聚合釜设计参考示例

11概述（现状、应用:……；工艺配方：……；性能指标：……；主要原料及主要特性参数：……）2生产工艺流程【工艺路线的选择……；工艺流程图(详见工艺流程图)；工艺流程叙述……(生产操作过程、各控制参数、操作时间等)】3生产控制及三废处理各岗位生产控制（3.1.1各岗位控制条件；3.1.2……）三废处理（3.2.1废水及废液；3.2.2废渣；3.2.3废气）4设备选型原则4.1主要设备的选型原则（反应釜的选型原则、搅拌器的选型原则）4.2辅助设备选型原则（泵的选型原则、各辅助设备（具体选型见后面章节））5物料衡算物料衡算的任务衡算依据及收集的数据衡算基准：（日产量，每釜日产能力及釜个数）反应釜每批投料量其它物料（水、汽等等）6釜设计6.1设计任务选择釜及夹套材料，确定聚合釜和夹套的几何尺寸，并对聚合釜及夹套进行强度计算。6.2设计依据……6.3釜几何尺寸的确定选定罐体高/径比i=（1.1～1.3）由估算公式：3iV4D计算结果，例如：初步选取公称直径为Dg2600的筒体，封头选取Dg2600的标准椭圆封头。查表得封头的尺寸如下：曲边高度h1=650mm，直边高度h2=50mm内表面积Fh=7.6545m2，容积Vh=2.5131m3查表得Dg2000的筒体的有关数据如下：一米高容积V1=5.309m3；一米高内表面积F1=8.17m2则筒体高度计算为：H=（V－V封）/V1=（20-2.5131）÷5.309=3.29m按材料规格求整为：H=3.2m长径比H/D=3200÷2600=1.23，釜的实际体积为：V实际=HV1+V封=3.2×5.309+2.5131=19.50m3釜的实际装料系数为：η实际=V物/V实际=15.98÷19.50=0.822由此可见，聚合釜的尺寸合理。釜设计最大生产量为：19.50×0.85=……m36.4夹套几何尺寸的确定取公称直径为Dg2800的夹套，夹套封头也采用标准椭圆封头，并取与夹与筒体相同的直径。查表得Dg2800的标准椭圆封头的有关尺寸如下：直边高度h2=700mm；内表面积Fh=8.8503m2；容积Vh=3.1198m3聚合釜筒体部分物料的高度：H物=（V物-V封）/V1=（16-2.5131）÷5.309=2.54m液面高度H液=H物+h1+h2=2540+50+650=3240mm夹套包围的筒体高度：H包=H物+△=2.54+0.18=2.72m夹套筒体的高度：H夹=H包+50=2720+50=2770mm聚合釜内传热面积A=H包F1+Fh=2.72×8.80+7.6545=31.6m2由《化工设备机械基础》式4-5校核：……传热面积合适。6.5釜壁厚的计算聚合釜采用0Cr19Ni10与16MnR不锈钢复合钢板制造。可以16MnR钢来进行强度计算。设计压力？1.1；设计温度？180聚合釜计算厚度为：δ=PcDi/（2φ［σ］t－Pc）=1.1×2600/（2×0.85×180－1.1）=9.38mmδn=δ+C+△其中C=C1+C2C1为钢板负偏差，取0.8mm,C2为腐蚀裕度，取1mm,则壁厚附加量C=1.8mmδn=9.38+1.8+△=12.5mmδe=δn－C=12.5－1.8=10.7mmD0/δe=（Di+2δn）/δe其中D0为聚合釜外径，Di为聚合釜内径。则D0/δe=（2600+12.5×2）/10.7=245.33计算长度L=H+h2+1/3h1，其中H为筒体高度，h2为封头直边高度，h1为封头曲边高度。则L=3293+50+1/3×650=3559.67mm=3560mmL/D0=3560/2600=2.27查《外压或轴向受压圆筒几何参数计算图》，得到系数A=0.00018然后查图《外压圆筒和球壳厚度计算图（16MnR钢）》,A点位于曲线左边，用公式［P］=2AEt/3(D0/δe)在操作温度下，钢板Et=1.86×105MPa［P］=2×0.00018×186×109/（3×245.33）=0.1MPa〈0.7MPa所以10mm厚钢板不适合。当δn=26mm时，D0/δe=（2600+12.5×2）/26.2=100.19查《外压或轴向受压圆筒几何参数计算图》，得到系数A=0.0005，然后查图《外压圆筒和球壳厚度计算图（16MnR钢）》B=68MPa则计算许用外压力［P］3［P］=B/（D0/δe）=68/100.19=0.68MPa设计外压P=0.7MPa，小于［P］且比较相近。则所选取的δn=26mm符合要求。即筒体厚度δn=26mm封头厚度取与筒体相同的厚度26mm6.6夹套厚度的计算夹套选用15MnVR钢板制造。夹套计算厚度为：δ=PcDi/（2φ［σ］t－Pc）式中：Pc为计算压力；取0.75MPa；Di为夹套内径；2800mm；φ为焊缝系数，取0.85（双面对接焊，局部无损探伤）；［σ］t为材料许用应力，查表得180MPa则δ=0.75×2800/（2×0.85×180－0.75）=6.88mm钢板名义厚度δn=δ+C+△其中C=C1+C2，C1为钢板负偏差，取0.6mm,C2腐蚀裕度取2mm,则壁厚附加量C等于2.6mm那么，δn=6.88+2.6+△=9.68mm=10mm夹套封头厚度取与夹套筒体相同的厚度10mm6.7水压试验应力校核筒体水压试验应力校核水压试验压力PT=1.25P=1.25×1.1=1.65MPa水压试验时的薄膜应力为σT=PT（Di+δe）/2δe考虑到液柱压力，代入计算时PT取1.70MPaσT=1.70×（2600+26.2）/2×26.2=34.40MPa查表得16MnR的屈服极限σs=325MPa故0.9φσs=0.9×0.85×325=248.63MPa＞34.40MPa=σT则筒体厚度满足水压试验时强度要求。夹套水压试验应力校核夹套水压试验压力为PT=1.25P［σ］/［σ］T=1.25×0.75×180/180=0.94MPa水压试验时的薄膜应力为σT=PT（Di+δe）/2δe，考虑到夹套液柱压力，代入计算时PT取1.00MPa有效厚度δe=δn-C=10–2.6=7.4mm故σT=1.00×（2800+7.4）/2×7.4=189.69MPa查表得20R的屈服极限σs=390MPa故0.9φσs=0.9×0.85×390=298.35MPa＞189.69MPa=σT所以夹套厚度满足水压试验时强度要求。水压试验的顺序是先做聚合釜水压试验，试验合格后再焊上夹套。然后做夹套水压试验。夹套水压试验压力时，聚合釜内至少要保持0.3MPa的压力。釜有关数据查表直径为2600mm，厚度为26mm的筒体一米高的质量为1684㎏，聚合釜封头质量为1548.6㎏。直径为2800mm，厚度为10mm的夹套筒体一米高的质量为644㎏，夹套封头质量为678.0㎏。则聚合釜质量m1=1684×3.29＋1548.6×2=8637.56㎏夹套质量m2=644×2.8＋678.0=2481.2㎏聚合釜总质量m=8637.56＋2481.2=11118.76㎏表6-1聚合釜有关数据表4项目直径（mm）高度（mm）厚度（mm）封头直径（mm）材质（mm）质量（㎏）釜体26003290262600复合钢板8637.56夹套2800277010280015MnVR2481.2支座的选型有上面的计算可以知道，聚合釜装满物料的时候总重为：m=11118.76+15827.39=26949.15㎏所以支座的型号可以选B型悬挂式支座：支座B10JB1165-81.每个支座重32.4㎏7搅拌器的设计7.1设计任务确定搅拌器的型式、几何尺寸、转速、轴功率以及电动机、减速机的选型。7.2设计依据7.3搅拌器型式及转速7.4搅拌器轴功率取D/T=0.5，其中D—搅拌器直径T—釜的直径，则D=0.5×2600=1300mm液体的平均密度1=(1x+2x+3x+……),(X1+X2+X3+……=1)代入数据得：1.21g/cm3搅拌器的材料，用不锈耐酸钢有雷诺数Re=ND2=2.0100021.142.13.13.1=1.5×104查表得：Np=1.8有轴功率公式：P=NpρN3D5式中：P—轴功率，kw；N—搅拌器转速，r/min；D—叶轮直径，m；ρ—流体密度，g/cm3。则P=1.8×1.21×103×（1.42）3×（1.3）5=23.1kw7.5釜的传动装置聚合釜的搅拌器由传动装置来带动，传动装置通常设置在釜顶封头的上部。聚合釜传动装置的设计内容一般包括：电机、减速机的选型等。7.5.1常见电机及其连接尺寸电机功率必须满足搅拌器运转功率与传动系统、轴封系统功率损失的要求，还要考虑到有时在搅拌操作中会出现不利条件造成功率过大。电机功率可按下式计算：Pd=（P+P）/n=(23.1+23.1×5%)/0.95=25.5kw5P—电机功率，kw；P—搅拌轴功率，kw；P—轴封系统的摩擦损失，kw；η—转动系统的机械效率。本工艺选用Y180L-25型三相异步电动机。7.5.2釜用减速机类型、标准及其选用反应釜用的立式减速机，主要的类型有谐波减速机、摆线针轮行星减速机、二级齿轮减速机和V带传动减速机。本工艺选用的是LC系列减速机，型号LC200A-25电机，额定功率2.2kw，转速750r/min，搅拌轴转速150r/min。7.5.3凸缘法兰选用M型凹面凸法兰7.5.4安装底座安装底座采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要接件。安装底盖公称直径500mm，机架公称直径320mm。7.5.5机架机架是安放减速机用的，它与减速机底座尺寸应匹配。7.6轴封装置轴封是搅拌设备的一个重要组成部分，其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压和真空状态以及防止反应物料逸出和杂质的的渗入。搅拌轴处的密封属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种。机械密封功耗小，泄露率低，密封性能可靠，使用寿命长。本设计主要选用的是202型标准机械密封，其搅拌轴直径为85mm。参考文献[1]上海化工设计院编.化工工艺设计手册(上、下册)（第二版）．化学工业出版社，1996.[2]汤善甫,朱思明.化工设备机械基础(第二版).华东理工大学出版社，2004.[3]陈声宗.化工设计.化学工业出版社，2004.[4]魏崇光,化学工业部属五院校.化工工程制图.化学工业出版社，1992.[5]赵国方.化工工艺设计概论.原子能出版社，1990.[6]聂清德.化工设备设计.化学工业出版社，1989.附录1重要符号表符号意义SI单位工程单位V釜体积m3立方米Φ装料系数————n釜个数————ρ密度Kg/m3千克/立方米H高度m米6D直径m米P压力N/m2千克力/平方米［σ］许用应力N/m2千克力/平方米σT水压试验筒体压力N/m2千克力/平方米σs屈服极限N/m2千克力/平方米μ粘度NS/m2千克力秒/平方米T筒径m米P功率J/S瓦特λ导热系数J/(mS℃)NRe雷诺数————NPr普兰特准数————Cp比热KJ/（Kg℃）千卡/千克力℃Cs物料比热KJ/（Kg℃）千卡/千克力℃CL水的比热KJ/（Kg℃）千卡/千克力℃Δtm平均温度差℃℃m质量Kg千克Q热量KJ千卡q传热速率KJ/s千卡/秒附录2设备一览表序号设备名称位号规格型号容积（m3）材质数量1袋式卸料器V-0101不锈钢32输送泵P-0101钢33接收罐V-0101钢34预混合罐V-020112不锈钢15输送泵P-0102不锈钢36聚合釜R-0101φ26002016MnR钢17聚合釜R-0201φ26002016MnR钢38过滤器M-0101不锈钢39兑稀罐V-101φ260020普通碳钢610分水器E-102不锈钢311真空泵P-0103不锈钢212回流泵P-0104WI—690型不锈钢313接收罐E-103不锈钢3附录31、聚合釜装配图2、带控制点工艺流程图3、车间平面布置图