搅拌反应釜设计要点

化工容器课程设计—搅拌反应釜设计姓名:余景超学号:2010115189专业:过程装备与控制工程学院:化工学院指导老师:淡勇老师2013年6月18日目录一设计内容概述1.1设计要求1.2设计参数1.3设计步骤二罐体和夹套的结构设计2.1几何尺寸2.2厚度计算2.3最小壁厚2.4应力校核三传动部分的部件选取3.1搅拌器的设计3.2电机选取3.3减速器选取3.4传动轴设计3.5支撑与密封设计四标准零部件的选取4.1手孔4.2视镜4.3法兰4.4接管五参考文献-1-一设计内容概述（一）设计内容：设计一台夹套传热式配料罐设计参数及要求容器内夹套内工作压力，MPa0.180.25设计压力，MPa0.20.3工作温度，℃100130设计温度，℃120150介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽全容积,3m1.0操作容积,3m0.80传热面积,2m3腐蚀情况微弱推荐材料Q235--A接管表符号公称尺寸DN连接面形式用途A25蒸汽入口B25加料口C80视镜D65温度计管口E25压缩空气入口F40放料口G25冷凝水出口H100手孔-2-（二）设计要求：压力容器的基本要求是安全性和经济性的统一。安全是前提，经济是目标，在充分保证安全的前提下，尽可能做到经济。经济性包括材料的节约，经济的制造过程，经济的安装维修。搅拌容器常被称为搅拌釜，当作反应器用时，称为搅拌釜式反应器，简称反应釜。反应釜广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、农药、化肥等行业。反应釜由搅拌器、搅拌装置、传动装置、轴封装置及支座、人孔、工艺接管等附件组成。压力容器的设计，包括设计图样，技术条件，强度计算书，必要时还要包括设计或安装、使用说明书。若按分析设计标准设计，还应提供应力分析报告。强度计算书的内容至少应包括：设计条件，所用规范和标准、材料、腐蚀裕度、计算厚度、名义厚度、计算应力等。设计图样包括总图和零部件图。设计条件，应根据设计任务提供的原始数据和工艺要求进行设计，即首先满足工艺设计条件。设计条件常用设计条件图表示，主要包括简图，设计要求，接管表等内容。简图示意性地画出了容器的主体，主要内件的形状，部分结构尺寸，接管位置，支座形式及其它需要表达的内容。（二）设计参数和技术性能指标（三）设计步骤：1.进行罐体和夹套设计计算；2.搅拌器设计；3.传动系统设计；4.选择轴封；5.选择支座形式并计算；6.手孔校核计算；7.选择接管，管法兰，设备法兰。-3-一、确定筒体和封头的几何尺寸（1）筒体和封头的形式选择圆柱筒体及椭圆形封头。（2）确定筒体和封头的直径设备容积要求1m常从ξ锪衔-液类型，故由式（4-1）：H1/D1=1-1.3，考虑容器不大，为使直径不致太小，在顶盖上容易布置接管和传动装置，故选取H1/D1=1.2。D1由(4-1)估算：D1=√4V/πH1/D1=√4ⅹ1/πⅹ1.2=1.0621将D1的估算值圆整到公称直径系列，故取D1=1000mm.封头内径值采用椭圆型封头，直边高h0由附表4-2初选h0=40mm。（3）确定筒体高度H1当D1=1000mm,h0=40mm时，由附表4-2查得椭圆形封头的容积V=0.1623m常筛奖4-1查得筒体1m高的容积V1米=0.785m/m，按式（4-2）：H1=V-V封/V1米=（1-0.1623）/0.785=1.067m取H1=1.0m，于是H1/D1=1.062/1.067=1。（4）选取夹套直径D=D1+100=1100mm。夹套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。（1）确定夹套高度按式（4-4）定夹套高度H2，式中η为装料系数，η=操作容积/设备容积=08/1=0.8，代入公式：H2≥(ηV-V封)/V1米=0.812取H2=950mm。-4-（2）校核传热面积下工艺要求传热面积为3m常筛奖4-1、4-2，封头表面积F封=1.2096m，1m高筒节表面积F筒=H2ⅹF1m=0.8ⅹ3.14=2.512m，则：实际总传热面积F=F封+F筒=1.2096+2.512=3.7604m7m玻可用。2．釜体及夹套的强度计算（1）选择设备材料，确定设计压力由已知建议并分析工艺要求和腐蚀因素，决定采用建议意见，选用Q235-A热轧钢板，其中100℃-150℃下的许用应力为：[ó]=113Mpa。设计压力的确定：夹套的筒体和封头是内压容器，按已知：设计压力P=0.3Mpa；釜体的筒体和封头既受内压又受外压的作用。内压设计压力P=0.2Mpa，设计外压的取法是考虑操作过程出现的最大压力差，所以取P=0.3Mpa为设计外压。（2）夹套的筒体和封头壁厚计算夹套筒体壁厚δ夹=PD夹/（2[ó]φ-P）+C式中，P=0.3Mpa；D夹=1100mm；[ó]=113Mpa；φ为焊缝系数，采用双面焊缝，进行局部无损探伤检查：φ=0.85（夹套封头用钢板拼焊）；-5-壁厚附加量C=C1+C2+C3，Q1其中C1为钢板负偏差，初步取C1=0.6mm,腐蚀裕量C2=2mm,热加工减薄量C3=2（封头热加工C3=0.5mm），因此：C=0.6+2+0=2.6mmδ夹=[(0.3ⅹ1100)/(2ⅹ113ⅹ0.85-0.3)]+2.6=4.32mm,圆整到钢板厚度标准规格，取δ夹=5mm。夹套封头壁厚δ封夹={PD夹/2[ó]φ-0.5P+C}+C式中：P、D夹、[ó]、φ取值同上式，其中C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mm，代入上式：δ封夹={0.3ⅹ1100/2ⅹ113ⅹ0.85-0.5ⅹ0.3}+3.1=4.819mm为照顾到筒体和封头焊接的方便取δ封夹=δ夹=5mm。（3）釜体的筒体壁厚δ筒1）按承受0.2Mpa的内压设计δ筒≥PD1/（2[ó]φ-P）+C式中，设计压力P=0.2Mpa；筒体内径D1=1000mm；许用应力[ó]=113Mpa(同夹套材料)；焊缝同夹套，故φ=0.85，壁厚附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm；上述各值代入上式：δ筒≥（0.2ⅹ1000ⅹ/2ⅹ1130.85）+2.6=3.642mm-6-2）按承受0.3Mpa的外压设计设罐体筒体的名义厚度δ1n=7mm厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C=7-2.6=4.4mm罐体筒体外径D10=D1+2δ1n=1000+2ⅹ7=1014mm筒体计算长度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1034.8mm系数L/D0=1034.8/1014=1.205系数D0/δe=1014/4.4=230由参考资料图9-7，查得：系数A=0.000255，系数B=38则许用外压[P]=Bδe/D=（38ⅹ4.4）/1014=0.1653Mpa因此壁厚4.4mm不能满足外压稳定要求，需增大壁厚重新计算。现重新假设δ1n=8mm厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C=8-2.6=5.4mm罐体筒体外径D10=D1+2δ1n=1000+2ⅹ8=1016mm筒体计算长度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1035.13mm系数L/D0=1034.8/1014=1.019系数D0/δe=1016/5.4=188-7-由参考资料图9-7，查得：系数A=0.00046，系数B=63则许用外压[P]=Bδe/D=63ⅹ5.4/1016=0.3350.3Mp故δe=5.4mm满足外压稳定性要求,其圆整到标准钢板厚度规格取δe=8mm.(4)釜体的封头壁厚计算1)按内压计算δ封:δ封≥PD1/（2[ó]φ-0.5P）+C式中,P=0.2Mpa,D1=1000mm,φ=0.85,[ó]=113Mpa,C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mm,代入上式:δ封≥0.2ⅹ1000/(2ⅹ113ⅹ0.85-0.5ⅹ0.2)+3.1=4.14mm考虑到封头与筒体的焊接方便取封头与筒体等壁厚δ封=8mm.2)按外压校核δ封,采用图算法:封头计算壁厚δ0=δ-C=8-3.1=4.9mm椭圆封头的计算当量半径Rv=K1D1,由设计规定或查资料知K1=0.9,故Rv=0.9ⅹ1000=900mm;系数A=0.125ⅹδ0/Rv=0.125ⅹ4.9/900=0.000681,由图查得B=92,则许用外压[P]:-8-[P]=B(δ0/Rv)=92ⅹ(4.9/900)=0.501Mpa大于水压实验时的压力0.4Mpa,故用δ封=8mm,外压稳定安全.(5)水压实验校核1)确定实验水压Pr,根据设计规定知:釜体水压取Pr=P+0.1=0.2+0.1=0.3Mpa夹套水压取Pr=P+0.1=0.3+0.1=0.4Mpa2)内压实验时:釜体筒壁内压应力σr=Pr[D1+(S-C)]/2(S-C)=0.3ⅹ[1000+(8-2.6)]/2(8-2.6)=27.93Mpa.夹套筒壁内压应力σr夹=[D1+(S-C)]/2(S-C)=0.3[1000+(5.4-2.6)]/2(5.4-2.6)=78.77Mpa.釜体封头壁内应力σr封=P[K1D1+0.5(S-C)]/2(S-C)=0.3[0.9ⅹ1000+0.5(8-3.1)]/2(8-3.1)=27.63Mpa夹套封头壁内应力σr封=P[K1D1+0.5(S-C)]/2(S-C)=0.4[0.9ⅹ1100+0.5(5.4-3.1)]/2(5.4-3.1)=86.19Mpa-9-因Q235-A常温σ=235Mpa,看出σr,σr夹,σr夹,σr封夹都小于0.9σs=0.9235=211.5Mpa,故水压实验安全.3)外压水压实验釜体筒体外压校核:δ0=δ-C=8-2.6=5.4mm,D0/δ0=1010.8/5.4=187,L/D0=1035.13/1010.8=1.024由图查A=0.00045,B=62,故许用外压[P]=BS0/D0=62ⅹ5.4/1010.8=0.331Mpa水压压力Pr=0.4Mpa,故在0.4Mpa外压水压实验时应在釜体内充压,以防釜体筒体失稳.釜体底封头外压校核因其允许外压[P]=0.501Mpa外压Pr=0.4Mpa,故安全.计算结果3.5支撑与密封设计反应釜是立式安装，故采用耳式支座，并选择B型筋板。选择的耳式支座支座号为3，允许载荷30KN，高度200mm，地脚螺栓30-M24。反应釜搅拌轴处的密封，属于动密封，选用填料密封。用PN=0.6MPa,轴颈d=40mm,D1=175mm,D2=145mm,H=147mm。釜体夹套筒体8mm5mm封头8mm5mm-10-四标准零部件的选取4.1支座1）支坐类型:根据罐体的公称直径是1000mm,可由参考文献2的附表4-9选择标准耳式支坐，又因设备思需要保温故选择B型，由JB/T4725—92可知选择耳座B3。2）数量：4个（对称且承重）。3）[Q]=30KN。4.2手孔查参考文献2的附表4-10，根据DN=150mm，PN=1.0Mpa,选择带颈平焊法兰手孔，其有关资料如下：标准号HG21530-95凹凸面MFMH1=160mm,H2=85.5mm,m=23.3kg4.3视镜由DN=80mm,PN=1.0MPa,可知选择不带颈的视镜，查参考文献可得资料如下:D=145mm,D1=120mm,b1=25mm,b2=14mm标准号为JB593-64-24.4法兰设备共需选用4个，其中压力容器法兰1个，管法兰3个。1）根据DN=1000mm,PN=0.6MPa,查参考文献2的附表4-4和4-5可知选取甲型平焊法兰：名称为法兰-T900-0.6；具体资料如下：D=1130mm,D1=1090mm,D2=1055mm,D3=1045mm,D4=1042mm,d=23mm;螺柱M20,数量32；凸面法兰质量：67.5kg，凹面法兰质量：65.3kg2)图中ABEG接管公称尺寸均为25mm。根据DN=25mm,PN=1.0MPa,查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：管子外径A=32mm，法兰外径D=100