反应釜的反应釜体设计
第二章 反应釜釜体的设计
反应釜是由罐体和搅拌装置两大部分构成,罐体是反应的核心,为物料完成搅拌过程提供一个空间。釜体的设计包括罐体材料的选取,罐体的几何尺寸(包括内直径D i 、高度H 、容积V 及壁厚δ)的计算,强度校核等。
第2.1节 罐体的结构设计
罐体采用立式的圆筒形容器,由筒体和封头构成。通过支座安装在基础平台上。封头一般采用椭圆形封头。而为了拆卸清洗方便,上部采用平盖法兰与筒体连接,下部采用椭圆封头与筒体连接。反应釜釜体主材预选用GB24511-2009的牌号06Gr19Ni10 美标ASME (2007)SA240型号304
对于直立的反应釜来说,釜体的设备容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积。罐体为一个提供化学反应空间的容器,由于化学反应一般都要吸收或放出热量,因此会在容器的内部或外部设置加热或冷却结构的装置。但是因为本次设计的反应釜的主要作用
是将二甲苯搅拌均匀,属于物理反应,因此本次设计没有设置冷却或加热装置。
1-封头 2-筒体 3- 支座 4-平盖封头 5-搅拌机构
图2-1反应釜结构图
第2.2节 罐体几何尺寸计算
一、 筒体尺寸的确定 1、筒体内径(D i )的计算 由于罐体全容积
V
与操作时物料熔剂
V 0的关系为:
V 0=η*V————————(2-1)
则 V=错误!未找到引用源。
拌器
=错误!未找到引用源。
=3.75≈3.8M3
根据实际经验, 几种搅拌反应器罐体的长径比如表2-1[1]所示
表2-1几种搅拌反应器罐体的H/Di 值
筒体内径
D i 的估算: 错误!未找到引用源。
———————————————————(2-2)
式3-1中i 为长径比即:
错误!未找到引用源。 ,根据表2-2-1可查的,i=1.3,先忽略罐底封头容积, 则可认为V
筒
=V 即:V=3.8M3=3.8×106mm 3 则:D i
≈1549mm, 将D i 圆整到公称直径系列,则: D i =1500(mm). 2、筒体厚度(δn )的计算
已知:工作温度T c =25℃ 设计压力p c =0.125Mpa
在25℃下06Gr19Ni10 的许用应力 [σ] t =137MPa [2] 筒体焊接采取单面焊、全焊透,局部无损伤,则焊接系数 =0.80 [2]
δe =错误!未找到引用源。≈8.054mm ———————————————(2-3)[2]
查得: 负偏差 C 2=0.8mm 腐蚀裕量 C 2=0mm [2] 名义厚度δn =δe +C 1+C 2+Δ=10mm 二、封头尺寸的确定 1、封头内径的计算
椭圆封头选取标准件,则它的内径与筒体内径相同,即封头内径DN=Di
=150mm[1]。对于标准椭圆封头,长轴与短轴的比值为2:1[1],即 短轴为750mm 2、封头厚度计算
由公式 δe =错误!未找到引用源。 ——————————————————————(2-4)
K ——椭圆封头形状系数,K=错误!未找到引用源。[2+(错误!未找到引用源。) 2],其值列于表2-2-2[2],取K=1.00
表2-2 封头形状系数
[σ] t ——在设计温度下材料许用应力,其值查参考文献2 可得[σ] t =137MPa [2]其中计算压力p c =0.125MP
封头焊接采取单面焊、全焊透,局部无损伤,则焊接系数 =0.8 [2] 则δe =错误!未找到引用源。≈8.05mm
由于错误!未找到引用源。≤2的椭圆封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15%,即δe ≥2.25
计算名义厚度δn =δe +C1+C2+Δ
查得:负偏差 C 1=0.8mm 腐蚀裕量C 2=0mm [2]
故封头厚度取δn =10mm 故可查参考文献[1]表9-6得:封头直边段高度取40mm [1]
即封头的内径DN=1500mm 直边高度h 2=40mm 容积V≈0.45 m3 三、确定筒体的高度H i
反应釜容积V 通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度Hi 按下式计算并进行圆整:H i =(V-V 封)/Vim [1] 式中V 封 ------------封头容积: V 封= 0.45 m3
V im -----------1m 高筒体容积: V im ≈1.767m3 /m 得 :H i = (3.8-0.45)/1.767≈1.895m 圆整后的H i =1.9m=1900mm 按筒高圆整后修正实际容积: V=
V im ×H i
+
V
封
=1.767×1.9+0.45=3.8573
m 3
>3.8
m 3
——————————(2-5)
第2.3节 反应釜的强度计算
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。
一、 筒体强度校核计算
已知:Tc=25℃ p c =0.125Mpa [σ] t =137MPa
= 0.80 错误!未找到引
———————————————————(2-6) 负偏差 C 2=0.8mm 腐蚀裕量 C 2=0mm
名义厚度δn =S+C 1+C 2+Δ=10mm 筒壁的应力校核
错误!未找到引用源。 = 错误!未找到引用源。
=11.703MPa———————(2-7)
即筒体选用06Gr19Ni10 同一数字代号S30403,厚度δ=10mm,强度能够达到所需,符合设计要求。 二、封头厚度校核计算
由于 δe =错误!未找到引用源。= 错误!未找到引用源。 = 8.052mm
———————(2-8)
同理
名义厚度 : δn =δe +C 1+C 2+Δ=10mm
由椭圆壳体的应力分析可知,椭球壳体上的应力分布是变化的,应力分布随点的位置不同而不同。当错误!未找到引用源。≤2时,最大薄膜应力在椭球壳的顶点,其值为:
[δ]t
用
源
。
≈8.054mm
错误!未找到引用源。
—————————(2-9)[1]
代入数值得: 错误!未找到引用源。
即封头选用06Gr19Ni10 同一数字代号S30403,厚度δ=10mm,设计强度达到使用要求。
第一章 反应釜的设计方案的分析和拟定
第1.1节 反应釜的相关设计要求
设计技术特性表
第1.2节 设计方案的分析和拟定
根据任务书中的要求,一个无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。而搅拌容器即为罐体。搅拌装置分为搅拌器和搅拌轴,根据任务说明书的要求本次设计搅拌器为推进式搅拌器;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, 按以下内容进行无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)传动系统设计,包括选择电机、确定传动类型、选择联轴器等。 (3)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,选择釜体材料; ③对罐体进行强度和稳定性计算、校核; (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。