畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13.5立方米閉式反應(yīng)釜設(shè)計(jì)

1、長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要本論文先介紹了反應(yīng)釜的概況，反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)背景及目的，反應(yīng)釜國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，然后簡(jiǎn)要地說明了設(shè)計(jì)方法、理論依據(jù)及設(shè)計(jì)思路。論文在計(jì)算方面主要介紹了工藝計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算。工藝計(jì)算主要有以一釜的全年產(chǎn)量為基準(zhǔn)的物料衡算，由給定參數(shù)進(jìn)行的熱量衡算，實(shí)際傳熱面積的計(jì)算及校核。強(qiáng)度計(jì)算主要包括由給定工藝參數(shù)進(jìn)行的筒體和夾套的力學(xué)分析，反應(yīng)釜液壓試驗(yàn)校核，支座、人孔、視鏡的選擇及強(qiáng)度校核，攪拌裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算及攪拌器的選型和攪拌軸長度的確定。本文最后進(jìn)行了反應(yīng)釜的優(yōu)缺點(diǎn)分析及改進(jìn)方面分析，指出了反應(yīng)釜設(shè)計(jì)中需要改進(jìn)和優(yōu)化的一些方面。關(guān)鍵詞：壓力容器 反應(yīng)釜 攪拌設(shè)備 氯乙烯abst

2、ractthis study first introduces the general reaction kettle, the reaction kettle design background and purpose, the reaction kettle of domestic and foreign development situation, and then explain briefly the design method, the theoretic basis and design ideas.in the aspect of calculation it introduc

3、es the technical calculation and strength calculation. process calculation with a kettle are mainly for the annual output of material balance calculate, the benchmark by a given parameters, calculation of heat transfer area actual calculation and checking.strength calculation by a given process para

4、meters include the mechanical analysis of the cylinder and clip , the respective reaction kettle hydraulic test , the choice and strength check of bearing, manhole and lens , mixing device design calculation and blender selection and determination of stirring shaft length.finally, the study mainly d

5、iscusses the advantages and disadvantages of the analysis and the reaction kettle improvements in analysis, and it points out the reaction kettle design needs to be improved and optimized in some aspects.keywords: pressure vessel reaction kettle mixing equipment vinyl chloride目錄摘要iabstractii第1章 緒論11

6、.1 反應(yīng)釜設(shè)計(jì)背景及目的11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 設(shè)計(jì)方法11.4 設(shè)計(jì)的基本要求21.5 設(shè)計(jì)計(jì)算思路2第2章 工藝計(jì)算42.1 工藝條件42.1.1 已知參數(shù)42.1.2 原始數(shù)據(jù)42.2 罐體設(shè)計(jì)52.2.1 攪拌罐選型52.2.2 反應(yīng)釜筒體結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算52.2.3 裝料系數(shù)的校核62.2.4 夾套形式與材料62.3 物料衡算72.4 熱量衡算72.4.1 熱水量的計(jì)算82.4.2 冷卻水用量102.4.3 所需傳熱面積112.5 釜體內(nèi)冷管的計(jì)算11第3章 反應(yīng)釜強(qiáng)度計(jì)算123.1內(nèi)筒及夾套的力學(xué)分析123.1.1 工藝條件123.1.2 筒體及夾套的厚度計(jì)算123.1.3

7、 反應(yīng)釜的穩(wěn)定校核153.2 夾套螺旋導(dǎo)流板的間距確定：173.2.1 夾套與筒體的間隙173.2.2 螺旋導(dǎo)流板間距b173.3 反應(yīng)釜的液壓試驗(yàn)校核173.3.1 計(jì)算罐體液壓試驗(yàn)壓力183.3.2 計(jì)算夾套液壓試驗(yàn)壓力183.3.3 確定罐體和夾套在試驗(yàn)壓力下的最大應(yīng)力183.3.4 計(jì)算罐體筒體的應(yīng)力183.3.5 計(jì)算夾套筒體的應(yīng)力183.4 選擇反應(yīng)釜支座型式并進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算193.4.1 反應(yīng)釜支座型式的選擇193.5 選擇反應(yīng)釜的人孔及各接管形式并進(jìn)行校核計(jì)算203.5.1 人孔、視鏡形式的選擇203.5.2 選擇接管、管法蘭213.5.3 人孔及各接管的開口補(bǔ)強(qiáng)校核223.

8、6 反應(yīng)釜攪拌裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算253.6.1 反應(yīng)釜攪拌器形式的設(shè)計(jì)253.6.2 反應(yīng)釜攪拌器尺寸的確定263.6.3 反應(yīng)釜攪拌器攪拌功率的計(jì)算263.7 反應(yīng)釜攪拌軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核283.7.1 工藝條件283.7.2 攪拌軸的結(jié)構(gòu)尺寸及材料選取283.7.3 計(jì)算攪拌軸的扭矩283.7.4 計(jì)算攪拌軸的最小直徑283.7.5 攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)303.7.6 釜內(nèi)聯(lián)軸器的選擇303.7.7 攪拌軸和傳動(dòng)軸長度的設(shè)計(jì)313.8 電動(dòng)機(jī)的選型323.9 減速機(jī)型號(hào)的選擇323.10 機(jī)架結(jié)構(gòu)的選型333.11 軸封裝置的選型34第4章 反應(yīng)釜的優(yōu)缺點(diǎn)分析及待改進(jìn)方面分析364.1 優(yōu)點(diǎn)分析3

9、64.2 缺點(diǎn)分析364.3 待改進(jìn)方面分析37總結(jié)38參考文獻(xiàn)39致謝40iv長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論1.1 反應(yīng)釜設(shè)計(jì)背景及目的在大部分有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，由于反應(yīng)物本身的理化特性，使得許多化學(xué)反應(yīng)在進(jìn)行工業(yè)化，進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的過程中都存在著反應(yīng)時(shí)間長，反應(yīng)效率低的缺陷。甚至有些反應(yīng)物或產(chǎn)物都是對(duì)人類有毒有害物質(zhì)。同時(shí)也由于許多化學(xué)反應(yīng)在進(jìn)行反應(yīng)時(shí)所要求的苛刻的外部條件，如：高溫、高壓、緩慢加入、攪拌、保溫、散熱等等各種條件，使得許多有機(jī)化學(xué)反應(yīng)不僅存在著生產(chǎn)效率低、周期長、浪費(fèi)嚴(yán)重、污染環(huán)境的不利結(jié)果，而且工人在操作的過程中也存在著種種不安全的危險(xiǎn)隱患，如：爆炸、泄露中毒等。因此一

10、種高效、方便、安全、無污染的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備的出現(xiàn)就現(xiàn)得尤為重要，它將會(huì)使化工工業(yè)的有效利用率及安全系數(shù)大大提高，不僅會(huì)對(duì)化工企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，更會(huì)給社會(huì)和人類提供各多和諧、舒適的生活和工作環(huán)境。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我所設(shè)計(jì)的自吸式內(nèi)循環(huán)氣液壓力反應(yīng)釜正是針對(duì)上述要求而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。自吸式內(nèi)循環(huán)氣液壓力反應(yīng)釜主要是針對(duì)那些氣相和液相反應(yīng)物之間進(jìn)行緩慢并需要一定的壓力的反應(yīng)的設(shè)備，其核心在于反應(yīng)釜攪拌器的特殊功用。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀反應(yīng)釜是指含鉻大于12%的鋼種。反應(yīng)釜自1912年發(fā)明以來取得迅猛發(fā)展，至今全球仍以每年35%的速度遞增。全世界反應(yīng)釜的消費(fèi)總量達(dá)3500萬。我國正處于反應(yīng)釜生產(chǎn)和

11、消費(fèi)應(yīng)用的高速增長期，已廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工、食品、釀酒、制藥、家電、水電、機(jī)械、建筑、市政和各種民用器具中。1990年我國反應(yīng)釜消費(fèi)量為26萬噸，1999年為153萬噸，2000年為173萬噸，2001年為225萬噸，2004年反應(yīng)釜消費(fèi)量達(dá)到447萬噸左右，居全世界第一位，預(yù)計(jì)2006年反應(yīng)釜消費(fèi)量將達(dá)到600萬噸以上，其中鉻鎳奧氏體反應(yīng)釜的消費(fèi)量占反應(yīng)釜總消費(fèi)量的75%80%。國外反應(yīng)釜的工業(yè)化生產(chǎn)始于二十年代初期，隨后出現(xiàn)相應(yīng)的反應(yīng)釜焊條，成熟的反應(yīng)釜焊條產(chǎn)品出現(xiàn)于1965年左右，以歐洲國家為代表，尤其是西歐的瑞典，人口僅800萬左右，且集中產(chǎn)生了esab、avesta和sand

12、vik等世界級(jí)的反應(yīng)釜焊材企業(yè)，其中avesta的野牛牌反應(yīng)釜焊條更是世界反應(yīng)釜焊條的典范。日本、臺(tái)灣及有南亞國家的反應(yīng)釜焊條其技術(shù)根基在歐洲。1.3 設(shè)計(jì)方法本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法為：查閱有關(guān)化工設(shè)備方面的書籍，研究一般帶攪拌器反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)思路與方法。將反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出來，然后再根據(jù)反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)攪拌器進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)結(jié)合國內(nèi)外自吸式攪拌器的設(shè)計(jì)成果，研究一個(gè)性能更好的新型自吸式攪拌器。最后根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)尺寸確定所需要的配套設(shè)備。并分析其優(yōu)越之處和缺陷的地方，進(jìn)一步提出改進(jìn)方案。1.4 設(shè)計(jì)的基本要求做本設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到以下要求：1 樹立正確的設(shè)計(jì)思想能夠結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際綜合地考慮先進(jìn)、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠

13、和實(shí)用等方面的要求，嚴(yán)肅認(rèn)真地進(jìn)行設(shè)計(jì)。2 具有積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度在課程設(shè)計(jì)中遇到的問題，要隨時(shí)查閱有關(guān)教科書或文獻(xiàn)，通過積極思考，提出個(gè)人見解盡可能自己解決，不要太多地依靠指導(dǎo)老師幫助解決問題。3 正確處理好幾個(gè)關(guān)系 繼承和發(fā)展的關(guān)系強(qiáng)調(diào)獨(dú)立思考，并不等于設(shè)計(jì)者憑空假想，不依靠設(shè)計(jì)資料和繼承前人經(jīng)驗(yàn)，這樣是得不出高質(zhì)量設(shè)計(jì)的。對(duì)于初學(xué)設(shè)計(jì)的人來說，學(xué)會(huì)收集、理解、熟悉和使用各種資料，正是培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力的重要方面。因此正確處理好繼承和發(fā)展條件下的抄、搬、套問題，正是設(shè)計(jì)能力強(qiáng)的重要表現(xiàn)。正確使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化工設(shè)備設(shè)計(jì)非常強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。但是并不是限制設(shè)計(jì)的創(chuàng)造和發(fā)展，因此遇到與設(shè)計(jì)要求有矛盾時(shí)，經(jīng)過

14、必要的手續(xù)可以放棄標(biāo)準(zhǔn)而服從設(shè)計(jì)要求。但非標(biāo)準(zhǔn)件中的參數(shù)，一般仍宜按標(biāo)準(zhǔn)選用。學(xué)會(huì)統(tǒng)籌兼顧、抓主要矛盾計(jì)算結(jié)果要服從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求：對(duì)初學(xué)設(shè)計(jì)者，最易把設(shè)計(jì)片面劃解為就是理論上的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等計(jì)算，認(rèn)為這些計(jì)算結(jié)果不可更改，實(shí)際上，對(duì)一個(gè)合理的設(shè)計(jì)，這些計(jì)算結(jié)果只對(duì)零件尺寸提供某一個(gè)方面的依據(jù)。而部件實(shí)用尺寸一定要符合結(jié)構(gòu)等方面的要求。按幾何等式關(guān)系計(jì)算而得的尺寸，一般不能隨意圓整變動(dòng)；按經(jīng)驗(yàn)公式得來的尺寸一般應(yīng)圓整使用。處理好計(jì)算與繪圖的關(guān)系：設(shè)計(jì)中要求算、畫、選、 改同時(shí)進(jìn)行，但零件的尺寸以最后圖樣確定的為準(zhǔn)。對(duì)尺寸作出修改后，有時(shí)并不一定要求再對(duì)零件強(qiáng)度等進(jìn)行計(jì)算，可以據(jù)修改幅度、

15、計(jì)算準(zhǔn)確程度等來判斷是否有必要再行計(jì)算。1.5 設(shè)計(jì)計(jì)算思路本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)計(jì)算思路是首先根據(jù)設(shè)計(jì)條件對(duì)反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，其次根據(jù)反應(yīng)釜的幾何結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)攪拌裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后后根據(jù)前面的設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)反應(yīng)釜的傳動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)與選型，最后對(duì)反應(yīng)釜的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析并提出改進(jìn)方案。設(shè)計(jì)的內(nèi)容和過程為：1、反應(yīng)釜釜體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算；2、反應(yīng)釜攪拌裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算；3、反應(yīng)釜攪拌設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與選型；4、反應(yīng)釜的優(yōu)缺點(diǎn)分析及改進(jìn)方面分析第2章 工藝計(jì)算2.1 工藝條件2.1.1 已知參數(shù)序號(hào)名稱： 指標(biāo)釜內(nèi)夾套 設(shè)計(jì)壓力： 釜內(nèi) 1.4mpa 夾套 0.4mpa 設(shè)計(jì)溫度： 釜內(nèi) 140 夾套 90

16、物料： vc等 水等 公稱容積： 13.5 m3 攪拌轉(zhuǎn)速： 134.5rpm 電機(jī)功率： 22 kw 2.1.2 原始數(shù)據(jù)產(chǎn)品型號(hào)：sg-4 型緊密型樹脂 反應(yīng)壓力： 0.75mpa反應(yīng)溫度： 51 0.5 設(shè)計(jì)壓力： 1.4mpa 水油比： 1.2 1 引發(fā)劑用量： 0.12 %分散劑用量： 0.12 % 聚合時(shí)間： 11h 輔助時(shí)間： 3h 全年工作時(shí)間： 300 天 單位 vc 純度： 99.9 %聚合率： 90 % 收率： 98 % 釜的裝料的系數(shù)： =0.9熱負(fù)荷系數(shù)： r=2 熱水進(jìn)口溫度： 90 熱水的出口溫度： 80 進(jìn)料溫度： 20 冷卻水進(jìn)口溫度：28 冷卻水出口溫度：3

17、2 聚合熱：1537.2kj/kg 水垢及釜物厚度vc=0.1 mm 水=0.3 mmpvc 平均粒度：0.2 mm攪拌熱：q攪=20 n攪拌熱n攪拌軸=n 攪拌功率粘度按具體計(jì)算條件而定 傳熱系數(shù)：k夾=2100kj/ m2 h k管=2940kj/ m2h , 加熱時(shí)間：1小時(shí) 安全閥開啟壓力：1.25mpa 夾套壓力：0.4mpa 放料時(shí)間：半小時(shí) 加料時(shí)間：20 分鐘懸浮夜重度：冷攪（20 ）r=956kg/m3 =0.729cp51 轉(zhuǎn)化率80%：r=1088 kg/m3 =0.507cp51 轉(zhuǎn)化率90%：r=1113 kg/m3 =0.468cp51 pvc比熱：c=1596kj

18、/kg. r=849kg/m3pvcr=1400kg/m32.2 罐體設(shè)計(jì)2.2.1 攪拌罐選型罐底的結(jié)構(gòu)形狀：橢圓形頂蓋的結(jié)構(gòu)形狀：橢圓形換熱器形式：整體夾套2.2.2 反應(yīng)釜筒體結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算操作容積: vg=13.5m3查閱文獻(xiàn)1取裝量系數(shù): =0.8因vg=v(2-1)則反應(yīng)釜容積為:v=13.5/0.8=16.875查表2-1，一般攪拌罐，氣液相物料，的取值12表2-1 幾種攪拌器的長徑比值1種類設(shè)備內(nèi)物料類型一般攪拌器液-固相或液-液相物料11.3氣-液相物料12發(fā)酵罐類1.72.5初步取反應(yīng)釜筒體長徑比為：=1.3(2-2)所以d=2547圓整到公稱直徑d=2500選用橢圓形封頭（

19、如圖2.1），由文獻(xiàn)2得出相關(guān)數(shù)據(jù)：容積為vh =2.242，公稱直徑dn=2500，曲面高度=625，直邊高度=40，一米筒體體積v1=4dn2=4.909m3/m圖 2-1 橢圓形封頭示意圖(2-3)所以h(16.875-2.242)/(/4) =2.98m，圓整后h=3000mm。當(dāng)筒體高度確定后，應(yīng)按下式用圓整后的筒體高度修正實(shí)際容積。v=v1h1+vh=16.969m32.2.3 裝料系數(shù)的校核已知本釜的裝料系數(shù)=0.8，實(shí)際的裝料系數(shù)：=vg/=13.5/16.969=0.796，所以釜體高h(yuǎn)和直徑di選擇較合理。2.2.4 夾套形式與材料(1)夾套形式與尺寸夾套的內(nèi)徑由筒體內(nèi)徑根

20、據(jù)表2-2確定。則可知：=2500+200=2700mm夾套下封頭型式同罐體封頭其直徑d2與夾套筒相同。表2-2 夾套直徑mm350060070018002000300050100200夾套高度：h(2-4) =13.5-2.242/(/4) =2293圓整反應(yīng)釜夾套筒體高度由于2293mm，故將圓整為=2300mm2.3 物料衡算以一釜的全年產(chǎn)量為基準(zhǔn)：20 進(jìn)料時(shí)：設(shè)加入vc單體量為x，則水量為 1.2x引發(fā)劑為0.12x ，分散劑為0.12x ，有效容積vg=30m3冷攪時(shí)20，懸浮液比重為956kg/m2（已知）所以x+1.2x+0.12x+0.12x=vgr(2-5)x=5.860t

21、所以vc單體重量為:qvc=5.86t加入水量為:qh2o=1.2x=1.25.86=7.032t分散劑、引發(fā)劑量為:0.12x=0.12%5.86=0.007032t=7.032kg純 vc 量為：聚合量為：q聚=q純vc聚=5.8690=5.27t得到的pvc量為：q=q聚收=5.2798=5.17t2.4 熱量衡算首先查文獻(xiàn)4，得出關(guān)于水的性質(zhì)的下列數(shù)據(jù)：表2-3 水的特性表4表2-4 20條件下vc及pvc的特性4物料密度r（kg/m3）粘度（cp）導(dǎo)熱系數(shù)（kj/mkg）比cp(kj/kg)vc919.50.87pvc13800.5881.848查文獻(xiàn)5上冊(cè)，得鋼及不銹鋼的重要物性如

22、下：表2-5 鋼的特性52.4.1 熱水量的計(jì)算 設(shè)加熱時(shí)間為1小時(shí)，如圖2-2所示，查文獻(xiàn)5上冊(cè)p4公式22得加熱時(shí)所需總熱量本 q總為：q總=qvc+q水+q釜+q損=ka1tmk釜體傳熱系數(shù) a1釜體傳熱面積tm溫差因?yàn)閾p失熱量少，所以略去 q 損。圖2-2 釜的熱量簡(jiǎn)圖1 物料吸熱量水吸收的熱量q水=m水（cpt）=m 水（cp2t2-cp1t1）(2-6)m水物料中含水量 kg t2，t1進(jìn)口水溫度cp 水的比熱kcal/kgm水 =7032kg,進(jìn)料溫度t1=20,反應(yīng)溫度t2=51則有q 水=vc氣體吸收的熱量：qvc=m(cpt)=mvccp(t2-t1)因t2和t1的cp相差

23、較小所以取51 時(shí)cp=1.6kj/kg由物料衡算得mvc=5860kg 則有q=58601.6(51-20)=2.907105kj2 釜體吸收的熱量夾套的傳熱面積a夾=h夾di+fb (2-7)前面已知橢圓形封頭的短半軸 h1=625mm ,直邊高h(yuǎn)2=40mm 封頭面積fb=7.089m2，又夾套筒體高度h夾=2.3m 則a夾=2.3反應(yīng)釜釜體吸熱部分的重量：m釜 =a夾（s鋼r鋼+s不r不）(2-8)s鋼，s不鋼和不銹鋼的厚度用類比法取s鋼 =0.021m ，s不 =0.003mr鋼， r不鋼和不銹鋼的比重由表2-5得r鋼=7850kg/ , r不=7900kg/則m釜=25.15(0.

24、0217850+0.0037900)=4742.03kg m釜鋼=25.150.0217850=4145.98kg m釜不=m釜-m釜鋼=4742.03-4145.98=596.05kg 所以釜體吸收的熱量為：q釜=m釜鋼cpt+m釜不cp不t=0.687kjq總=m釜鋼+qvc+q水=0.687+2.907105+9.13105=12.724kj3 所需傳熱面積水t1=90-t2=80物料t2=51-t1=20t1=t1-t2=90-51=39, t2=t2-t1=80-20=60tm =（t1-t2）/ln（t1/t2）=（39-60）/ln（39/60）=48.75則所需傳熱面積a1=（

25、q釜+qvc+q水）/（ktm）(2-9)=（0.687105+2.90710 5+9.13105）/2100=24.09m24 所需熱水的量m熱水 =q總/（cp2t2-cp1t1）(2-10)由表4-1得，t1=90，cp1=1.0036kcal/kgt2 =80 cp2=1.0017 kcal/kg則有 m熱水=24.09105/（4.2151904.2071480=5628.64kg/h.2.4.2 冷卻水用量設(shè)聚合時(shí)間為11小時(shí)，冷卻時(shí)，水垢及粘釜物厚度很薄vc=0.1mm, 水=0.3mm, 所以放出的熱量不計(jì)，因而，可以認(rèn)為需要冷卻的熱量，是聚合反應(yīng)放出的熱量q聚及攪拌器攪拌放出

26、的熱量q攪。1 攪拌放出的熱量由原始數(shù)據(jù)得q攪=20%n拌軸又 n攪拌軸=21.3kw所以 q攪=20%21.3=4.26kw2 聚合熱單釜一次聚合vc的總熱量m=qvc純 聚由表21qvc純=13.00t 由原始數(shù)據(jù)聚合率聚=90則m=5.850.9=5.265t由原始數(shù)據(jù)得聚合熱q=1537.2kj/kg則聚合放出的總熱量為qpvc=52651537.2=8093358kj3 洪峰換熱量平均熱負(fù)荷指數(shù)=總放熱量/放熱時(shí)間=熱負(fù)荷指數(shù)r=洪峰換熱量/平均熱負(fù)荷由前計(jì)算得：q攪=4.263600=15336kcal ，qpvc=8093358kcal由原始數(shù)據(jù)得：熱負(fù)荷指數(shù)r=2因而，洪峰換熱

27、量q峰 =（q 攪+qpvc/t）r (2-11)=(15336+8093358/11)2=1502191.636kcal/hq峰 =ktma2a2冷卻過程所需傳熱面積物料 t1=51t2=51冷卻水t2=32t1=28t1=t1-t2=51-32=19 ，t2=t2-t1=51-28=23tm=(t1-t2)/(ln(t1/t2)=(19-23)/ln(19/23)=20.9所以a2=q峰/（ktm）=1502191.636/(210020.9)=34.23m24 所需冷卻水的量所需冷卻水的量：m=q/（cp2t2-cp1t1）由表2-3得，t1=28時(shí)cp1=4.1907kj/kgt2=3

28、2時(shí)cp2=4.1895kj/kg則有m冷卻水=1502191.636/（0.997532-0.997828）=377283.41kg/h2.4.3 所需傳熱面積a=（a1，a2）max=a2=34.23m2所需最大水量：m=（m冷，m熱）max=377283.41kg/h2.5 釜體內(nèi)冷管的計(jì)算由2.3.1中計(jì)算得夾套的傳熱面積a夾=25.15m20.4 mpa（設(shè)計(jì)要求）故罐體筒體名義厚度=18mm滿足設(shè)計(jì)要求。8 計(jì)算罐體封頭的有效厚度罐體封頭的有效厚度為其名義厚度與厚度附加量的差，用下式進(jìn)行計(jì)算，(3-12)則代入數(shù)據(jù)得： =182.8=15.2 mm9 計(jì)算罐體封頭的外徑罐體封頭的外

29、徑為罐體封頭內(nèi)徑與兩倍名義厚度的和，用下式進(jìn)行計(jì)算， (3-13)則代入數(shù)據(jù)得：=2500218=2536mm10 計(jì)算罐體封頭的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭當(dāng)量球殼外半徑標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭當(dāng)量球殼外半徑用下式進(jìn)行計(jì)算，(3-14)則代入數(shù)據(jù)得： =0.9=0.92536=2282.4mm11 確定系數(shù)a和b系數(shù)a由下式確定： (3-15)則代入數(shù)據(jù)得：a=0.1251r1o=0.12515.22282.4= 0.00083系數(shù)b由系數(shù)a和設(shè)計(jì)溫度t1=140查表3可得：b=11012 計(jì)算許用外壓力許用外壓力用下式進(jìn)行計(jì)算，(3-16)則代入數(shù)據(jù)得：=0.733mpa因?yàn)?.733 mpa0.4 mpa（設(shè)計(jì)要求

30、）故罐體筒體名義厚度=18mm滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)論：由以上穩(wěn)定性校核可知，罐體筒體和封頭的名義厚度均為18mm。3.2 夾套螺旋導(dǎo)流板的間距確定：3.2.1 夾套與筒體的間隙a=76mm（其中 s 為補(bǔ)強(qiáng)后厚度）3.2.2 螺旋導(dǎo)流板間距b 為得到較好的傳熱效果，再內(nèi)加裝螺旋導(dǎo)流板，以減小流通面積，提高流速和避免短路。水量： m水 =377283.41kg/h v水=m水/水=377283.41/1000=377m3/h=0.105m3/h取流速u=4m/s，則由v =au，a=ab，得，b=v/au=0.345m=345mm3.3 反應(yīng)釜的液壓試驗(yàn)校核在壓力試驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)試驗(yàn)壓力下產(chǎn)生的圓筒應(yīng)力

31、進(jìn)行校核，即容器壁內(nèi)所產(chǎn)生的最大應(yīng)力不超過所用材料在試驗(yàn)溫度上屈服極限的90%（液壓試驗(yàn)）。3.3.1 計(jì)算罐體液壓試驗(yàn)壓力罐體的液壓試驗(yàn)壓力按下式確定，(3-17)由于當(dāng)設(shè)計(jì)溫度小于200時(shí)，式中=13，可簡(jiǎn)化為：故=1.251.4=1.75 mpa3.3.2 計(jì)算夾套液壓試驗(yàn)壓力夾套的液壓試驗(yàn)壓力按下式確定，(3-18)同計(jì)算罐體液壓試驗(yàn)壓力一樣，式中=1，故=1.250.4=0.5 mpa3.3.3 確定罐體和夾套在試驗(yàn)壓力下的最大應(yīng)力由罐體的材料為：0cr18ni12mo2ti， 查表3得：該材料的屈服點(diǎn)應(yīng)力為：=205 mpa故罐體在試驗(yàn)壓力下的最大應(yīng)力為=3=0.90.85205=

32、156.825 mpa由夾套的材料為：q235-b，查表3得：該材料的屈服點(diǎn)應(yīng)力為：=235 mpa故夾套在試驗(yàn)壓力下的最大應(yīng)力=0.90.85235=179.775 mpa3.3.4 計(jì)算罐體筒體的應(yīng)力罐體筒體在液壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力由下式進(jìn)行計(jì)算，(3-19)則代入數(shù)據(jù)得：=144.790 mpa因?yàn)?144.790 mpa=156.825 mpa，所以設(shè)計(jì)符合要求。3.3.5 計(jì)算夾套筒體的應(yīng)力夾套筒體在液壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力由下式進(jìn)行計(jì)算， (3-20)則代入數(shù)據(jù)得：=111.86mpa因?yàn)?111.86 mpa=179.775 mpa，所以設(shè)計(jì)符合要求。3.4 選擇反應(yīng)釜支座型式并進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)

33、算3.4.1 反應(yīng)釜支座型式的選擇反應(yīng)釜屬于立式容器，立式容器的支座常見的有耳式支座（又稱懸掛式支座）、支撐式支座和裙式支座三種。小型直立設(shè)備采用前兩種，高大的設(shè)備則廣泛采用裙式支座。夾套反應(yīng)釜多為立式安裝，比較常用的支座為支承式支座，本設(shè)計(jì)選用支撐式支座。支座實(shí)際承受的載荷q4由下式進(jìn)行計(jì)算，(3-21)確定各相關(guān)參數(shù)：1 確定的設(shè)備總質(zhì)量m0設(shè)備的總質(zhì)量包括殼體及其附件，內(nèi)部介質(zhì)及保溫層的質(zhì)量，經(jīng)分別計(jì)算得：經(jīng)查表(jbt4737-95)得橢圓封頭的質(zhì)量為986.26kg，查表1得罐體筒體的質(zhì)量為4873=1461kg，容積為=14.7188m3，則內(nèi)部介質(zhì)（假定水）的質(zhì)量為14.7210

34、3kg，為提高穩(wěn)定性和強(qiáng)度，假定夾套的質(zhì)量與罐體筒體的質(zhì)量相等，且封頭的質(zhì)量也相等。同時(shí)也假定配件的質(zhì)量為400kg，則設(shè)備的總質(zhì)量=1461（罐體筒體）1461（夾套筒體）986.263（封頭）14.72103水）+400(配件)=21000.78kg2 確定支座型號(hào)及數(shù)量并計(jì)算安裝尺寸d由反應(yīng)釜的公稱直徑=2500mm，質(zhì)量為21kn和反應(yīng)釜為需要保溫的實(shí)際情況經(jīng)查表3可知，選b型支承式式支座，支座號(hào)為5。其標(biāo)記為：jb/t4712.4-2007，支座b5，材料為：10號(hào)鋼。計(jì)算安裝尺寸d由表3可知；dr=1720則代入數(shù)據(jù)得：d=dr=1720mm3 確定式（3-21）的其他參數(shù)3每臺(tái)反

35、應(yīng)釜常用4個(gè)支座，但作承重計(jì)算時(shí)，考慮到安裝誤差造成的受力情況變壞，應(yīng)按兩個(gè)支座計(jì)算，故n=2。因?yàn)榉磻?yīng)釜要安裝在室內(nèi)，且在安裝時(shí)嚴(yán)格保證沒有偏心，故偏心載荷=0，水平力p只包含水平地震力pe，沒有水平風(fēng)載荷。水平地震力pe4由下式進(jìn)行計(jì)算， (3-22)其中，為地震系數(shù)，根據(jù)地震抗度為7度，故取=0.12則地震載荷：=0.1221000.789.8=24696.92n24.697 kn，風(fēng)載荷： pw=1.2fiq0d0h010-6fi=1（設(shè)備質(zhì)心高度h取1.8m，按h=10m取值）取風(fēng)壓q0為550mpapw=故p=+0.25 pw =24.697+0.25 kn。不均勻系數(shù)當(dāng)安裝三個(gè)支

36、座時(shí)，=1，安裝三個(gè)以上支座時(shí)，=0.83；故在本設(shè)計(jì)中，=0.833。在本設(shè)計(jì)中，取=1800 mm。4 計(jì)算支座實(shí)際承受的載荷上面確定的參數(shù)，代入式（2-26）得，= =178.252knq=400 kn所以，所設(shè)定的支座型號(hào)，其承載力可初步認(rèn)可。又罐體封頭的有效厚度： =15.2 mm由文獻(xiàn)4得：f=308.8knqf,所以四個(gè)支座能夠滿足支座本體允許載荷的要求。3.5 選擇反應(yīng)釜的人孔及各接管形式并進(jìn)行校核計(jì)算人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置，而視鏡是用來觀察設(shè)備內(nèi)部情況的。但是在容器上開孔后，由于器壁金屬的連續(xù)性受到破壞，將產(chǎn)生在容器接管附近的應(yīng)力集中的現(xiàn)象，所以

37、還要進(jìn)行強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)校核。3.5.1 人孔、視鏡形式的選擇1 人孔形式的選擇本設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜應(yīng)最少應(yīng)開一個(gè)人孔，由于該反應(yīng)釜為壓力容器，故應(yīng)選承壓人孔。考慮到腐蝕情況，故應(yīng)采用回轉(zhuǎn)蓋不銹鋼人孔。由文獻(xiàn)6規(guī)定，板式平焊不銹鋼人孔只用于pn=0.6mpa一種壓力級(jí)別，其密封面只有突面一種形式，帶頸平焊法蘭不銹鋼人孔適用公稱壓力級(jí)別pn=1.0mpa和pn=1.6mpa。帶頸對(duì)焊法蘭不銹鋼人孔則在pn4.0mpa時(shí)使用。故結(jié)合本反應(yīng)釜的壓力情況（罐內(nèi)壓力為1.4mpa）和出于安全的考慮，人孔形式采用公稱壓力pn=1.6mpa、公稱直徑為450mm的帶頸平焊法蘭回轉(zhuǎn)蓋不銹鋼承壓人孔（hg21596-1999

38、）。2 視鏡形式的選擇普通的視鏡有帶頸和不帶頸的兩種3，由視鏡形式的選擇慣例可知，當(dāng)視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較小時(shí)，可采用帶頸視鏡，否則則選取不帶頸的視鏡。結(jié)合本設(shè)計(jì)的具體情況，反應(yīng)釜選取不帶頸的視鏡（hgj501-86）。由反應(yīng)釜罐體的設(shè)計(jì)壓力為1.4mpa，且罐體材料為不銹鋼，查表得：選取視鏡型號(hào)為：視鏡pg10 dg100,hgj501-86-173.5.2 選擇接管、管法蘭化工設(shè)備由于制造、安裝、運(yùn)輸、檢修及操作工藝等方面的要求，常常是有幾個(gè)可拆的部分連在一起而構(gòu)成的。例如許多換熱器、反應(yīng)器和塔器的筒體與封頭之間常做成可拆連接，然后再組合成一個(gè)整體。而法蘭連接便是一種能夠較好地滿足上述要

39、求的可拆連接，法蘭連接結(jié)構(gòu)是一個(gè)組合件，它由一對(duì)法蘭、數(shù)個(gè)螺栓、螺母和一個(gè)墊片所組成。從使用角度看，法蘭可分為兩大類，即壓力容器法蘭和管法蘭。壓力容器法蘭是指筒體與封頭、筒體與筒體或封頭與管板之間連接的法蘭；管法蘭指管道與管道之間連接的法蘭。這兩類法蘭作用相同，外形也相似，但不能互換。1 物料出入口管法蘭和接口形式的選擇蒸汽入口、加料口、壓縮空氣入口和冷凝水出口均采用同種法蘭和接管。管法蘭的選用標(biāo)準(zhǔn)為：hg2059220635-97。結(jié)合本設(shè)計(jì)的具體情況，查得選用管法蘭類型為：公稱通徑為100mm，公稱壓力為1.6mpa的板式平焊突面管法蘭。其標(biāo)記為：hg20592 法蘭 pl100-1.6

40、rf 0cr18ni12mo2ti2 溫度計(jì)、壓力表管法蘭和接口形式的選擇溫度計(jì)、壓力表管法蘭和接口形式相同，管法蘭的選用標(biāo)準(zhǔn)為：hg2059220635-97。根據(jù)設(shè)計(jì)的條件查得選擇其管法蘭和接口形式為:公稱通徑為125mm，公稱壓力為1.6mpa的板式平焊突面管法蘭。其標(biāo)記為：hg20592 法蘭 pl100-1.6 rf 0cr18ni12mo2ti3 放料口管法蘭和接口形式的選擇管法蘭的選用標(biāo)準(zhǔn)為：hg2059220635-97。根據(jù)設(shè)計(jì)反應(yīng)釜的具體情況，查表3選取放料口的管法蘭和接口形式為: 公稱通徑為150mm，公稱壓力為1.6mpa的板式平焊突面管法蘭。其標(biāo)記為：hg20592

41、法蘭 pl150-1.6 rf 0cr18ni12mo2ti4 夾套、釜體測(cè)溫口管法蘭接口形式的選擇管法蘭的選用標(biāo)準(zhǔn)為：hg2059220635-97。根據(jù)設(shè)計(jì)反應(yīng)釜的具體情況，選取放料口的管法蘭和接口形式為: 公稱通徑為65mm，釜體測(cè)溫口選擇公稱壓力為1.6mpa的板式平焊突面管法蘭，而夾套測(cè)溫口選擇公稱壓力為1.0mpa的板式平焊突面管法蘭。其標(biāo)記為：hg20592 法蘭 pl65-1.6 rf 0cr18ni12mo2tihg20592 法蘭 pl65-1.0 rf 0cr18ni12mo2ti5 內(nèi)冷管出入口管法蘭接口形式的選擇管法蘭的選用標(biāo)準(zhǔn)為：hg2059220635-97。根據(jù)

42、設(shè)計(jì)反應(yīng)釜的具體情況，選取放料口的管法蘭和接口形式為: 公稱通徑為65mm，公稱壓力為1.0mpa的板式平焊突面管法蘭。6 冷卻水出入口管法蘭接口形式的選擇由于冷卻水出入口接管位于夾套上，所以可以選擇管法蘭和接口形式為: 公稱通徑為125mm，釜體測(cè)溫口選擇公稱壓力為1.0mpa的板式平焊突面管法蘭。. 其標(biāo)記為：hg20592 法蘭 pl125-1.0 rf 0cr18ni12mo2ti綜上所述，所需的法蘭及接管參數(shù)如表3-5所示：表3-5 所需的法蘭及接管參數(shù)公稱通徑dn接管外徑a1螺栓孔中心圓直徑k螺栓孔直徑l螺栓孔個(gè)數(shù)n法蘭厚度c法蘭內(nèi)徑b1法蘭外徑d坡口寬度b657614514416

43、7818568088160164169020061001081801882211022061251332101882213525061501592402282416128563.5.3 人孔及各接管的開口補(bǔ)強(qiáng)校核本設(shè)計(jì)的校核方法采用等面積補(bǔ)強(qiáng)效核的方法，對(duì)人孔及各開孔的開孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)校核。由于內(nèi)冷管出入口管口直徑為65，壓力表、溫度計(jì)、測(cè)溫口、檢查口管口直徑80，它們均小于89，由文獻(xiàn)3可知不需要補(bǔ)強(qiáng)，其余關(guān)口直徑均大于89，所以都需要進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)。1 確定封頭的理論計(jì)算厚度罐體封頭的理論計(jì)算厚度用下式進(jìn)行計(jì)算：則代入數(shù)據(jù)得10.767罐體夾套的理論計(jì)算厚度則代入數(shù)據(jù)得4.783由于3當(dāng)開孔在標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭中央80%封頭內(nèi)直徑范圍以內(nèi)時(shí)，在開孔處殼體承受應(yīng)力所必需的最小的厚度為0.9則開孔處殼體承受應(yīng)力所必需的最小厚度為=0.9=0.910.767=9.690mm表3-2 檢查孔最少數(shù)量與最小尺寸6內(nèi)直徑/mm檢查孔最少數(shù)量檢查孔最小尺寸/mm備注人孔手孔300500手孔兩個(gè)圓孔75長圓孔75505001000人孔1個(gè)當(dāng)容器無法開人孔時(shí)：手孔2個(gè)圓形400長圓形400250380280圓孔100長圓孔100801000圓孔150長圓孔150100球罐人孔5002 確定人孔及各開孔開孔的有效直徑de及削弱的面積a因?yàn)槿丝祝?、物料出入口及安全閥都接在封頭上，所以：人