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1、结晶釜的设计 目 录1. 结晶釜的结构31.1 结晶釜的功能和用途31.2 结晶釜的反应条件32. 设计标准43. 设计方案的分析和拟定44. 各部分结构尺寸的确定和设计计算54.1 罐体和夹套的结构设计54.1.1 罐体几何尺寸计算64.1.2 夹套几何尺寸计算74.2 结晶釜的强度计算84.2.1 强度计算(按内压计算强度)84.2.2 稳定性校核(按外压校核厚度)104.2.3水压试验校核134.3 结晶釜的搅拌器144.3.1 搅拌装置的搅拌器144.3.2 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计144.3.3 搅拌装置的搅拌轴设计1544 结晶釜的传动装置设计164.4.1 常用电机
2、及其连接尺寸164.4.2凸缘法兰164.4.3安装底盖164.5 结晶釜的轴封装置设计164.5.1 填料密封174.5.2 机械密封174.6结晶釜的其他附件设计184.6.1 支座184.6.2 手孔和人孔184.6.3 设备接口185. 参考文献21201.结晶釜的结构1.1 结晶釜的功能和用途结晶釜主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。 搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形成通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封
3、装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺管等附件一起，构成完整的结晶釜。结晶釜是物料混合反应后，夹层内需冷冻水或冷媒水急剧降温的结晶设备，其关键环节在于夹层面积的大小，搅拌器的结构形式和物料出口形式，罐体内高精度抛光，以及罐体内清洗无死角的要求来满足工艺使用条件。结晶釜是化工、制药、食品等行业的物料混合、加温、降温、搅拌等国内过程中的混合反应设备。由于工艺和介质不同，物料有易燃、易爆、巨毒、高温高压的状况常为多见。设备的搅拌形式、转速、加温和降温的要求不同。该设备的设计选材、结构和减速机防爆与不防爆要求也不同。1.1 结晶釜的反应条件 结晶釜的设计要注重反应的条件，一般
4、考虑夹套和搅拌器的材料、上下进出口的设计，主要分为温度、压强、进料口和出料口、材料这几个因素。 温度-这个一般都应当有严格的控制，所以在设计的时候要注意温度计选择。要是反应温度高可能要使用油 浸泡温度计，所以要留可以装油的管槽，要是温度低还要注意冰封现象发生。要是温度在100度到0度之间，要求不高的情况下，可以用塞子直接套温度计（注意压强）。 压强-压强的高低要选择合适的反应釜，一般只要能承受两倍的大气压就可以了。本设计是在负压条件下完成。 进料口和出料口-一般进料口做一定大就一个可以了，要注意一些比如回流口、真空口什么的，还有就是出料口的大小，有些物质反应后不容易放出，所以要设计合适。 材料
5、-一般反应釜都是玻璃的，要是工业生产最好用搪瓷的，搅拌的金属要注意保护不要被腐蚀，放料活塞要可以防腐。 还有就是夹套的进出水的控制，防止部分比如盐水的滞留。2. 设计标准（1）HG/T 20569-94 机械搅拌设备（2）GB 150-1998 钢制压力容器（3）HG 2156321572-95 HG 21537.78-92 搅拌传动装置（4）TCED S8-90 压力容器强度计算书统一格式（5）CD 130A20-86 化工设备设计文件编制规定3. 设计方案的分析和拟定此次我要设计的是全容积为6.0，操作容积为4.4的结晶釜。1、设计压力：容器内的设计压力为负压，夹套内的设计压力为0.2MP
6、a，由此可知本反应釜是在常压下工作 。2、设计温度：容器内的设计温度80到100，夹套内的设计温度130，设计温度均不高，不需要对反应釜作保温措施。3、介质选择：容器内的介质为染料及有机溶剂,夹套内的介质为冷却水或蒸汽。4、搅拌器：选用推进式搅拌器，搅拌轴转速为50 r/min，功率为5.5kW。5、材料选择：选用最常用的Q235-A碳素钢材，由此釜中的其他接管法兰等钢材也选用Q235-A碳素钢材。封头为标准的椭圆封头，材质也选用Q235-A碳素钢。6、传动系统：选用库存电机Y1322-6，转速960r/min,功率5.5kW，给定搅拌传动系统用V带传动。7、接管设计：已知结晶釜的用途为冷却结
7、晶，因此反应釜需要冷却水入口、加料口、人孔、温度计管口、压缩空气入口、放料口、手孔、备用管口、压料管、压料管套管。公称尺寸：冷却水入口公称尺寸DN=25、加料口公称尺寸DN=25、人孔公称尺寸DN=400、温度计管口公称尺寸DN=80、压缩空气入口公称尺寸DN=25、放料口公称尺寸DN=40、冷凝水出口公称尺寸DN=25、手孔公称尺寸DN=100、备用管口公称尺寸DN=40、压料管DN=50、压料管套管DN=80。8、焊接选择：焊接采用电弧焊，焊条牌号：采用J 507焊条。9、法兰焊接：法兰焊接按相应法兰标准的规定，角焊缝及搭接焊缝的焊叫尺寸按两焊件中较薄板的厚度。此外，设计中还需选择接管、管
8、法兰、设备法兰、轴承、联轴器、轴封形式，最后完成设计时，需将设计的反应釜绘制成装配图及绘出传动系统部件图。4. 各部分结构尺寸的确定和设计计算4.1 罐体和夹套的结构设计罐体一般是立式圆筒形式容器，有顶盖、筒体、罐底，通过支座安装在基础平台上。罐底通常为椭圆形封头。顶盖在受压状态下常选用椭圆形封头，对于常压或操作压力不大而直径较大的设备，顶盖可采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢（槽钢和工字钢）制的横梁，用以支承搅拌器及其传动装置。顶盖和钢底分别与筒体相连。罐底与筒体的连接常采用焊接连接。顶盖与筒体的连接型式分为开拆和不可拆两种，筒体直径1200，宜采用可拆连接。当要求可拆时，做成法兰连
9、接。夹套型式与罐体相同。 4.1.1 罐体几何尺寸计算1、釜体形式为常用结构圆筒形，封头形式为常用结构椭圆形。原始尺寸如下表4-1：全容积（） 6.0操作容积（） 4.4传热面积（） 9.4表4-1 原始尺寸2、初算筒体内径按式 计算,得 取圆整筒体内径 =2000mm，一米高的容积 =3.14，内表面积=18.85。选取釜体封头容积 =0.405 釜体高度按式 计算,得 =（6-0.405）/3.14=1.78m选取圆整釜体高度 =2000 mm 实际容积按式 计算,得 =3.14*2.000+0.405=6.6854.1.2 夹套几何尺寸计算夹套直径 选取夹套筒体内径 =+100=2100
10、 mm,装料系数按式 计算，得 =4.4/6.685=0.658夹套筒体高度H2按式计算，得 =（0.658*6.858-0.405）/3.14=1.308m选取圆整夹套筒体高度 H2=1400mm。以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸,选取罐体封头表面积 =2.213 。筒体的容积、面积和质量,选取一米高筒体表面积 =6.28。 实际总传热面积F按式校核,得 =6.28*1.308+2.213 =10.439.4 综上所述，筒体和夹套尺寸为下表4-6所示：表4-6 筒体和夹套尺寸直径(mm)高度（mm）筒体20002000夹套210014004.2 夹套反应釜的强度计算4.2.1 强度计算
11、(按内压计算强度)据工艺条件或腐蚀情况确定，设备材料选用Q235-A。由工艺条件给定, 设计压力（罐体内） =0.2MPa， 设计压力（夹套内） =0.3MPa， 设计温度（罐体内） 100， 设计温度（夹套内） 150。 选取罐体及夹套焊接接头系数 =0.85。罐体筒体计算厚度按式计算，得 夹套筒体计算厚度按式 计算，得 罐体封头计算厚度按式 计算，得 夹套封头计算厚度按式 计算，得 壁厚附加量，其中C1为钢板负偏差，初步取=0.6mm, 腐蚀裕量=2mm,热加工减薄量=2（封头热加工=0.5mm），因此：=0.6+2+0=2.6mm罐体筒体设计厚度按式 计算，得=2.12+2=4.12mm
12、夹套筒体设计厚度按式 计算，得 =2.22+2.0=4.22mm罐体封头设计厚度按式 计算，得 =2.08+2.0=4.08mm夹套封头设计厚度按式 计算，得 =2.18+2.0=4.18mm 圆整选取罐体筒体名义厚度 =5mm 圆整选取夹套筒体名义厚度 =5mm 圆整选取罐体封头名义厚度 =5mm 圆整选取夹套封头名义厚度 =5mm4.2.2 稳定性校核(按外压校核厚度) 1、假设罐体筒体名义厚度 =8 mm钢板厚度负偏差,选取钢板厚度负偏差 =0.6mm据经验规律，腐蚀裕量 =2.0mm厚度附加量按式计算，得 =0.6+2.0=2.6mm罐体筒体有效厚度按式 计算，得 =8-2.6=5.4 mm罐体筒体外径按式 计算，得 =2000+2*8=2016mm筒体计算长度按式 计算，得 =1400+250/3=2233.3mm系数 =2233.3/2016=1.108系数 =2016/5.4=373.1
