高溫高壓腐蝕反應(yīng)釜課程設(shè)計

1、目 錄1 設(shè)計方案的分析和擬定（3）2. 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計（4）2.1罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計（4）2.2 罐體幾何尺寸計算（5）2.2.1確定筒體內(nèi)徑和高度 （5）2.2.2 確定筒體的厚度（5）2.2.3 確定封頭的厚度（6）2.3 反應(yīng)釜夾套的選擇（7）2.4 夾套幾何尺寸的計算 （7）2.5 按內(nèi)壓對筒體和封頭進行強度計算（8）2.6 按外壓對筒體和封頭進行強度校核（8）2.7水壓試驗校核計算（12）3反應(yīng)釜的攪拌裝置 （12）3.1 攪拌器型式的選擇 （13）3.2 攪拌軸設(shè)計 （13）4 反應(yīng)釜的傳動裝置（14）4.1 常用電機及其連接 （15）4.2 釜用減速機類型，標準及其選用（1

2、5）4.3 機座的設(shè)計（16）4.4 底座的設(shè)計 （17）4.5 聯(lián)軸器 （18）4.6 軸封裝置 （18）5 反應(yīng)釜內(nèi)表面的防腐蝕措施（19）6 反應(yīng)釜的其他附件 （19）6.1 支座 （20）6.2 設(shè)備接口 （20）7 本設(shè)計的改進和建議 （20）8 反應(yīng)釜的裝配圖 （21）9 設(shè)計參數(shù)匯總 （21）參考文獻 （21）高溫高壓腐蝕試驗評價釜的設(shè)計 課程設(shè)計是培養(yǎng)學生設(shè)計能力的重要實踐教學環(huán)節(jié)，通過裸程設(shè)計，培養(yǎng)學生獨立地運用所學到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實際的知識，綜合地分析和解決生產(chǎn)實際問題的能力。當學生首次完成該課程設(shè)計后，應(yīng)達到一下幾個目的： （1）熟練掌握查閱文獻資料、收集相關(guān)數(shù)據(jù)、

3、正確選擇公式。（2）在兼顧技術(shù)先進性、可行性、經(jīng)濟合理的前提下，綜合分析設(shè)計任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全可行所需的檢測和計量參數(shù)，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護的有效措施。 （3）用精煉的語言、簡潔的文字、清晰地圖表來表達自己的設(shè)計思想和計算結(jié)果。設(shè)計要求和設(shè)計指標：設(shè)計最高工作150C； 設(shè)計工作壓力：20MPa； 容積：5L； 釜內(nèi)介質(zhì)：二氧化碳，高礦化度中性水介質(zhì)1 設(shè)計方案的分析和擬定 根據(jù)任務(wù)書中的要求，一個夾套反應(yīng)釜主要有攪拌容器、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管等一些附件構(gòu)成。而攪拌容器又可以分為罐體和夾套兩部分。攪拌裝

4、置分為攪拌器和攪拌軸，根據(jù)任務(wù)說明書的要求本次設(shè)計攪拌器為漿式攪拌器；考慮到機械軸封的實用性和應(yīng)用的廣泛性，所以軸封采用機械軸封。在閱讀了設(shè)計任務(wù)書后,按以下內(nèi)容和步驟進行夾套反應(yīng)釜的機械設(shè)計。（1）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)工藝的要求，并考慮到制造安裝和維護檢修的方便來確定各部分結(jié)構(gòu)形式。（2）攪拌器的設(shè)計。 根據(jù)工藝參數(shù)確定各部幾何尺寸； 考慮壓力、溫度、腐蝕因素，選擇釜體和夾套材料； 對罐體、夾套進行強度和穩(wěn)定性計算、校核；（3）傳動系統(tǒng)設(shè)計，包括選擇電機、確定傳動類型、選擇聯(lián)軸器等。（4）決定并選擇軸封類型及有關(guān)零部件。（5）繪圖，包括總圖、部件圖。（6）編制技術(shù)要求，提出制造、裝配、檢驗和試

5、車等方面的要求。2. 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計 反應(yīng)釜是有罐體和夾套兩部分構(gòu)成，罐體是反應(yīng)的核心，為物料完成攪拌過程提供一個空間。夾套為反應(yīng)的操作溫度提供保障，是一個套在罐體外的密封空間容器。此設(shè)計中采用Q235-A鋼，其在150。C許用應(yīng)力為113MPa。2.1罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計罐體采用立式的圓筒形容器，有筒體和封頭構(gòu)成。通過支座安裝在基礎(chǔ)平臺上。下封頭與筒體的連接采用焊接連接。而為了拆卸清洗方便，上封頭采用法蘭與筒體連接。夾套型式與罐體大致一致。2.2 罐體幾何尺寸計算2.2.1確定筒體內(nèi)徑和長度一般有工藝條件給定容積V、筒體內(nèi)徑Di 估算： 式中i為長徑比即： ，長徑比的值可根據(jù)釜的形狀和標準

6、來確定。由表可知，長徑比在反應(yīng)釜中常取1.02.0，則此設(shè)計中取為1.2，且知道V=510-3 m3,得Di =0.174m即Di =174mm，根據(jù)GB9019-2001壓力容器公稱直徑標準取Di =159mm鋼管做筒體，筒底采用半球形封頭，則下封頭直徑為159mm，半球型封頭容積為2.1L，則直鋼管的容積為2.9L，深度為182.4mm，整取為H1=183mm。則筒體總長度為262.5mm。2.2.2 確定筒體的厚度 因為釜體上裝有安全閥，設(shè)計壓力為P=20MPa，=1.0（全部無損檢測），鋼板或鋼管在軋制過程中，其厚度可能出現(xiàn)減?。簇撈睿?，因而在設(shè)計容器時應(yīng)預(yù)先給壁厚一個增量C1，根

7、據(jù)常用標準取C1=0.5。而與介質(zhì)接觸的筒體、封頭、接管等附件由于腐蝕、機械磨損而導致厚度的削弱和減薄，均應(yīng)考慮腐蝕裕量C2。此處C2=2則內(nèi)壓圓筒的計算壁厚由公式得Sn=（20159）/（211320）+0.5+2=18mm2.2.3 確定封頭厚度 平板封頭在制作上方便，應(yīng)用廣泛，故此設(shè)計上封頭采用平板封頭。當平蓋周邊與筒體連接為剛性固定連接時，最大應(yīng)力發(fā)生在周邊處。圓形平蓋的厚度可按下式計算：式中 Dc-計算直徑 K-平蓋系數(shù)，隨平板形封頭結(jié)構(gòu)的不同而不同，其值可查表而Dc=Di+2Sn得Dc=195mm根據(jù)封頭的加工方式取為1.0K根據(jù)計算直徑、設(shè)計壓力、螺孔到筒體的距離等因素查值為0.

8、4計算得p=1950.266+0.5+2=54mm下封頭厚度：當受內(nèi)壓時，與其他封頭相比其薄膜應(yīng)力最小，故所需厚度也最薄。按設(shè)計規(guī)定，封頭中只有球形封頭的最小厚度可以小于筒體的最小厚度。在實際中，考慮封頭與筒體焊接方便，以及降低封頭和筒體連接的邊緣應(yīng)力，通常取與筒體等厚。2.3 反應(yīng)釜夾套的選擇 為了從容器外面加熱或冷卻，最為簡單的方法是在其筒體上設(shè)置夾套，通入加熱或冷卻介質(zhì)。夾套的結(jié)構(gòu)形式由使用要求和工藝可能性決定，主要形式有：僅在容器圓柱殼上設(shè)置夾套；在容器圓柱殼和底部封頭上設(shè)有夾套；在一個封頭上設(shè)置夾套；在整個圓柱殼體兩側(cè)封頭上設(shè)置夾套。夾套的形式有普通型、半圓管型、螺旋型、半圓型和波紋

9、型；而普通型夾套又分為同心型和非同心型。在夾套殼與容器殼體連接方式上又有錐形封口環(huán)、半圓封口環(huán)和平板封口環(huán)。 夾套反應(yīng)釜幾何尺寸確定后，要根據(jù)已知的公稱直徑，設(shè)計壓力和設(shè)計溫度進行強度計算確定罐體及夾套的筒體和封頭的厚度。強度計算中各參數(shù)的選取及計算，均應(yīng)符合GB150-1998鋼制壓力容器的規(guī)定。2.4 夾套幾何尺寸計算夾套和筒體的連接常焊接成封閉結(jié)構(gòu)，夾套的結(jié)構(gòu)尺寸常根據(jù)安裝和工藝兩方面的要求而定。夾套內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1大小來確定，內(nèi)徑D2=D1+50=209mm夾套高H2有傳熱面積而決定，不能低于料液高。若裝料系數(shù)沒有給定，則應(yīng)合理選擇裝料系數(shù)的值，盡量提高設(shè)備利用率。通常的取值

10、范圍為0.6-0.85。在二氧化碳和高礦化度中性水介質(zhì)中，粘度較低，可以取為=0.6。夾套高H2由公式H2=（VV封）/V1m式中 V1m為1m高筒體容積 V封為封頭的容積算得H2=156mm圓整為H2=160mm 此設(shè)計中采用U型夾套將筒體全部包圍，故此夾套的高度將根據(jù)筒體的高度而定。 夾套厚度按照筒體厚度計算方法，可得夾套厚度Sj=18mm，夾套內(nèi)表面與筒體外表面間距選取40mm。2.5 按內(nèi)壓對筒體和封頭進行強度計算壓力計算：材料選擇Q235A，由設(shè)計壓力（罐體內(nèi)）P=20MPa，可得：工作壓力（罐體內(nèi)）為20/1.1=18.2MPa設(shè)計溫度（罐體內(nèi)）為t150C；內(nèi)壓圓筒的計算壁厚由公

11、式得Sn=（20159）/（211320）+0.5+2=18mm2.6 按外壓對筒體和封頭進行強度校核假設(shè)一：罐體筒體的名義厚度Sn=18mm；厚度附加量C=C1+C2=2.5mm；罐體筒體有效厚度S=SnC=15.5mm；罐體筒體外徑Dc=195mm；筒體計算長度Hi=263mm；長徑比系數(shù)Hi/Dc=1.35；系數(shù)Dc/S=195/15.5=12.58根據(jù)所得數(shù)據(jù)以及下圖可得：系數(shù)A=0.025；系數(shù)B=162MPa根據(jù)許用外壓公式P=B*S/Dc=12.88MPa20.0026MPa,滿足對穩(wěn)定性的要求。在此設(shè)計中夾套所受的壓力不會高于筒體所受的壓力，為保證設(shè)備的安全，夾套取用與筒體相同

12、的厚度。外壓封頭強度計算：設(shè)封頭厚度為s=30mm；有效厚度為s1=27.1mm；R0=K1D0 式中K1 =0.9 D0 =Di+2Sn=219mmR0=197.1mm計算系數(shù)A 得A=0.017查得系數(shù)B=162MPa則許用應(yīng)力為得B=22.3MPa20.0026MPa，滿足對穩(wěn)定性的要求。圖1圖22.7 水壓試驗校核計算罐體水壓試驗由于t 故pT=1.25p=1.2520=25MPa，有效厚度S=27.1mm根據(jù)公式得T=85.8MPa材料屈服點應(yīng)力為s=113MPa0.9 s=101.7MPa 得 0.9s 所以罐體水壓試驗強度足夠3 反應(yīng)釜的攪拌裝置攪拌傳動系統(tǒng)為整個系統(tǒng)提供動力支持

13、，組成有電動機、減速器、攪拌軸及其聯(lián)動器等。攪拌器的形式很多，需要按照任務(wù)說明說的要求選擇合適的攪拌器，本次設(shè)計采用的是漿式攪拌器。3.1 攪拌器結(jié)構(gòu)型式的選擇槳式攪拌器是攪拌器中最簡單的一種，葉片一般用扁鋼制造，材料可以采用碳鋼、合金鋼、有色金屬或碳鋼包橡膠環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、酚醛玻璃布等。槳葉有平直葉和折葉兩種。平直葉的葉面與其旋轉(zhuǎn)方向垂直，折葉則是與旋轉(zhuǎn)方向成一傾斜角度。平直葉主要使物料產(chǎn)生切線方向的流動，折葉除了能使物料做=作圓周運動外，還能使物料上下運動，因而折葉比平直葉攪拌作用更充分。所以此設(shè)計采用折葉設(shè)計。如圖：槳式攪拌器直徑D一般取反應(yīng)釜內(nèi)徑Di的1/3-2/3，因此在此設(shè)計中

14、取為D槳=1/3Di=53mm。3.2 攪拌軸的設(shè)計對攪拌軸而言，實際受力比較復雜，它同時受到扭轉(zhuǎn)和彎曲的組合力作用，其中以扭轉(zhuǎn)為主，所以工程上采用近似的方法來確定攪拌軸的直徑，即假定攪拌軸只承受扭轉(zhuǎn)的作用，然后用增加安全系數(shù)以降低材料許用應(yīng)力的方法來彌補由于忽略軸受彎曲作用所引起的誤差。（1） 攪拌軸的材料：選用 Q 235-A（2） 攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實心直軸，因是連接的為槳式攪拌器，故采用光軸即可。（3） 攪拌軸強度校核 軸扭轉(zhuǎn)的強度條件是： 對Q235-A k=1220Mpa 對實心軸 Wp=d3/16 而T=9.55106P/n式中 d攪拌軸直徑，mm； P攪拌軸傳遞的功率，kW； n

15、攪拌軸轉(zhuǎn)速，r/min。（4） 攪拌軸的支撐一般攪拌軸可依靠減速器內(nèi)的一對軸承支承。當攪拌軸較長時，軸的剛度條件變壞。為保證攪拌軸懸臂穩(wěn)定性，軸的懸臂長L1，軸徑d 和兩軸承間距B應(yīng)滿足以下關(guān)系：L1/B45; L1/d4050本次采取單支點機架，靠機架里的軸承對軸進行支撐。4 反應(yīng)釜的傳動裝置反應(yīng)釜的攪拌器是由傳動裝置來帶動。傳動裝置設(shè)置在釜頂封頭的上部，其設(shè)計內(nèi)容一般包括：電機；減速機的選型；選擇聯(lián)軸器；選用和設(shè)計機架和底座等。4.1 常用電機及其連接設(shè)備選用電機主要是考慮到它的系列，功率，轉(zhuǎn)速，以及安裝形式和防爆要求等幾項內(nèi)容。最常用的為Y系列全封閉自扇冷式三相異步電動機。電機功率必須滿

16、足攪拌器運軸功率與傳動系統(tǒng)，軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮到又時在攪拌過程操造作中會出現(xiàn)不利條件造成功率過大。電機功率可按下式確定：式中 Pd電動機功率，kw； P工藝要求的攪拌功率，kw； Pm軸封摩擦損失功率，kw； 傳動系統(tǒng)的機械效率。一般異步電動機的同步轉(zhuǎn)速按電動機的極數(shù)分成幾檔，其中1500r/min的電動機價格較低，供應(yīng)普遍，應(yīng)用最廣泛。4.2 釜用減速機類型，標準及其選用我國目前常用的反應(yīng)釜用立式減速機主要有擺線針齒形減速機、兩級齒輪減速機、三角皮帶減速機等幾種。減速機型號可先根據(jù)基本轉(zhuǎn)速所需功率，查出減速機公稱軸轉(zhuǎn)速及所配電動機功率，根據(jù)這兩項數(shù)值，便可確定減速機類型和該減速

17、機的特性參數(shù)以及機型的順序號。在確定機型后，可從有關(guān)機械設(shè)計手冊中查到該型號的減速機外型及安裝尺寸、數(shù)量以及各項具體參數(shù)。4.3 機座的設(shè)計攪拌反應(yīng)釜傳動裝置的機座上端與減速機裝配，下端與底座相連。一般來講，機座上還需要有容納聯(lián)軸器、封軸裝置等部件及其安裝所需空間。選用時首先考慮上述要求，然后根據(jù)所選減速機的輸出軸軸徑及安裝定位面的尺寸選配合適的機座。常用機座有JA、JB和JXLD等。JA型為不帶中間支撐的機座，適用于反應(yīng)釜傳來的軸向力不大的情況。在腐蝕評價釜中，滿足上述要求，故此設(shè)計采用JA型機座。機座的結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)減速機軸徑的大小查表得出。4.4 底座的設(shè)計 底座一般焊接在釜體的上封頭上

18、，為了易于保證底座既與減速機座連接又使穿過軸封裝置的攪拌軸運轉(zhuǎn)順利，要求減速機的機座和軸封裝置安裝時有一定的同軸度，一般將兩者的定位安裝面做在同一塊底座上。車削時，應(yīng)在同一裝夾位置上將兩者的定位安裝面車成。 根據(jù)釜內(nèi)物料的腐蝕特性不同，底座材料分為襯里和不襯里兩種，要襯里的則在物料可能接觸的碳鋼表面襯一層不銹鋼。 如圖： 當封頭為橢圓型封頭時，底座要按照封頭曲率加工；當封頭為平板型時，則可以加工成平面。安裝時，先將攪拌軸、減速機座與軸封裝置同底座裝配好放在上封頭，位置找準試運轉(zhuǎn)順利后才將底座焊定位于封頭上，然后卸去整個傳動裝置和軸封裝置，再將底座與封頭焊牢。4.5 聯(lián)軸器軸和軸之間常用聯(lián)軸器進

19、行連接，使之一起回轉(zhuǎn)并傳遞扭矩。聯(lián)軸器可分為固定式和可移式兩種，前者要求被聯(lián)接兩軸嚴格對中和工作時不發(fā)生相對移動，而后者允許兩軸有一定的安裝誤差，并能補償工作時可能產(chǎn)生的相對位移。此設(shè)計中采用凸緣聯(lián)軸器，因其結(jié)構(gòu)簡單、制作方便而又能傳遞較大的扭矩。但缺點是傳遞載荷時不能緩和沖擊和吸收振動，安裝要求較高。如圖：它由兩個帶轂的圓盤組成凸緣，兩個凸緣鍵分別裝在兩軸端，并用幾個螺栓將他們聯(lián)接，主要依靠接觸面的摩擦力來傳遞扭矩。4.6 軸封裝置軸封式攪拌設(shè)備的一個重要組成部分。其任務(wù)是保證攪拌設(shè)備內(nèi)處于一定的正壓和真空狀態(tài)以及防止物料溢出和雜質(zhì)的摻入。鑒于攪拌設(shè)備以立式容器中心頂插式為主，很少滿釜操作，

20、軸封的對象主要為氣體；而且攪拌設(shè)備由于反應(yīng)工況復雜，軸的偏擺震動大，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點，故不是所有形式的軸封都能用于攪拌設(shè)備上。反應(yīng)釜攪拌軸處的密封，屬于動密封，常用的有填料密封和機械密封兩種形式。他們都有標準，設(shè)計時可根據(jù)要求直接選用。這次設(shè)計選用機械軸封。機械軸封是一種功耗小，泄露率低，密封性能可靠，使用壽命長的轉(zhuǎn)軸密封。主要用于腐蝕、易燃、易爆、劇毒及帶有固體顆粒的介質(zhì)中工作的有壓和真空設(shè)備。機械軸封的結(jié)構(gòu)形式很多，且大都有標準。，可根據(jù)標準和需要選擇合適的結(jié)構(gòu)。5 反應(yīng)釜內(nèi)表面的防腐蝕措施 CO2溶解于反應(yīng)釜的高礦化度中性水中會形成碳酸鹽，使水的pH值下降，酸性增加，有利于氫的析出和金

21、屬表面保護膜的溶解破壞。這種碳酸鹽溶液引起的應(yīng)力腐蝕與堿脆和硝脆一樣，都是沿晶的陽極溶解型。本設(shè)計中可以采用在內(nèi)表面做一層防腐蝕鍍層，通過鍍層來將介質(zhì)與主體材料機械隔離，達到防腐蝕的目的，根據(jù)主體材料可以選擇鍍一層1Cr18Ni9Ti材料的不銹鋼，從經(jīng)濟和防腐效果來看是比較合理的。同時可以根據(jù)所使用的介質(zhì)選擇緩蝕劑，前提需要保證所加物質(zhì)不會影響實驗結(jié)果。6 反應(yīng)釜的其他附件6.1 支座夾套反應(yīng)釜多為立式安裝，最常用的支座為耳式支座。標準耳式支座（JB/T 4725-92）分為A型和B型兩種。當設(shè)備需要保溫或直接支撐在樓板上時選用B型，否則選擇A型。在此設(shè)備中則選擇B型。6.2設(shè)備接口化工容器及設(shè)備，往往由于工藝操作等原因，在筒體和封頭上需要開一些各種用途的孔。液體出料管的設(shè)計主要從物料易放盡、阻力小和不易堵塞等原因考慮。另外還要考慮溫差應(yīng)力的影響。7 本設(shè)計的改進和建議 設(shè)計中采用Q235A材料，在本設(shè)計情況下滿足要求，如果換作其他情況的介質(zhì)下使用，可能會對設(shè)備造成較大的腐蝕，或?qū)υ囼灲Y(jié)果造成影響，在對于介質(zhì)腐蝕性較強的介質(zhì)