釜体及夹套强度计算
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化工设备机械基础课程设计题目:1m3夹套反应釜设计学院: 化学与材料工程学院专业: 化学工程班级: 10化工姓名:学号: ***********指导老师:完成日期: 2012年6月1日夹套反应釜设计任务书设计者:班级:10化工学号:10111003101指导老师:日期:一、设计内容设计一台夹套传热式带搅拌的配料罐。
二、设计参数和技术特性指标见下表三、设计要求1.进行罐体和夹套设计计算;2.选择支座形式并进行计算;3.手孔校核计算;4.选择接管、管法兰、设备法兰;5.进行搅拌传动系统设计;(1)进行传动系统方案设计(指定用V带传动);(2)作带传动设计计算:定出带型,带轮相关尺寸(指定选用库存电机Y1322-6,转速960r/min,功率5.5kW);(3)选择轴承;(4)选择联轴器;(5)进行罐内搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计;6.设计机架结构;7.设计凸缘及安装底盖结构;8.选择轴封形式;9.绘制装配图;10. 绘传动系统部件图。
表1 夹套反应釜设计任务书简图设计参数及要求容器内夹套内工作压力,Mpa设计压力,MPa0.2 0.3工作温度,℃设计温度,℃<100 <150介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽全容积,m3 1.0操作容积,m30.8全容积传热面积,m2>3.5腐蚀情况微弱推荐材料Q235-A搅拌器型式推进式搅拌轴转速,r/min200轴功率,kW 4接管表符号公称尺寸DN连接面形式用途a 25 蒸汽入口b 25 加料口c 80 视镜d 65 温度计管口e 25 压缩空气入口f 40 放料口g 25 冷凝水出口h 100 手孔目录1. 夹套反应釜的结构 (5)1.1 夹套反应釜的功能和用途 (5)1.2 夹套反应釜的反应条件 (5)2. 设计标准 (6)3. 设计方案的分析和拟定 (6)4. 各部分结构尺寸的确定和设计计算 (7)4.1 罐体和夹套的结构设计 (7)4.1.1 罐体几何尺寸计算 (8)4.1.2 夹套几何尺寸计算 (10)4.2 夹套反应釜的强度计算 (12)4.2.1 强度计算(按内压计算强度) (12)4.2.2 稳定性校核(按外压校核厚度) (15)4.2.3水压试验校核 (21)4.3 反应釜的搅拌器 (23)4.3.1 搅拌装置的搅拌器 (23)4.3.2 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计 (23)4.3.3 搅拌装置的搅拌轴设计 (24)4.4 反应釜的传动装置设计 (26)4.4.1 常用电机及其连接尺寸 (26)4.4.2釜用减速机类型、标准及其选用 (26)4.4.3 V带减速机 (27)4.4.4凸缘法兰 (30)4.4.5安装底盖 (31)4.4.6机架 (31)4.4.7联轴器 (32)4.5 反应釜的轴封装置设计 (33)4.5.1 填料密封 (33)4.5.2 机械密封 (33)4.6反应釜的其他附件设计 (34)4.6.1 支座 (34)4.6.2 手孔和人孔 (35)4.6.3 设备接口 (35)5. 设计小结 (38)6. 参考文献 (39)设计说明书1. 夹套反应釜的结构夹套反应釜主要由搅拌容器、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。
夹套反应釜选型计算方法(详细计算公式)假设需要给一个3吨的反应釜加热冷却控温。
反应釜的进出油口径为DN50(一进一出)物料为N-乙基吡咯烷酮2000kg左右,需要在1.5h把温度加热到150℃,冷却的时候需要在1h左右把温度冷却到常温(50度左右),如何选配模温机?计算选型步骤如下:一、物料需要的加热功率:1、物料的比热为0.52Kcal/kg.℃,物料2000kg假设室温为20℃,加热到150℃,温度差为130℃,时间为1.5小时.加热功率:P=W×△t×C÷(860×T)加热功率: P1=2000×130×0.52÷(860×1.5)=104.8KW;2、夹套内导热油加温需要的加热功率;导热油比热为0.5Kcal/kg,密度为0.85 kg/ dm3;860千卡=1KW假设室温为20℃,因为要加热物料和反应釜,所以需要更高的油温,则温度差设为150℃,时间为1.5小时夹套容积约为350L加热功率:P=W×△t×C÷(860×T)加热功率:P2=350×0.85×150×0.5÷(860×1.5)=17.29KW3、反应釜体升温所需要加热功率钢铁比热为0.11Kcal/kg.,860千卡=1KW,3000kg的反应釜需要加热的部分算整个反应釜的70%假设室温为20℃,则温度差设为130℃,时间为1.5小时加热功率:P=W×△t×C÷(860×T)加热功率:P3=3000×70%×130×0.11÷(860×1.5)=23.28KW;总加热功率:P3=104.8+17.29+23.28=145.37KW以上计算以热效率为100%,未计加热过程中热量的损失及反应釜自身金属升温所需的热量得出的结果.实际选择时乘以安全系数1.2。
0.95m 3夹套反应釜设计计算说明书一、罐体和夹套设计计算1.1 罐体几何尺寸计算1.1.1 选择筒体和封头的形式 选择圆柱筒体及椭圆形封头。
1.1.2 确定筒体内径已知设备容积要求0.95m 3,按式(4-1)初选筒体内径:式中,V=0.95m 3,根据【2】38页表4-2,常反应物料为液-液类型, i =H 1/D 1=1~1.3,取 i =1.3,代入上式,计算得1D ≅将D 1的估算值圆整到公称直径系列,取D 1=1100mm ,1.1.3 确定封头尺寸标准椭圆形封头尺寸查附表4-2,DN=1100mm ,选取直边高度h 2=25mm 。
1.1.4 确定筒体高度当D 1=1100mm, h 2=25mm 时,由【2】附表D-2查得椭圆形封头的容积V 封=0.1980 m 3,由附表D-1查得筒体1m 高的容积V 1m =0.950 m 3,按式(4-2):H 1=(V-V 封)/V 1m =(0.950-0.198)/0.95=0.7916m考虑到安装的方便,取H 1=0.9m ,则实际容积为V= V 1m ×H 1+ V 封=0.950×0.9+0.198=1.053 m31.2 夹套几何尺寸计算 1.2.1 选择夹套结构选择【2】39页图4-4 (b)所示结构。
1.2.2 确定夹套直径查【2】表4-3, D 2= D 1+100=1100+100=1200mm 。
套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。
1.2.3 确定夹套高度装料系数η=操作容积/全容积=0.9/0.95=0.85 按式4-4计算夹套高度:H 2≥(ηV- V 封)/ V 1m =(0.85×1.053-0.198)/0.95=0.734 m 取H 2=750mm 。
选取直边高度h 2=25mm 。
1.2.4 校核传热面积查【2】附表D-2,由D 1=1100mm ,得罐体封头表面积F 1封=1.3980 m 2查【2】附表D-1,一米高筒体内表面积F 1m =3.46 m 2314iV D π≅罐体结构示意图校核传热面积:实际总传热面积F=F 筒+ F 1封=F 1m ×H 2 +F 1封=3.46×0.75+1.398=3.99 m 2>3.8 m 2,可用。
化工设备械基础《夹套反应釜设计说明书》院系:西北大学化工学院年级:2010级专业:制药工程姓名:李军学号:2010115114指导教师:杨斌日期:2012年6月4日目录一设计内容概述⑴设计要求⑵设计参数和技术特性指标⑶设计条件二强度设计计算⑴几何尺寸⑵强度计算(按内压计算厚度)⑶稳定性校核(按外压校核厚度)⑷水压实验校核三标准零部件的选取⑴支座⑵手孔⑶视镜⑷法兰⑸接管四参考文献五意见和建议一、夹套反应釜设计任务书一、夹套反应釜设计任务书设计者姓名:李军班级:制药工程学号:2010115114指导老师姓名:杨斌日期:2012年6月4日(一)设计内容:设计一台夹套传热式配料罐(二)设计参数和技术性能指标(三)设计要求:⒈进行罐体和夹套设计计算;⒉选择支座形式并计算;⒊手孔校核计算;⒋选择接管,管法兰,设备法兰;⒌绘制装备图(1#图纸);(四)设计要求,压力容器的基本要求是安全性和经济性的统一。
安全是前提,经济是目标,在充分保证安全的前提下,尽可能做到经济。
经济性包括材料的节约,经济的制造过程,经济的安装维修。
设计檔,压力容器的设计檔,包括设计图样,技术条件,强度计算书,必要时还要包括设计或安装、使用说明书。
若按分析设计标准设计,还应提供应力分析报告。
强度计算书的内容至少应包括:设计条件,所用规范和标准、材料、腐蚀裕度、计算厚度、名义厚度、计算应力等。
设计图样包括总图和零部件图。
设计条件,应根据设计任务提供的原始数据和工艺要求进行设计,即首先满足工艺设计条件。
设计条件常用设计条件图表示,主要包括简图,设计要求,接管表等内容。
简图示意性地画出了容器的主体,主要内件的形状,部分结构尺寸,接管位置,支座形式及其它需要表达的内容。
二、设计计算 (夹套反应釜设计计算)(一)几何尺寸 1-1 全容积 V=1.43m 1-2 操作容积 V 1=1.123m 1-3 传热面积 F=52m 1-4 釜体形式:圆筒形 1-5 封头形式:椭圆形 1-6 半径比 i=1H /1D =1.11-7 初算筒体内径 1D ≅带入计算得:1D ≅1.175 m1-8 圆整筒体内径1D =1200 mm1-9 一米高的容积1m V 按附表4-1选取 1m V =1.1313m 1-10 釜体封头容积1V 封按附表4-2选取 1V 封=0.2553m1-11 釜体高度1H =(V -1V 封)/1m V =1.012m1-12 圆整釜体高度1H =1000 mm1-13 实际容积V=1m V *1H +1V 封=1.131*1.0+0.2553m =1.393m1-14 夹套筒体内径2D 按表4-3选取得: 2D =1D +100=1300 mm1-15 装料系数η=V 操/V=0.81-16 操作容积V 操=1.123m1-17 夹套筒体高度2H ≥(ηV -1V 封)/1m V =0.765m1-18 圆整夹套筒体高度2H =800 mm1-19 罐体封头表面积1F 封按附表4-2选取1F 封=1.66252m1-20 一米高筒体内表面积1m F按附表4-1选取1m F =3.772m1-21 实际总传热面 按式4-5校核F=1m F *2H +1F 封=3.77*0.7+1.6625=4.68122m >32m (二)强度计算(按内压计算厚度) 2-1 设备材料 Q345--R2-2 设计压力(罐体内)1P =0.2 MPa 2-3 设计压力(夹套内)2P =0.3 MPa 2-4 设计温度(罐体内)1t <120℃ 2-5 设计温度(夹套内)2150t <℃ 2-6 液柱静压力 1H P =0.0088 MPa 2-7 计算压力1CP =1P =0.2MPa2-8 液柱静压力 2H P =0MPa 2-9 计算压力2CP =2P =0.3MPa2-10 罐体及夹套焊接系数 采用双面焊,局部无损探伤 0.85ϕ=2-11 设计温度下材料许用应力 []tσ=170Mpa 2-12 罐体筒体计算厚度 []11112C tCP D δ=σϕ-P =0.83mm 2-13 夹套筒体计算厚度 []22222C tCP D δ=σϕ-P =1.35mm 2-14 罐体封头计算厚度ct c p D p 211'][20.5-=1φσδ=0.83mm2-15 夹套封头计算厚度ctc p D p 211'][20.5-=1φσδ=1.35mm2-16 假设钢板厚度为3.8~4.0 mm 2-17 取钢板厚度负偏差 1C =0.30 mm2-18 腐蚀裕量2C =2.0 mm2-19 厚度附加量12C C C =+=2. 3mm2-20 罐体筒体设计厚度 δ1c =δ1+C 2=0.83+2.3=3.13mm 2-21 夹套筒体设计厚度 δ2C =δ2+C 2=1.35+2.3=3.65mm 2-22 罐体封头设计厚度 δ1C ʹ=δ1ʹ+C 2=0.83+2.3=3.13mm 2-23 夹套封头设计厚度 δ2C ʹ=δ2ʹ+C 2=1.35+2.3=3.65mm 2-24 罐体筒体名义厚度 1n δ=4 mm 2-25 夹套筒体名义厚度 2n δ=4 mm 2-26 罐体封头名义厚度 '1nδ=4 mm 2-27 夹套封头名义厚度'2nδ=4 mm⒉ 稳定性校核(按外压校核厚度) 3-1 罐体筒体名义厚度1n δ=10mm(假设)3-2 厚度附加量 C=1C +2C =0.8+2.0=2.8mm 3-3 罐体筒体有效厚度1e δ=1n δ-C=10-2.8=7.2mm 3-4 罐体筒体外径1O D =1D +21n δ=1200+2*8=1216 mm 3-5 筒体计算长度L=2H +1/31h +2h =800+*300/3+25=925 mm 3-6 系数L/1O D =925/1216=0.761 3-7 系数1O D /1e δ=1216/7.2=233.8463-8 系数 查参考文献1 图11-5 得: A=0.000833-9 系数 查参考文献1 图 11-8 得: B=113 3-10 []p =11/O eB D δ=0.669>0.3Mp ,所以稳定。
反应釜夹套的设计概述:夹套一般是立式圆筒形容器,有顶盖、筒体和罐底,通过支座安装在基础或平台上。
罐底通常为椭圆形封头,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制的横梁,用以支承搅拌器及其传动装置。
顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种筒体内径D 1≤1200mm ,宜采用可拆连接。
当要求可拆时做成法兰连接。
工艺设计:1.1传热面积的校核(传热面积)DN =1200mm 釜体下封头的内表面积h F = 1.65522mDN =1200mm 筒体(1m 高)的内表面积1F = 4.77m 2夹套包围筒体的表面积S F =1F ×j H = 4.77×0.836=3.9878(m 2)h F +S F =1.6552 + 3.9878=5.6429 )(2m由于釜内进行的反应是放热反应,产生的热量不仅能够维持反应的不断进行,且会引起釜内温度升高。
为防止釜内温度过高,在釜体的上方设置了冷凝器进行换热,因此不需要进行传热面积的校核。
如果釜内进行的反应是吸热反应,则需进行传热面积的校核,即:将h F +S F = 5.6429 m 2与工艺需要的传热面积F 进行比较。
若h F +S F ≥F ,则不需要在釜内另设置蛇管;反之则需要蛇管。
机械设计:1.2 夹套的DN 、PN 的确定(刚度和强度的设计) 1.2.1夹套DN 的确定由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知:100j i D D =+=1200+100=1300(mm )考虑到1300一般不在取值范围,故取DN =1400mm1.2.2 夹套PN 的确定由设备设计条件单知,夹套内介质的工作压力为常压,取PN =0.25MPa 1.3 夹套筒体的设计 1.3.1 夹套筒体壁厚的设计因为W p 为常压<0.3MPa ,所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。
∵ j D =1400mm <3800mm ,取S min =2i D /1000且不小于3 mm 另加2C ,∴S min =3+1=4(mm ),圆整n S =5mm 。
反应釜设计的有关内容一、设计条件及设计内容分析由设计条件单可知,设计的反应釜体积为1.03m ;搅拌轴的转速为200/min r ,轴的功率为4kw;搅拌桨的形式为推进式;装置上设有5个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、1个温度计管口。
反应釜设计的内容主要有:(1) 釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计; (2) 夹套的的强度、刚度计算和结构设计; (3) 设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰; (4) 人孔的选型及补强计算; (5) 支座选型及验算; (6) 视镜的选型;(7) 焊缝的结构与尺寸设计; (8) 电机、减速器的选型;(9) 搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计; (10)选择联轴器; (11)设计机架结构及尺寸; (12)设计底盖结构及尺寸; (13)选择轴封形式;(14)绘总装配图及搅拌轴零件图等。
第一章 反应釜釜体的设计1.1 釜体DN 、PN 的确定 1.1.1 釜体DN 的确定将釜体视为筒体,取L/D=1.1 由V=(π/4)L D i 2,L=1.1i D 则=Di 31.140.1π⨯⨯,m Di 0.1=,圆整mm Di 1000= 由[]1314页表16-1查得釜体的mm DN 1000= 1.1.2釜体PN 的确定由设计说明书知釜体的设计压力PN =0.2MPa 1.2 釜体筒体壁厚的设计 1.2.1设计参数的确定设计压力p1:p1=0.2MPa ;液柱静压力 p1H=10^(-6)×1.0×10^3×10×1.1=0.011MPa 计算压力p1c : p1c=p1+p1H=0.2+0.011=0.211MPa ; 设计温度t1: <100℃ ; 焊缝系数Φ: Φ=0.85许用应力[]t σ:根据材料Q235-B 、设计温度<100℃,由参考文献知[]t σ=113MPa ;钢板负偏差1C :1C =0.6mm (GB6654-96); 腐蚀裕量2C :2C =3.0mm 。
本科生毕业论文(设计)年产13000吨邻苯二甲酸二丁酯生产工艺设计中文摘要姓指院专4 22 22 22 22 外文摘要 .....................................冃IJ 吞 ......................................1 •工艺流程的选择 ...........................1」生产工艺的确定 ........................1.1.1 DBP 的生成机理 .................1.1.2 生产工艺及生产过程 .........1.2工艺流程图 ...........................2. 物料衡算 ..................................2」酯化反应的物料衡算 ....................2.1.1酯化过程的衡算基准 ..............2.1.2酯化过程的物料衡算图 ...........2.1.3酯化过程的物料衡算 .............2.2蒸谓过程的物料衡......................2.2.1蒸镭过程的的物料衡算方框图…… 2.2.2蒸镭过程的物料衡算3. 能量衡算 ..................................3.1酯化过程的能量衡算....................3.1.1酯化过程的能量方框图 ...........3.1.2酯化过程的能量衡算 .............3.2蒸憾过程的能量衡算....................3.2.1蒸镭过程的能量方框图 ...........3.2.2蒸镭过程的能量衡算 ..............4. 主体设备的选型及设计 ......................4.1酯化过程主体设备搅拌反应釜的设计…• 4.1.1搅拌反应釜釜体和夹套的设计与计算 4.1.2釜体及夹套的强度计算 ............................4.1.3筒体的筒壁厚度计算 ..............4.1.4釜体的封头壁厚计算 ..............4.1.5人孔选择与补强校核 ..............4.1.6连接筒体和封头的设备法兰选择……4.1.7接管及法兰的选择 ................4.1.8搅拌装置的选择 ..................4.1.9保温材料的选择 ..................10 10 11 11 11 11 12 12 12 13 13 13 14 16 16 16 18 18 18 19 20 21 214.2蒸憎塔的设计 ..........................422222222421蒸憎塔的确定 (23)422蒸憎塔的工艺计算 (23)423填料塔工艺计算数据 (25)5.结论 (25)参考文献 (27)致谢 (28)年产13000吨邻苯二甲酸二丁酯间歇式生产工艺设计摘要:邻苯二甲酸二丁酯(DBP)是用于塑料加工业中的一种良好的增塑剂。
《化工机械设备基础》课程设计:夹套反应釜设计任务书课程:化工机械设备基础院系:化工学院专业:化学工程与工艺学号:姓名:目录一.设计内容 (3)二.设计参数和指术性指标 (3)三.设计要求 (4)1.确定筒体和封头的几何尺寸 (4)表1 几何尺寸 (4)表2 强度计算 (5)表3 稳定性校核 (6)表4 水压试验校核 (7)2.选择支座形式并进行计算 (8)3.手孔、视镜选择 (9)4.选择接管、管法兰、设备法兰: (9)夹套反应釜设计任务书一:设计内容:设计一台夹套传热式配料罐。
二:设计参数和指术性指标:简图设计参数及要求容器内夹套内工作压力,MPa设计压力,MPa 0.2 0.3工作温度,℃设计温度,℃<100 <150介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽全容积, m3 0.8操作容积,m30.64传热面积,㎡>3 腐蚀情况微弱材料Q235-B接管表符号公称尺寸DN连接面形式用途a 25 突面蒸汽入口b 25 突面加料口c 80 凸凹面视镜d 70 突面温度计管口e 25 突面压缩空气入口f 40 突面放料口g 25 突面冷凝水出口三:设计要求:夹套反应釜设计计算说明书一、确定筒体和封头的几何尺寸表1:几何尺寸注:附表和计算式为设计资料蔡纪宁,张秋翔编《化工设备机械基础课程设计指导书》化学工业出版社出版2000年第1版中数据及资料,下同表2:强度计算(按内压计算厚度)表3: 稳定性校核(按外压校核厚度)表4:水压试验校核2、选择支座形式并进行计算(1)确定耳式支座实际承受载荷QQ=[(m0g+Ge)/kn+4(h·Pe+Ge·S e)/nφ] ⅹ10-3 m0为设备总质量(包括客体及其附件,内部介质及保温的质量)Q1为釜体和夹套筒体总重载荷,查附表4-1,有:D g=1000mm, δ=8m 的1米高筒节的质量q1=199kg,D g=1100mm, δ=8m 的1米高筒节的质量q2=219kg, 故Q1=H1q1+H2q2=0.9×199+0.7×219=332.4kgQ2为釜体和夹套封头重载荷,查附表4-3D g=1000mm, δ=8m 的封头的质量72.05kg,D g=1100mm, δ=8m 的封头的质量86.49kg,Q2=72.05×2+86.49=230.59kgQ3为料液重载荷,由于水的密度大于有机溶剂的密度,故按水压试验时充满水计算,r=1000kg/m,现以夹套尺寸估计。
反应釜夹套的设计概述:夹套一般是立式圆筒形容器,有顶盖、筒体和罐底,通过支座安装在基础或平台上。
罐底通常为椭圆形封头,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制的横梁,用以支承搅拌器及其传动装置。
顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种筒体内径D 1≤1200mm ,宜采用可拆连接。
当要求可拆时做成法兰连接。
工艺设计:1.1传热面积的校核(传热面积)DN =1200mm 釜体下封头的内表面积h F = 1.65522mDN =1200mm 筒体(1m 高)的内表面积1F = 4.77m 2夹套包围筒体的表面积S F =1F ×j H = 4.77×0.836=3.9878(m 2)h F +S F =1.6552 + 3.9878=5.6429 )(2m由于釜内进行的反应是放热反应,产生的热量不仅能够维持反应的不断进行,且会引起釜内温度升高。
为防止釜内温度过高,在釜体的上方设置了冷凝器进行换热,因此不需要进行传热面积的校核。
如果釜内进行的反应是吸热反应,则需进行传热面积的校核,即:将h F +S F = 5.6429 m 2与工艺需要的传热面积F 进行比较。
若h F +S F ≥F ,则不需要在釜内另设置蛇管;反之则需要蛇管。
机械设计:1.2 夹套的DN 、PN 的确定(刚度和强度的设计) 1.2.1夹套DN 的确定由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知:100j i D D =+=1200+100=1300(mm )考虑到1300一般不在取值范围,故取DN =1400mm1.2.2 夹套PN 的确定由设备设计条件单知,夹套内介质的工作压力为常压,取PN =0.25MPa 1.3 夹套筒体的设计 1.3.1 夹套筒体壁厚的设计因为W p 为常压<0.3MPa ,所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。
∵ j D =1400mm <3800mm ,取S min =2i D /1000且不小于3 mm 另加2C ,∴S min =3+1=4(mm ),圆整n S =5mm 。
《化工机械设备基础》课程设计:夹套反应釜设计任务书课程:化工机械设备基础院系:化工学院专业:化学工程与工艺学号:姓名:目录一.设计内容 (3)二.设计参数和指术性指标 (3)三.设计要求 (4)1.确定筒体和封头的几何尺寸 (4)表1 几何尺寸 (4)表2 强度计算 (5)表3 稳定性校核 (6)表4 水压试验校核 (7)2.选择支座形式并进行计算 (8)3.手孔、视镜选择 (9)4.选择接管、管法兰、设备法兰: (9)夹套反应釜设计任务书一:设计内容:设计一台夹套传热式配料罐。
二:设计参数和指术性指标:简图设计参数及要求容器内夹套内工作压力,MPa设计压力,MPa工作温度,℃设计温度,℃<100<150介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽全容积, m3操作容积,m3传热面积,㎡>3腐蚀情况微弱材料Q235-B接管表符号公称尺寸DN连接面形式用途a25突面蒸汽入口b25突面加料口c80凸凹面视镜d70突面温度计管口e25突面压缩空气入口f40突面放料口g25突面冷凝水出口三:设计要求:夹套反应釜设计计算说明书一、确定筒体和封头的几何尺寸表1:几何尺寸步骤项目及代号参数及结果备注1-1 1-2全容积V,m3操作容积V1,m33由工艺条件给定计算,V1=Vη注:附表和计算式为设计资料蔡纪宁,张秋翔编《化工设备机械基础课程设计指导书》化学工业出版社出版2000年第1版中数据及资料,下同表2:强度计算(按内压计算厚度)表3: 稳定性校核(按外压校核厚度)表4:水压试验校核2、选择支座形式并进行计算(1)确定耳式支座实际承受载荷QQ=[(m0g+Ge)/kn+4(h·Pe+Ge·S e)/nφ] ⅹ10-3 m0为设备总质量(包括客体及其附件,内部介质及保温的质量)Q1为釜体和夹套筒体总重载荷,查附表4-1,有:D g=1000mm, δ=8m 的1米高筒节的质量q1=199kg,D g=1100mm, δ=8m 的1米高筒节的质量q2=219kg, 故Q1=H1q1+H2q2=×199+×219=Q2为釜体和夹套封头重载荷,查附表4-3D g=1000mm, δ=8m 的封头的质量,D g=1100mm, δ=8m 的封头的质量,Q2=×2+=Q3为料液重载荷,由于水的密度大于有机溶剂的密度,故按水压试验时充满水计算,r=1000kg/m,现以夹套尺寸估计。
第三章 釜体及夹套强度计算
3.1确定设计压力
根据工艺参数和设计要求:P 设计=1.25P 操作 釜体筒体设计压力P 筒=1.25*0.4=0.5 Mpa ; 夹套设计压力P 夹=1.25*0.6=0.75Mpa ;
3.2夹套筒体壁厚和封头壁厚计算
3.2.1夹套筒体壁厚δ夹:
C
+≥
夹
夹夹P -]φ2[D P δσ封
式中:P 夹=0.75Mpa ;D 夹=1400mm ;[ó]=122.5Mpa ;φ为焊缝系数,取0.7;
壁厚附加量C=C1+C2+C3,C1为钢板负偏差,取0.6mm, 腐蚀裕量C2=2mm,热加工减薄量C3=0; C=0.6+2+0=2.6mm ;
=0.75*1400/(2*122.5*0.7-0.5)+C =8.74mm
根据钢板厚度规格,取δ夹=10 mm 3.2.2夹套封头壁厚δ封夹
C +≥
夹夹夹0.5P -]φ2[Y D P δσ夹封夹
C
0.75
0.5-0.7122.52114000.75+⨯⨯⨯⨯⨯=
=9.23 mm
其中 Y夹为封头形状系数,对于标准椭球封头,Y=1; C=C1+C2+C3=0.6+2+0.5=3.1mm ;
P 夹=0.75Mpa 、D 夹=1400 mm 、[ó]同上、φ取0.7;
综上考虑到加工的质量以及难易程度,夹套封头壁厚取10 mm
3.3 釜体的筒体壁厚
3.3.1按承受0.5Mpa 的内压计算
釜体筒体壁厚δ釜:
C
+≥
夹P -]φ2[D P δσ釜釜釜
C
0.5
-0.7122.5212000.5+⨯⨯⨯=
=6.11mm ;
P 釜=0.5Mpa ;D 夹=1200mm ;[ó]=122.5Mpa ;φ为焊缝系数,取0.7; 壁厚附加量C=C1+C2+C3,C1为钢板负偏差,取0.6mm, 腐蚀裕量C2=2mm,热加工减薄量C3=0; C=0.6+2+0=2.6mm ;
根据钢板规格,釜体壁厚取8 mm 3.3.2按承受0.75Mpa 的外压力计算
根据根据《压力容器及化工设备实用手册》,公称直径DN 为1200 mm 许用外压为0.75 Mpa ,L/D=1.2,t ≤2600C ,碳合金钢,封头计算厚度δ,推荐为10.5 mm ;
综合考虑釜体受内压和外压的作用需用厚度以及钢板规格,釜体厚度取 12mm 。
3.4 釜体封头壁厚计算
3.4.1按内压计算
根据封头计算公式:
釜体封头壁厚δ封夹≥P 釜D 釜Y 釜/(2[ó] φ-0.5P 釜)+C
各符号含义同上;钢板负偏差C1取0.6mm ,腐蚀裕量C2=2mm,热加工减薄量C3=0.5;
C +≥
釜
釜釜釜封夹0.5P -]φ2[Y D P δσ
C
0.5
0.5-0.7122.52112000.5δ封+⨯⨯⨯⨯⨯=
夹
=6.60 mm
3.4.2按外压计算
根据《压力容器及化工设备实用手册》,设定δ/D0=1/140=0.00714; 根据公式A=0.125δ/0.9D0; A=0.125/0.9/140; =0.000992;
根据《压力容器及化工设备实用手册》知;
碳钢在260 o C ,从外压算图A-B 曲线上,根据A 查得 B ≈95; 根据公式[P]=B δ/0.9D0; [P]=95/0.9/140;
=0.7539Mpa;稍大于0.7 Mpa ; 原设定的δ/D0值有效;
可知计算厚度δ=D0/140=1200/140; =8.57 mm;
综上考虑内压和外压计算结果、钢板规格以及与釜体筒体的焊接效果,釜体封头厚度取12mm 。
设定δ/D0=公称直径DN为1200mm 许用外压为0.75Mpa时 封头有效厚度δe 推荐为9mm;
(《压力容器及化工设备实用手册》(上)推荐方法)
3.5水压试验
3.5.1内压试验
根据《锅炉及压力容器强度设计》,对于圆筒体,其壁厚设计公式为:
C P
PD S t
i
+-=
φ
σ][2 故釜体筒体S 釜体筒体 S
釜体筒体
=C P
PD S t
i +-=
φσ][2=6.11mm ;S
釜体封头
=C
P
][2PD
S
t
i
+-φσ=
=6.60
mm ;
S 夹套筒体=C
P
][2PD
S
t
i
+-φσ=
=8.74mm ;S 夹套封头=C
P
][2PD
S
t
i
+-φσ=
=9.23 mm ;
根据锅炉总体和压力容器水压试验压力规定,试验压力P r 如下
[ó]、[ ó]t 分别是容器材料在水压试验和设计温度下的许用压力,根据碳钢力学性质,查得:[ó]=113Mpa 、[ ó]t =122.5Mpa ; 故:P r 外压=1.25·0.75=0.937Mpa ; P r 内压=1.25·0.5·113/122.5=0.58Mpa; 3.5.2釜体筒体水压试验:
()[]()φσC S C S D P i r --+=
2釜体圆筒=142.1Mpa <0.9ós=211.68Mpa;
()[]()φσC S C S D P i r --+=
2釜体圆筒=142.5Mpa <0.9ós=211.68Mpa; ()[]()φσC S C S D P i r --+=
2釜体圆筒=153.3Mpa <0.9ós=211.68Mpa;
()[]()φ
σC S C S D P i r --+=
2釜体圆筒=153.5Mpa <0.9ós=211.68Mpa;。