聚合釜设计参考示例

1、1概述（现状、应用：；工艺配方：；性能指标：；主要原料及主要特性参数：）2生产工艺流程【工艺路线的选择；工艺流程图（详见工艺流程图）；工艺流程叙述（生产操作过程、各控制参数、操作时间等）】3生产控制及三废处理各岗位生产控制（3.1.1各岗位控制条件；3.1.2）三废处理（3.2.1废水及废液；3.2.2废渣；3.2.3废气）4设备选型原则4.1 主要设备的选型原则（反应釜的选型原则、搅拌器的选型原则）4.2 辅助设备选型原则（泵的选型原则、各辅助设备（具体选型见后面章节）5物料衡算物料衡算的任务衡算依据及收集的数据衡算基准：（日产量，每釜日产能力及釜个数）反应釜每批投料量其它物料（水、汽等等）

2、6釜设计6.1 设计任务选择釜及夹套材料，确定聚合釜和夹套的几何尺寸，并对聚合釜及夹套进行强度计算。6.2 设计依据6.3 釜几何尺寸的确定选定罐体高/径比i=（1.1 ? 1.3）由估算公式： D三；一计算结果，例如：初步选取公称直径为Dg2600的筒体，封头选取 Dg2600的标准椭圆封头。查表得封头的尺寸如下：曲边高度m=650mm ,直边高度h2=50mm23内表面积 Fh=7.6545m ,容积 Vh=2.5131m查表得Dg2000的筒体的有关数据如下：一米高容积 VASBOgm 3 ; 一米高内表面积 F1=8.17m 2则筒体高度计算为：H= （V - V 封）/V1= （20

3、-2.5131 ）越.309=3.29 m按材料规格求整为：H=3.2 m长径比 H/D=320O 2600=1.23 ,釜的实际体积为：V 实际二 HV1+V 圭=3.2 八309+2.5131 =19.50m 3釜的实际装料系数为：n 实际 =V 物 /V 实际 =15.98 49.50=0.82由此可见，聚合釜的尺寸合理。釜设计最大生产量为：19.50 >0.85=m36.4 夹套几何尺寸的确定取公称直径为Dg2800 的夹套，夹套封头也采用标准椭圆封头，并取与夹与筒体相同的直径。查表得 Dg2800 的标准椭圆封头的有关尺寸如下：直边高度h2=700mm ； 内表面积Fh=8.8

4、503m 2 ； 容积Vh=3.1198m 3 聚合釜筒体部分物料的高度：H 物 =(V 物 -V 封 ) Ni= ( 16-2.5131 )越 .309=2.54m液面高度H ?=H 物 +h1+h 2=2540+50+650=3240mm夹套包围的筒体高度：H 包 =H 物 + =2.54+0.18=2.72m夹套筒体的高度：H 夹 =H 包 +50=2720+50=2770mm聚合釜内传热面积A=H 包 Fj+Fh=2.72 >.80+7.6545=31.6m 2由化工设备机械基础式 4-5校核： 传热面积合适。6.5 釜壁厚的计算聚合釜采用0Cr19Ni10 与 16MnR 不锈

5、钢复合钢板制造。可以16MnR 钢来进行强度计算。设计压力？1.1 ；设计温度？180聚合釜计算厚度为：S = PcD (2 ? 门 tPc)=1.1 >2600/(2>0.85 >180 1.1) =9.38mmS n = S + +其中C = C1+C2 C1 为钢板负偏差，取0.8mm,C 2为腐蚀裕度，取1mm, 则壁厚附加量C=1.8mmS n=.38+1.8+ =12.5mmS e = S nC=12.5 1.8=10.7mmD0/S e(=Di +2 S)n/S e其中D。 为聚合釜外径，Di 为聚合釜内径。则D0/ S e(=2600+12.5 >2)

6、/10.7=245.33计算长度L=H+h 2+1/3h i，其中H为筒体高度，h2为封头直边高度，山为封头曲边高 度。则L=3293+50+1/3 >650=3559.67mm=3560mmL/D0=3560/2600=2.27查外压或轴向受压圆筒几何参数计算图，得到系数A=0.00018然后查图外压圆筒和球壳厚度计算图( 16MnR钢)，A点位于曲线左边，用公式P =2AEt/3(D0/ S e)在操作温度下，钢板Et=1.86 >105 MPa P =2>0.00018 >186>109/(3>245.33) =0.1 MPa 0.7 MPa所以 10

7、 mm 厚钢板不适合。当Sn26mm 时， D0/ Se ( 2600+12.5 X2 ) /26.2=100.19查外压或轴向受压圆筒几何参数计算图，得到系数A=0.0005 ，然后查图外压圆筒和球壳厚度计算图( 16MnR 钢 ) B=68MPa则计算许用外压力 P:P =B/ ( DO/ S e =68/100.19=0.68MPa设计外压P=0.7MPa，小于P且比较相近。则所选取的S n=2 mm符合要求。即筒体厚度S n=26mm封头厚度取与筒体相同的厚度 26mm6.6 夹套厚度的计算 夹套选用15MnVR钢板制造。夹套计算厚度为：S = Pc Di/(2八:c t_ pc)式中

8、：Pc为计算压力；取0.75MPa ; Di为夹套内径；2800mm ; $为焊缝系数，取 0.85 (双面对接焊，局 部无损探伤)；c t为材料许用应力，查表得 180MPa贝U S =0.75 2800/ (2X0.85 >180 0.75) =6.88mm钢板名义厚度 S= S+C£其中C = C什C2 , Ci为钢板负偏差，取 0.6mm,C2腐蚀裕度 取2mm,则壁厚 附加量C等于2.6mm那么，S=6.88+2.6+ =9.68mm =10mm夹套封头厚度取与夹套筒体相同的厚度10mm6.7 水压试验应力校核筒体水压试验应力校核水压试验压力 Pt =1.25P=1.

9、25 > 1.1=1.65MPa水压试验时的薄膜应力为c t =Pt ( Di+ S e) /2 S e考虑到液柱压力，彳t入计算时Pt取1.70MPac t=1.70 >( 2600+26.2 ) /2> 26.2=34.40MPa查表得16MnR的屈服极限c s=325MPa故0.9 $ cs = 0.9 X 0.85 X 325=248.63MPa > 34.40MPa = c t则筒体厚度满足水压试验时强度要 求。夹套水压试验应力校核夹套水压试验压力为Pt=1.25P c / c t=1.25X0.75X 180/180=0.94MPa水压试验时的薄膜应力为Pt

10、 取 1.00MPac t = P t ( Di+ S e) /2 S e,考虑到夹套液柱压力，代入计算时有效厚度 S e= S n- C = 10- 2.6 = 7.4mm故 cT = 1.00 X( 2800+7.4 ) /2X 7.4=189.69MPa查表得20R的屈服极限c s=390MPa故0.9 $ cs=0.9X 0.85X 390=298.35MPa >189.69MPa = ct所以夹套厚度满足水压试验时强度要求然后做夹套水压试验1684 kg,聚合釜封头质量644 kg,夹套封头质量为水压试验的顺序是先做聚合釜水压试验，试验合格后再焊上夹套。夹套水压试验压力时，聚合

11、釜内至少要保持0.3MPa的压力。釜有关数据查表直径为2600mm ,厚度为26mm的筒体一米高的质量为为 1548.6 kgo直径为2800mm ,厚度为10mm的夹套筒体一米高的质量为678.0 k。则聚合釜质量 m二1684X3.29 +1548.6 X2=8637.56 k夹套质量 m2=644 X2.8 +678.0=2481.2 k聚合釜总质量 m = 8637.56 +2481.2 = 11118.76 k表6-1聚合釜有关数据表项目直径(mr)、k1、<身度(mm厚度(mm封头直径(mm材质(mm质 量(k)釜体26003290262600复合钢板8637.56夹套280

12、0277010280015MnVR2481.2支座的选型有上面的计算可以知道，聚合釜装满物料的时候总重为：m=11118.76+15827.39=26949.15 kg所以支座的型号可以选B型悬挂式支座：支座 B10 JB1165-81.每个支座重32.4 kg7搅拌器的设计7.1 设计任务确定搅拌器的型式、几何尺寸、转速、轴功率以及电动机、减速机的选型。7.2 设计依据7.3 搅拌器型式及转速7.4 搅拌器轴功率取D/T=0.5 ,其中 D 一搅拌器直径T一釜的直径，贝U D=0.5X2600=1300mm液体的平均密度，：=(?+$ + <+ ), (X l+X 2+X 3 += 1

13、)代入数据得：J - 1.21g/cm 3搅拌器的材料，用不锈耐酸钢有雷诺数Re=呼=33贵冷”0 =1.5 X04查表得：Np=1.8有轴功率公式：P= Np PNd5式中：P一轴功率，kw ;N 一搅拌器转速，r/min ;D 一叶轮直径，m;P一流 体密度，g/cm3。则 P=1.8X1.21 >10 3x ( 1.42) 3X ( 1.3) 5=23.1kw7.5 釜的传动装置聚合釜的搅拌器由传动装置来带动，传动装置通常设置在釜顶封头的上部。聚合釜传动装置的设计内容一般包括：电机、减速机的选型等。7.5.1 常见电机及其连接尺寸电机功率必须满足搅拌器运转功率与传动系统、轴封系统功

14、率损失的要求，还要考虑到有时在搅拌操作中会出现不利条件造成功率过大。电机功率可按下式计算：Pd= ( P+ P ')/n=(23.1+23.1 >%)/0.95=25.5kwP电机功率，kw; P一搅拌轴功率，kw; P ?一轴封系统的摩擦损失，kw;n转动系统的机械效率。本工艺选用 Y180L-25型三相异步电动机。7.5.2 釜用减速机类型、标准及其选用反应釜用的立式减速机，主要的类型有谐波减速机、摆线针轮行星减速机、二级齿轮减 速机和V带传动 减速机。本工艺选用的是 LC系列减速机，型号 LC200A-25电机，额定功 率2.2kw ,转速750r/min ,搅拌 轴转速1

15、50r/min 。7.5.3 凸缘法兰选用M型凹面凸法兰7.5.4 安装底座安装底座采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅 拌传 动装置与容器连接的主要接件。安装底盖公称直径500m m机架公称直径320 mm7.5.5 机架机架是安放减速机用的，它与减速机底座尺寸应匹配。7.6 轴封装置轴封是搅拌设备的一个重要组成部分，其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压和真空状态以及防止反应物料逸出和杂质的的渗入。搅拌轴处的密圭寸属于动密圭封常用的有填料密圭寸和机械密圭寸两种。机械密圭寸功耗小，泄露率低，密封性能可靠，使用寿命长。本设计主要选用的是202型标准机械密封，具搅拌轴直径为8

16、5mm参考文献1上海化工设计院编.化工工艺设计手册 （上、下册）（第二版）.化学工业出版社，1996.2汤善甫，朱思明.化工设备机械基础 （第二版）.华东理工大学出版社，2004.3陈声宗.化工设计.化学工业出版社，2004.4魏崇光，化学工业部属五院校.化工工程制图.化学工业出版社，1992.5赵国方.化工工艺设计概论.原子能出版社，1990. 聂清德.化工设备设计.化学工业出版社，1989.附录1重要符号表意义SI单位工程单位V釜体积m立方米0装料系数一一n釜个数一一P密度3Kg/m千克/立方米H身度m米D直径m米p压力N/m2千克力/平方米许用应力N/m2千克力/平方米a T水压试验筒体压力N/m”千克力/平方米a S屈服极限2N/m千克力/平方米g粘度2N S/m千克力秒/平方米T筒径m米p功率J/S瓦特入导热系数J/(m S C)N Re雷诺数一一N Pr普兰特准数一一Cp比热KJ / (Kg° C)千卡/千克力CCs物料比热KJ / (Kg° C)千卡/千克力Cn C-水的比热KJ /(Kg° C)千卡/千克力C t m平均温度差CCm质量Kg千克Q热量KJq传热速率KJ/s丁卜/秒附录2设备一览表序号设备名称位号规格型号