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；工艺流程表达生产操作过程、 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设备选型原那么 4.1主要设备的选型原那么反响釜的选型原那么、搅拌器的选型原那么 4.2辅助设备选型原那么泵的选型原那么、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 反响釜每批投料量 其它物料水、

2、汽等等 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 4V 计算结果, 二 i 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h1=650mm，直边高度 h2=50mm 内外表积 Fh=7.6545m2 ,容积 Vh=2.5131m3 查表得Dg2000的筒体的有关数据如下： 米高容积 V1=5.309m3 ；米高内外表积 F1=8.17m2 那么筒体高度计算为： H= V V 封/VI= 20-2.5131 奇.309=3.29 m 按材料规格求整

3、为： H=3.2 m 长径比 H/D=320O 2600=1.23, 釜的实际体积为： V 实际=HV 1+V 封=3.2 区309+2.5131 =19.50m 3 釜的实际装料系数为： 6.3釜几何尺寸确实定 选定罐体高/径比i= (1.1 1.3) 由估算公式：D 三3 护际=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=m3 6.4夹套几何尺寸确实定 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=

4、700mm ; 内外表积 Fh=8.8503m2 ; 容积 Vh=3.1198m3 聚合釜筒体局部物料的高度： H 物=(V 物-V 封)/Vi= (16-2.5131) 奇.309=2.54m 液面高度 H 液=H 物+h1+h2=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 F+Fh=2.72 8.80+7.6545=31.6m 2 由化工设备机械根底?式 4-5校核： 传热面积适宜。 6.5釜壁厚的计算 聚合釜采用0Cr19Ni10与

5、16MnR不锈钢复合钢板制造。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： a = PcD (2(H 曰 t Pc) =1.1 2600/ (2 X0.85 180 1.1) =9.38mm a n = a +C+ 其中C = C1+C2 C1为钢板负偏差，取 0.8mm,C2为腐蚀裕度，取1mm,那么壁厚附加量 C=1.8mm 8 n=.38+1.8+ =12.5mm 8 e =号C=12.5 1.8=10.7mm D0/ 3 e=Di +2 a)n / 3 e 其中DO为聚合釜外径，Di为聚合釜内径。那么 DO/ 8 =2600+12.

6、5 20 /10.7=245.33 计算长度 L=H+h 2+1/3h1 ,其中H为筒体高度，h2为封头直边高度，h为封头曲边高 度。那么 L=3293+50+1/3 650=3559.67mm=3560mm L/DO=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/ 8 e) 在操作温度下，钢板 Et=1.86 X105 MPa :P =2X0.00018 X186X109/ (3X245.33) =0.1 MPa0.7 MPa 所以10

7、mm厚钢板不适合。 当 8 F26mm 时，D0/ 8 e =( 2600+12.5X2) /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 那么计算许用外压力P :P =B/ (D0/S0 =68/100.19=0.68MPa 设计外压P=0.7MPa，小于P且比拟相近。那么所选取的 a n=6 mm符合要求。 即筒体厚度 a n=8mm 封头厚度取与筒体相同的厚度 26mm 6.6夹套厚度的计算 夹套选用15MnVR钢板制造。 夹套计算厚度为： 3 = Pc Di/ (2 曰Pc)

8、 式中：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)；曰七为材料许用应力，查表得 180MPa 那么 8 =0.752800/ (2X0.85 180 0.75) =6.88mm 钢板名义厚度 泊a +C也其中C = C1+C2 , CI为钢板负偏差，取 0.6mm,C2腐蚀裕度 取2mm，那么壁厚附加量C等于2.6mm 那么，涓6.88+2.6+ =9.68mm =10mm 夹套封头厚度取与夹套筒体相同的厚度 10mm 6.7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=1.25

9、X 1.1=1.65MPa 水压试验时的薄膜应力为 b T =PT (Di+ a e) /2 a e 考虑到液柱压力，代入计算时 PT取1.70MPa B T =1.70 X ( 2600+26.2 ) /2 X 26.2=34.40MPa 查表得16MnR的屈服极限b s=325MPa 故 0.9()b s = 0.9 X 0.85 X 325=248.63MPa 34.40MPa = T 那么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 b / b T =1.25 X 0.75 X 180/180=0.94MPa 水压试验时的薄膜应力为 B

10、 T = PT (Di+ a e) /2 a e，考虑到夹套液柱压力，代入计算时 PT取1.00MPa 有效厚度 8 e=a n- C = 10 - 2.6 = 7.4mm 故 b T = 1.00 X ( 2800+7.4) /2 X 7.4=189.69MPa 查表得20R的屈服极限 b s=390MPa 故 0.9()b s=0.9 X 0.85 X 390=298.35MPa 189.69MPa = T 所以夹套厚度满足水压试验时强度要求。 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。 然后做夹套水压试验。 夹套水压试验压力时，聚合釜内至少要保持 0.3MPa的压力。

11、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 1684 kg,聚合釜封头质量 为 1548.6 kg。 直径为2800mm，厚度为10mm的夹套筒体一米高的质量为 644 kg,夹套封头质量为 678.0 kg。 那么聚合釜质量 m1=1684 3.29 + 1548.6 2=8637.56 kg 夹套质量 m2=644 X2.8+ 678.0=2481.2 kg 聚合釜总质量 m = 8637.56 + 2481.2 = 11118.76 kg 表6-1聚合釜有关数据表 1 (mm (mm (mm (mm (mm (kg) 釜 体 2600 3290 26 2600

12、 复合钢板 8637.56 夹 套 2800 2770 10 2800 15MnVR 2481.2 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 kg 7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， 那么 D=0.5X2600=1300mm 液体的平均密度

13、 p=( xp+ x2+x3+. ), (X 1+X 2+X 3+ . =1) 代入数据得：注=1.21g/cm3 搅拌器的材料，用不锈耐酸钢 有雷诺数Re= 件=双.汹.02；2如00 =1.5 104 查表得：Np=1.8 有轴功率公式：P= Np p N3D5 式中：P一轴功率，kw; N 一搅拌器转速，r/min ; D 一叶轮直径，m; 3 P顶体笞度，g/cm。 那么 P=1.8X 1.21 103x ( 1.42) 3X ( 1.3) 5=23.1kw 7.5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

14、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 5%)/0.95=25.5kw P一电机功率，kw; P一搅拌轴功率，kw; P 一轴封系统的摩擦损失， kw; 门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 反响釜用的立式减速机，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

15、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 150r/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 500mm,机架公称直径 320 mm。 7.5.5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局部， 其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压和真空 状态以及防止反响物料逸出和杂质的的渗入。 搅拌轴处的密封属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种。

16、机械密封功耗小， 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，其搅拌 轴直径为85mm 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.化工设备机械根底第二版.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. 6 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 符号 意义 SI单位 工程单位 V 釜体积 m 立方米

17、 中 装料系数 n 釜个数 p 密度 3 Kg/m 千克/立方米 H 高度 m 米 D 直径 m 米 P 压力 N/m2 千克力/平方米 b 许用应力 N/m2 千克力/平方米 a T 水压试验筒体压力 N/m2 千克力/平方米 a S 屈服极限 2 N/m 千克力/平方米 g 粘度 2 N 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) NRe 雷诺数 NPr 普兰特准数 Cp 比热 KJ/ (KgC) 千卡/千克力 C Cs 物料比热 KJ/ (KgC) 千卡/千克力 C C- 水的比热 KJ/ (KgC) 千卡/千克力 C t m 平均温度差 C C m 质量 Kg 千克 Q 热量 KJ 千卡 q 传热速率 KJ/s 千卡/秒 附录2设备一览表 序号 设备名称 位号 规格型号 容积(m) 材质 数量 1 袋式卸料器 V-0101 不锈钢 3 2 输送泵 P-0101 钢 3 3 接收罐 V-0101 钢 3 4 预混合