结晶釜的设计课程设计Word文档下载推荐.docx
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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----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/T20569-94《机械搅拌设备》
(2)GB150-1998《钢制压力容器》
(3)HG21563~21572-95HG21537.7~8-92《搅拌传动装置》
(4)TCEDS8-90《压力容器强度计算书统一格式》
(5)CD130A20-86《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3.5,操作容积为2.5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0.2MPa,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<
150℃,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50r/min,功率为4kW。
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4.5kW,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=25、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J507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()
3.5
操作容积()
2.5
传热面积()
7.4
表4-1原始尺寸
2
初算筒体内径按式
计算,得
m
取圆整筒体内径=2000mm,一米高的容积=1.333,内表面积=6.28。
选取釜体封头容积=0.405
釜体高度按式
计算,得
=(3-0.405)/1.333=2.421m
选取圆整釜体高度=2000mm
实际容积按式
=1.333*2.000+0.405=3.065
4.1.2夹套几何尺寸计算
夹套直径选取夹套筒体内径=+100=2100mm,
装料系数η按式
计算,得
=0.8/1.0=0.8
夹套筒体高度H2按式
=(0.8*3.0-1.333)/0.785=0.93m
选取圆整夹套筒体高度H2=930mm。
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
=3.14*0.95+1.1625=4.1455>
3.5
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
2000
1000
夹套
2100
930
4.2夹套反应釜的强度计算
4.2.1强度计算(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
夹套筒体计算厚度按式
罐体封头计算厚度按式
夹套封头计算厚度按式
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
=1.04+2.0=3.04mm
夹套筒体设计厚度按式
=1.72+2.0=3.72mm
罐体封头设计厚度按式
=1.04+2.0=3.04mm
夹套封头设计厚度按式
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=5mm
4.2.2稳定性校核(按外压校核厚度)
1、假设罐体筒体名义厚度=8mm
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
=0.6+2.0=2.6mm
罐体筒体有效厚度按式
=8-2.6=5.4mm
罐体筒体外径按式
=1000+2*8=1016mm
筒体计算长度按式
=950+250/3=1033.3mm
系数=1033.3/1016=1.017
系数=1016/5.4=188.15
许用外压力按式
=85/188.15=0.45MPa>
0.3MPa
确定罐体筒体名义厚度=8mm
2、假设罐体封头名义厚度=8mm
选取钢板厚度负偏差=0.6mm
=0.8+2.0=2.6mm
罐体封头有效厚度按式
罐体封头外径按式
标准椭圆封头当量球壳外半径按式
=0.9*1016=914mm
系数按式
=
查曲线,得系数=100MPa
>
0.3MPa
确定罐体封头名义厚度=8mm
4.2.3水压试验校核
罐体试验压力按式
夹套水压试验压力按式
查碳素钢、普通低合金钢钢板许用应力,得材料屈服点应力
罐体圆筒应力按式
<
179.8Mpa
夹套内压试验应力
<
179.8Mpa
所以夹套水压试验强度足够。
综上所述,筒体和夹套具体加工尺寸如下表4-10:
表4-10筒体和夹套局加工尺寸
筒体(mm)
封头(mm)
罐体
8
5
4.3结晶釜的搅拌器
4.3.1搅拌装置的搅拌器
搅拌器的型式主要有:
桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式等。
当用来调和(低黏度均相液体混合)时,适用的搅拌器型式有推进式和涡轮式,主要受到容积循环速率的影响。
当用来分散(非均匀相液体混合),适用的搅拌器型式有涡轮式,主要受到液滴大小(分散度)、容积循环速率的影响。
当用于固体悬浮时,按固体粒度、含量及密度,决定用桨式、推进式或涡轮式,主要受到容积循环速率、湍流强度的影响。
当用于气体吸收时,适用的搅拌器型式有涡轮式,主要受到剪切作用、容积循环速率、高速度的影响。
当用于传热时,适用的搅拌器型式有桨式、推进式、涡轮式,主要受到容积循环速率、流经传热面的湍流速度的影响。
当用于高黏度操作时,适用的搅拌器型式有框式、涡轮式、螺杆式、螺带式、带横挡板的桨式,主要受到容积循环速率、低速度的影响。
当用于结晶时,按控制因素用涡轮式、桨式和桨式变种,主要受到容积循环速率、剪切作用低速度的影响。
本反应釜搅拌装置的搅拌器采用桨式。
4.3.2搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计
此次任务选用的是桨式搅拌器。
它与轴的连接
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