结晶釜的设计

结晶釜的设计目录1.结晶釜的结构....................................................31.1结晶釜的功能和用途..........................................31.2结晶釜的反应条件............................................32.设计标准........................................................43.设计方案的分析和拟定............................................44.各部分结构尺寸的确定和设计计算..................................54.1罐体和夹套的结构设计........................................54.1.1罐体几何尺寸计算......................................64.1.2夹套几何尺寸计算......................................74.2结晶釜的强度计算............................................84.2.1强度计算(按内压计算强度)..............................84.2.2稳定性校核(按外压校核厚度)...........................104.2.3水压试验校核.........................................134.3结晶釜的搅拌器.............................................134.3.1搅拌装置的搅拌器.....................................134.3.2搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计...............134.3.3搅拌装置的搅拌轴设计.................................144．4结晶釜的传动装置设计......................................164.4.1常用电机及其连接尺寸.................................164.4.2凸缘法兰.............................................164.4.3安装底盖.............................................164.5结晶釜的轴封装置设计.......................................164.5.1填料密封.............................................174.5.2机械密封.............................................174.6结晶釜的其他附件设计.......................................184.6.1支座.................................................184.6.2手孔和人孔...........................................184.6.3设备接口.............................................175.参考文献.......................................................211.结晶釜的结构1.1结晶釜的功能和用途结晶釜主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形成通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺管等附件一起，构成完整的结晶釜。结晶釜是物料混合反应后，夹层内需冷冻水或冷媒水急剧降温的结晶设备，其关键环节在于夹层面积的大小，搅拌器的结构形式和物料出口形式，罐体内高精度抛光，以及罐体内清洗无死角的要求来满足工艺使用条件。结晶釜是化工、制药、食品等行业的物料混合、加温、降温、搅拌等国内过程中的混合反应设备。由于工艺和介质不同，物料有易燃、易爆、巨毒、高温高压的状况常为多见。设备的搅拌形式、转速、加温和降温的要求不同。该设备的设计选材、结构和减速机防爆与不防爆要求也不同。1.1结晶釜的反应条件结晶釜的设计要注重反应的条件，一般考虑夹套和搅拌器的材料、上下进出口的设计，主要分为温度、压强、进料口和出料口、材料这几个因素。温度----这个一般都应当有严格的控制，所以在设计的时候要注意温度计选择。要是反应温度高可能要使用油浸泡温度计，所以要留可以装油的管槽，要是温度低还要注意冰封现象发生。要是温度在100度到0度之间，要求不高的情况下，可以用塞子直接套温度计（注意压强）。压强----压强的高低要选择合适的反应釜，一般只要能承受两倍的大气压就可以了。本设计是在负压条件下完成。进料口和出料口----一般进料口做一定大就一个可以了，要注意一些比如回流口、真空口什么的，还有就是出料口的大小，有些物质反应后不容易放出，所以要设计合适。材料----一般反应釜都是玻璃的，要是工业生产最好用搪瓷的，搅拌的金属要注意保护不要被腐蚀，放料活塞要可以防腐。还有就是夹套的进出水的控制，防止部分比如盐水的滞留。32.设计标准（1）HG/T20569-94《机械搅拌设备》（2）GB150-1998《钢制压力容器》（3）HG21563~21572-95HG21537.7~8-92《搅拌传动装置》（4）TCEDS8-90《压力容器强度计算书统一格式》（5）CD130A20-86《化工设备设计文件编制规定》3.设计方案的分析和拟定此次我要设计的是全容积为6.03m，操作容积为4.43m的结晶釜。1、设计压力：容器内的设计压力为负压，夹套内的设计压力为0.2MPa，由此可知本反应釜是在常压下工作。2、设计温度：容器内的设计温度80到100℃，夹套内的设计温度130℃，设计温度均不高，不需要对反应釜作保温措施。3、介质选择：容器内的介质为染料及有机溶剂,夹套内的介质为冷却水或蒸汽。4、搅拌器：选用推进式搅拌器，搅拌轴转速为50r/min，功率为5.5kW。5、材料选择：选用最常用的Q235-A碳素钢材，由此釜中的其他接管法兰等钢材也选用Q235-A碳素钢材。封头为标准的椭圆封头，材质也选用Q235-A碳素钢。6、传动系统：选用库存电机Y1322-6，转速960r/min,功率5.5kW，给定搅拌传动系统用V带传动。7、接管设计：已知结晶釜的用途为冷却结晶，因此反应釜需要冷却水入口、加料口、人孔、温度计管口、压缩空气入口、放料口、手孔、备用管口、压料管、压料管套管。公称尺寸：冷却水入口公称尺寸DN=25、加料口公称尺寸DN=25、人孔公称尺寸DN=400、温度计管口公称尺寸DN=80、压缩空气入口公称尺寸DN=25、放料口公称尺寸DN=40、冷凝水出口公称尺寸DN=25、手孔公称尺寸DN=100、备用管口公称尺寸DN=40、压料管DN=50、压料管套管DN=80。8、焊接选择：焊接采用电弧焊，焊条牌号：采用J507焊条。9、法兰焊接：法兰焊接按相应法兰标准的规定，角焊缝及搭接焊缝的焊叫尺寸按两焊件中较薄板的厚度。此外，设计中还需选择接管、管法兰、设备法兰、轴承、联轴器、轴封形式，最后完成设计时，需将设计的反应釜绘制成装配图及绘出传动系统部件图。44.各部分结构尺寸的确定和设计计算4.1罐体和夹套的结构设计罐体一般是立式圆筒形式容器，有顶盖、筒体、罐底，通过支座安装在基础平台上。罐底通常为椭圆形封头。顶盖在受压状态下常选用椭圆形封头，对于常压或操作压力不大而直径较大的设备，顶盖可采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢（槽钢和工字钢）制的横梁，用以支承搅拌器及其传动装置。顶盖和钢底分别与筒体相连。罐底与筒体的连接常采用焊接连接。顶盖与筒体的连接型式分为开拆和不可拆两种，筒体直径1D1200㎜，宜采用可拆连接。当要求可拆时，做成法兰连接。夹套型式与罐体相同。4.1.1罐体几何尺寸计算1、釜体形式为常用结构圆筒形，封头形式为常用结构椭圆形。原始尺寸如下表4-1：表4-1原始尺寸2、初算筒体内径1D按式314iVD计算,得1.853m2.1644331iVD取圆整筒体内径1D=2000mm，一米高的容积m1V=3.143m，内表面积全容积V（3m）6.0操作容积1V（3m）4.4传热面积F（2m）9.45m1F=18.852m。选取釜体封头容积封1V=0.4053m釜体高度1H按式mVVVH111/封计算,得mVVVH111/封=（6-0.405）/3.14=1.78m选取圆整釜体高度1H=2000mm实际容积V按式封111VHVVm计算,得封111VHVVm=3.14*2.000+0.405=6.6853m4.1.2夹套几何尺寸计算夹套直径2D选取夹套筒体内径2D=1D+100=2100mm,装料系数η按式VV/操计算，得VV/操=4.4/6.685=0.658夹套筒体高度H2按式VVVHm112)(封计算，得6mVVVH112/封=（0.658*6.858-0.405）/3.14=1.308m选取圆整夹套筒体高度H2=1400mm。以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸,选取罐体封头表面积封1F=2.2132m。筒体的容积、面积和质量,选取一米高筒体表面积m1F=6.282m。实际总传热面积F按式封121FHFFm`校核,得封121FHFFm=6.28*1.308+2.213=10.432m9.42m综上所述，筒体和夹套尺寸为下表4-6所示：表4-6筒体和夹套尺寸直径(mm)高度（mm）筒体20002000夹套210014004.2夹套反应釜的强度计算4.2.1强度计算(按内压计算强度)据工艺条件或腐蚀情况确定，设备材料选用Q235-A。7由工艺条件给定,设计压力（罐体内）1p=0.2MPa，设计压力（夹套内）2p=0.3MPa，设计温度（罐体内）1t100℃，设计温度（夹套内）2t150℃。选取罐体及夹套焊接接头系数=0.85。罐体筒体计算厚度1按式11112pDpt计算，得mpDptm12.22.085.0113220002.021111夹套筒体计算厚度2按式22222pDpt计算，得mmpDpt22.23.085.0113221003.022222罐体封头计算厚度'1按式111'15.02pDpt计算，得mmpDpt08.22.05.085.0113220002.05.02111'1夹套封头计算厚度'2按式8222'25.02pDpt计算，得mmpDpt18.23.05.085.0113221003.05.02222'2壁厚附加量321CCCC，其中C1为钢板负偏差，初步取1C=0.6mm,腐蚀裕量2C=2mm,热加工减薄量3C=2（封头热加工3C=0.5mm），因此：C=0.6+2+0=2.6mm罐体筒体设计厚度c1按式211Cc计算，得211Cc=2.12+2=4.12mm夹套筒体设计厚度c2按式222Cc计算，得222Cc=2.22+2.0=4