Cr18Ni10Ti材料[]137MPat1.3.3封头的壁厚的设计由公式得Sn=CPDPctic5.0][2=0.63812000.251213710.50.638=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11.80.25451.371.131FVVHV圆整取H=1370mm1.4.2釜体长径比L/Di的复核釜体长度为11137025(32525)149533iLHhhmm圆整后L=1500mm长径比复核为15001.251200iLD51.5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）1/2得Lcr=1.171210×(1210/3.75)1/2=25430.1mmL=1500mmLcr=25430.1mm该筒体为短圆筒，圆筒的临界压力Pcr=2.6E2eS/[LD0(D0/Se)1/2]查文献1中图15-7得E=1.86105代入得Pcr=2.61.861053.752/[15001210(1210/3.75)1/2]=0.208MPa[P]=Pcr/m对于圆筒m=3得[P]=0.208/3=0.069MPa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：322.61.86104.750.3761212150012124.75crPMPa[]0.1253crPPMPa＞PC，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/DO=1.25，DO/Se=255.16查文献1中图15-4得A=0.00026，再查图15-7得B=32MPa则00.125eBSPMPaD于是P＞PC，设计合理。1.6外压封头壁厚得设计1.6.1设计外压得确定PC=0.1MPa1.6.2封头壁厚得计算设封头的壁厚为Sn64mmSe=Sn-C=4.75mm参考文献1中公式15-5632200.08330.08331.8610[]0.238(/)(1212/4.75)eEPMPaDS[]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。7第二章反应釜夹套的设计2.1夹套釜体DN，PN得确定2.1.1夹套釜体DN得确定Dj=Di+300=1200+300=1500mm根据规定，DN=1500mm2.2.2夹套釜体PN得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=gh=1.0103101.610-6=0.016MPa0.016100%100%14.5%5%0.11PP液P液不能忽略PC=P+P液=0.11+0.016=0.126MPa，t=130℃，=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Q235-B的[]t=113MPa2.2.2夹套筒体壁厚的设计设夹套筒体壁厚Sn=4mm由公式Sn=2[]citcPDCP得0.12615000.2512.2321130.850.126nS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=4mm82.2.3夹套筒体的长度确定Hj=11.540.25451.131hVVV=1.14m=1140mm圆整Hj=1200mm2.3夹套封头的设计2.3.1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=gh=1.0103101.610-6=0.016MPa0.016100%100%14.5%5%0.11PP液P液不能忽略PC=P+P液=0.11.1+0.016=0.126MPa2.3.3封头的壁厚的设计设夹套封头的壁厚Sn=4mm[]t=113MPaC1=0.25mmC2=1mm由公式Sn=2[]0.5citcPDCP得Sn=0.01615000.2512.2321130.850.50.16mm圆整Sd=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/m2容积V/m315004002.56680.486092.3.6带折边的锥形封头壁厚的确定半顶角45o过渡部分0.820.12615001.252.062[]0.521130.850.50.126cintcKPDSCmmP锥体部分0.6450.12615001.252.52[]0.51130.850.50.126cintcfPDSCmmP圆整后取较大者，则nS=4mm，为了与筒体保持一致取nS=6mm。2.4传热面积的校核DN=1500釜体下封头的内表面积Fh=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=5.724m2Fh+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，因此不需要进行传热面积的校核。如果釜内进行的反应是吸热反应，则需进行传热面积的校核，即：将Fh+FS=7.3792m2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蛇管；反之则需要蛇管。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水压试验的压力：[]1.25[]Ttpp且不小于(p+0.1)MPa，当[][]t＞1.8时取1.8。PT=1.250.6381=0.7975MPaPT=0.7975MPaP+0.1=0.738MPaPT=0.7975MPa3.1.2液压试验的强度校核由max()2()TinnpDSCSC得max=0.7975(120061.25)2(61.25)=101.15MPa对于不锈钢，s=203MPa得max=85.936MPa0.9s=0.92031.0=182.7MPa因此液压强度足够.3.1.3压力表得量程、水温及水中Cl浓度的要求压力表的最大量程：P表=2PT=20.7975=1.595MPa或1.5PTP表4PT即1.19625MPaP表3.19MPa水温：t15℃水中Cl浓度：b25mg/L3.1.4水压试验的操作过程在保持釜体表面干燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.7975MPa，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.638MPa，并保压足够长时间，检查所有焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。若质量合格，缓慢降压，将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。若11质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。3.2釜体的气压试验3.2.1气压试验压力的确定由公式PT=1.15Pt][][得PT=1.150.6381=0.7337MPa3.2.2气压试验的强度校核由公式max()2()TinnpDSCSC得max=0.7337(120061.25)2(61.25)=93.04MPamax=93.040.8s=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0.07337MPa为级差升至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，如有泄露，修补后重新进行试验，至合格为止。3.