攪拌反應釜設計要點

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1、 <<化工容器>>課程設計 —攪拌反應釜設計 姓名: 余景超 學號: 2010115189 專業(yè): 過程裝備與控制工程 學院: 化工學院 指導老師: 淡勇 老師 2013年 6 月 18 日 目錄 一 設計內容概述 1. 1 設計要求 1. 2 設計參數 1. 3 設計步驟 二 罐體和夾套的結構設計 2. 1 幾何尺寸 2. 2 厚度計算 2. 3 最小壁厚 2. 4 應力校核 三

2、 傳動部分的部件選取 3.1 攪拌器的設計 3.2 電機選取 3.3 減速器選取 3.4 傳動軸設計 3.5 支撐與密封設計 四 標準零部件的選取 4.1 手孔 4.2 視鏡 4.3 法蘭 4.4 接管 五 參考文獻 一 設計內容概述 設計參數及要求 容器內 夾套內 工作壓力，MPa

3、 0.18 0.25 設計壓力，MPa 0.2 0.3 工作溫度，℃ 100 130 設計溫度，℃ 120 150 介質 染料及有機溶劑 冷卻水或蒸汽 全容積, 1.0 操作容積, 0.80 傳熱面積, 3 腐蝕情況 微弱 推薦材料 Q235--A 接 管 表 符號 公稱尺寸 DN 連接面形式 用途 A 25 蒸汽入口 B 25 加料口 C 80 視鏡 D 65 溫度計管口 E 25 壓縮空氣入口 F 40 放料口 G 25 冷凝水出

4、口 H 100 手孔 （一）設計內容：設計一臺夾套傳熱式配料罐 （二）設計要求： 壓力容器的基本要求是安全性和經濟性的統(tǒng)一。安全是前提，經濟是目標，在充分保證安全的前提下，盡可能做到經濟。經濟性包括材料的節(jié)約，經濟的制造過程，經濟的安裝維修。 攪拌容器常被稱為攪拌釜，當作反應器用時，稱為攪拌釜式反應器，簡稱反應釜。反應釜廣泛應用于合成塑料、合成纖維、合成橡膠、農藥、化肥等行業(yè)。反應釜由攪拌器、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置及支座、人孔、工藝接管等附件組成。 壓力容器的設計，包括設計圖樣，技術條件，強度計算書，必要時

5、還要包括設計或安裝、使用說明書。若按分析設計標準設計，還應提供應力分析報告。強度計算書的內容至少應包括：設計條件，所用規(guī)范和標準、材料、腐蝕裕度、計算厚度、名義厚度、計算應力等。設計圖樣包括總圖和零部件圖。 設計條件，應根據設計任務提供的原始數據和工藝要求進行設計，即首先滿足工藝設計條件。設計條件常用設計條件圖表示，主要包括簡圖，設計要求，接管表等內容。簡圖示意性地畫出了容器的主體，主要內件的形狀，部分結構尺寸，接管位置，支座形式及其它需要表達的內容。 （二）設計參數和技術性能指標 （三）設計步驟： 1.進行罐體和夾套設計計算； 2.攪拌器設計；

6、 3.傳動系統(tǒng)設計； 4.選擇軸封； 5.選擇支座形式并計算； 6.手孔校核計算； 7. 選擇接管，管法蘭，設備法蘭。 一、 確定筒體和封頭的幾何尺寸 （1）筒體和封頭的形式?? 選擇圓柱筒體及橢圓形封頭。 （2）確定筒體和封頭的直徑?? 設備容積要求1m常從ξ锪銜-液類型，故由式（4-1）：H1/D1=1-1.3，考慮容器不大，為使直徑不致太小，在頂蓋上容易布置接管和傳動裝置，故選取H1/D1=1.2。D1由(4-1)估算： D1=√4V/πH1/D1=√4ⅹ1/πⅹ1.2=1.0621 ?將D1的估算值圓整到公稱直徑系列，故取D1=100

7、0mm. 封頭內徑值采用橢圓型封頭，直邊高h0由附表4-2初選h0=40mm。 （3）確定筒體高度H1 ?當D1=1000mm, h0=40mm時，由附表4-2查得橢圓形封頭的容積V=0.1623 m常篩獎4-1查得筒體1m高的容積V1米=0.785 m/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）選取夾套直徑 ?D= D1+100=1100mm。 夾套封頭也采用橢圓形并與夾套筒體取相同直徑。 （1）確定夾套高度? 按式（4-4）定夾套高度H2，式中η為裝料系數，η

8、=操作容積/設備容積=08/1=0.8，代入公式：? H2≥(ηV- V封)/ V1米=0.812 ? 取H2=950mm。 （2）校核傳熱面積下工藝要求傳熱面積為3 m常篩獎4-1、4-2，封頭表面積F封=1.2096m，1m高筒節(jié)表面積F筒=H2ⅹF1m=0.8ⅹ3.14=2.512 m，則：實際總傳熱面積F=F封+F筒=1.2096+2.512=3.7604 m>7 m玻可用。 2．釜體及夾套的強度計算 （1）選擇設備材料，確定設計壓力? 由已知建議并分析工藝要求和腐蝕因素，決定采用建議意見，選用Q235-A熱軋鋼板，其中100℃-150℃下的許用應力為：[ó]=113Mpa。

9、 設計壓力的確定： 夾套的筒體和封頭是內壓容器，按已知：設計壓力P=0.3Mpa； 釜體的筒體和封頭既受內壓又受外壓的作用。內壓設計壓力P=0.2Mpa，設計外壓的取法是考慮操作過程出現(xiàn)的最大壓力差，所以取P=0.3Mpa為設計外壓。 （2）夾套的筒體和封頭壁厚計算 夾套筒體壁厚δ夾=PD夾/（2[ó]φ-P）+C ??? 式中，P=0.3Mpa；D夾=1100mm；[ó]=113Mpa；φ為焊縫系數，采用雙面焊縫，進行局部無損探傷檢查：φ=0.85（夾套封頭用鋼板拼焊）； 壁厚附加量C=C1+C2+C3，Q1 其中C1為鋼板負偏差，初步取C1=0.6mm, 腐蝕裕量C2=2mm,

10、熱加工減薄量C3=2（封頭熱加工C3=0.5mm），因此：C=0.6+2+0=2.6mm δ夾=[(0.3ⅹ1100)/(2ⅹ113ⅹ0.85-0.3)]+2.6=4.32mm,圓整到鋼板厚度標準規(guī)格，取δ夾=5mm。 夾套封頭壁厚δ封夾={PD夾/2[ó] φ-0.5P+C}+C 式中：P、D夾、[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封夾={0.3ⅹ1100/2ⅹ113ⅹ0.85-0.5ⅹ0.3}+3.1=4.819mm 為照顧到筒體和封頭焊接的方便取δ封夾=δ夾=5mm。 （3）釜體的筒體壁厚δ筒 1）? 按承受0.2

11、Mpa的內壓設計 ????????????????????????? δ筒≥PD1/（2[ó]φ-P）+C 式中，設計壓力P=0.2Mpa；筒體內徑D1=1000mm；許用應力[ó]=113Mpa(同夾套材料)；焊縫同夾套，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 2）? 按承受0.3Mpa的外壓設計 設罐體筒體的名義厚度δ1n=7mm 厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm 罐體筒體有效厚度δ1e=δ1n-C=7-2.6=4.4mm

12、 罐體筒體外徑D10=D1+2δ1n=1000+2ⅹ7=1014mm 筒體計算長度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1034.8mm 系數L/D0=1034.8/1014=1.205???? 系數D0/δe=1014/4.4=230 由參考資料圖9-7，查得 ：系數 A=0.000255，系數 B=38 則許用外壓[P]=Bδe/D=（38ⅹ4.4）/1014=0.165<3Mpa 因此壁厚4.4mm不能滿足外壓穩(wěn)定要求，需增大壁厚重新計算?，F(xiàn)重新假設δ1n=8mm 厚度附加量C=C1+C2+C3=0.6+2+0=2.6mm 罐體筒體有效厚度δ1e=δ1n-C

13、=8-2.6=5.4mm 罐體筒體外徑D10=D1+2δ1n=1000+2ⅹ8=1016mm 筒體計算長度L=H2+1/3h1=950+1/3(250+4.4)=1035.13mm 系數L/D0=1034.8/1014=1.019??? 系數D0/δe=1016/5.4=188 由參考資料圖9-7，查得 ：系數 A=0.00046，系數 B=63 則許用外壓[P]=Bδe/D=63ⅹ5.4/1016=0.335>0.3Mp故δe=5.4mm滿足外壓穩(wěn)定性要求,其圓整到標準鋼板厚度規(guī)格取δe=8mm. (4)釜體的封頭壁厚計算 1)???? 按內壓計算δ封: δ封≥PD1/（2[ó

14、]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 考慮到封頭與筒體的焊接方便取封頭與筒體等壁厚δ封=8mm. 2)按外壓校核δ封,采用圖算法: 封頭計算壁厚δ0=δ- C=8-3.1=4.9mm 橢圓封頭的計算當量半徑Rv=K1D1,由設計規(guī)定或查資料知K1=0.9,故Rv=0.9ⅹ1000=900mm; 系數A=0.125ⅹδ0/Rv=0.125ⅹ4.9/900=0.0

15、00681,由圖查得B=92,則許用外壓[P]: [P]=B(δ0/Rv)=92ⅹ(4.9/900)=0.501Mpa大于水壓實驗時的壓力0.4Mpa,故用δ封=8mm,外壓穩(wěn)定安全. (5)水壓實驗校核 1)???? 確定實驗水壓Pr,根據設計規(guī)定知: 釜體水壓取Pr=P+0.1=0.2+0.1=0.3 Mpa 夾套水壓取Pr=P+0.1=0.3+0.1=0.4 Mpa 2)???? 內壓實驗時: 釜體筒壁內壓應力σr=Pr[D1+(S-C)]/2(S-C)=0.3ⅹ[1000+(8-2.6)]/2(8-2.6) =27.93Mpa.?????????????????????

16、?????????????????????????????? ??? 夾套筒壁內壓應力σr夾= [D1+(S-C)]/2(S-C)=0.3[1000+(5.4-2.6)]/2(5.4-2.6)=78.77Mpa. 釜體封頭壁內應力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 夾套封頭壁內應力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 因Q235-A常溫σ=235Mpa,看出σr,

17、σr夾,σr夾,σr封夾都小于0.9σs=0.9235=211.5Mpa,故水壓實驗安全. 3)???? 外壓水壓實驗 釜體筒體外壓校核: δ0=δ- C=8-2.6=5.4mm,D0/δ0=1010.8/5.4=187,L/D0=1035.13/1010.8=1.024由圖查A=0.00045,B=62, 故許用外壓[P]=BS0/D0=62ⅹ5.4/1010.8=0.331Mpa<水壓壓力Pr=0.4Mpa,故在0.4Mpa外壓水壓實驗時應在釜體內充壓,以防釜體筒體失穩(wěn). 釜體底封頭外壓校核? 因其允許外壓[P]=0.501Mpa>外壓Pr=0.4Mpa,故安全. ???????

18、?????????????? ???計 算 結 果 ? 釜體 夾套 筒體 8 mm 5 mm 封頭 8 mm 5 mm 3.5 支撐與密封設計 反應釜是立式安裝，故采用耳式支座，并選擇B型筋板。選擇的耳式支座支座號為3，允許載荷30KN，高度200mm，地腳螺栓30-M24。 反應釜攪拌軸處的密封，屬于動密封，選用填料密封。用PN=0.6MPa,軸頸d=40mm,D1=175mm,D2=145mm,H=147mm。 四 標準零部件的選取 4.1 支座 1）支坐類型:根據罐體的公稱直徑是1000mm,可由參考文獻2的附表4-9選

19、擇標準耳式支坐，又因設備思需要保溫故選擇B型，由 JB/T 4725—92可知選擇 耳座B3。 2）數量：4個（對稱且承重）。 3）[Q]=30KN。 4.2 手孔 查參考文獻2的附表4-10，根據DN=150mm，PN=1.0Mpa,選擇帶頸平焊法蘭手孔，其有關資料如下： 標準號 HG21530-95 凹凸面 MFM H1=160mm, H2=85.5mm, m=23.3kg 4.3 視鏡 由DN=80mm,PN=1.0MPa,可知選擇不帶頸的視鏡，查參考文獻可得資料如下: D=145mm,D1=120mm,b1=25mm,b2=14mm

20、 標準號為 JB593-64-2 4.4 法蘭 設備共需選用4個，其中壓力容器法蘭1個，管法蘭3個。 1） 根據DN=1000mm,PN=0.6MPa,查參考文獻2的附表4-4和4-5可知選取 甲型平焊法蘭 ：名稱為 法蘭-T 900-0.6 ； 具體資料如下： D=1130mm,D1=1090mm,D2=1055mm,D3=1045mm,D4=1042mm, d=23mm; 螺柱M20, 數量 32；凸面法蘭質量：67.5kg，凹面法蘭質量：65.3kg 2) 圖中ABEG接管公稱尺寸均為25mm。根據DN=25mm,PN=1.0MPa,查參考文獻2的附表4-12可

21、得有關資料如下：管子外徑A=32mm，法蘭外徑D=100mm，法蘭理論質量為0.65kg。 3）圖中D接管公稱尺寸為65mm。根據DN=65mm,PN=1.0MPa，查參考文獻2的附表4-12可得有關資料如下：管子外徑A=76mm，法蘭外徑D=160mm，法蘭理論質量為1.61kg。 4） 圖中F接管公稱尺寸為40mm。根據DN=40mm,PN=1.0MPa，查參考文獻2的附表4-12可得有關資料如下：管子外徑A=45mm，法蘭外徑D=130mm，法蘭理論質量為1.20kg。 4.5 接管 查參考文獻2的附表4-12，根據各種零件的DN不同， PN=1.0Mpa，選取保溫設備

22、接管，由資料可知接管的伸出長度一般為從法蘭密封面到殼體外徑為150 mm，則接管A.B.D.E.F.G長均為150mm。 五 參考文獻 1、《化工設備機械基礎》（第二版） 趙軍 張有忱 段成紅 編 化學工業(yè)出版社 2、《化工設備機械基礎 課程設計指導書》 蔡紀寧 張秋翔 編 化學工業(yè)出版社 3、《化工機械手冊》 化工機械手冊編輯委員會 編 天津大學出版社 2012.7.12 - 10 -