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3.0KW、搅拌轴的转速为85/minr、搅拌桨的形式为框式;加热的方式为用夹套内的水进行电加热;装置上设有7个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、8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DN、PN的确定1.1.1釜体DN的确定将釜体视为筒体,取L/D=1.0由V=(π/4)LDi2,L=1.0iD则Di314.30.145.1,mDi241.1,圆整mmDi1200由1314页表16-1查得釜体的mmDN12001.1.2釜体PN的确定因操作压力Wp=0.48MPa,故: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:p=(1.05~1.1)Wp,取p=1.1Wp=1.1×0.48=0.528MPa;液体静压Lp:Lp≈)/(102.11.12cmkgfMPa0132.0;/Lpp=%5.2025.0528.0.0132.0<5%,可以忽略Lp;计算压力cp:cLppp=p=0.528MPa;设计温度t:65℃;焊缝系数:=1.0(双面对接焊,100%无损探伤);许用应力[]t:根据材料0Cr18Ni10Ti、设计温度65℃,由文献[1]286页表14-4知[]t=137MPa;钢板负偏差1C:1C=0.25mm(GB6654-96);腐蚀裕量2C:2C=1.0mm(双面腐蚀)。1.2.2筒体壁厚的设计由公式CpDpScicn2得:528.00.113721200528.0nS+1.25+1.0=3.567mm3圆整mmSn4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mmSn51.3釜体封头的设计1.3.1封头的选型由文献1316页表16-3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p=1.1Wp=0.528MPa;cLppp=p=1.1×0.48MPa;=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CpDpScticn5.02得0.125.048.01.15.011372120048.01.1nS=3.565mm圆整得mmSn4根据规定,取封头壁厚与筒体壁厚一致mmSn51.3.4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:0.25453m深度2h:325mm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4TFVVV,TFVVV,24iFDHVV24FiVVHD=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=5mm,则:eS=nSC=5-1.25=3.75mm,2oinDDS=1210mm,由1.17ooeDLcrDS得:Lcr=1.17×121075.31210=25430.11mm筒体的计算长度L′=131hHHiL'=1100+31(325-25)+25=1225mmLcr=25430.11mmL';该筒体为短圆筒。圆筒的临界压力为:eeSDDmLESpcr002'59.2MPa5605.075.312101210110075.310900.159.225=5.605Kgf/cm^2对于圆筒m=3P=5.605/3=0.187Kgf/cm^25故PP;所以假设nS=5mm满足稳定性要求。故筒体的壁厚nS=5mm。1.5.3图算法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚nS=5mm,则:eS=nSC=5-1.25=3.75mm,2oinDDS=1210mm,67.32275.3/1210/0eSD。012.11210/1225/'0DL在文献[1]305页中图15-4中的/oLD坐标上找到1.012的值,由该点做水平线与对应的67.322/0eSD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.OOO28。由文献[1]307页中图15-7中选取,在水平坐标中找到A=2.8×10-4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≈33MPa、E=1.900×105MPa。根据[]p=/oeBDS得:[]p=75.3/121033=0.102(MPa).因为p=0.1MPa[]p=0.102MPa,所以假设nS=5mm合理,取封头的壁厚nS=5mm。1.6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=5mm,则:eS=nS–C=5-1.25=3.75(mm),对于标准椭球形封头K=0.9,iiRKD=0.9×1200=1080(mm),/eRiS=1080/3.75=288计算系数:A=288125.0/125.0eiSR=4.340×10-4由文献[1]中图15-7中选取,在水平坐标中找到A=4.340×10-4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≈53MPa、E=1.900×105MPa6根据[]p=/ieBRS得:[]p=28853=0.184(MPa).因为p=0.1MPa[]p=0.184MPa,所以假设nS=5mm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=5mm。由在文献[1]318中表16-5釜体封头的结构如图1-1,封头质量:63.5(kg)图1-1釜体封头的结构与尺寸表1-1釜体封头的尺寸mmDi/mmH/mmho/mm/1200325255第二章反应釜夹套的设计2.1夹套的DN、PN的确定2.1.1夹套DN的确定由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知:100jiDD=1200+100=1300(mm)考虑到1300一般不在取值范围,故取DN=1400mm2.1.2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,取PN=0.25MPa2.2夹套筒体的设计2.2.1夹套筒体壁厚的设计因为Wp为常压<0.3MPa,所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。∵jD=1400mm<3800mm,取Smin=2iD/1000且不小于3mm另加2C,∴Smin=3+2=5(mm),圆整nS=5mm。7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H筒=131.12545.02.11VVVh=0.83598m=835.98mm圆整后H筒=836mm2.3夹套封头的设计2.3.1封头的选型夹套的下封头选标准椭球型,内径与筒体相同(jD=1400mm)。代号EHA,标准JB/T4746—2002。夹套的上封头选带折边锥形封头,且半锥角45。2.3.2椭球形封头壁厚的设计因为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=1400mm<3800mm,取Smin=2iD/1000且不小于3mm另加2C,∴Smin=3+2=5(mm),圆整nS=5mm。对于碳钢制造的封头壁厚取nS=6mm。2.3.3椭球形封头结构尺寸的确定由文献[1]318页表16-5。见表2-1表2-1封头尺寸直边高度1h深度2h容积jFV质量25mm375mm0.39773m102.9kg封头的下部结构如图2-1。由设备设计条件单知:下料口的DN=100mm,封头下部结构的主要结构尺寸minD=180mm。2.3.4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。8图2-1下封头的结构图2-2上封头的结构2.3.5封头结构的设计公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m312004002.55680.8602.3.6带折边锥形封头壁厚的设计由于封头过渡部分与锥体部分受力情况不同,分两部分计算过渡部分:o30K=0.68f=0.554IDR15.01,选型为CHA。mmCPDKPScticn01.312236.05.06.01372150012236.068.05.02锥体部分:mmCPDfPScticn87.212236.05.06.01372150012236.0554.05.02故:88.587.201.3nSmm圆整mmSn62.4传热面积的校核DN=1200mm釜体下封头的内表面积hF=1.65522mDN=1200mm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=3.9878(m2)hF+SF=1.6552+3.9878=5.6429)(2m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hF+SF=5.6429m2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。9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,查1t.0MPaPT66.00.148.01.125.1,(p+0.1)=0.55MPa,取Tp=0.66MPa3.1.2液压试验的强度校核由max()2()TinnpDSCSC得:max=MPa93.10525.152)25.151200(66.00.9s=0.9×203×1.0=182.7(MPa)由max=105.93MPa0.9s=182.7MPa故液压强度足够3.1.3压力表的量程、水温及水中Cl浓度的要求压力表的最大量程:P表=2Tp=2×0.66=1.32MPa或1.5PTP表4PT即0.99MPaP表2.64MPa水温≥15℃水中Cl浓度≤25/mgL3.1.4水压试验的操作过程操作过程: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0.66MPa,保压不低于30min,然后将压力缓慢降至0.528MPa,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。若质量不合格,修补后重新试压直至合格为止。水压