反應(yīng)釜設(shè)計示例

1、1概述（現(xiàn)狀、應(yīng)用：;工藝配方：;性能指標(biāo)：;主要原料及主要特性參數(shù)：）2生產(chǎn)工藝流程【工藝路線的選擇;工藝流程圖（詳見工藝流程圖）；工藝流程敘述（生產(chǎn)操作過程、各控制參數(shù)、操作時間等）】3生產(chǎn)控制及三廢處理各崗位生產(chǎn)控制（3.1.1各崗位控制條件；3.1.2）三廢處理（3.2.1廢水及廢液；3.2.2廢渣；3.2.3廢氣）4設(shè)備選型原則4.1主要設(shè)備的選型原則（反應(yīng)釜的選型原則、攪拌器的選型原則）4.2輔助設(shè)備選型原則（泵的選型原則、各輔助設(shè)備（具體選型見后面章節(jié)）5物料衡算物料衡算的任務(wù)衡算依據(jù)及收集的數(shù)據(jù)衡算基準(zhǔn)：（日產(chǎn)量，每釜日產(chǎn)能力及釜個數(shù)）反應(yīng)釜每批投料量其它物料（水、汽等等）6釜

2、設(shè)計6.1設(shè)計任務(wù)選擇釜及夾套材料，確定聚合釜和夾套的幾何尺寸，并對聚合釜及夾套進行強度計算。6.2設(shè)計依據(jù)6.3釜幾何尺寸的確定選定罐體高/徑比i= （1.11.3）由估算公式：D二3 4V計算結(jié)果,例如：初步選取公稱直徑為Dg2600的筒體，封頭選取 Dg2600的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。查表得封頭的尺寸如下：曲邊高度m=650mm，直邊高度 h2=50mm23內(nèi)表面積 Fh=7.6545m ，容積 Vh=2.5131m查表得Dg2000的筒體的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：一米高容積 VSBOgm3 ； 一米高內(nèi)表面積 F1=8.17m2則筒體高度計算為：H= （V V 封） /V1= （20-2.5131 ）越

3、.309=3.29 m按材料規(guī)格求整為：H=3.2 m長徑比H/D=320O 2600=1.23,釜的實際體積為:V實際=HV1+V 封=3.2 309+2.5131 =19.50m3釜的實際裝料系數(shù)為：n實際=V 物/V 實際=15.98 49.50=0.82由此可見，聚合釜的尺寸合理。釜設(shè)計最大生產(chǎn)量為：19.50 >0.85=m36.4 夾套幾何尺寸的確定取公稱直徑為 Dg2800 的夾套，夾套封頭也采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，并取與夾與筒體相同的 直徑。查表得 Dg2800 的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的有關(guān)尺寸如下：直邊高度 h2=700mm ； 內(nèi)表面積 Fh=8.8503m2 ； 容積 Vh=3.

4、1198m3 聚合釜筒體部分物料的高度：H 物=(V 物-V 封) Ni= (16-2.5131) 越.309=2.54m液面高度 H 液=H 物+h1+h 2=2540+50+650=3240mm夾套包圍的筒體高度：H包=H物+ =2.54+0.18=2.72m夾套筒體的高度：H夾=H包+50=2720+50=2770mm聚合釜內(nèi)傳熱面積 A=H 包 Fj+Fh=2.72 >.80+7.6545=31.6m 2由化工設(shè)備機械基礎(chǔ)式 4-5 校核：傳熱面積合適。6.5 釜壁厚的計算聚合釜采用0Cr19Ni10與16MnR不銹鋼復(fù)合鋼板制造?？梢?6MnR鋼來進行強度計算。設(shè)計壓力？ 1.

5、1；設(shè)計溫度？ 180聚合釜計算厚度為：S = PcD (2© 門 t Pc)=1.1 >2600/(2>0.85 >1801.1) =9.38mmS n = S +其中C = C1+C2 C1為鋼板負(fù)偏差，取 0.8mm,C2為腐蝕裕度，取1mm,則壁厚附加量C=1.8mmS n=.38+1.8+ =12.5mmS e = SnC=12.5 1.8=10.7mmD0/S e(=Di +2 S)n/S e其中D。為聚合釜外徑，Di為聚合釜內(nèi)徑。則D0/ S e(=2600+12.5 >2) /10.7=245.33計算長度 L=H+h 2+1/3h1 ,其中H

6、為筒體高度，h2為封頭直邊高度，山為封頭曲邊高 度。則L=3293+50+1/3 >650=3559.67mm=3560mmL/D 0=3560/2600=2.27查外壓或軸向受壓圓筒幾何參數(shù)計算圖 ，得到系數(shù) A=0.00018然后查圖外壓圓筒和球殼厚度計算圖(16MnR鋼),A點位于曲線左邊，用公式P=2AEt/3(D0/ S e)在操作溫度下，鋼板 Et=1.86>105 MPaP=2>0.00018>186>109/(3>245.33) =0.1 MPa0.7 MPa所以10 mm厚鋼板不適合。當(dāng) Sn26mm 時，D0/ S e ( 2600+12

7、.5 X2) /26.2=100.19查外壓或軸向受壓圓筒幾何參數(shù)計算圖 ，得到系數(shù) A=0.0005 ，然后查圖外壓圓筒和球 殼厚度計算圖( 16MnR 鋼) B=68MPa則計算許用外壓力 P:P =B/ ( DO/ S e =68/100.19=0.68MPa設(shè)計外壓P=0.7MPa，小于P且比較相近。則所選取的S n=2 mm符合要求。即筒體厚度 S n=26mm封頭厚度取與筒體相同的厚度 26mm6.6 夾套厚度的計算 夾套選用 15MnVR 鋼板制造。夾套計算厚度為：S = Pc Di/(2 : c t_ pc)式中：Pc為計算壓力；取 0.75MPa ; Di為夾套內(nèi)徑；2800

8、mm ; $為焊縫系數(shù)，取 0.85 (雙 面對接焊，局部無損探傷);c t為材料許用應(yīng)力，查表得 180MPa則 S =0.75 2800/ (2X0.85 XI80 0.75) =6.88mm鋼板名義厚度 S= S +C£ 其中C = C什C2 , Ci為鋼板負(fù)偏差，取 0.6mm,C2腐蝕裕度 取2mm,則壁厚附加量C等于2.6mm那么，S=6.88+2.6+ =9.68mm =10mm夾套封頭厚度取與夾套筒體相同的厚度 I0mm6.7 水壓試驗應(yīng)力校核筒體水壓試驗應(yīng)力校核水壓試驗壓力 PT =I.25P=I.25X I.I=I.65MPa水壓試驗時的薄膜應(yīng)力為c T =Pt

9、( Di+ S e) /2 S e考慮到液柱壓力，代入計算時Pt取1.70MPac T =I.70 X (2600+26.2) /2 X 26.2=34.40MPa查表得16MnR的屈服極限c s=325MPa故 0.9 $ c s = 0.9 X 0.85 X 325=248.63MPa > 34.40MPa = c t 則筒體厚度滿足水壓試驗時強度要求。夾套水壓試驗應(yīng)力校核 夾套水壓試驗壓力為PT =I.25P c /c T =I.25X0.75X I80/I80=0.94MPa水壓試驗時的薄膜應(yīng)力為c T = P T ( Di+ S e) /2 S e，考慮到夾套液柱壓力，代入計算

10、時Pt取1.00MPa有效厚度 S e= S n- C = 10- 2.6 = 7.4mm故 cT = I.00X( 2800+7.4) /2X 7.4=I89.69MPa查表得20R的屈服極限 c s=390MPa故 0.9 $ cs=0.9X 0.85X 390=298.35MPa >189.69MPa =cT 所以夾套厚度滿足水壓試驗時強度要求。水壓試驗的順序是先做聚合釜水壓試驗， 試驗合格后再焊上夾套。 然后做夾套水壓試驗。夾套水壓試驗壓力時，聚合釜內(nèi)至少要保持0.3MPa的壓力。釜有關(guān)數(shù)據(jù)查表直徑為2600mm，厚度為26mm的筒體一米高的質(zhì)量為1684 kg,聚合釜封頭質(zhì)量為

11、 1548.6 kgo直徑為2800mm，厚度為10mm的夾套筒體一米高的質(zhì)量為644 kg,夾套封頭質(zhì)量為678.0 k。則聚合釜質(zhì)量 m1=1684X3.291548.6 X2=8637.56k夾套質(zhì)量 m2=644X2.8678.0=2481.2 k聚合釜總質(zhì)量 m = 8637.562481.2 = 11118.76k表 6-1 聚合釜有關(guān)數(shù)據(jù)表項目直 徑(mr)高 度(mm厚 度(mm封頭直徑(mm材 質(zhì)(mm質(zhì)量(k)釜體26003290262600復(fù)合鋼板8637.56夾套2800277010280015MnVR2481.2支座的選型有上面的計算可以知道，聚合釜裝滿物料的時候總重

12、為：m=11118.76+15827.39=26949.15 kg所以支座的型號可以選 B型懸掛式支座：支座B10 JB1165-81.每個支座重32.4 kg7攪拌器的設(shè)計7.1設(shè)計任務(wù)確定攪拌器的型式、幾何尺寸、轉(zhuǎn)速、軸功率以及電動機、減速機的選型。7.2設(shè)計依據(jù)7.3攪拌器型式及轉(zhuǎn)速7.4攪拌器軸功率取D/T=0.5 ，其中D 攪拌器直徑T釜的直徑，則 D=0.5X2600=1300mm液體的平均密度丄=(弓+乍 + 弓+)，(X 1+X2+X 3+=1)代入數(shù)據(jù)得：t = 1.21g/cm3攪拌器的材料，用不銹耐酸鋼有雷諾數(shù) Re=畔=1000 =1.5 xo4查表得：Np=1.8有軸

13、功率公式：P= Np pNd5 式中：P軸功率，kw ;N 攪拌器轉(zhuǎn)速，r/min ;D 葉輪直徑，m; P流 體密度，g/cm3。則 P=1.8X1.21 X03x ( 1.42) 3x ( 1.3) 5=23.1kw7.5釜的傳動裝置聚合釜的攪拌器由傳動裝置來帶動，傳動裝置通常設(shè)置在釜頂封頭的上部。聚合釜傳動裝置的設(shè)計內(nèi)容一般包括：電機、減速機的選型等。7.5.1常見電機及其連接尺寸電機功率必須滿足攪拌器運轉(zhuǎn)功率與傳動系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮到有時在攪拌操作中會出現(xiàn)不利條件造成功率過大。電機功率可按下式計算：Pd= ( P+ P ') /n=(23.1+23.1 3%

14、)/0.95=25.5kwP電機功率，kw; P攪拌軸功率，kw; P 軸封系統(tǒng)的摩擦損失，kw;n轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的機械效率。本工藝選用Y180L-25型三相異步電動機。7.5.2釜用減速機類型、標(biāo)準(zhǔn)及其選用反應(yīng)釜用的立式減速機，主要的類型有諧波減速機、擺線針輪行星減速機、二級齒輪減 速機和V帶傳動減速機。本工藝選用的是 LC系列減速機，型號 LC200A-25電機，額定功 率2.2kw，轉(zhuǎn)速750r/min，攪拌軸轉(zhuǎn)速 150r/min。7.5.3凸緣法蘭選用M型凹面凸法蘭7.5.4安裝底座安裝底座采用螺柱等緊固件，上與機架連接，下與凸緣法蘭連接，是整個攪 拌傳動裝置與容器連接的主要接件。安裝底蓋

15、公稱直徑500m m,機架公稱直徑320 mm。7.5.5機架機架是安放減速機用的，它與減速機底座尺寸應(yīng)匹配。7.6軸封裝置軸封是攪拌設(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)以及防止反應(yīng)物料逸出和雜質(zhì)的的滲入。攪拌軸處的密圭寸屬于動密圭封常用的有填料密圭寸和機械密圭寸兩種。機械密圭寸功耗小，泄露率低，密封性能可靠，使用壽命長。本設(shè)計主要選用的是 202型標(biāo)準(zhǔn)機械密封，其攪拌軸直徑為85mm參考文獻1 上?；ぴO(shè)計院編.化工工藝設(shè)計手冊（上、下冊）（第二版）.化學(xué)工業(yè)出版社，1996.2 湯善甫，朱思明.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)（第二版）.華東理工大學(xué)出版社，2004.3

16、陳聲宗.化工設(shè)計.化學(xué)工業(yè)出版社，2004.4 魏崇光，化學(xué)工業(yè)部屬五院校.化工工程制圖.化學(xué)工業(yè)出版社，1992.5 趙國方.化工工藝設(shè)計概論.原子能出版社，1990. 聶清德.化工設(shè)備設(shè)計.化學(xué)工業(yè)出版社，1989.附錄1重要符號表符號意義SI單位工程單位V釜體積m立方米裝料系數(shù)n釜個數(shù)p密度3Kg/m千克/立方米H高度m米D直徑m米P壓力N/m2千克力/平方米許用應(yīng)力N/m2千克力/平方米a T水壓試驗筒體壓力N/m"千克力/平方米a S屈服極限2N/m千克力/平方米g粘度2N S/m千克力秒/平方米T筒徑m米P功率J/S瓦特入導(dǎo)熱系數(shù)J/(m S °C)NRe雷諾數(shù)NPr普蘭特準(zhǔn)數(shù)Cp比熱KJ / (Kg°C)千卡/千克力CCs物料比熱KJ / (Kg°C)千卡/千克力CC-水的比熱KJ / (Kg°C)千卡/千克力C t m平均溫度差CCm質(zhì)量Kg千克Q熱量KJ千卡q傳熱速率KJ/s千卡/秒附錄2設(shè)備一覽表序號設(shè)備名稱位號規(guī)格型號容積（m）材質(zhì)