2搅拌反应釜设计

2搅拌反应釜设计 毕业设计2.4 m3搅拌反应釜设计摘 要 本文设计的搅拌设备是搅拌反应釜,反应釜的结构采用夹套式。内筒介质是染料及有机溶剂,设计压力为0.7MPa;夹套内介质为冷却水或蒸汽,设计压力为0.9MPa;主体材质为Q345R,搅拌速度为50r/min,反应釜体积为2.4m3,操作体积为2.0m3,轴功率为1.4KW。 搅拌反应釜主要由筒体和夹套组成,多为中、低压压力容器;搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成;传动装置是为搅拌装置设置的,主要由电动机、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、工艺接管等附件一起,构成完整的搅拌反应釜。 设计方法采用压力容器常规设计方法,遵循化工设备要求,按照GB150-98钢制压力容器等技术法规执行,设计内容主要包括釜体(内筒与夹套)强度、结构设计、校核和水压试验;搅拌装置设计与校核;传动装置设计以及反应釜其他零部件设计等。 反应釜作为搅拌设备的一种,其应用前景广泛,尤其在石油与化工行业中更是得到了广泛的应用。 关键词 反应釜;釜体;搅拌装置;传动装置;附件Abstract This design of mixing equipment is stirred tank reactor with jacket. Inner tube is a dye and an organic solvent medium and the design pressure is 0.7Mpa.jacket cooling medium is water or steam and the design pressure ois 0.9MPa; The main material is Q345R, stirring speed is 50r/min, reactor volume is 2.4m3, operating volume is 2.0m3 and shaft power is 1.4KW。 stirred tank reactor is mainly composedof the cylinder and the jacket ,mostly in medium and low-pressure vessels.The mixing device composed by a stirrer and agitator shaft.The gearing is set for the stirring device, mainly consists of motor, reducer, couplings and shafts and other components; seal device is dynamic seal, generally use mechanical seal or packing.All of them with support, manholes, and other accessories with the takeover process constitute a complete stirred tank reactor. Pressure vessel design using conventional design methods, follow the chemical equipment requirement, according to GB150-98 steel pressure vessel and other technical enforcement.The designed mainly includes kettle body inner tube and jacket strength, structural design, school nuclear and hydraulic test, stirring device design and checking, gear design and other reactor components design. Reactor as a stirring device has broad application prospects, especially in the oil and chemical industry it has been even more widely used. Keywords reactor;kettle;stirring device;gearing;attachment目录引言- 1 -第1章 绪论- 3 -1.1反应釜研究的背景及意义- 3 -1.2反应釜的研究现状- 3 -1.3反应釜的发展趋势- 4 -第2章 反应釜釜体的设计- 6 -2.1 釜体 、的确定- 6 -2.2 釜体筒体壁厚的设计- 6 -2.3 釜体封头的设计- 7 -2.4筒体长度的设计- 7 -2.5 外压筒体壁厚的设计- 8 -2.6 外压封头壁厚的设计- 8 -第3章 反应釜夹套的设计- 10 -3.1 夹套的、的确定- 10 -3.2 夹套筒体的设计- 10 -3.3 夹套封头的设计- 10 -3.4 传热面积的校核- 11 -第4章 反应釜釜体及夹套的压力试验- 12 -4.1釜体的水压试验- 12 -4.2釜体的气压试验- 12 -4.3夹套的液压试验- 13 -第5章 反应釜附件的选型及尺寸设计- 15 -5.1釜体法兰联接结构的设计- 15 -5.2工艺接管的设计- 16 -5.3接管垫片尺寸及材质- 18 -5.4人孔的设计- 19 -5.5视镜的选型- 20 -5.6支座的选型及设计- 21 -第6章 搅拌装置的设计- 23 -6.1搅拌轴直径的初步计算- 23 -6.2搅拌抽临界转速校核计算- 23 -6.3联轴器的选择- 23 -6.4搅拌器的设计- 24 -6.5搅拌轴尺寸的设计- 26 -第7章 传动装置的选型和尺寸计算- 27 -7.1电动机的选型- 27 -7.2减速器的选型- 27 -7.3机架的设计- 27 -7.4底座的设计- 28 -7.5凸缘法兰的选型- 29 -7.6 密封形式的选择- 29 -7.7安装底盖与密封箱体、机架的配置- 30 -第8章 焊缝结构设计及开孔补强计算- 31 -8.1釜体上的主要焊缝结构- 31 -8.2夹套上的焊缝结构的设计- 32 -8.3封头开人孔后被削弱的金属面积的计算- 33 -8.4有效补强区内起补强作用的金属面积的计算- 33 -8.5判断是否需要补强的依据- 34 -结论与展望- 35 -致谢- 36 -参考文献- 37 -附录- 38 -附录A:主要参考文献摘要及题录- 38 -附录B:英文原文及翻译- 40 -插图清单图2-1 椭圆型封头结构9图3-1夹套下封头的结构 11图3-2夹套上封头的结构 11图5-1乙型平焊法兰结构15图5-2垫片结构15图5-3蒸汽入口结构17图5-4突面板式平焊法兰结构17图5-5垫片结构形式18图5-6人孔19图5-7视镜21图6-1联轴器结构形式及尺寸24图6-2 C型凸缘联轴器轴头24图6-3搅拌器型式25图6-4桨式搅拌器的结构25图7-1电动机结构及安装尺寸27图7-2 机架结构 28图7-3 底座的型式及尺寸 29图7-4 凸缘法兰结构型式及尺寸 29图7-5 填料密封结构型式 30图7-6安装底盖与密封箱体、机架的配置结构30表格清单表2-1 几种搅拌设备筒体的高径比6表3-1 封头尺寸 11表5-1 法兰结构尺寸 15表5-2 垫片的尺寸 16表5-3 法兰、垫片、螺栓、螺母材料 16表5-4 板式平焊法兰的尺寸 18表5-5 各法兰垫片尺寸明细表 19表5-6 回转盖带颈平焊法兰人孔的尺寸 20表5-7 PN1.0DN400人孔的明细表20表5-8 视镜材料 21表5-9 B型耳式支座的尺寸22表6-1 浆式搅拌器的尺寸 25表7-1 机架尺寸 28引言 反应釜的广义理解即有物理或化学反应的容器,通过对容器的结构设计与参数配置,实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。由于反应过程中的压力不同对容器的设计要求也不尽相同。不锈钢反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等生产型用户和各种科研实验项目的研究,用来完成水解、中和、结晶、蒸馏、蒸发、储存、氢化、烃化、聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工艺过程的容器。反应釜是综合反应容器,根据条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料到出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的步骤要求,对反应过程中的温度、压力等重要参数进行严格的调整。1.反应釜常见的类型 反应釜根据材质可大致分为一下几种类型: 不锈钢反应釜 不锈钢反应釜由釜体、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置和其他附件等组成。材质一般有碳钢、不锈钢以及其他合金或复合材料;根据反应釜的制造机构可分为开式平盖式反应釜、开式对焊法兰是反应釜和闭式反应釜三大类。搅拌形式一般有锚式、浆式、涡轮式、推进式或框式等,搅拌装置在高径比较大时,可采用多层搅拌桨叶,也可根据用户要求任意匹配。密封形式可分为:填料密封、机械密封和磁力密封。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、外(内)盘管加热等;冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却。广泛应用于石油、化工、食品、医药、农药、科研等行业,是用业完成聚合、缩合、硫化、烃化、氢化等化学工艺过程,出及有机染料和中间体许多工艺过程的反应设备。 搪玻璃反应釜 搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃,衬于钢制容器的内表面,经高温的灼烧而牢固的密着于金属表面上成为复合材料制品。因此搪玻璃反应器具有玻璃的稳定性和金属强度的双层优点,是一种优良的耐腐蚀设备。技术规范:使用压力:0.2-0.8Mpa;耐酸性:对各种有机酸、无机酸、有机溶剂均有较好的抗蚀性;耐碱性:对碱性溶液抗蚀性较酸溶液差。操作温度:设备加热或冷却时,应缓慢进行。瓷层厚度:玻璃设备的瓷层厚度 磁力搅拌反应釜 磁力搅拌反应釜的关键部件磁力耦合传动器是一种利用永磁材料进行耦合传动的传动装置,改变了传统机械密封和填料密封的那种能过轴套或填料密封搅拌轴的动密封结构为静密封结构,釜内介质完全处于由釜体与密封罩体构成的密封腔内,彻底解决了填料密封和机械密封因动密封而造成的无法克服的泄露问题,使反应介质绝无任何泄露和污染。是国内目前进行高温、 高压下的化学反应最为理想的装置,特别是进行易燃、易爆、有毒介质的化学反应,更加显示出它的优越性。 不饱和聚酯树脂全套设备 不饱和聚酯树脂全套设备由立式冷凝器、卧式冷凝器、反应釜、储水器、分馏柱五部分组成,适用范围:用于生产不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、ABS树脂、油漆的关键设备。 电加热反应釜 电加热反应釜具有加热迅速、耐高温、耐腐蚀、卫生、无环境污染、无需锅炉自动加温、使用方便等特点。用电热棒加热夹套里面的导热油,使导热油温度升到所需要的温度,然后有测温控制仪控制电热棒使其断电恒温。是在吸收国内外先进技术的基础上研制成功的新型产品,广泛地应用于医药、化工、食品、天然调味品、食品添加剂、轻工等行业。2.搅拌反应釜 搅拌反应釜是化学、医药及食品等工业中常用的典型反应设备之一。他是一种在一定压力和温度下,借助搅拌器将一定容积的两种(或多种)液体与液体及液体与固体或气体物料混均,促使其化学反应的设备,通常伴有热效应,有换热装置将所需的热量输入或将生成的热量移出。搅拌反应釜按搅拌装置的安装形式可分为立式、卧式、倾斜式和底搅拌等;按搅拌形式可分为浆式、框式、锚式和推进式、涡轮式等。本文所设计的搅拌反应釜为浆式搅拌反应釜。 浆式搅拌反应器在结构上比较简单,它的搅拌叶一般以扁钢制造,当釜内物料对碳钢有显著腐蚀性时,可用合金钢或有色金属制成,也可以用钢制外包橡胶或环氧树脂,酚醛玻璃布等方法。桨叶安装形式分为平直叶和折叶两种。平直叶是页面与旋转方向互相垂直;折叶则是与旋转方向成一斜角度。平直叶主要使物料产生切向方向的流动,加搅拌挡板后可产生一定的轴向搅拌效果。折叶与直叶相比轴向分流略多。浆式搅拌器的运转速度较慢,一般为10-100r/min,圆周速度在1.5-3m/s范围内比较合适。广泛应用于促进传热可溶固体的混合与溶解以及需在慢速搅拌情况下,如搅拌被混合的液体及带有固体颗粒的液体都是很有效果的。 第1章 绪论1.1反应釜研究的背景及意义 随着中国的发展越来越快,反应釜化工产品的出口量逐渐增加。全球对高效,高质化工产品的需求也日益增长,随着企业产生对科学研究技术的需求,强力渴望生产技术,生产设备的提高、进步和需求,进行国际间交流,将是中国成为全球化工制造业中心,为化工设备带来巨大的市场潜力。 同时,随着科学技术的发展,人们对生活环境的要求逐渐提高,化工产业所制造出的产品在我们的日常生活当中也随处可见,为了能够制造出更好的化工产品,不仅对加工工艺提出了新的要求,也对其生产设备有了更新的要求,而反应釜作为精细化工当中必不可缺的设备,更是成为重中之重。 鉴于搅拌反应釜是化工行业当中普遍使用的釜类设备,因此,如何能够将现有的搅拌反应釜类设备进行新的改进和加工,对于化工产业来说具有非常重要的意义,而且它可以应用到国民经济、科技活动、国防建设和人民生活的各个领域。同时还可以扩化工设备的出口,促进对外贸易和交流,因而对于振兴我国的化工机械工业具有重大的作用,对于推动我国科学技术的进步和国民经济的发展也具有极为深远的战略意义。1.2反应釜的研究现状 反应釜自1912年发明以来取得迅猛发展,至今全球仍以每年3?5%的速度递增。我国也正处于快速发展当中,所以对其生产以及各类型的消费应用也保持在非常高的水平。但是由于科学技术的限制,我国研制的反应釜以及在应用上跟国外相比,还是有一定差距的。 首先,国外所制造的反应釜,除了燃料行业20000-40000L,其他的均可达到120m3;而我国多在6000L以下。因为反应釜的容积小大与产量,批量生产中的质量误差以及降低产品成本都有着密切相关的关系,所以这也限制了我国化工产品的质量,成本以及销量。其次,国外的自动化水平高,在大工厂当中已经实现了电脑自动化生产,而我国的设备操纵还是普遍存在手工操作,这影响了产品的产量以及质量,同时对人身体的健康也有一定的影响。再者,在反应釜的构成上,已经由单一搅拌器发展到双搅拌器或外加泵的强制循环,而国外更是除了装有搅拌器外,还使釜体沿水平线旋转,从而提高反应速度。 虽然我国跟国外在反应釜的研制与应用上还有一定差距,但我国在这一领域上也一直处于高速增长期,反应釜生产和消费应用的已广泛应用于石油、化工、轻工、食品、酿酒、制药、家电、水电、机械、建筑、市政和各种民用器具中。 1990年我国反应釜消费量为26万吨,1999年为153万吨,2000年为173万吨,2001年为225万吨,2004年反应釜消费量达到447万吨左右,居全世界第一位,2006年反应釜消费量达到600万吨以上,其中铬镍奥氏体反应釜的消费量占反应釜总消费量的75%?80%。反应釜结构调整和含镍生铁的使用也使人们看淡镍的需求前景。近年来,为降低镍消耗量,反应釜生产商从生产常规的奥氏反应釜(含8%的镍)转向生产低镍(含1-2%的镍及8-10%的锰)或无镍反应釜,今年我国铁素体反应釜的产量有望达200万吨。此外,不锈钢反应釜含镍生铁的应用替代了金属镍的部分需求,今年我国从东南亚等地进口了大量镍矿,反应釜厂含镍生铁的使用量将达到200万吨左右,占反应釜行业镍用量的35%。从而可见中国在这一领域发展的快速。 随着近年来全球气候变暖,在化工行业的发展的同时,对其产生的污染控制也越来越严格,所以,从大的趋势上来看,未来反应釜的发展,将从节能,环保以及更高的工艺操作,材料等方面着手,以满足市场与发展潮流的变化。1.3反应釜的发展趋势 对于搅拌反应釜的研究,除功率问题外,有关搅拌的流体力学研究具有重要意义。这方面已做了许多工作,但尚需扩大和深入。在液体中进行搅拌时,搅拌器的功能不仅引起液体的整个运功,而且要在液体中产生湍动,湍动程度与搅拌器使液体旋转而产生的旋涡现象有密切关系。这些旋涡因经常地互相撞击和破裂,使液体受到剧烈的搅拌。由此可见在搅拌操作中,对于流体力学理论的研究是极其重要的。 近代化学工业中,流动的物料不再只是一些低粘度的牛顿型流体,许多高粘度流体也常常遇到,尤其是各种各样的高分子溶液以及混有催化剂粒子的浆状流体等非牛顿型流体的应用日益广泛。它们与通常的牛顿型流体具有不同的流动特性,所以对于非牛顿型液体的研究是当今的一个重要课题。对高粘度液休,特别是非牛顿型流体的搅拌传热的研究,也是近年来的一个方向。聚合釜的传热特性与其中所用的搅拌器的型式关系甚大。对于各种常用搅拌器型式的反应釜之传热,前人给出了许多方程式,近年来在一些文章中也补充丁有关反应釜的传热系数的推算公式。 关于搅拌器,除非遇有特殊的任务,需要特殊设计之外,现有的各种搅拌器,尤其常用的框式、平浆式、推进式和涡轮式等已足够应用。而且这些搅拌器已有相应的标准,所以对已有搅拌器性能的深刻了解。应予以更多的注意,以便使它们在使用中能够充分发挥作用。涡轮式搅拌器现正被广泛使用,因为这种搅拌器在工业上适应性是很大的,它几乎能有效地完成所有的搅拌任务,并能处理那些特别是化学工业中经常遇到的各种粘度的物料。 反应釜的轴封多是用填料密封和机械密封。一百多年前,初期的密封都是采用一些天然材料如皮革和浸油绳等作为轴封。以后油浸绳密封逐渐发展成为今天的软填料密封。由于石油化学工业的发展,易燃易爆物质比较多,对密封性能要求较严,19351945年间在英美等国均开始研究和应用机械密封,并得到到较快发展。机械密封较填料密封有很多优点:泄漏量极少。机械密封的泄漏量是填料密封的1%。摩擦功率损失相当小。由于接触面的摩擦系数很小,因此,机械密封的功率损失约为填料密封的l015%。使用寿命长。一般质量好的机械密封可用25年,在正常工作条件下不需要维护调整。对轴的精度和光洁度的要求没有填料密封那样严格,耐振性能好。当轴摆动较大时,机械密封也能良好工作。同时,轴对密封腔孔的偏斜也不十分敏感,减少了轴或轴套的磨损。在轴有防腐蚀涂层时喷,涂、衬、搪、包等,能克服填料密封将防腐层磨损或破坏的缺点。机械密封的缺点是结构复杂,装拆不便,对动环和静环的表面光洁度及平直度要求高,不易加工,成本较高。但和优点相比只占次要地位。因而机械密封已日益得到广泛应用。 随着科学技术的发展,设备有大型化发展的趋势,也要求搅拌设备大型化。如国外聚合釜的容积已由最初的840m3扩大到60100m3,最大的已达到140m3。采用大型聚合釜可大大减少操作和检修人员,有利于自动化,减少投资,提高生产率,稳定产品质量。随着容积的大型化,釜型逐渐由细长型向矮胖型发展,而且采用底部搅拌的方式越来越多。 总的来说,随着设备行业的发展,反应釜要求越来越高。化工生产对反应釜的具体要求和发展趋势如下: 1、大容积化,这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为6000L以下,其它行业有的达30m3;而其它行业可达120 m3。 2、反应釜的搅拌器,已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。国外,除了装有搅拌器外,尚使釜体沿水平线旋转,从而提高反应速度。 3、以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作,如采用程序控制,既可保证稳定生产,提高产品质量,增加收益,减轻体力劳动,又可消除对环境的污染。 4、合理地利用热能,选择最佳的工艺操作条件,加强保温措施,提高传热效率使热损失降至最低限度,余热或反应后产生的热能充分地综合利用。热管技术的应用将是今后的发展方向。第2章 反应釜釜体的设计2.1 釜体 、的确定2.1.1 釜体的确定 由文献过程设备设计表8-5可知几种搅拌设备筒体的高径比如表2-1:表2-1 几种搅拌设备筒体的高径比种类筒体内物料类型高径比反应釜、混合槽液-液或液-固体系1-1.3反应釜、分散槽气液体系1-2聚合釜悬浮液、乳化液2.08-3.85搅拌发酵罐气-液体系1.7-2.5 由给定参数:反应釜内介质为染料和有机溶剂,由表选取高径比i1.3将釜体视为筒体,由V/4,L1.3则, (2-1)Di1330mm圆整Di1400mm2.1.2釜体PN的确定 因设计压力p=0.7,故:=1.02.2 釜体筒体壁厚的设计2.2.1设计参数的确定设计压力:=0.7MPa;计算压力: 0.7;设计温度: t110;焊缝系数: =0.85(面焊全焊透对接接头,局部无损检测);材料选择:Q345R(热处理下高强度,韧性好,焊接性能与成型性能良好,耐腐蚀性能优良); 许用应力:根据材料Q345R、设计温度55,由文献1表D-1知=189; 钢板负偏差:由文献2 表14-6得=0.25 (GB6654-96) 腐蚀裕量:=1.0(双面腐蚀)。2.2.2 筒体壁厚的设计 由公式设计壁厚 得: 考虑,则+4.31, 经圆整并考虑钢板常用规格,取故筒体的壁厚取Sn6mm2.3 釜体封头的设计2.3.1 封头的选型 由文献2316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 Pc0.7MPa =1.0(整板冲压); =0.25(GB6654-96);=1.0。2.3.3 封头的壁厚的设计 由公式得 圆整得 根据规定,封头壁厚与筒体壁厚一致,所以封头壁厚为6mm。2.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定 根据DN1400mm,由文献2318页表16- 5知: 直边高度: 25 体积:0.398 曲边深度:350内表面积A: 2.2346 质量m: 102.9kg2.4筒体长度的设计2.4.1筒体长度H的设计,1299mm 圆整得: H 13002.4.2釜体长径比的复核 在1.01.3之间,满足要求。 2.5 外压筒体壁厚的设计2.5.1设计外压的确定 由设计条件可知,夹套内介质的压力为0.9MPa,取设计外压0.9。2.5.2图算法设计筒体的壁厚 设筒体的壁厚=12,则:12-2 10, 1420, 筒体的计算长度: H+2h1 1300+225 1350 在文献2中图15- 4的坐标上找到0.948的值,由该点做水平线与对应的线相交,沿此点再做竖直线与横坐标相交,交点的对应值为:0.0001。 由文献2中选取图15-6,在水平坐标中找到1.010-4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,得到系数的值为:130。 根据得: 130/142.40.913(). 因为=0.9 =0.913,所以假设=12合理,取筒体的壁厚=12。2.6 外压封头壁厚的设计2.6.1 设计外压的确定 封头的设计外压与筒体相同,即设计外压0.9。2.6.2 封头壁厚的计算 设封头的壁厚12,则: ? 12-2 10(),对于标准椭球形封头0.9,=0.914001260(), 1260/10 126计算系数:。 由文献2中图15- 6中选取,在水平坐标中找到9.9210-4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,得到系数的值为值为:130。 根据得: 1.03(). 因为=0.9 =1.03,所以假设=12合理,取封头的壁厚为12。由在文献2表16-5 釜体封头的结构如图1-1,封头质量:208.0()图2-1 椭圆型封头第3章 反应釜夹套的设计3.1 夹套的、的确定3.1.1夹套的确定 由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知: =1400+1001500() 故取1500mm3.1.2 夹套的确定由设备设计条件单知,夹套内介质的工作压力为0.9,取=1.03.2 夹套筒体的设计3.2.1 夹套筒体壁厚的设计 由公式 (3-1) 得: 经圆整及考虑标准规格,筒体壁厚取=8。3.2.2 夹套筒体长度的初步设计 根据筒体DN1400mm,由文献2表16-3可知单位高容积V11.54m3 由条件可知,操作容积V02.0m3,总容积V2.4m3故装料系数 故筒体长度的估算值Hj 圆整后取1.1m3.3 夹套封头的设计3.3.1 封头的选型 夹套的下封头选标准椭球型,内径与筒体相同(Dj=1500)。代号EHA,标准JB/T4746?2002。夹套的上部与筒体的连接选带折边锥形封头,且半锥角。3.3.2 椭球形封头壁厚的设计 由公式 (3-2) 经圆整,并考虑焊接方便取 。3.3.3椭球形封头结构尺寸的确定 由文献2表16-5可得封头尺寸,见表3-1:表3-1 封头尺寸直边高度h1总深度h2容积Vjf质 量m25mm400mm0.486m3157.4kg 封头的下部结构如图3-1:图 3-1 夹套下封头的结构 3.3.4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=8。结构及尺寸如图2-2。 图 3-2 夹套上封头的结构3.4 传热面积的校核由文献2表16-3可得:DN1400mm釜体下封头的内表面积Fh2.2346DN1400mm筒体(1高)的内表面积F1 4.3962夹套包围筒体的表面积 4.3961.14.8356(2) +2.2346 + 4.83567.0702 本设计要求的传热面积为A7m2,所以经核算夹套的高度符合要求。第4章 反应釜釜体及夹套的压力试验4.1釜体的水压试验4.1.1水压试验压力的确定 水压试验压力: (4-1) (4-2) 取两者较大值作为最终水压试验压力。 由公式(4-1)得MPa 由公式(4-2)得 所以应取PT0.875MPa4.1.2液压试验的强度校核 由 得: 0.9 0.91890.85144.58() 由=61.775 0.9 144.58 故液压强度足够4.1.3压力表的量程的要求 压力表的最大量程: 220.8751.75 或1.5PT 4PT 即1.3125MPa 3.54.1.4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0.875,保压不低于30,然后将压力缓慢降至0.7,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。水压试验合格后再做气压试验。4.2釜体的气压试验4.2.1气压试验压力的确定 气压试验的压力: 1.150.71.00.805() 取0.8054.2.2气压试验的强度校核 由得: = 56.75() =101.120.8 0.81890.85128.52() 气压强度足够4.2.3气压试验的操作过程 做气压试验时,将压缩空气的压力缓慢将升至0.0805,保持5min并进行初检。合格后继续升压至0.4025,其后按每级的0.0805级差,逐级升至试验压力0.805,保持10,然后再降至0.7,保压足够长时间同时进行检查,如有泄露,修补后再按上述规定重新进行试验。釜体试压合格后,再焊上夹套进行压力试验。4.3夹套的液压试验4.3.1液压试验压力的确定液压试验的压力:且不小于+0.1 ,查1.0 1.250.91.01.125,+0.1 1.0 +0.1, 取1.1254.3.2液压试验的强度校核 由 得: = 79.3() =79.3 0.9 0.91890.85263.925() 液压强度足够4.3.3压力表的量程的要求 压力表的量程: 221.1252.25 或1.5PT 4PT 即 1.875MPa 4.5MPa4.3.4液压试验的操作过程 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1.125,保压不低于30,然后将压力缓慢降至0.9,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。水压试验合格后再做气压试验。 第5章 反应釜附件的选型及尺寸设计5.1釜体法兰联接结构的设计 设计内容包括:法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。5.1.1法兰的设计 根据=1400mm、=1.0,由文献2327页表16-9确定法兰的类型为乙型平焊法兰。 标记:法兰FF1400-1.0 JB/T4702-2000 材料由:16MnR 2由JB/T4702-2000可得法兰的结构如图5?1和主要尺寸如表5?1。 图5-1乙型平焊法兰结构表 5-1 法兰结构尺寸公称直径DN/mm法兰/mmDD1D2D3D414001560151514761456145372法兰/mm螺栓Haa1d规格数量27012211827M24405.1.2密封面形式的选型 根据=01.01.6、介质温度小于110和介质的性质,由文献2表16-14 知密封面形式为光滑面 由文献【2】表16-14得垫片选用耐油橡胶石棉垫片,材料为耐油橡胶石棉板(GB/T539),结构见图5?2 ,尺寸见表5-2 。图5-2 垫片的结构表5-2 垫片的尺寸D0/mmDi/mm/mm1405145535.1.3螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格 本设计选用六角头螺栓(C级、GB/T5780-2000)、型六角螺母(C级、GB/T41-2000)、平垫圈(100HV、GB/T95-2002) 螺栓长度的计算: 螺栓的长度由法兰的厚度()、垫片的厚度()、螺母的厚度()、垫圈厚度()、螺栓伸出长度确定 其中72、3、18.7、4.0、螺栓伸出长度取0.4d0.524.89.92mm(其中H,h,d分别由文献3附表1-13,附表1-14,附表1-5查得) 螺栓的长度为: 185.62() 取=190 螺栓标记: GB/T5780-2000M24190 螺母标记: GB/T41-2000 M24 垫圈标记: GB/T95-200224-100HV 5.1.4法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料根据乙型平焊法兰、工作温度110的条件,由文献4附录8法兰、垫片、螺栓、螺母材料匹配表进行选材,结果如表5?3所示。表5-3 法兰、垫片、螺栓、螺母材料法兰垫片螺栓螺母垫圈16MnR耐油橡胶石棉40MnB35100HV5.2工艺接管的设计5.2.1工艺接管尺寸的确定 搅拌设备由于工艺操作的原因,需要进行开孔或设有接管。管法兰标准应参见HG/T20592,主要参数是公称直径(DN)和公称压力(PN)。接管的外伸长度一般取150mm,如果设备需要保温,则外伸长度为200mm。如果接管公称直径,则外伸长度可取100mm。 本设计外伸接管长度取150mm。 因为夹套内为蒸汽,所以蒸汽从夹套上部进入,由底部出口排出冷凝水。当夹套设进气管时,为防止气体直接冲罐壁,可采取如图5-3所示的结构图5-3蒸汽入口结构(1)蒸汽入口接管 采用452.5无缝钢管,罐内的接管与夹套内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592法兰 PL40-1.0 RF 20。(2)安全阀接管 采用383无缝钢管,接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592法兰 PL32-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。 (3)温度计接口 采用252.5无缝钢管,伸入釜体内一定长度。配用突面板式平焊管法兰:HG20592法兰 PL20-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。 (4)加料口与放料口接管 采用1084.0无缝钢管,接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592法兰 PL100-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。 (5)视镜接管 采用无缝钢管,接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592法兰 PL125-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。(6)蒸汽出口接管 采用无缝钢管,接管与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰:HG20592法兰 PL65-1.0 RF 20。 工艺接管配用的标准突面板式平焊钢制管法兰的结构如图4-6所示,由文献5 310页得其结构如下图5-4,由表10-26和表10-33查得各工艺接管的尺寸如表 5-4所示。图5-4突面板式平焊法兰表5-4 板式平焊法兰的尺寸(mm)接管名称公称直径DN接管外径A连接尺寸法兰厚度密封面法兰内径坡口宽度DKLnThCdf1Bb蒸汽入口4045150110184M1618882465加料口5057165125184M16191022595安全阀接口3238140100184M1618782395温度计口202510575144M1216582264放料口100108220180188M162215821106冷凝水出口4045150110184M1618882465视镜125133250210188M1622188213565.3接管垫片尺寸及材质 因为法兰选用突面法兰RF型,所以垫片应与之配合也选用突面RF型,根据HG/T20606-2009得垫片结构如图4-5,尺寸如表4-5所示:图5-5垫片结构形式表5-5 各法兰垫片尺寸明细表接管名称公称通径DN垫片内径D1垫片外径D2垫片厚度T蒸汽入口4049921.5加料口50611071.5安全阀接口3243821.5温度计口2027611.5放料口1001151621.5冷凝水出口4049921.5视镜251251411.55.4人孔的设计 为了安装、检修操作的方便,需在容器顶部封头上开一个人孔或手孔,根据文献5表11-1知当Di1000mm时,需设一人孔,根据表11-3选择了PN1.1DN400的回转盖带颈平焊法兰人孔,密封面为突面。由文献6知其结构及尺寸,如图5-6,材料见表5-6。1-人孔接管;2-螺母;3-螺栓;4-法兰;5-垫片;6-手柄;7-法兰盖;8-销轴;9-开口销;10-垫圈图5-6人孔表5-6 回转盖带颈平焊法兰人孔的尺寸公称压力()密封面形式公称直径/A/B/螺栓规格数量1.0突面40042685655153201252412016L/质量/kg2002201082624282488.9表5-7 P N1.0DN400人孔的明细表件号名称数量材料1人孔接管10Cr18Ni10Ti2螺母16253螺栓16354法兰11Cr18Ni9Ti5垫片1中压石棉橡胶板6法兰盖11Cr18Ni9Ti7手柄1Q235-A8销轴1459开口销23510垫圈2100HV5.5视镜的选型 由于釜内介质压力较低(=0.3)且考虑,由反应釜设计条件单可知,本设计选用两个125mm的不带颈视镜。该类视镜具有结构简单,不易结料,窥视范围大等优点,其结构根据文献6表23-4-2可确定见图5-7。 标记:视镜0.6,125 标准图号:HGJ501-86-14 质量:14.7kg1-视镜玻璃;2-接缘;3-衬垫;4-压紧环;5-螺母;6-双头螺柱 图5-7视镜表5-8 视镜材料件号名称数量材料不锈钢1视镜玻璃1钢化硼硅玻璃(HGJ 501-86-0)2接缘11Cr18Ni9Ti3衬垫2石棉橡胶板(GB3985-83)4压紧环1Q235-A5螺柱6356螺母6255.6支座的选型及设计5.6.1支座的选型及尺寸的初步设计: 夹套反应釜多为立式安装,最常用耳式支座。标准耳式支座(JB/T4735-92)分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上是选B型,否则选A型。其主要尺寸见表5-7。文献2342页表16-23所以选耳式B型支座,支座数量为4个。 反应釜总质量的估算:+式中:?釜体的质量();?夹套的质量();?搅拌装置的质量()?附件的质量();?保温层的的质量() 物料总质量的估算:式中:?釜体介质的质量();?水的质量() 反应釜的总质量估算为1800,物料的质量为1200(以水装满釜体计算),夹套的质量 和水1500Kg。 装置的总质量:m1800+1200+1500 4500() 每个支座承受的重量约为:45009.81/2=22()根据DN1500 由文献2表16-23初选B型耳式支座,支座号为4 标记: JB/T4725-92 耳座B4 材料:Q235-A?F系列参数尺寸如表5-9:表5-9 B型耳式支座的尺寸底板筋板垫板地脚螺栓支座重量规格250200140147029016010315250840302415.75.6.2支座载荷的校核计算 耳式支座实际承受的载荷按下式近似计算: 式中D1833.8,=9.81, ,5300,4,0, 将已知值代入得 因为Q60KN以选用的耳式支座满足要求。第6章 搅拌装置的设计6.1搅拌轴直径的初步计算6.1.1搅拌轴直径的设计 电机的功率=1.5 ,搅拌轴的转速=50,文献2表11-1取用材料为45, =40,剪切弹性模量=8104,许用单位扭转角=1.0/m。 (6-1) 由公式(6-1)得: 利用截面法得: (6-2) 由公式(6-2)得: 因为搅拌轴为实心轴 (6-3 由公式(6-3)得 取。6.1.2搅拌轴刚度的校核 (6-4) 由公式(6-4)得 因为最大单位扭转角 所以圆轴的刚度足够。6.2搅拌抽临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速50r/min200r/min,故无需作临界转速校核计算6.3联轴器的选择 参照参考文献6,由于轴的直径为50mm,选择联轴器的形式为C型凸缘联轴器。标记:DN40HG21570-95 结构