反应釜的设计计算

过 程 装 备 与 控 制 工 程 课 程 设 计Course design of process equipment and control engineering反 应 釜 的 设 计 计 算 任 务 书f主 要 内 容 ：f1 设 计 方 案 的 确 定 及 工 艺 流 程 的 说 明 ；f2 反 应 器 的 工 艺 计 算 ；f3 基 本 尺 寸 计 算 及 基 本 结 构 设 计 ；f4 壳 体 、 开 孔 补 强 与 搅 拌 轴 及 耳 式 支 座 的 强 度 校 核 ；f5 绘 制 反 应 器 的 装 配 图 。 设 计 条 件 ：f乙 酸 酐 分 解 式 为f该 反 应 的 反 应 速 率 方 程 为 ， 反 应 温 度 下 反 应 速 率 常 数 为 0.08 。 每 小 时 处 理量 为 ， 原 料 中 乙 酸 的 浓 度 。 试 设 计 一 台 连 续 操 作 釜 式 反应 器 达 到 要 求 ： 3 2 2 3CH CO O H O 2CH COOH （ ） -1min30.6m 3 0 95mol/mAC 接 近 设 计 条 件 的 实 物 图 工 艺 设 计 计 算 结 果f原 料 的 处 理 量f反 应 时 间 30(1 ) 95 (1 92%) 7.6mol/mA A AfC C 0 300 0 95 92% 143.75min0.608 10A Afr rA AA CV VFQ rC 工 艺 设 计 计 算 结 果f反 应 体 积f反 应 器 的 有 效 体 积 ：f反 应 器 的 实 际 体 积 ： 30 0.6 143.75 1.44mrV Q 31.44 1.8m0.8rVV 工 艺 设 计 计 算 部 分 结 果 参 数 汇 总f 原 料 液 中 乙 酸 酐 的 起 始 浓 度 ， 9.5 10-2 mol/L；f 反 映 后 乙 酸 酐 的 浓 度 ， 7.6 10-3 mol/L；f 有 效 体 积 ， 1.44m3；f 反 应 时 间 ， 143.75min；f 乙 酸 酐 的 转 化 率 92 。f 单 位 时 间 原 料 液 处 理 量 ， 0.6m3/h；f 反 应 器 的 实 际 体 积 ， 1.8m3； f 装 料 系 数 0.8；f 0AC ACrVAX0QV 结 构 设 计 部 分f釜 体 结 构 形 式 的 选 择f筒 体 ： 圆 柱 形f釜 底 的 封 头 形 状 ： 标 准 椭 圆 型f顶 盖 连 接 方 法 ： 不 可 拆f换 热 器 形 式 ： U形 夹 套 结 构 设 计 计 算 结 果f釜 体 直 径 的 计 算f对 于 直 立 反 应 釜 来 说 ， 釜 体 容 积 通 常 是 指 圆 柱 形 筒 体 及 下 封 头 所 包 含 的 容 积 之和 ， 根 据 釜 体 容 积 和 物 料 性 质 ， 选 定 值 ， 估 算 筒 体 内 径 。 由 于 此 反 应为 液 液 反 应 ， 故 而 取 ， 先 忽 略 釜 体 封 头 的 容 积 。/ iH D iD/ 1iH D 结 构 设 计 计 算 结 果f筒 体 内 径 ：f根 据 标 准 圆 整 取 33 4 4 1.15 1.22m1 0.8( )gi iVD HD 1300mm iD 结 构 设 计 计 算 结 果f釜 体 高 度 的 计 算 查 表 可 知 ， 直 径 为 1300mm的 椭 圆 封 头 总 深 度 ， 内 表 面 积 ， 。 350mmH h 21.9340mA3m3208.0hV 结 构 设 计 计 算 结 果f对 于 直 立 式 反 应 釜 ， 其 圆 筒 部 分 筒 体 的 高 度 为f根 据 标 准 圆 整 取f但 是 ， 则 重 新 选 取 。 再 取 ， 则 有 ： f 则 圆 整f 则 圆 整 m96.022.14 3208.08.015.14 220 ig DVVH mm1000 H31/ iDH 3.1/ iDH1.15miD 1.05mH 1200mmiD =1200mmH 结 构 设 计 计 算 结 果f釜 体 筒 体 厚 度 的 计 算f 设 定 操 作 温 度 T=100 。 腐 蚀 余 量 为 ， 钢 板 负 偏 差f取 焊 接 接 头 系 数 选 材 上 ， 由 于 承 受 压 力 较 高 ， 所 以 选 择 Q345R。f内 压 0.1MPaf设 计 压 力 ：f f ， 所 以 忽 略 不 计 。f则 计 算 压 力 ： mm22 C mm3.01 C85.0 MPa189t MPa1.0wp MPa11.01.1 wpp 5%l wP gh P lPMPa11.0 ppc 结 构 计 算 计 算 结 果f计 算 厚 度 ： 2 c i cPD P mm41.011.085.01892 120011.02 ct ic pDp 结 构 计 算 计 算 结 果f设 计 厚 度 ：f名 义 厚 度 ： f ， 圆 整 为 6mm。f有 效 厚 度 ： 2d C d 2 2.41mmC 1n d C 圆 整圆 整 mm71.2 1Cdn 1 2e n C C mm7.321 CCne 结 构 计 算 计 算 结 果f夹 套 的 选 择 夹 套 的 内 径 1300mm夹 套 高 度 0.63m夹 套 筒 体 厚 度 计 算 厚 度 ： 0.41mm设 计 厚 度 ： 2.41mm名 义 厚 度 ： 6mm夹 套 封 头 厚 度 计 算 厚 度 ： 0.41mm设 计 厚 度 ： 2.41mm名 义 厚 度 ： 6mm 结 构 计 算 计 算 结 果f反 应 釜 的 搅 拌 装 置f 搅 拌 功 率 的 计 算f 粘 度 计 算 公 式f 解 得f 搅 拌 器 直 径 d=400mm f 叶 片 直 径 b=80mmf 叶 轮 转 速 n= 238.8r/minf 雷 诺 数 1lg lgnm i ii x 43.02 10 pa sm 6Re 2.1 10 结 构 计 算 计 算 结 果f经 查 过 程 设 备 设 计 功 率 曲 线 可 知 ， 功 率 准 数 Np=6f搅 拌 功 率 P=3.91kwf叶 轮 距 槽 底 的 安 装 高 度 Hi =400mmf挡 板 宽 度 Wb =120mmf电 机 的 选 用f电 动 机 功 率 P=4.57kw f根 据 电 动 机 的 标 准 ， 查 机 械 设 计 课 程 设 计 ， 电 动 机 可 选 用 Y 132 M 2-6， 功率 5.5kw， 转 速 960r/min。 结 构 计 算 计 算 结 果f减 速 机 的 选 用f根 据 轴 转 速 960r/min， 电 动 机 功 率 为 5.5kw。 查 表 可 知 ： 应 选 用 滚 筒 减 速 机 ， 编号 为 96012。f联 轴 器 的 选 用f查 机 械 设 计 课 程 设 计 可 知 ： 联 轴 器 应 选 GY4， 类 型 为 凸 缘 联 轴 器 。 f搅 拌 轴 材 料 的 选 择f常 用 优 质 碳 素 钢 有 35、 45、 50钢 ， 其 中 以 45钢 应 用 最 多 。 搅 拌 轴 受 到 扭 转 和 弯曲 的 组 合 作 用 ， 其 中 以 扭 转 为 主 。 本 次 设 计 选 用 45钢 作 为 搅 拌 轴 的 材 料 。 9550 PT n mN96.198960459550 T 结 构 设 计 计 算 结 果f搅 拌 轴 直 径 的 计 算f搅 拌 轴 的 材 料 选 为 45钢 ， 轴 材 料 剪 切 弹 性 模 量 ， 许 用 剪 切 应 力f轴 传 递 最 大 转 矩 ：f搅 拌 轴 为 实 心 轴 ， 则 直 径 ： f d=0.045m 79GPaG 40MPa 1 /mo mN1989.08.2385.595539553max npM n 14max 44.92 1nMd G 结 构 计 算 计 算 结 果f主 要 接 管 尺 寸 的 计 算f进 料 管 和 出 料 管f df =16mmf查 手 册 取 无 缝 钢 管 ， 法 兰 选 用 板 式 平 焊 钢 管 法 兰 PL2.5， B型 ， DN50。f冷 却 水 管 的 计 算f ds=26.6mmf查 手 册 取 无 缝 钢 管 ， 法 兰 选 用 板 式 平 焊 钢 管 法 兰 PL2.5， B型 ，DN40。 5.220 30 3.5 主 体 设 备 配 置 图 强 度 校 核f压 力 试 验 ， 选 用 液 压 试 验f内 筒 水 压 试 验f 故 在 做 水 压 试 验 时 ， 内 筒 稳 定 性 符 合 要 求s20.33MPa 0.9 263.95MPaT 20 02.59 =0.20MPapcr TEtP LD D t 强 度 校 核垫 板 厚 度 250mm 垫 板 宽 度 200mm 支 座 数 量 4 支 座 高 度 200mm上 盖 板 宽度 70mm 上 盖 板 厚 度 16mm 筋 板 长 度 205mm 筋 板 内 侧 间 距 125mm筋 板 厚 度 8mm 底 板 宽 度 160mm 底 板 长 度 310mm 螺 纹 中 心 至 底板 外 缘 距 离 50mm底 板 厚 度 10mm 支 座 筋 板 设 计 温度 下 的 拉 伸 弹 性模 量 19700Mpa 设 计 温 度 下支 座 材 料 的许 用 应 力 113Mpa 支 座 材 料 的 屈服 强 度 235Mpa底 板 的 许 用 弯 曲 应力 141Mpa 筋 板 材 料 的 许 用应 力 141Mpa 地 脚 螺 栓 材料 Q235B，腐 蚀 裕 量3mm， 规 格M24 每 个 支 座 的地 脚 螺 栓 个数 1个 。 地 脚 螺 栓 常 温下 的 许 用 应 力 147Mpa地 脚 螺 栓常 温 下 的许 用 切 应力 117.6Mpa 支 撑 面 许 用 耐 压应 力 11.768Mpa耳 式 支 座 结 构 设 计 参 数 强 度 校 核f水 平 风 载 荷 和 地 震 载 荷 计 算f （ 地 震 为 九 度 ）f支 座 本 体 计 算f单 个 支 座 本 体 承 受 的 实 际 载 荷 f单 个 支 座 本 体 允 许 载 荷 可 以 查 表 可 知 BN型 耳 式 支 座 系 列 参 数 尺 寸 ， 可 知Q=30KN。 则 有 ：f,支 座 本 体 安 全 N208948.98.47379.05.05.0 0 gmpe N78.12881033035012001312550195.01095.0 66000 HDqfp iw 0.25 20894 0.25 1288.78 21216.20Ne wp p p kN74.211016384 1027.1483.0446430104 37310 nDMMknGgmQ eE Q Q 强 度 校 核f支 座 处 壳 体 内 应 力 的 计 算f应 力 校 核f支 座 上 端 A点 支 座 下 端 B点 ： f经 计 算 校 验 合 格支 座 处壳 体 所受 的 支座 弯 矩 3370KNmm 由 压 力引 起 的一 次 总体 薄 膜应 力 周向 应 力 16.38Mpa 由 压 力引 起 的一 次 总体 薄 膜应 力 轴向 应 力 8.19Mpa 支 座 弯矩 引 起的 最 大应 力 周向 应 力 57.869Mpa 支 座 弯矩 引 起的 最 大应 力 轴线 应 力 32.328Mpa支 座 弯矩 引 起的 最 大应 力 周向 应 力 146.7Mpa 支 座 弯矩 引 起的 最 大应 力 轴向 应 力 229.4Mpa 189M Patm p m p x 、 强 度 校 核f地 脚 螺 栓 的 强 度 验 算f式 中 ， 摩 擦 系 数 取 支 座 与 基 础 垫 板 之 间 钢 对 钢 的 静 摩 擦 系 数 0.3（ 按 钢 结 构 设 计规 范 ） 。 计 算 得 的 值 小 于 0， 表 明 不 承 受 剪 切 力 。f开 口 补 强 的 计 算 f 被 削 弱 的 金 属 面 积 A=168.2 封 头 起 补 强 作 用 金 属 面 积 A1=1516.5f 因 为 ， 所 以 需 要 补 强 圈 进 行 补 强1 571.25 11.58MPa1 243.37Lbt t btFnbA AA 1 强 度 校 核f搅 拌 轴 刚 度 的 校 核f为 了 防 止 搅 拌 轴 产 生 过 大 的 扭 转 变 形 ， 从 而 在 扭 转 中 振 动 ， 影 响 正 常 工 作 ， 应把 轴 的 扭 转 变 形 限 制 在 一 个 允 许 的 范 围 内 ， 即 规 定 一 个 设 计 的 扭 转 刚 度 条 件 。 工 程 上 以 单 位 长 度 的 扭 转 角 不 得 超 过 许 用 扭 转 角 的 刚 度 条 件 ， 即f由 上 式 可 导 出 实 心 轴 直 径 为 f搅 拌 轴 直 径 ， 满 足 条 件 。 3maxmax 18010 on pMG I mm96.3310109.7 180321804 624 d mm96.33mm44 D 设 计 结 果 汇 总反 应 器 类 型 间 歇 釜 式 反 应 器实 际 体 积 （ m3） 1.8 反 应 时 间 （ min） 143.75釜 体 设 计 压 力 （ MPa） 0.1 夹 套 设 计 压 力 （ MPa） 0.1设 计 温 度 （ ） 100 内 筒 直 径 （ mm） 1200内 筒 高 度 （ m） 1200 内 筒 壁 厚 （ mm） 6夹 套 直 径 （ mm） 1300 夹 套 高 度 （ m） 0.63夹 套 壁 厚 （ mm） 6 内 筒 材 料 Q345R 夹 套 材 料 Q345R 搅 拌 功 率 （ kw） 3.91电 动 机 型 号 Y1 3 2 M2-6 搅 拌 器 类 型 盘 式 涡 轮搅 拌 轴 直 径 （ mm） 45 搅 拌 轴 材 料 45钢挡 板 数 量 4 挡 板 宽 度 （ mm） 120进 料 /出 料 管 20 2.5 冷 却 水 进 出 管 30 3.5筒 体 水 压 试 验 压 力（ MPa） 0.825 夹 套 水 压 试 验 （ MPa） 3.3耳 式 支 座 型 号 B3 耳 式 支 座 数 量 4耳 式 支 座 材 料 Q235A 地 震 烈 度 9度地 脚 螺 栓 材 料 Q235B 地 脚 螺 栓 数 量 4冷 却 水 流 量 （ m 3/h） 1 人 孔 DN450场 地 B类