反应釜设计.docx

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反应釜设计

反应釜设计

一、设计条件及设计内容分析

由设计条件单可知，设计的反应釜体积为1.0；搅拌轴的转速为200,轴的功率为4kw;搅拌桨的形式为推进式；装置上设有5个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、1个温度计管口。

反应釜设计的内容主要有：

（1）釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计；

（2）夹套的的强度、刚度计算和结构设计；

（3）设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰；

（4）人孔的选型及补强计算；

（5）支座选型及验算；

（6）视镜的选型；

（7）焊缝的结构与尺寸设计；

（8）电机、减速器的选型；

（9）搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计；

（10）选择联轴器；

（11）设计机架结构及尺寸；

（12）设计底盖结构及尺寸；

（13）选择轴封形式；

（14）绘总装配图及搅拌轴零件图等。

第一章反应釜釜体的设计

1.1釜体、的确定

1.1.1釜体的确定

将釜体视为筒体，取L/D=1.1

由V=（π/4），L=1.1

则

，，圆整

由314页表16-1查得釜体的

1.1.2釜体PN的确定

由设计说明书知釜体的设计压力＝0.2

1.2釜体筒体壁厚的设计

1.2.1设计参数的确定

设计压力p1：

p1＝0.2MPa；

液柱静压力p1H=10^（-6）×1.0×10^3×10×1.1=0.011MPa

计算压力p1c：

p1c=p1+p1H=0.2+0.011=0.211MPa；

设计温度t1：

<100℃；

焊缝系数：

＝0.85

许用应力：

根据材料Q235-B、设计温度<100℃，由参考文献知＝113；

钢板负偏差：

＝0.6（GB6654-96）；

腐蚀裕量：

＝3.0。

1.2.2筒体壁厚的设计

由公式得：

+0.6+3.0=4.7mm

圆整

刚度校核：

碳素钢的

考虑筒体的加工壁厚不小于5mm，故筒体的壁厚取

1.3釜体封头的设计

1.3.1封头的选型

釜体的下封头选标准椭球型，代号EHA、标准JB/T4746—2002。

1.3.2设计参数的确定

设计压力p1：

p1＝0.2MPa；

液柱静压力p1H=10^（-6）×1.0×10^3×10×1.1=0.011MPa

计算压力p1c：

p1c=p1+p1H=0.2+0.011=0.211MPa；

设计温度t1：

<100℃；

焊缝系数：

＝0.85

许用应力：

根据材料Q235-B、设计温度<100℃，由参考文献知＝113；

钢板负偏差：

＝0.6（GB6654-96）；

腐蚀裕量：

＝3.0。

1.3.3封头的壁厚的设计

由公式得

=4.7

圆整得

1.3.4封头的直边尺寸、体积及重量的确定

根据，由参考文献附表4-2知：

直边高度h2：

25

容积V：

0.1505

曲边高度h1：

250

内表面积A：

1.1625

质量m:

53.78kg

1.4筒体长度1的设计

1.4.1筒体长度H的设计

筒体高度H1=（V-V封）/V1m=（1-0.1505）/0.785=1.082m

圆整H1至1100mm

1.4.2釜体长径比的复核

L/Di=H1/Di

=1100/1000=1.1

在1~1.3的范围内，故所求长径比满足要求。

1.5外压筒体壁厚的设计

1.5.1设计外压的确定

由设计条任务书可知，夹套内介质的压力为0.3MPa，取设计外压=0.3。

1.5.2图算法设计筒体的壁厚

设筒体的壁厚＝8，则：

==8-3.8=4.2，

=1016，。

在参考文献图4-5中的坐标上找到1.012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.OOO4。

再由参考文献图4-6中选取，在水平坐标中找到=2.8×10-4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：

≈155MPa、=2.00×105。

根据=得：

=

=0.64（）．

因为＝0.3<＝0.64，所以假设＝8合理，取筒体的壁厚＝8。

1.6外压封头壁厚的设计

1.6.1设计外压的确定

封头的设计外压与筒体相同，即设计外压=0.1。

1.6.2封头壁厚的计算

设封头的壁厚=8，则:

==8-3.8=4.2，对于标准椭球形封头=0.9，＝0.9×1000=900（），=900/4.2=241.29

计算系数：

=

=5.18×10-4

在参考文献图4-5中选取，在水平坐标中找到=5.18×10-4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：

≈78、=2.00×105

根据=得：

=

=0.322（）．

因为＝0.3<＝0.322，所以假设＝8合理，考虑到与筒体的焊接，符合封头的壁厚与筒体一致，故取＝8。

由JB/T4737——95知釜体封头的结构如下图，封头质量：

72.05（）

下表为釜体封头的尺寸：

第二章反应釜夹套的设计

2.1夹套的、的确定

2.1.1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：

＝1000+100=1100（）

故取=1100mm

2.1.2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0.3，取＝0.3

2.2夹套筒体的设计

2.2.1夹套筒体壁厚的设计

由公式得：

+0.6+3.0=4.8mm

圆整

刚度校核：

碳素钢的

考虑夹套筒体与釜体筒体壁厚一致，故筒体的壁厚取

2.2.2夹套筒体长度的初步设计

H筒==0.827m=827mm

圆整后H筒=900mm

2.3夹套封头的设计

2.3.1封头的选型

夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同（＝1400）。

代号EHA，标准JB/T4746—2002。

夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角。

2.3.2椭球形封头壁厚的设计

因为为常压＜0.3，所以需要根据刚度条件设计封头的最小壁厚。

∵＝1100＜3800，取＝2/1000且不小于3另加，

∴min＝3+3=6（），圆整=8。

对于碳钢制造的封头壁厚取=8。

2.3.3椭球形封头结构尺寸的确定

夹套封头的尺寸见下表：

直边高度

深度

容积

质量

25

275

0.1980

86.49

封头的下部结构如下图：

由设备设计条件单知：

下料口的＝40，封头下部结构的主要结构尺寸＝116。

2.3.4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。

2.3.5封头结构的设计

公称直径DN/mm

总深度H/mm

内表面积A/m2

容积V/m3

1100

400

2.5568

0.860

2.3.6带折边锥形封头壁厚的设计

由于封头过渡部分与锥体部分受力情况不同，分两部分计算

过渡部分：

K=0.68f=0.554，选型为CHA。

锥体部分：

考虑到与夹套筒体的焊接，故圆整

2.4传热面积的校核

=1000mm釜体下封头的内表面积=1.1625

=1000mm筒体（1高）的内表面积=3.142

夹套包围筒体的表面积=×=3.14×0.9=2.826

（2）

+=1.1625+2.826=3.9885

釜内进行的反应是吸热反应，则需进行传热面积的校核，即：

将+=5.64292与工艺需要的传热面积进行比较。

+=3.9885≥3，满足要求。

第三章反应釜釜体及夹套的压力试验

3.1釜体的水压试验

3.1.1水压试验压力的确定

　水压试验的压力：

，查.0

　。

3.1.2液压试验的强度校核

由得：

＝

0.9=0.9×235×0.85=179.8（）

由＝29.88<0.9=179.8

故液压强度足够

3.1.3压力表的量程、水温及水中浓度的要求

压力表的最大量程：

P表=2=2×0.25=0.5

或1.5PTP表4PT即0.375MPaP表1

水温≥15℃

水中浓度≤25

3.1.4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0.25，保压不低于30，然后将压力缓慢降至0.2，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。

3.2夹套的液压试验

3.2.1液压试验压力的确定

　液压试验的压力：

，查=1.0

　=1.25×0.3×1.0=0.375，

取=0.375

3.2.2液压试验的强度校核

由得：

＝=49.3（）

∵＝49.3＜0.9=0.9×235×10.85=179.8（）

∴液压强度足够

3.2.3压力表的量程、水温的要求

压力表的量程：

P表=2=2×0.375=0.75

或1.5PTP表4PT即0.5625MPaP表1.5MPa

水温≥5℃。

3.2.4液压试验的操作过程

在保持夹套表面干燥的条件下，首先用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至0.375，保压不低于30min，然后将压力缓慢降至0.3，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，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。

若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。

第四章反应釜附件的选型及尺寸设计

4.1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。

4.1.1法兰的设计

（1）根据＝1000mm、＝0.6，由参考文献附表4-4，确定法兰的类型为甲型平焊法兰。

标记：

法兰RF1000-0.6JB/T4701-2000

材料：

20锻

（2）法兰的结构如下图：

具体的结构尺寸见下表：

公称直径DN/

法兰/

螺栓

D

规格

数量

1000

1130

1090

1055

1045

1042

48

23

M20

36

4.1.2密封面形式的选型

根据＝0.6＜1.6、介质温度<100℃和介质的性质，由参考文献知密封面形式为光滑面。

4.1.3垫片的设计

由参考文献表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），结构及尺寸如下：

1045

1000

4

4.1.4螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格

本设计选用六角头螺栓（A级和B级、GB/T5782-2000）、Ⅰ型六角螺母（A级、GB/T6172.1-2000）。

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=48、=4、=10、=1、螺栓伸出长度取=0.3×23

螺栓的长度为：

=120.9（）

取＝120

螺栓标记：

GB/T5782-2000——M20×120

螺母标记：

GB/T6172.1-2000——M20

垫圈标记：

GB/T95-200224-1