毕业设计论文13.5立方米闭式反应釜设计

1、摘要本论文先介绍了反应釜的概况，反应釜的设计背景及目的，反应釜国内外发展的现状，然后简要地说明了设计方法、理论依据及设计思路。论文在计算方面主要介绍了工艺计算和强度计算。工艺计算主要有以一釜的全年产量为基准的物料衡算，由给定参数进行的热量衡算，实际传热面积的计算及校核。强度计算主要包括由给定工艺参数进行的筒体和夹套的力学分析，反应釜液压试验校核，支座、人孔、视镜的选择及强度校核，搅拌装置的设计计算及搅拌器的选型和搅拌轴长度的确定。本文最后进行了反应釜的优缺点分析及改进方面分析，指出了反应釜设计中需要改进和优化的一些方面。关键词：压力容器 反应釜 搅拌设备 氯乙烯abstractthis stu

2、dy 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 introduces the techn

3、ical 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 parameters inclu

4、de 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 discusses the

5、 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目录摘要iabstractii第1章 绪论11.1 反应釜设计背景及目

6、的11.2 国内外研究现状11.3 设计方法11.4 设计的基本要求21.5 设计计算思路2第2章 工艺计算42.1 工艺条件42.1.1 已知参数42.1.2 原始数据42.2 罐体设计52.2.1 搅拌罐选型52.2.2 反应釜筒体结构尺寸计算52.2.3 装料系数的校核62.2.4 夹套形式与材料62.3 物料衡算72.4 热量衡算72.4.1 热水量的计算82.4.2 冷却水用量102.4.3 所需传热面积112.5 釜体内冷管的计算11第3章 反应釜强度计算123.1内筒及夹套的力学分析123.1.1 工艺条件123.1.2 筒体及夹套的厚度计算123.1.3 反应釜的稳定校核153

7、.2 夹套螺旋导流板的间距确定：173.2.1 夹套与筒体的间隙173.2.2 螺旋导流板间距b173.3 反应釜的液压试验校核173.3.1 计算罐体液压试验压力183.3.2 计算夹套液压试验压力183.3.3 确定罐体和夹套在试验压力下的最大应力183.3.4 计算罐体筒体的应力183.3.5 计算夹套筒体的应力183.4 选择反应釜支座型式并进行强度校核计算193.4.1 反应釜支座型式的选择193.5 选择反应釜的人孔及各接管形式并进行校核计算203.5.1 人孔、视镜形式的选择203.5.2 选择接管、管法兰213.5.3 人孔及各接管的开口补强校核223.6 反应釜搅拌装置的设计

8、计算253.6.1 反应釜搅拌器形式的设计253.6.2 反应釜搅拌器尺寸的确定263.6.3 反应釜搅拌器搅拌功率的计算263.7 反应釜搅拌轴的设计及强度校核283.7.1 工艺条件283.7.2 搅拌轴的结构尺寸及材料选取283.7.3 计算搅拌轴的扭矩283.7.4 计算搅拌轴的最小直径283.7.5 搅拌轴的结构设计303.7.6 釜内联轴器的选择303.7.7 搅拌轴和传动轴长度的设计313.8 电动机的选型323.9 减速机型号的选择323.10 机架结构的选型333.11 轴封装置的选型34第4章 反应釜的优缺点分析及待改进方面分析364.1 优点分析364.2 缺点分析364

9、.3 待改进方面分析37总结38参考文献39致谢40第1章 绪论1.1 反应釜设计背景及目的在大部分有机化学反应中，由于反应物本身的理化特性，使得许多化学反应在进行工业化，进行工业生产的过程中都存在着反应时间长，反应效率低的缺陷。甚至有些反应物或产物都是对人类有毒有害物质。同时也由于许多化学反应在进行反应时所要求的苛刻的外部条件，如：高温、高压、缓慢加入、搅拌、保温、散热等等各种条件，使得许多有机化学反应不仅存在着生产效率低、周期长、浪费严重、污染环境的不利结果，而且工人在操作的过程中也存在着种种不安全的危险隐患，如：爆炸、泄露中毒等。因此一种高效、方便、安全、无污染的化学反应设备的出现就现得

10、尤为重要，它将会使化工工业的有效利用率及安全系数大大提高，不仅会对化工企业带来良好的经济效益，更会给社会和人类提供各多和谐、舒适的生活和工作环境。在本次毕业设计中，我所设计的自吸式内循环气液压力反应釜正是针对上述要求而进行设计的。自吸式内循环气液压力反应釜主要是针对那些气相和液相反应物之间进行缓慢并需要一定的压力的反应的设备，其核心在于反应釜搅拌器的特殊功用。1.2 国内外研究现状反应釜是指含铬大于12%的钢种。反应釜自1912年发明以来取得迅猛发展，至今全球仍以每年35%的速度递增。全世界反应釜的消费总量达3500万。我国正处于反应釜生产和消费应用的高速增长期，已广泛应用于石油、化工、轻工、

11、食品、酿酒、制药、家电、水电、机械、建筑、市政和各种民用器具中。1990年我国反应釜消费量为26万吨，1999年为153万吨，2000年为173万吨，2001年为225万吨，2004年反应釜消费量达到447万吨左右，居全世界第一位，预计2006年反应釜消费量将达到600万吨以上，其中铬镍奥氏体反应釜的消费量占反应釜总消费量的75%80%。国外反应釜的工业化生产始于二十年代初期，随后出现相应的反应釜焊条，成熟的反应釜焊条产品出现于1965年左右，以欧洲国家为代表，尤其是西欧的瑞典，人口仅800万左右，且集中产生了esab、avesta和sandvik等世界级的反应釜焊材企业，其中avesta的野

12、牛牌反应釜焊条更是世界反应釜焊条的典范。日本、台湾及有南亚国家的反应釜焊条其技术根基在欧洲。1.3 设计方法本设计的设计方法为：查阅有关化工设备方面的书籍，研究一般带搅拌器反应釜的设计思路与方法。将反应釜的结构设计出来，然后再根据反应釜的结构尺寸对搅拌器进行设计。同时结合国内外自吸式搅拌器的设计成果，研究一个性能更好的新型自吸式搅拌器。最后根据具体的结构尺寸确定所需要的配套设备。并分析其优越之处和缺陷的地方，进一步提出改进方案。1.4 设计的基本要求做本设计应达到以下要求：1 树立正确的设计思想能够结合生产实际综合地考虑先进、安全、经济、可靠和实用等方面的要求，严肃认真地进行设计。2 具有积极

13、主动的学习态度在课程设计中遇到的问题，要随时查阅有关教科书或文献，通过积极思考，提出个人见解尽可能自己解决，不要太多地依靠指导老师帮助解决问题。3 正确处理好几个关系 继承和发展的关系强调独立思考，并不等于设计者凭空假想，不依靠设计资料和继承前人经验，这样是得不出高质量设计的。对于初学设计的人来说，学会收集、理解、熟悉和使用各种资料，正是培养设计能力的重要方面。因此正确处理好继承和发展条件下的抄、搬、套问题，正是设计能力强的重要表现。正确使用标准规范化工设备设计非常强调标准规范。但是并不是限制设计的创造和发展，因此遇到与设计要求有矛盾时，经过必要的手续可以放弃标准而服从设计要求。但非标准件中的

14、参数，一般仍宜按标准选用。学会统筹兼顾、抓主要矛盾计算结果要服从结构设计的要求：对初学设计者，最易把设计片面划解为就是理论上的强度、刚度、稳定性等计算，认为这些计算结果不可更改，实际上，对一个合理的设计，这些计算结果只对零件尺寸提供某一个方面的依据。而部件实用尺寸一定要符合结构等方面的要求。按几何等式关系计算而得的尺寸，一般不能随意圆整变动；按经验公式得来的尺寸一般应圆整使用。处理好计算与绘图的关系：设计中要求算、画、选、 改同时进行，但零件的尺寸以最后图样确定的为准。对尺寸作出修改后，有时并不一定要求再对零件强度等进行计算，可以据修改幅度、计算准确程度等来判断是否有必要再行计算。1.5 设计

15、计算思路本设计的设计计算思路是首先根据设计条件对反应釜的结构进行设计计算，其次根据反应釜的几何结构尺寸对搅拌装置进行设计，然后后根据前面的设计结果，对反应釜的传动部分进行设计与选型，最后对反应釜的优缺点进行分析并提出改进方案。设计的内容和过程为：1、反应釜釜体结构的设计计算；2、反应釜搅拌装置的设计计算；3、反应釜搅拌设备转动装置的设计与选型；4、反应釜的优缺点分析及改进方面分析第2章 工艺计算2.1 工艺条件2.1.1 已知参数序号名称： 指标釜内夹套 设计压力： 釜内 1.4mpa 夹套 0.4mpa 设计温度： 釜内 140 夹套 90物料： vc等 水等 公称容积： 13.5 m3 搅

16、拌转速： 134.5rpm 电机功率： 22 kw 2.1.2 原始数据产品型号：sg-4 型紧密型树脂 反应压力： 0.75mpa反应温度： 51 ± 0.5 设计压力： 1.4mpa 水油比： 1.2 1 引发剂用量： 0.12 %分散剂用量： 0.12 % 聚合时间： 11h 辅助时间： 3h 全年工作时间： 300 天 单位 vc 纯度： 99.9 %聚合率： 90 % 收率： 98 % 釜的装料的系数： Ø =0.9热负荷系数： r=2 热水进口温度： 90 热水的出口温度： 80 进料温度： 20 冷却水进口温度：28 冷却水出口温度：32 聚合热：1537.2

17、kj/kg 水垢及釜物厚度vc=0.1 mm 水=0.3 mmpvc 平均粒度：0.2 mm搅拌热：q搅=20 n搅拌热n搅拌轴=n 搅拌功率粘度按具体计算条件而定 传热系数：k夹=2100kj/ m2 h k管=2940kj/ m2h , 加热时间：1小时 安全阀开启压力：1.25mpa 夹套压力：0.4mpa 放料时间：半小时 加料时间：20 分钟悬浮夜重度：冷搅（20 ）r=956kg/m3 =0.729cp51 转化率80%：r=1088 kg/m3 =0.507cp51 转化率90%：r=1113 kg/m3 =0.468cp51 pvc比热：c=1596kj/kg. r=849kg

18、/m3pvcr=1400kg/m32.2 罐体设计2.2.1 搅拌罐选型罐底的结构形状：椭圆形顶盖的结构形状：椭圆形换热器形式：整体夹套2.2.2 反应釜筒体结构尺寸计算操作容积: vg=13.5m3查阅文献1取装量系数: =0.8因vg=v(2-1)则反应釜容积为:v=13.5/0.8=16.875查表2-1，一般搅拌罐，气液相物料，的取值12表2-1 几种搅拌器的长径比值1种类设备内物料类型一般搅拌器液-固相或液-液相物料11.3气-液相物料12发酵罐类1.72.5初步取反应釜筒体长径比为：=1.3(2-2)所以d=2547圆整到公称直径d=2500选用椭圆形封头（如图2.1），由文献2得

19、出相关数据：容积为vh =2.242，公称直径dn=2500，曲面高度=625，直边高度=40，一米筒体体积v1=4×dn2=4.909m3/m图 2-1 椭圆形封头示意图(2-3)所以h(16.875-2.242)/(/4) =2.98m，圆整后h=3000mm。当筒体高度确定后，应按下式用圆整后的筒体高度修正实际容积。v=v1h1+vh=16.969m32.2.3 装料系数的校核已知本釜的装料系数=0.8，实际的装料系数：=vg/=13.5/16.969=0.796，所以釜体高h和直径di选择较合理。2.2.4 夹套形式与材料(1)夹套形式与尺寸夹套的内径由筒体内径根据表2-2确

20、定。则可知：=2500+200=2700mm夹套下封头型式同罐体封头其直径d2与夹套筒相同。表2-2 夹套直径mm350060070018002000300050100200夹套高度：h(2-4) =13.5-2.242/(/4) =2293圆整反应釜夹套筒体高度由于2293mm，故将圆整为=2300mm2.3 物料衡算以一釜的全年产量为基准：20 进料时：设加入vc单体量为x，则水量为 1.2x引发剂为0.12x ，分散剂为0.12x ，有效容积vg=30m3冷搅时20，悬浮液比重为956kg/m2（已知）所以x+1.2x+0.12x+0.12x=vg·r(2-5)x=5.860t

21、所以vc单体重量为:qvc=5.86t加入水量为:qh2o=1.2x=1.2×5.86=7.032t分散剂、引发剂量为:0.12x=0.12%×5.86=0.007032t=7.032kg纯 vc 量为：聚合量为：q聚=q纯vc·聚=5.86×90=5.27t得到的pvc量为：q=q聚·收=5.27×98=5.17t2.4 热量衡算首先查文献4，得出关于水的性质的下列数据：表2-3 水的特性表4表2-4 20条件下vc及pvc的特性4物料密度r（kg/m3）粘度（cp）导热系数（kj/mkg）比cp(kj/kg)vc919.50.87

22、pvc13800.5881.848查文献5上册，得钢及不锈钢的重要物性如下：表2-5 钢的特性52.4.1 热水量的计算 设加热时间为1小时，如图2-2所示，查文献5上册p4公式22得加热时所需总热量本 q总为：q总=qvc+q水+q釜+q损=ka1tmk釜体传热系数 a1釜体传热面积tm温差因为损失热量少，所以略去 q 损。图2-2 釜的热量简图1 物料吸热量水吸收的热量q水=m水·（cpt）=m 水（cp2t2-cp1t1）(2-6)m水物料中含水量 kg t2，t1进口水温度cp 水的比热kcal/kgm水 =7032kg,进料温度t1=20,反应温度t2=51则有q 水=vc

23、气体吸收的热量：qvc=m·(cpt)=mvccp(t2-t1)因t2和t1的cp相差较小所以取51 时cp=1.6kj/kg由物料衡算得mvc=5860kg 则有q=5860×1.6×(51-20)=2.907×105kj2 釜体吸收的热量夹套的传热面积a夹=h夹di+fb (2-7)前面已知椭圆形封头的短半轴 h1=625mm ,直边高h2=40mm 封头面积fb=7.089m2，又夹套筒体高度h夹=2.3m 则a夹=2.3反应釜釜体吸热部分的重量：m釜 =a夹（s钢r钢+s不r不）(2-8)s钢，s不钢和不锈钢的厚度用类比法取s钢 =0.021m

24、，s不 =0.003mr钢， r不钢和不锈钢的比重由表2-5得r钢=7850kg/ , r不=7900kg/则m釜=25.15×(0.021×7850+0.003×7900)=4742.03kg m釜钢=25.15×0.021×7850=4145.98kg m釜不=m釜-m釜钢=4742.03-4145.98=596.05kg 所以釜体吸收的热量为：q釜=m釜钢cpt+m釜不cp不t=0.687kjq总=m釜钢+qvc+q水=0.687+2.907×105+9.13×105=12.724kj3 所需传热面积水t1=90-t2

25、=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则所需传热面积a1=（q釜+qvc+q水）/（ktm）(2-9)=（0.687×105+2.907×10 5+9.13×105）/2100=24.09m24 所需热水的量m热水 =q总/（cp2t2-cp1t1）(2-10)由表4-1得，t1=90，cp1=1.0036kcal/kgt2 =80 cp2=1.0017 kcal/kg则有 m热水=24.09×105

26、/（4.2151×904.20714×80=5628.64kg/h.2.4.2 冷却水用量设聚合时间为11小时，冷却时，水垢及粘釜物厚度很薄vc=0.1mm, 水=0.3mm, 所以放出的热量不计，因而，可以认为需要冷却的热量，是聚合反应放出的热量q聚及搅拌器搅拌放出的热量q搅。1 搅拌放出的热量由原始数据得q搅=20%n拌轴又 n搅拌轴=21.3kw所以 q搅=20%×21.3=4.26kw2 聚合热单釜一次聚合vc的总热量m=qvc纯 ·聚由表21qvc纯=13.00t 由原始数据聚合率聚=90则m=5.85×0.9=5.265t由原始数据

27、得聚合热q=1537.2kj/kg则聚合放出的总热量为qpvc=5265×1537.2=8093358kj3 洪峰换热量平均热负荷指数=总放热量/放热时间=热负荷指数r=洪峰换热量/平均热负荷由前计算得：q搅=4.26×3600=15336kcal ，qpvc=8093358kcal由原始数据得：热负荷指数r=2因而，洪峰换热量q峰 =（q 搅+qpvc/t）·r (2-11)=(15336+8093358/11)×2=1502191.636kcal/hq峰 =k·tma2a2冷却过程所需传热面积物料 t1=51t2=51冷却水t2=32t1=

28、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/(2100×20.9)=34.23m24 所需冷却水的量所需冷却水的量：m=q/（cp2t2-cp1t1）由表2-3得，t1=28时cp1=4.1907kj/kgt2=32时cp2=4.1895kj/kg则有m冷却水=1502191.636/（0.9975×32-0.9978×28）=377283.41kg/h2.4.3 所需传热面积a=（a1，a2）

29、max=a2=34.23m2所需最大水量：m=（m冷，m热）max=377283.41kg/h2.5 釜体内冷管的计算由2.3.1中计算得夹套的传热面积a夹=25.15m2<34.23 m2，可见夹的传热面积满足不了所需的传热面积，必须加内冷管，内冷管的传热数k比夹套大，故传热效果好，且起到一定得挡板作用，避免漩涡产生，强化搅拌强度，提高传热效率，但pvc易堆积物料，影响传热效率，且给检修造成麻烦，因而内冷管不易复杂，所以选择螺旋形管盘。由于内冷管所需的传热系数不同，传递同样的热量所需的传热面也不同，夹套传热面积为25.15m2，需要传热面积为34.23m2，所以不足的传热面积为 34.

30、23-25.15=9.08m2则内冷管的传热面积为：a管=a=9.08=6.49m2在釜内设置每圈直径d=2m的管盘，壁厚取4mm则总长l=dn，取n=8，则由l=50.27m。由a管= dl，得：d= =0.041，圆整后内冷管取 d=60mm 的1cr18ni9ti 管。第3章 反应釜强度计算3.1内筒及夹套的力学分析由工艺提供的条件可知，釜体内筒中压力1.4，夹套内工作压力0.4。则夹套筒体和夹套封头承受0.4内压；而内筒的筒体和下封头为既承受1.4压力，同时又承受0.4外压，所以其最恶劣的工作压力条件为：停止操作时，内筒无压而夹套内仍有蒸汽压力，此时内筒承受0.4外压3.1.1 工艺条

31、件设备材料选取：罐体材料为0cr18ni12mo2ti；夹套材料为0cr18ni12mo2ti罐体内设计压力=1.4mpa，设计温度t1=140；夹套内设计压力=0.4mpa，设计温度t2=90；3.1.2 筒体及夹套的厚度计算1 计算筒体内液柱静压力筒体内液柱静压力由下式进行计算：=10-6ghmpa (3-1)则代入数据得：=10-6×103×10×2.6=0.026mpa2 计算筒体的计算压力筒体的计算压力由下式进行计算：= mpa (3-2)则代入数据得：p1c=1.40.026=1.426mpa由于夹套内的液柱静压力为p2h=0，故夹套的计算压力p2c为

32、：p2c=p2=0.4mpa3 确定罐体及夹套焊接接头系数容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头基本上都采用双面焊的全焊透的焊接接头3，所以根据表2-3可选罐体及夹套焊接接头系数=0.85(局部无损探伤)焊缝结构为：双面焊或相当于双面焊的全焊透的对接焊缝表3-1 焊接接头系数 2焊缝结构焊接接头系数全部无损探伤局部无损探伤不作无损探伤双面焊或相当于双面焊的全焊透的对接焊缝1.00.85单面焊的对接焊缝，在焊接过程中沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板0.900.80无法进行探伤的单面焊的环向对接焊缝，无垫板0.64 确定设计温度下材料的许用应力由表查得：在设计温度下罐体材料的许用应力=137mp

33、a 在设计温度下夹套材料的许用应力=113mpa5 计算罐体筒体的理论计算厚度罐体筒体的理论计算厚度3用下式进行计算：(3-3)则代入数据得：=15.12 mm6 计算夹套筒体的理论计算厚度夹套筒体的理论计算厚度用下式进行计算：(3-4)则代入数据得：=5.634 mm7 计算罐体封头的理论计算厚度罐体封头的理论计算厚度用下式进行计算： (3-5)则代入数据得：=15.073mm8 计算夹套封头的理论计算厚度夹套封头的理论计算厚度用下式进行计算：(3-6)则代入数据得：=5.627mm9 确定钢板厚度负偏差负偏差应按名义厚度选取，在钢板厚度介于7.525的情况下去壁厚附加量中钢板厚度负偏差为c

34、1=0.8。10 确定钢板的腐蚀裕量腐蚀裕量由介质对材料的均匀腐蚀速率与容器的设计寿命决定。如下式：(3-7)式中 腐蚀速率（mm/a）,查材料腐蚀手册或由试验确定；容器的设计寿命，通常为1015年。本设计中，取腐蚀裕量为=2 mm11 计算反应釜容器的厚度附加量反应釜容器的厚度附加量包括钢板或钢管厚度的负偏差和介质的腐蚀裕量。故=0.82=2.8 mm12 计算罐体筒体的设计厚度罐体筒体的设计厚度即为罐体筒体理论计算厚度与腐蚀裕量的和，故罐体筒体的设计厚度为=15.122=17.12mm12 计算夹套筒体的设计厚度夹套筒体的设计厚度即为夹套筒体理论计算厚度与腐蚀裕量的和，故罐体筒体的设计厚度

35、为 =5.6342=7.634 mm13 计算罐体封头的设计厚度罐体封头的设计厚度即为罐体封头理论计算厚度与腐蚀裕量的和，故罐体筒体的设计厚度为 =15.0732=17.073 mm14 计算夹套封头的设计厚度夹套封头的设计厚度即为夹套封头理论计算厚度与腐蚀裕量的和，故罐体筒体的设计厚度为 =5.6272=7.627 mm15 确定罐体筒体的名义厚度 罐体筒体的名义厚度为罐体筒体的设计厚度加上负偏差后再圆整至钢板标准中规定的厚度而得到的厚度，故罐体筒体的名义厚度为：=17.120.8=17.92 mm向上圆整后罐体筒体的名义厚度为=18 mm16 确定罐体封头的名义厚度罐体封头的名义厚度为罐体

36、封头的设计厚度加上负偏差后再圆整至钢板标准中规定的厚度而得到的厚度，故罐体封头的名义厚度为：=17.0730.8=17.873 mm向上圆整后罐体封头的名义厚度为=18mm17 确定夹套筒体的名义厚度夹套筒体的名义厚度为夹套筒体的设计厚度加上负偏差后再圆整至钢板标准中规定的厚度而得到的厚度，故夹套筒体的名义厚度为：=7.6340.8=8.434 mm圆整后夹套筒体的名义厚度为 =10 mm18 确定夹套封头的名义厚度夹套封头的名义厚度为夹套封头的设计厚度加上负偏差后再圆整至钢板标准中规定的厚度得到的，故夹套封头的名义厚度为：=7.6270.8=8.427 mm圆整后夹套封头的名义厚度为=10

37、mm3.1.3 反应釜的稳定校核由于反应釜夹套为内压容器，不存在稳定性校核问题，故罐体筒体和封头的厚度为14mm是满足要求的。但反应釜在停车及操作过程中，会出现夹套及釜体不同时卸压的情况，使罐体成为外压容器，且最大外压差可能为夹套内的设计压力0.4mpa，故必须按外压校核对罐体进行稳定性校核。1 罐体厚度初步确定的几何尺寸罐体筒体名义厚度=18mm罐体封头名义厚度=18mm经查表3得： =0.8 mm 取=2 mm则：罐体筒体和封头的厚度附加量=0.82=2.8 mm2 计算罐体筒体的有效厚度罐体筒体的有效厚度为其名义厚度与厚度附加量的差，用下式进行计算，(3-8)则代入数据得： =182.8

38、=15.2 mm3 计算罐体筒体的外径罐体筒体的外径为罐体筒体内径与两倍名义厚度的和，用下式进行计算，(3-9)则代入数据得：=25002×18=2536mm4 计算罐体筒体的长度l由罐体内径查文献2得：椭圆封头的曲边高度=625mm；直边高度=40mm。罐体筒体的长度由下式进行计算，(3-10)则代入数据得：=3000×625403248mm5 确定系数和由式（3-8）、（3-9）、（3-10）分别计算得：=15.2 mm； =2536mm；=3248mm则代入数据得：=1.28；=166.846 确定系数a和b由系数和查图5-193可得：a=0.00055；a点落在设计

39、温度下材料线左方，得e=7 计算许用外压力许用外压力用下式进行计算，mpa (3-11)则代入数据得：p 0.440 mpa因为0.440 mp>0.4 mpa（设计要求）故罐体筒体名义厚度=18mm满足设计要求。8 计算罐体封头的有效厚度罐体封头的有效厚度为其名义厚度与厚度附加量的差，用下式进行计算，(3-12)则代入数据得： =182.8=15.2 mm9 计算罐体封头的外径罐体封头的外径为罐体封头内径与两倍名义厚度的和，用下式进行计算， (3-13)则代入数据得：=25002×18=2536mm10 计算罐体封头的标准椭圆封头当量球壳外半径标准椭圆封头当量球壳外半径用下式

40、进行计算，(3-14)则代入数据得： =0.9=0.9×2536=2282.4mm11 确定系数a和b系数a由下式确定： (3-15)则代入数据得：a=0.1251'r1o'=0.125×15.22282.4= 0.00083系数b由系数a和设计温度t1=140查表3可得：b=11012 计算许用外压力许用外压力用下式进行计算，(3-16)则代入数据得：=0.733mpa因为0.733 mpa>0.4 mpa（设计要求）故罐体筒体名义厚度=18mm满足设计要求。结论：由以上稳定性校核可知，罐体筒体和封头的名义厚度均为18mm。3.2 夹套螺旋导流板的间

41、距确定：3.2.1 夹套与筒体的间隙a=76mm（其中 s 为补强后厚度）3.2.2 螺旋导流板间距b 为得到较好的传热效果，再内加装螺旋导流板，以减小流通面积，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，则由v =au，a=ab，得，b=v/au=0.345m=345mm3.3 反应釜的液压试验校核在压力试验前，应对试验压力下产生的圆筒应力进行校核，即容器壁内所产生的最大应力不超过所用材料在试验温度上屈服极限的90%（液压试验）。3.3.1 计算罐体液压试验压力罐体的液压试

42、验压力按下式确定，(3-17)由于当设计温度小于200时，式中=13，可简化为：故=1.25×1.4=1.75 mpa3.3.2 计算夹套液压试验压力夹套的液压试验压力按下式确定，(3-18)同计算罐体液压试验压力一样，式中=1，故=1.25×0.4=0.5 mpa3.3.3 确定罐体和夹套在试验压力下的最大应力由罐体的材料为：0cr18ni12mo2ti， 查表3得：该材料的屈服点应力为：=205 mpa故罐体在试验压力下的最大应力为=3=0.9×0.85×205=156.825 mpa由夹套的材料为：q235-b，查表3得：该材料的屈服点应力为：=2

43、35 mpa故夹套在试验压力下的最大应力=0.9×0.85×235=179.775 mpa3.3.4 计算罐体筒体的应力罐体筒体在液压试验时的应力由下式进行计算，(3-19)则代入数据得：=144.790 mpa因为=144.790 mpa=156.825 mpa，所以设计符合要求。3.3.5 计算夹套筒体的应力夹套筒体在液压试验时的应力由下式进行计算， (3-20)则代入数据得：=111.86mpa因为=111.86 mpa=179.775 mpa，所以设计符合要求。3.4 选择反应釜支座型式并进行强度校核计算3.4.1 反应釜支座型式的选择反应釜属于立式容器，立式容器的

44、支座常见的有耳式支座（又称悬挂式支座）、支撑式支座和裙式支座三种。小型直立设备采用前两种，高大的设备则广泛采用裙式支座。夹套反应釜多为立式安装，比较常用的支座为支承式支座，本设计选用支撑式支座。支座实际承受的载荷q4由下式进行计算，(3-21)确定各相关参数：1 确定的设备总质量m0设备的总质量包括壳体及其附件，内部介质及保温层的质量，经分别计算得：经查表(jbt4737-95)得椭圆封头的质量为986.26kg，查表1得罐体筒体的质量为487×3=1461kg，容积为=14.7188m3，则内部介质（假定水）的质量为14.72×103kg，为提高稳定性和强度，假定夹套的质

45、量与罐体筒体的质量相等，且封头的质量也相等。同时也假定配件的质量为400kg，则设备的总质量=1461（罐体筒体）1461（夹套筒体）986.26×3（封头）14.72×103水）+400(配件)=21000.78kg2 确定支座型号及数量并计算安装尺寸d由反应釜的公称直径=2500mm，质量为21kn和反应釜为需要保温的实际情况经查表3可知，选b型支承式式支座，支座号为5。其标记为：jb/t4712.4-2007，支座b5，材料为：10号钢。计算安装尺寸d由表3可知；dr=1720则代入数据得：d=dr=1720mm3 确定式（3-21）的其他参数3每台反应釜常用4个支座

46、，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算，故n=2。因为反应釜要安装在室内，且在安装时严格保证没有偏心，故偏心载荷=0，水平力p只包含水平地震力pe，没有水平风载荷。水平地震力pe4由下式进行计算， (3-22)其中，为地震系数，根据地震抗度为7度，故取=0.12则地震载荷：=0.12×21000.78×9.8=24696.92n24.697 kn，风载荷： pw=1.2fiq0d0h0×10-6fi=1（设备质心高度h取1.8m，按h=10m取值）取风压q0为550mpapw=故p=+0.25 pw =24.697+0.25 kn。不

47、均匀系数当安装三个支座时，=1，安装三个以上支座时，=0.83；故在本设计中，=0.833。在本设计中，取=1800 mm。4 计算支座实际承受的载荷上面确定的参数，代入式（2-26）得，= =178.252knq=400 kn所以，所设定的支座型号，其承载力可初步认可。又罐体封头的有效厚度： =15.2 mm由文献4得：f=308.8knq<f,所以四个支座能够满足支座本体允许载荷的要求。3.5 选择反应釜的人孔及各接管形式并进行校核计算人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置，而视镜是用来观察设备内部情况的。但是在容器上开孔后，由于器壁金属的连续性受到破坏，将产生在容器接

48、管附近的应力集中的现象，所以还要进行强度补强校核。3.5.1 人孔、视镜形式的选择1 人孔形式的选择本设计的反应釜应最少应开一个人孔，由于该反应釜为压力容器，故应选承压人孔。考虑到腐蚀情况，故应采用回转盖不锈钢人孔。由文献6规定，板式平焊不锈钢人孔只用于pn=0.6mpa一种压力级别，其密封面只有突面一种形式，带颈平焊法兰不锈钢人孔适用公称压力级别pn=1.0mpa和pn=1.6mpa。带颈对焊法兰不锈钢人孔则在pn4.0mpa时使用。故结合本反应釜的压力情况（罐内压力为1.4mpa）和出于安全的考虑，人孔形式采用公称压力pn=1.6mpa、公称直径为450mm的带颈平焊法兰回转盖不锈钢承压人

49、孔（hg21596-1999）。2 视镜形式的选择普通的视镜有带颈和不带颈的两种3，由视镜形式的选择惯例可知，当视镜需要斜装或设备直径较小时，可采用带颈视镜，否则则选取不带颈的视镜。结合本设计的具体情况，反应釜选取不带颈的视镜（hgj501-86）。由反应釜罐体的设计压力为1.4mpa，且罐体材料为不锈钢，查表得：选取视镜型号为：视镜pg10 dg100,hgj501-86-173.5.2 选择接管、管法兰化工设备由于制造、安装、运输、检修及操作工艺等方面的要求，常常是有几个可拆的部分连在一起而构成的。例如许多换热器、反应器和塔器的筒体与封头之间常做成可拆连接，然后再组合成一个整体。而法兰连接

50、便是一种能够较好地满足上述要求的可拆连接，法兰连接结构是一个组合件，它由一对法兰、数个螺栓、螺母和一个垫片所组成。从使用角度看，法兰可分为两大类，即压力容器法兰和管法兰。压力容器法兰是指筒体与封头、筒体与筒体或封头与管板之间连接的法兰；管法兰指管道与管道之间连接的法兰。这两类法兰作用相同，外形也相似，但不能互换。1 物料出入口管法兰和接口形式的选择蒸汽入口、加料口、压缩空气入口和冷凝水出口均采用同种法兰和接管。管法兰的选用标准为：hg2059220635-97。结合本设计的具体情况，查得选用管法兰类型为：公称通径为100mm，公称压力为1.6mpa的板式平焊突面管法兰。其标记为：hg20592

51、 法兰 pl100-1.6 rf 0cr18ni12mo2ti2 温度计、压力表管法兰和接口形式的选择温度计、压力表管法兰和接口形式相同，管法兰的选用标准为：hg2059220635-97。根据设计的条件查得选择其管法兰和接口形式为:公称通径为125mm，公称压力为1.6mpa的板式平焊突面管法兰。其标记为：hg20592 法兰 pl100-1.6 rf 0cr18ni12mo2ti3 放料口管法兰和接口形式的选择管法兰的选用标准为：hg2059220635-97。根据设计反应釜的具体情况，查表3选取放料口的管法兰和接口形式为: 公称通径为150mm，公称压力为1.6mpa的板式平焊突面管法兰

52、。其标记为：hg20592 法兰 pl150-1.6 rf 0cr18ni12mo2ti4 夹套、釜体测温口管法兰接口形式的选择管法兰的选用标准为：hg2059220635-97。根据设计反应釜的具体情况，选取放料口的管法兰和接口形式为: 公称通径为65mm，釜体测温口选择公称压力为1.6mpa的板式平焊突面管法兰，而夹套测温口选择公称压力为1.0mpa的板式平焊突面管法兰。其标记为：hg20592 法兰 pl65-1.6 rf 0cr18ni12mo2tihg20592 法兰 pl65-1.0 rf 0cr18ni12mo2ti5 内冷管出入口管法兰接口形式的选择管法兰的选用标准为：hg20

53、59220635-97。根据设计反应釜的具体情况，选取放料口的管法兰和接口形式为: 公称通径为65mm，公称压力为1.0mpa的板式平焊突面管法兰。6 冷却水出入口管法兰接口形式的选择由于冷却水出入口接管位于夹套上，所以可以选择管法兰和接口形式为: 公称通径为125mm，釜体测温口选择公称压力为1.0mpa的板式平焊突面管法兰。. 其标记为：hg20592 法兰 pl125-1.0 rf 0cr18ni12mo2ti综上所述，所需的法兰及接管参数如表3-5所示：表3-5 所需的法兰及接管参数公称通径dn接管外径a1螺栓孔中心圆直径k螺栓孔直径l螺栓孔个数n法兰厚度c法兰内径b1法兰外径d坡口宽

54、度b6576145144167818568088160164169020061001081801882211022061251332101882213525061501592402282416128563.5.3 人孔及各接管的开口补强校核本设计的校核方法采用等面积补强效核的方法，对人孔及各开孔的开孔进行补强校核。由于内冷管出入口管口直径为65，压力表、温度计、测温口、检查口管口直径80，它们均小于89，由文献3可知不需要补强，其余关口直径均大于89，所以都需要进行开孔补强。1 确定封头的理论计算厚度罐体封头的理论计算厚度用下式进行计算：则代入数据得10.767罐体夹套的理论计算厚度则代入数据得4.783由于3当开孔在标准椭圆形封头中央80%封头内直径范围以内时，在开孔处壳体承受应力所必需的最小的厚度为0.9则开孔处壳体承受应力所必需的最小厚度为=0.9=0.9&#