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1、搅拌反应釜的釜体设计及夹套设计2.1 概述 夹套式反应釜的釜体是由封头、筒体和夹套三部分组成。封头有椭圆形封 头和锥形 封头等形式。上、下封头与筒体常为焊接。2.2 釜体材料的选择根据工艺参数及操作条件（见附录 2）确定封头、筒体及夹套的材料。此 设计的釜体材料选用0C门8Ni9与夹套材料选用Q235-B,热轧钢板，其性能与用途见表2-10表 2-1 Q235-B 性能与用途材料性能用途举例温度20 C左右情况下用，抗拉强度：广泛应用于常、低压370-500MPa压力容器的筒体、加Q235 B伸长率：26% （厚度40mm以下）强板、支座等方面的冲击功：27J （试验温度20）材料选用冷、热加
2、工性能好，无磁性和好的低温广泛应用于化工设0Cr18Ni9性能。具有足够的耐晶间腐蚀能力备，工业设备，常、低压压力容器的筒体等方面的材料选用由工艺参数及操作条件和表2-1可知，0Cr18Ni9和Q235 B材料能够满足任务 书中的设计温度、设计压力。在操作条件下Q235 B能使设备安全运转，并且不会因 腐蚀而对介质产生污染，而且相对与其他钢号价格便宜，所以 本设计釜体材料选用 0Cr18Ni9与夹套材料采用Q235-B，热轧钢板。2.3 封头的选择搅拌反应釜顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头，本设计采用椭圆形 标准封 头，直边高度h二45mm，其内径取与筒体内径相同的尺寸。椭圆形封头是由半个
3、椭圆球体和一个圆柱体组成 ，由于椭圆部分径线曲率 平滑连 续，封头中的应力分布不均匀。对于a2得标准形封头，封头与直边的连接处的不连续 应力较小，可不予考虑。椭圆形封头的结构特性比较好。2.4 釜体几何尺寸的确定釜体的几何尺寸是指筒体的内径Di和高度H。釜体的几何尺寸首先要满 足化工工 艺的要求。对于带搅拌器的反应釜来说，容积 V 为主要决定参数。2.4.1 确定筒体的内径由于搅拌功率与搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器直径往往需随釜体 直径的增 加而增大。因此，在同样的容积下筒体的直径太大是不适宜的。对于 发酵类物料的反应 釜，为使通入的空气能与发酵液充分接触，需要有一定的液 位高度，筒体的
4、高度不宜太 矮。因此，要选择适宜的长泾比（hd）。根据釜体长径比对搅拌功率、传热的影响以及物料特性对筒体长径比的要求，又由实践经验，针对一般反应釜，液一液相物料，h D取值在1.7-2.3之间，并且考虑还要在封头上端布置机座和传动装置，因此，取h厂=2.3 o由 可知:(2-1 )有：操作容积=全容积 0.8=6.4筒体高度， m ； Di筒体内径；式中：V操作容积，m3; H装料系数，取值为08 则：=1.638 2.32.4.2 确定筒体的高度将 Di 值圆整到标准直径 ，取筒体内径 Di=1600 mm由搅拌设备设计可知:V-Vhh(2-2)式中：Vh下封头所包含的容积，在材料与零部件中
5、查得，Vh=0.617。=3.689 m4H- 1.6-0.617）把H的值圆整到H =3700 mm,则：二1.622.5 夹套的结构和尺寸设计1 ）仅圆筒部分有夹套，用于需加热面 积不大13760000 =2.3常用的夹套结构形式有以下几种%i的场合；（2）圆筒一部分和下封头包有夹套，是最常用的典型结构；（3）在圆筒部分的夹套中间设置支撑或加强环，以提高内筒的稳定性，在夹套 中介质 压力较大时，由于这种结构减小了内筒的计算长度，从而减小了筒体的 壁厚；（4）为全 包式夹套，与前三种相比，传热面积最大。本设计中夹套的结 构选择第一种最最常用的 典型结构。夹套上设有介质进出口。当夹套中用蒸汽作
6、为载热体时，蒸汽一般从上端 进入夹 套，冷凝液从夹套底部排出，如用液体作为冷却液时则相反，采取下端 进，上顿出，以 使夹套中经常充满液体，充分利用传热面，加强传热效果。2.5.1 确定夹套与封头的内径夹套的内径耳一般按公称尺寸系列选取，以利于按标准选择夹套封头，具体可根据筒体直径Di按表2-2中推荐的数值选用。表 2-2 夹套内径与筒体内径的关系D.i500 一 600700 一 8002000 一 3000D.jDj+50Di+100Di +200由此关系可取：Dj = Dj+200= 1600 200= 1800 mm。2.5.2 确定夹套筒体高度由于：S夹=耳二比+ S封(2-3)S 夹
7、 -S 封则：H1= - 封二( D2-4)1 二 1已知：传热面积S夹=12m ,封头的内表面积S 封=2.98m22则:H1=汽害兀D112-2.983.14 1600=2600mm圆整后取： H1 = 2600mm。2.6 釜体和夹套的壁厚的确定釜体和夹套的强度和稳定性设计可按内、外压容器的设计方法进行本设计中，釜体的筒体与其下封头按承受内压和外压分别进行计算，釜体内压设计压力为021 MPa，釜体外压设计压力为0315 MPa夹套的筒体以及釜体的上封头按内压容器设计，其设计压力为 0.21 MPa 。a2.6.1 釜体的筒体壁厚计算(1)首先对筒体按照承受021 MPa的内压进行计算a
8、由于:PDi1C（）2-5 ）式中:td为内压筒体设计厚度；P为设计压力，P = 0.21 MPa ；Di为筒体内径，mm ； 匕 1为 Q235 B 热轧钢板，在设计温度下的许用应力，=137MPa为焊缝系数,采用双面焊缝,局部无损探伤，：=0.85; C2 为腐蚀裕度,取值为 0 mm。将上述各值代入(2-5)中得：0.21x1600“ 一t0.8 - 2.24mmd 2 137 0.85-0.21圆整后，取名义厚度tn= =6 mm。(2)按照承受0315MPa的外压进行计算a 设筒体的有效厚度 te= 10mm则： D = 1600 2 10 = 1620mm然后确定LD, Dte的值
9、由于 h1= 450 mm， D = 1620 mm因本结构没有下封头, 所以：=2600d/26%20 =1-604所以：1620/10在化工设备机械基= 162础中查图可知：A= 0.0005， B=50MPaa则：B 50Ip=0.308 MPa 0.315 MPaD 162aatee由此可知：壁厚不符合要求，需增加壁厚计算 再设筒体的有效厚度 te= 12mm 则： D = Di+2te = 1600 2 12 =1624mm6%/26%24 =DX = 16242 = 135-3查图得 A= 0.0005, B=64.3 MPaa则：BIp !二 D =64335.3= 047。肌吧
10、可知： te=12mm 时,etee满足外压稳定性要求综上所述可知,釜体的筒体名义厚度tn取12mm。2.6.2釜体的封头厚度计算(1)首先对封头按照承受 0.21 MPa 的内压进行计算 a已知：P= 0.21 MP , D.= 1600 mm,=0.85,采用双面焊缝,100% 无损ai探伤, 4 丨=137 皿卩玄, C=G C2 C3= 0.8 0 0 =0.8将上述各值代入下列计算式中,得:PDi C( 2-6)2 4 | -0.5P0.21 6002 137 0.85 -0.5 0.21= 2.3 mm考虑到封头与筒体的焊接方便,取封头与筒体相等壁厚,即取封头壁厚名 义厚度 tn=
11、 12 mm。因本结构没有夹套下封头,所以不用按照外压进行计算封头厚度。2.6.3 夹套的筒体壁厚计算夹套筒体按承受021 MPa的内压计算a由于:tdPDii(2-7)式中：P= 0.21MP，D. = 1800 mm，卜 d= 113MP，=0.85,ai1aC= C1 C2 C3= 2.8 mm将上述各值分别代入（2-7）式中，得:21 182.82 113 0.85-0.21=4.77 mm圆整后取 tn= 8 mm2.6.5 水压试验校核（1）试验压力根据设计规定：P = 1.25P - MP:T:或 P+ 0.1 MPa（ 2-8取两者中较大的值。式中：PT试验压力，MPa ；TP
12、对釜体试验压力，P = 0.26 MPa，对夹套试验压力，aP = 0.39 MPa，a则：釜体试验压力和夹套试验压力分别为0.26 MPa和0.39 MPaaa（2）内压水压试验P D +t 】对于釜体，根据式：一一A（ 2-9）式中： PT = 0.26 MPa， Di= 1600mm， te = tn - C = 12 - 0.8 = 11.2 mm Ta ie n0.26 1600 11.2则：22.4=18 MPaa而 90% ；飞 =0.9 235 =211.5 MPa a可见匚T : 90%二s,所以水压试验强度足够。对于夹套，把 Pt = 0.39 MP , D.= 1800m
13、m, t = t -C = 8 - 2.8= 5.2 mmTaie n代入(2-10 )中得：_ 0.39(1800+ 5.2) 匚 T =2 5.2=67.7 MPaa而 90%；S = 0.9 235 =211.5 MPaSa可见匚T”： 90%；s，所以水压试验强度足够 对于釜体封头，根据式， T= 严严(2-1 。)式中：pT = 026MPa， Di= 1600mm，K1= 09te = tn- C = 12 - 28 = 9-2 mm则：0.26 0.9 1600 0.4 9.2-T 2 72= 16.6 MPa而 90%； s =0.9 235 =211.5 MPasa可见二T:
14、 90%；s，所以水压试验强度足够综上所述，内压水压试验安全(3) 外压水压试验对于釜体由于 te =tn C =12-0.8 =11.2mm e=tn2 11.2 =1622.4mmD Dj2te =1600 jeD .：/1622.4 =144.86商6在化工设备机械基础查得A= 0.00049 , B=63MPa。a故许用应力小話二悬卄肌tePl PT = 0.26 MPa可知外压水压试验安全釜体筒体失稳若 P1 :卩丁，则作水压试验时应在釜体内充压，以防止2.6.6 计算结果的统计如下表 2-3表 2-3釜体夹套筒体壁厚12mm8mm封头壁厚12mm2.6.7 传热面积的校核 又工艺要求夹套传热面积为 12m2。 可知实际总传热面积大于工艺要求的传热面积，满足传热要求，（如果其 小于工艺 要求的传热面积，则应再釜体内设置其他换热装置）。3反应釜搅拌装置的设计3.
