高温高压腐蚀反应釜课程设计

1 目 录

1 设计方案的分析和拟定……………………………………………（3）

2. 反应釜釜体的设计………………………………………………（4）

2.1罐体和夹套的结构设计…………………………………………（4）

2.2 罐体几何尺寸计算………………………………………………（5）

2.2.1确定筒体内径和高度………………………………………… （5）

2.2.2 确定筒体的厚度………………………………………………（5）

2.2.3 确定封头的厚度………………………………………………（6）

2.3 反应釜夹套的选择………………………………………………（7）

2.4 夹套几何尺寸的计算 ………………………………………… （7）

2.5 按内压对筒体和封头进行强度计算…………………………（8）

2.6 按外压对筒体和封头进行强度校核……………………………（8）

2.7水压试验校核计算………………………………………………（12）

3反应釜的搅拌装置 ………………………………………………（12）

3.1 搅拌器型式的选择 ……………………………………………（13）

3.2 搅拌轴设计 ……………………………………………………（13）

4 反应釜的传动装置………………………………………………（14）

4.1 常用电机及其连接 ……………………………………………（15）

4.2 釜用减速机类型，标准及其选用………………………………（15）

4.3 机座的设计……………………………………………………（16）

4.4 底座的设计 ……………………………………………………（17）

4.5 联轴器 …………………………………………………………（18） 2 4.6 轴封装置 ………………………………………………………（18）

5 反应釜内表面的防腐蚀措施……………………………………（19）

6 反应釜的其他附件 ………………………………………………（19）

6.1 支座 ……………………………………………………………（20）

6.2 设备接口 ………………………………………………………（20）

7 本设计的改进和建议 ……………………………………………（20）

8 反应釜的装配图 …………………………………………………（21）

9 设计参数汇总 ……………………………………………………（21）

参考文献 ……………………………………………………………（21）

3

高温高压腐蚀试验评价釜的设计

课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学环节，通过裸程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。当学生首次完成该课程设计后，应达到一下几个目的：

（1）熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式。 （2）在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。

（3）用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。

设计要求和设计指标：设计最高工作150°C；

设计工作压力：20MPa；

容积：5L；

釜内介质：二氧化碳，高矿化度中性水介质

1 设计方案的分析和拟定

根据任务书中的要求，一个夹套反应釜主要有搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管等一些附件构成。而搅拌容器又可以分为罐体和夹套两部分。搅拌装置分为搅拌器和搅 4 拌轴，根据任务说明书的要求本次设计搅拌器为浆式搅拌器；考虑到机械轴封的实用性和应用的广泛性，所以轴封采用机械轴封。

在阅读了设计任务书后,按以下内容和步骤进行夹套反应釜的机械设计。

（1）总体结构设计。根据工艺的要求，并考虑到制造安装和维护检修的方便来确定各部分结构形式。

（2）搅拌器的设计。

①根据工艺参数确定各部几何尺寸；

②考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料；

③对罐体、夹套进行强度和稳定性计算、校核；

（3）传动系统设计，包括选择电机、确定传动类型、选择联轴器等。

（4）决定并选择轴封类型及有关零部件。

（5）绘图，包括总图、部件图。

（6）编制技术要求，提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。

2. 反应釜釜体的设计

反应釜是有罐体和夹套两部分构成，罐体是反应的核心，为物料完成搅拌过程提供一个空间。夹套为反应的操作温度提供保障，是一个套在罐体外的密封空间容器。此设计中采用Q235-A钢，其在150。C许用应力为113MPa。

2.1罐体和夹套的结构设计 5 罐体采用立式的圆筒形容器，有筒体和封头构成。通过支座安装在基础平台上。下封头与筒体的连接采用焊接连接。而为了拆卸清洗方便，上封头采用法兰与筒体连接。夹套型式与罐体大致一致。

2.2 罐体几何尺寸计算

2.2.1确定筒体内径和长度

一般有工艺条件给定容积V、筒体内径Di 估算：

34iVDi

式中i为长径比即：iiHiD ，长径比的值可根据釜的形状和标准来确定。

由表可知，长径比在反应釜中常取1.0～2.0，则此设计中取为1.2，且知道V=5×10-3 m3,得Di =0.174m即Di =174mm，根据GB9019-2001压力容器公称直径标准取Di =159mm钢管做筒体，筒底采用半球形封头，则下封头直径为159mm，半球型封头容积为2.1L，则直钢管的容积为2.9L，深度为182.4mm，整取为H1=183mm。则筒体总长度为262.5mm。

2.2.2 确定筒体的厚度 6 因为釜体上装有安全阀，设计压力为P=20MPa，φ=1.0（全部无损检测），钢板或钢管在轧制过程中，其厚度可能出现减薄（即负偏差），因而在设计容器时应预先给壁厚一个增量C1，根据常用标准取C1=0.5。而与介质接触的筒体、封头、接管等附件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度的削弱和减薄，均应考虑腐蚀裕量C2。此处C2=2

则内压圆筒的计算壁厚由公式

得Sn=［（20×159）/（2×113－20）］+0.5+2=18mm

2.2.3 确定封头厚度

平板封头在制作上方便，应用广泛，故此设计上封头采用平板封头。当平盖周边与筒体连接为刚性固定连接时，最大应力发生在周边处。圆形平盖的厚度可按下式计算：

式中 Dc--计算直径

K---平盖系数，随平板形封头结构的不同而不同，其值可查表

而Dc=Di+2Sn得Dc=195mm

Φ根据封头的加工方式取为1.0

K根据计算直径、设计压力、螺孔到筒体的距离等因素查值为0.4

计算得δp=195×0.266+0.5+2=54mm

下封头厚度：当受内压时，与其他封头相比其薄膜应力最小，故所需厚度也最薄。按设计规定，封头中只有球形封头的最小厚度可以小于 7 筒体的最小厚度。在实际中，考虑封头与筒体焊接方便，以及降低封头和筒体连接的边缘应力，通常取与筒体等厚。

2.3 反应釜夹套的选择

为了从容器外面加热或冷却，最为简单的方法是在其筒体上设置夹套，通入加热或冷却介质。夹套的结构形式由使用要求和工艺可能性决定，主要形式有：仅在容器圆柱壳上设置夹套；在容器圆柱壳和底部封头上设有夹套；在一个封头上设置夹套；在整个圆柱壳体两侧封头上设置夹套。夹套的形式有普通型、半圆管型、螺旋型、半圆型和波纹型；而普通型夹套又分为同心型和非同心型。在夹套壳与容器壳体连接方式上又有锥形封口环、半圆封口环和平板封口环。

夹套反应釜几何尺寸确定后，要根据已知的公称直径，设计压力和设计温度进行强度计算确定罐体及夹套的筒体和封头的厚度。

强度计算中各参数的选取及计算，均应符合GB150-1998《钢制压力容器》的规定。

2.4 夹套几何尺寸计算

夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套内径D2可根据筒体内径D1大小来确定，内径D2=D1+50=209mm

夹套高H2有传热面积而决定，不能低于料液高。若装料系数η没有给定，则应合理选择装料系数的值，尽量提高设备利用率。通常η的取值范围为0.6---0.85。在二氧化碳和高矿化度中性水介质中，粘度较低，可以取为η=0.6。 8 夹套高H2由公式H2=（ηV－V封）/V1m

式中 V1m为1m高筒体容积

V封为封头的容积

算得H2=156mm

圆整为H2=160mm

此设计中采用U型夹套将筒体全部包围，故此夹套的高度将根据筒体的高度而定。

夹套厚度按照筒体厚度计算方法，可得夹套厚度Sj=18mm，夹套内表面与筒体外表面间距选取40mm。

2.5 按内压对筒体和封头进行强度计算

压力计算：

材料选择Q235A，由设计压力（罐体内）P=20MPa，可得：

工作压力（罐体内）为20/1.1=18.2MPa

设计温度（罐体内）为t＜150°C；

内压圆筒的计算壁厚由公式

得Sn=［（20×159）/（2×113－20）］+0.5+2=18mm

2.6 按外压对筒体和封头进行强度校核

假设一：罐体筒体的名义厚度Sn=18mm；

厚度附加量C=C1+C2=2.5mm；

罐体筒体有效厚度S=Sn－C=15.5mm； 9 罐体筒体外径Dc=195mm；

筒体计算长度Hi=263mm；

长径比系数Hi/Dc=1.35；

系数Dc/S=195/15.5=12.58

根据所得数据以及下图可得：系数A=0.025；

系数B=162MPa

根据许用外压公式［P］=B*S/Dc=12.88MPa<20.0026MPa，所以计算失稳，要重定义名义厚度。

假设二：罐体筒体的名义厚度Sn=30mm；

钢板厚度负偏差C1=0.9mm；

厚度附加量C=C1+C2=2.9mm；

罐体筒体有效厚度S=Sn－C=27.1mm；

罐体筒体外径Dc=159+2×30=219mm；

筒体计算长度Hi=263mm；

长径比系数Hi/Dc=1.2；

系数Dc/S=219/27.1=8.08

根据所得系数查图可得：A=0.058

系数B=163MPa

根据许用外压公式［P］=B*S/Dc=20.1733MPa>20.0026MPa,满足对稳定性的要求。在此设计中夹套所受的压力不会高于筒体所受的压力，为保证设备的安全，夹套取用与筒体相同的厚度。

外压封头强度计算：