三氯化磷氯化釜的設(shè)計

1、三氯化磷氯化釜的設(shè)計姓名：彭媛媛學(xué)號：2014221106200135指導(dǎo)老師：王治國前言 帶攪拌的夾套反應(yīng)釜是化學(xué)、醫(yī)藥及食品等工業(yè)中常用的典型反應(yīng)設(shè)備之一。它是一種在一定壓力和溫度下，借助攪拌器將一定容積的兩種（或多種）液體以及液體與固體或氣體物料混勻，促進(jìn)其反應(yīng)的設(shè)備。一臺帶攪拌的夾套反應(yīng)釜。它主要由攪拌容器、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管和一些附件組成。攪拌容器分罐體和夾套兩部分，主要由封頭和筒體組成，多為中、低壓壓力容器；攪拌裝置由攪拌器和攪拌軸組成，其形式通常由工藝設(shè)計而定；傳動裝置是為帶動攪拌裝置設(shè)置的，主要由電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器和傳動軸等組成；封頭裝置為動密

2、封；它們與支座、人孔、工藝接管等附件一起，構(gòu)成完整的夾套反應(yīng)釜。 磷化工業(yè)是70年代以來迅速發(fā)展起來的新興化工產(chǎn)業(yè)，以三氯化磷為原材料的的磷系列產(chǎn)品成為我國農(nóng)藥開發(fā)和生產(chǎn)的主導(dǎo)工業(yè)，據(jù)統(tǒng)計，我國磷化合物農(nóng)藥的總產(chǎn)量分別占我國當(dāng)年化學(xué)農(nóng)藥總產(chǎn)量的65.5%和73.7%。由于有機(jī)磷農(nóng)藥具有高效低毒及廣譜性等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都比較明顯，深受廣大農(nóng)民歡迎，其中以三氯化磷為原料的有機(jī)磷化物農(nóng)藥就站42種之多，如甲胺磷，敵敵畏和敵百蟲等，由此可見，三氯化磷是合成有機(jī)磷化物農(nóng)藥的重要原材料，優(yōu)化三氯化磷的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出合格的三氯化磷具有重要意義。夾套反應(yīng)釜設(shè)計任務(wù)書簡圖與說明比例設(shè)計參數(shù)及要求容器

3、內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力/MPa0.30.4設(shè)計壓力/Mpa0.60.7工作溫度/8585設(shè)計溫度/100100介質(zhì)三氯化磷，磷混液和氯氣循環(huán)水全容積/m31.83操作容積/m31.1傳熱容積/m34.5腐蝕情況中度腐蝕推薦材料Q235-B攪拌器形式框式攪拌軸轉(zhuǎn)速/r/min960軸功率/Kw4夾套反應(yīng)釜各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定和設(shè)計計算罐體幾何尺寸的計算確定筒體內(nèi)徑由工藝條件給出的條件有：全容積V=1.83m3，操作面積V1=1.1m3，傳熱面積F=4.5，常用的釜體形式為圓筒形，常用的封頭形式為橢圓形一般由工藝條件給定容積V、筒體內(nèi)徑D1按式1估算：m 式1式中V工藝條件給定容積，m3; i長徑比，對

4、氣-液相類型選取i=1.4（見表1）將D1估算值圓整到公稱直徑系列，參考文獻(xiàn)二附表D-1，取D1=1200m。表1種 類設(shè)備內(nèi)物料類型I一般攪拌釜液-固相或液-液相物料11.3氣-液相物料12發(fā)酵罐類1.72.5查文獻(xiàn)二附表D-1可知，當(dāng)D1=1200m時，反應(yīng)釜一米高的容積V1m=1.131m3,罐體一米高內(nèi)表面積F1m=3.77，釜體封頭容積V1封=0.2545m3，罐體封頭表面積F1封=1.6552，橢圓封頭總深度H=325mm，直邊高度h1=25mm2.2.3確定筒體高度H1反應(yīng)釜容積V通常按下封頭和筒體兩部分容積之和計算。則筒體高度H1按下式計算并進(jìn)行圓整。 式2式中V1封封頭容積（

5、見文獻(xiàn)二附表D-2），m3；V1m1米高筒體容積（見文獻(xiàn)二附表D-1），m2。當(dāng)筒體高度確定后，應(yīng)按圓整后的筒體高度修正實(shí)際容積，則圓整后的釜體高度H1=1400mm。罐體的實(shí)際容積 式32.3夾套的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。夾套的內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1選取D2=D1+100=1300mm（見表2） 表2夾套直徑D2 mmD1500600700180020003000D2D1+50D1+100D1+200夾套下封頭型式同罐體封頭，其直徑D2與夾套筒體相同。夾套高H2由傳熱面積決定，不能低于料液高。由于物料在反應(yīng)過程中產(chǎn)生泡

6、沫，呈沸騰狀態(tài)，取裝料系數(shù)取0.6。夾套高H2按下式估算： 式4夾套所包圍的罐體的表面積（筒體表面積F筒+封頭表面積F封）一定要大于工藝要求的傳熱面積F，即 式5式中F筒筒體表面積，F(xiàn)筒=H2×F1m=0.8×3.77=3.016F封封頭表面積（見附表2），F(xiàn)封=1.6552F1m1m高內(nèi)表面積（見附表1），/m，F(xiàn)=F封+F筒=3.016+1.6552=4.67124.5滿足要求。當(dāng)筒體與上封頭用法蘭連接時，常采用甲型平焊法蘭連接，這是壓力容器法蘭中的一種，甲型平焊法蘭密封面結(jié)構(gòu)常用平密封面和凹凸密封面兩種。2.4夾套反應(yīng)釜的強(qiáng)度計算2.4.1強(qiáng)度計算的原則及依據(jù)強(qiáng)度計算

7、應(yīng)考慮以下幾種情況。（1） 圓筒內(nèi)為常壓外帶夾套時：當(dāng)圓筒的公稱直徑DN600時，被夾套包圍部分的筒體按外壓（指夾套壓力）圓筒設(shè)計，其余部分按常壓設(shè)計；（2） 圓筒內(nèi)為真空外帶夾套時：當(dāng)圓筒的公稱直徑DN600時，被夾套包圍部分的筒體按外壓（指夾套壓力+0.1MPa）圓筒設(shè)計，其余部分按真空設(shè)計；當(dāng)圓筒的公稱直徑DN600時，全部筒體按外壓（指夾套壓力+0.1MPa）圓筒設(shè)計；（3） 圓筒內(nèi)為正壓外帶夾套時：當(dāng)圓筒體的公稱直徑DN600時，被夾套包圍部分的筒體分別按內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒計算，取其中較大值；其余部分按內(nèi)壓圓筒設(shè)計。當(dāng)圓筒的公稱直徑DN600時，全部筒體按內(nèi)壓圓筒和外壓圓筒計算，取其

8、中最大值。2.4.2按內(nèi)壓對筒體和封頭進(jìn)行強(qiáng)度計算由工藝條件給定罐體內(nèi)設(shè)計壓力p1=0.6MPa，夾套內(nèi)設(shè)計壓力p2=0.7MPa，罐體內(nèi)設(shè)計溫度t1=100,夾套內(nèi)設(shè)計溫度t2=100，由于夾套內(nèi)的介質(zhì)是冷卻水，對材料只有輕微腐蝕，故推薦使用的設(shè)備材料為Q235-B，根據(jù)文獻(xiàn)一表9-4或9-5選取得Q235-B在設(shè)計溫度為100時的許用應(yīng)力=113MPa，從安全上考慮，夾套上所有焊縫均取焊縫系數(shù)=0.85，取壁厚附加量中的鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.6mm,單面腐蝕取腐蝕裕量C2=1mm。液柱靜壓力p1H=10-6gh=10-6×9.8×1000× 1.4= 0.0

9、137 MPa計算壓力p1c=p1+p1h=0.3+0.0147=0.6137MPa計算壓力p2c=p2=0.7罐體筒體計算厚度夾套筒體計算厚罐體封頭計算厚度夾套封頭計算厚度厚度附加量C=C1+C2=0.6+1.0=1.6最小厚度min需滿足：min-1>C1, min-1>C1, min-2>C1, min-2>C1，故取min=6罐體筒體設(shè)計厚度1d=+C2=6+1=7mm夾套筒體設(shè)計厚度2d=+C2=6+1=7mm罐體封頭設(shè)計厚度/1d=+C2=6+1=7mm夾套封頭設(shè)計厚度/2d=+C2=6+1=7mm罐體筒體名義厚度1n=1d=7mm夾套筒體名義厚度/1n=/

10、1d=7mm罐體筒體名義厚度2n=2d=7mm罐體筒體名義厚度/2n=/2d=7mm2.4.3按外壓對筒體和封頭進(jìn)行強(qiáng)度校核罐體筒體有效厚度1e=1n-C=7-1.6=5.4mm罐體筒體外徑D1O=D1+21n=1200+2×7=1214mm筒體計算長度L=H2+1/3（H-h）=800+1/3×（325-25）=900mm系數(shù)L/D1O=900/1214=0.741系數(shù)D1O/1e=1214/5.4=224.8根據(jù)這兩個系數(shù)查考文獻(xiàn)一第十一章圖11-5得系數(shù)A0.00055，再根據(jù)系數(shù)A和反應(yīng)釜設(shè)計溫度查考文獻(xiàn)一第十一章圖11-8得系數(shù)B78MPa許用外壓力0.7MPa，

11、故需重新假設(shè)罐體筒體名義厚度罐體筒體有效厚度1e=1n-C=12-1.8=10.2mm罐體筒體外徑D1O=D1+21n=1200+2×12=1224mm筒體計算長度L=H2+1/3（H-h）=1100+1/3×（325-25）=900mm系數(shù)L/D1O=900/1224=0.735系數(shù)D1O/1e=1224/10.2=120根據(jù)這兩個系數(shù)查考文獻(xiàn)一第十一章圖11-5得系數(shù)A0.0015，再根據(jù)系數(shù)A和反應(yīng)釜設(shè)計溫度查考文獻(xiàn)一第十一章圖11-8得系數(shù)B130MPa許用外壓力0.7MPa，故罐體筒體名義厚度確定為1n=12mm罐體封頭有效厚度/1e=/1n-C=12-1.8=1

12、0.2mm罐體封頭外徑D/1O=D/1+2/1n=1200+2×12=1224mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭當(dāng)量球殼外半徑R/1O=0.9D/1O=0.9×1224=1101.6mm系數(shù)根據(jù)系數(shù)A和反應(yīng)釜設(shè)計溫度查考文獻(xiàn)一第十一章圖11-8得系數(shù)B120MPa許用外壓力0.7MPa，故罐體封頭名義厚度確定為/1n=12mm罐體封頭最小厚度min=0.15%D1=0.15%×1200=1.81e成立，滿足要求2.4.4水壓實(shí)驗校核計算由文獻(xiàn)一可知當(dāng)設(shè)計溫度<200時，已知材料的屈服點(diǎn)應(yīng)力s值為235MPa，t0.9s，故t=179.8MPa罐體實(shí)驗壓力夾套水壓實(shí)驗壓力罐體圓

13、筒應(yīng)力<179.8MPa成立夾套內(nèi)壓實(shí)驗應(yīng)力<179.8MPa成立計算參數(shù)一覽表確定幾何尺寸步驟項目及代號參數(shù)及結(jié)果備 注1-11-21-31-41-51-61-71-81-91-101-111-121-131-141-151-161-171-181-191-20全容積V，m3操作面積V1,m3傳熱面積F,釜體形式封頭形式長徑比初算筒體內(nèi)徑,m圓整筒體內(nèi)徑D1,一米高的容積V1m,m3釜體封頭容積V1封,m3釜體高度H1=(VV1封)/V1m,m圓整釜體高度H1,mm實(shí)際容積V=V1m×H1+V1封,m3夾套筒體內(nèi)徑D2,mm裝料系數(shù)=V操/V或按=0.60.85選取夾套

14、筒體高度H2(VV1封)/V1m,m圓整夾套筒體高度H2,mm罐體封頭表面積F1封,m2一米高筒體內(nèi)表面積F1m,m2實(shí)際總傳熱面積F=F1m×H2+F1封，m21.831.14.5圓筒形橢圓形1.41.18512001.1310.2545 1.393 14001.837913000.60.7468001.65523.774.6712>4.5由工藝條件決定由工藝條件決定由工藝條件決定常用結(jié)構(gòu)常用結(jié)構(gòu)按表1選取按式1選取按附表1選取按附表1選取按附表2選取按式2計算選取按式3計算按表2選取計算或選取按式4計算選取按附表2選取按附表1選取按式5校核強(qiáng)度計算(按內(nèi)壓計算罐體及夾套厚度

15、)步驟項目及代號參數(shù)及結(jié)果備 注2-12-22-32-42-52-62-72-82-92-102-112-122-132-142-152-162-172-182-192-202-212-222-232-242-252-262-27設(shè)備材料設(shè)計壓力（罐體內(nèi)）p1,MPa設(shè)計壓力（夾套內(nèi)）p2,MPa設(shè)計溫度（罐體內(nèi)）t1,設(shè)計溫度（夾套內(nèi)）t2,液柱靜壓力p1H=10-6gh,MPa計算壓力p1c=p1+p1h,MPa液柱靜壓力p2H,MPa計算壓力p2c=p2罐體及夾套焊接接頭系數(shù)設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力t,MPa罐體筒體計算厚度,mm夾套筒體計算厚,mm罐體封頭計算厚度',mm夾套封頭

16、計算厚度',mm鋼板厚度負(fù)偏差C1,mm腐蝕裕量C2,mm厚度附加量C=C1+C2取最小厚度min作為計算厚度,mm罐體筒體設(shè)計厚度1d=+C,mm夾套筒體設(shè)計厚度2d=+C,mm罐體封頭設(shè)計厚度'1d=+C,mm夾套封頭設(shè)計厚度'2d=+C,mm罐體筒體名義厚度1n=1d,mm夾套筒體名義厚度2n,mm罐體封頭名義厚度'1n,mm夾套封頭名義厚度'2n,mmQ235-B0.60.71001000.01370.613700.70.851133.8464.7543.8404.7460.61.01.6677777777據(jù)工藝條件或腐蝕情況確定由工藝條件給定由

17、工藝條件給定由工藝條件給定由工藝條件給定按參考文獻(xiàn)1第八章計算計算忽略計算那參考文獻(xiàn)1表9-6選取按參考文獻(xiàn)1表9-4或9-5選取按參考文獻(xiàn)1第九章計算按參考文獻(xiàn)1第九章計算按參考文獻(xiàn)1第十章計算按參考文獻(xiàn)1第十章計算按鋼板厚度7mm選取按單面腐蝕計算選取按參考文獻(xiàn)1第九章計算按參考文獻(xiàn)1第九章計算按參考文獻(xiàn)1第十章計算按參考文獻(xiàn)1第十章計算圓整選取圓整選取圓整選取圓整選取穩(wěn)定性校核(按外壓校核罐體厚度)序號項目及代號參數(shù)及結(jié)果備注3-13-23-33-43-53-63-73-83-93-103-113-123-133-143-153-163-173-183-193-203-213-223-2

18、33-243-253-263-27-283-29罐體筒體名義厚度1n,mm厚度附加量C=C1+C2罐體筒體有效厚度1e=1n-C,mm罐體筒體外徑DO=D1+21n,mm筒體計算長度L=H2+1/3h1,mm系數(shù)L/D1O系數(shù)DO/1e系數(shù)A系數(shù)B許用外壓力罐體筒體名義厚度1n,mm厚度附加量C=C1+C2罐體筒體有效厚度1e=1n-C,mm罐體筒體外徑D1O=D1+21n,mm筒體計算長度L=H2+1/3h1,mm系數(shù)L/D1O系數(shù)D1O/1e系數(shù)A系數(shù)B許用外壓力封頭名義厚度/1n,mm厚度附加量C=C1+C2罐體封頭有效厚度/1e=/1n-C,mm罐體封頭外徑D/1O=D/1+2/1n,

19、mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭當(dāng)量球殼外半徑R/1O=0.9D/1O,mm系數(shù)系數(shù)B許用外壓力罐體封頭名義厚度/1n,mm71.65.412149000.741224.80.00081100.49<0.7121.810.212249000.7351200.0021401.17>0.7121.810.212241101.60.0011201.11.8假設(shè)按參考文獻(xiàn)1表9-10選取按參考文獻(xiàn)1第十一章計算按參考文獻(xiàn)1第十一章計算按參考文獻(xiàn)1第十一章計算按參考文獻(xiàn)1第十一章計算按參考文獻(xiàn)1第十一章計算查參考文獻(xiàn)1圖11-5查參考文獻(xiàn)1圖11-8按參考文獻(xiàn)1第十一章計算，失穩(wěn)，重設(shè)名義厚度假設(shè)按參考文獻(xiàn)

20、1表9-10選取按參考文獻(xiàn)1第十一章計算按參考文獻(xiàn)1第十一章計算按參考文獻(xiàn)1第十一章計算按參考文獻(xiàn)1第十一章計算按參考文獻(xiàn)1第十一章計算查參考文獻(xiàn)1圖11-5查參考文獻(xiàn)1圖11-8按參考文獻(xiàn)1第十一章計算，滿足要求假設(shè)按參考文獻(xiàn)1第九章計算按參考文獻(xiàn)1第九章計算按參考文獻(xiàn)1第十一章計算按參考文獻(xiàn)1第十一章計算按參考文獻(xiàn)1第十一章計算查參考文獻(xiàn)1圖11-8選取按參考文獻(xiàn)1第十一章計算穩(wěn)定確定水壓實(shí)驗校核序號項目及代號參數(shù)及結(jié)果備注4-14-24-34-44-54-6罐體實(shí)驗壓力夾套水壓實(shí)驗壓力材料屈服點(diǎn)應(yīng)力S,MPaT0.9S,MPa罐體圓筒應(yīng)力夾套內(nèi)壓實(shí)驗應(yīng)力0.750.88235179.844.49<179.856.2<179.8按參考文獻(xiàn)1第九章計算按參考文獻(xiàn)1第九章計算按參考文獻(xiàn)1第九章計算按參考文獻(xiàn)1第九章計算按參考文獻(xiàn)1第九章計算按參考文獻(xiàn)1第九章計算表14V帶輪的設(shè)計計算內(nèi)容和