化工设备--反应塔釜的设计

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：高婷 学 号：2010115090 指导教师：杨斌

日 期：2012年6月3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

简图 工作压力，MPa 设计压力，MPa 工作温度，℃ 设计温度，℃ 介质 设计参数及要求 容器内 0.2 <120 染料及有机溶剂 夹套内 0.3 <150 冷却水或蒸汽 全容积, m3 操作容积, m 传热面积, m 230.8 0.6 >3 微弱 Q235—A 接 管 表 腐蚀情况 推荐材料 符号 a b c d e f g h 公称尺寸 DN 25 25 80 65 25 40 25 100 连接面形式 用途 蒸汽入口 加料口 视镜 温度计管口 压缩空气入口 放料口 冷凝水出口 手孔

一、夹套反应釜设计任务书

设计者姓名：高婷 班级：制药工程 学号：2010115090 指导老师姓名：杨斌 日期：2012年6月3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=0.8

m

3

1-2 操作容积 V1=0.6m3 1-3 传热面积 F=3m2 1-4 釜体形式：圆筒形 1-5 封头形式：椭圆形 1-6 半径比 i=H1/D1=1.020 1-7 初算筒体内径 1-8 圆整筒体内径

D134V/i 带入计算得：D10.9995 m

D1=1000 mm

1-9 一米高的容积V1m 按附表4-1选取 V1m=0.785

1封1封m

3

3

1-10 釜体封头容积V 按附表4-2选取 V=0.1505 1-11 釜体高度H1=(V-V)/V1m=0.8274m

1封m

1-12 圆整釜体高度H1=900 mm

1-13 实际容积V=V1m+V=0.785*0.9+0.1505m3=0.875m3

1封1-14 夹套筒体内径D2 按表4-3选取得： 1-15 装料系数=V/V=0.75

操D2=D1+100=1100 mm

1-16 操作容积V=0.6m3

操1-17 夹套筒体高度H2(V-V)/V1m=0.5726m

1封1-18 圆整夹套筒体高度H2=700 mm

1-19 罐体封头表面积F 按附表4-2选取

1封F1封=1.1625m2

21-20 一米高筒体内表面积

F1m

按附表4-1选取

F1m=3.14m

1-21 实际总传热面 按式4-5校核F=F1m*H2+F=3.14*0.7+1.1625=3.3605m2>3m2

1封（二）强度计算（按内压计算厚度） 2-1 设备材料 Q235--A

2-2 设计压力（罐体内）P1=0.2 MPa 2-3 设计压力（夹套内）P2=0.3 MPa 2-4 设计温度（罐体内）t1120℃ 2-5 设计温度（夹套内）t2150℃ 2-6 液柱静压力 P1H=0.0088 MPa 2-7 计算压力

P1C=P1=0.2088MPa

2-8 液柱静压力 P2H=0MPa 2-9 计算压力

P2C=P2=0.3MPa

0.85

2-10 罐体及夹套焊接系数 采用双面焊，局部无损探伤 2-11 设计温度下材料许用应力 =113Mpa 2-12 罐体筒体计算厚度 2-13 夹套筒体计算厚度 2-14 罐体封头计算厚度

1P1CD121CP2CD222Cp1cD12[]p2cttt=1.09mm =1.72mm =1.09mm

2t'2-15 夹套封头计算厚度

'p1cD12[]p2ct=1.72mm

2-16 假设钢板厚度为6-8 mm 2-17 取钢板厚度负偏差 2-18 腐蚀裕量

C1=0.60 mm

C2=2.0 mm

2-19 厚度附加量

CC1C2=2. 6 mm

2-20 罐体筒体设计厚度 δ1c=δ1+C2=1.09+2.0=3.09mm 2-21 夹套筒体设计厚度 δ2C=δ2+C2=1.72+2.0=3.72mm 2-22 罐体封头设计厚度 δ1Cʹ=δ1ʹ+C2=1.09+2.0=3.09mm 2-23 夹套封头设计厚度 δ2Cʹ=δ2ʹ+C2=1.72+2.0=3.72mm 2-24 罐体筒体名义厚度 2-25 夹套筒体名义厚度 2-26 罐体封头名义厚度 2-27 夹套封头名义厚度

1n=4 mm 2n1n'2n'=6 mm =4 mm =6 mm

⒉ 稳定性校核（按外压校核厚度） 3-1 罐体筒体名义厚度

1n=8mm (假设)

3-2 厚度附加量 C=C1+C2=0.8+2.0=2.8 mm 3-3 罐体筒体有效厚度1e=1n-C=8-2.8=5.2 mm 3-4 罐体筒体外径D1O=D1+21n=1000+2×8=1016 mm

3-5 筒体计算长度L=H2+1/3h1+h2=700+1/3×250+25=808.3 mm 3-6 系数L/D1O=808.3/1016=0.796 3-7 系数D1O/1e=1016/5.4=195.4

3-8 系数 查参考文献1 图11-5 得： A=0.0006

3-9 系数 查参考文献1 图 11-8 得： B=80 3-10 p=

BD1O/1e=0.41>0.3Mp，所以稳定，罐体名义厚度1n=8

mm(确定)

3-11 筒体封头名义厚度1n=8 mm(假设) 3-12 附加量C=C1+C2=0.8+2.0=2.8mm 3-13 封头有效厚度1e= 3-14 封头外径D1O=

1n-C=8-2.8=5.2mm

D1+2×8=1000+2×8=1016 mm

3-15 标准椭圆封头当量球壳外半径

R1O=0.9×D1O=0.91×016=914.4 mm

3-16 系数A=

0.125(R1O/1e)=0.0007

3-17 系数 B查参考文献1 图 11-8 得：B=98 3-18 许用外压力pBRO/1e=0.557 MPa>0.3 MPa

3-19 罐体封头名义厚度1n=8 mm (确定) ⒊ 水压试验校核

4-1 罐体试验压力p1T=1.25p1[][]t=1.25×0.2=0.25MPa

[][]t4-2 夹套水压试验压力p2T=1.25p24-3 材料屈服点应力s=235 MPa 4-4

T0.9s=1.250×.3=0.375Mpa

=0.9×0.85×235=179.8 MPa

p1T(D11e)21e4-5 罐体圆筒应力1T==24.2<179.8MPa

4-6 夹套内压试验应力2T=

p2T(D22e)22e=28.1 <179.8MPa

三、标准零部件的选取

⑴ 支座

1、支座类型：根据罐体的公称直径是1000mm,可由参考文献2的附

表4-9选择标准耳式支座，又因设备需要保温故选择B型，由 JB/T 4725—92可知选择 耳座B3。

2、数量：4个（对称且承重）。 3、[Q]=30KN。

⑵ 手孔

查参考文献2的附表4-10，根据DN=150mm，PN=1.0Mpa,选择带颈平焊法兰手孔，其有关资料如下： 标准号 HG21530-95 凹凸面 MFM H1=160mm, H2=85.5mm, m=23.3kg

⑶ 视镜

由DN=80mm,PN=1.0MPa,可知选择不带颈的视镜，查参考文献可得资料如下:

D=145mm,D1=120mm,b1=25mm,b2=14mm 标准号为 JB593--2

⑷ 法兰

设备共需选用4个，其中压力容器法兰1个，管法兰3个。 1、根据DN=1000mm,PN=0.6MPa,查参考文献2的附表4-4和4-5可知选取 甲型平焊法兰 ：名称为 法兰-T 1000-0.6 ；具体资料如下： D=1130mm,D1=1090mm,D2=1055mm,D3=1045mm,D4=1042mm, d=23mm; 螺柱M20, 数量 36；凸面法兰质量：80.85kg，凹面法兰质量：78.46kg

2、图中a,b,e,g接管公称尺寸均为25mm。根据DN=25mm,PN=1.0MPa,查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：管子外径A=32mm，法兰外径D=100mm，法兰理论质量为0.65kg。

3、图中d接管公称尺寸为65mm。根据DN=65mm,PN=1.0MPa，查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：管子外径A=76mm，法兰外径D=160mm，法兰理论质量为1.61kg。

4、 图中f接管公称尺寸为40mm。根据DN=40mm,PN=1.0MPa，查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：管子外径A=45mm，法兰外径D=130mm，法兰理论质量为1.20kg。

⑸ 接管

查参考文献2的附表4-12，根据各种零件的DN不同， PN=1.0Mpa，

选取保温设备接管，由资料可知接管的伸出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150 mm，则接管a.b.d.e.f.g长均为1500mm

四、参考文献

1．赵军，张有忱，段成红编. 化工设备机械基础（第二版） 北京：化学工业出版社

2．蔡纪宁，张秋翔编. 化工设备机械基础 课程设计指导书 北京：化学工业出版社

3．化工机械手册编辑委员会编 化工机械手册 天津：天津大学出版社

2012.6.3

二、选择支座形式并进行计算

(1) 确定耳式支座实际承受载荷Q

Q=[(mg+Ge)/kn+4（h·Pe+Ge·Se）/nφ] ⅹ10

-3

0

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：

Dg=1200mm, δ=8mm 的1米高筒节的质量q1=238kg, Dg=1300mm, δ=8mm 的1米高筒节的质量q2=258kg, 故

Q1=H1q1+H2q2=1.2ⅹ238+0.80ⅹ258=492kg

Q2为釜体和夹套封头重载荷，查附表4-3 Dg=1200mm, δ=8mm 的封头的质量

102.24kg，Dg=1300mm, δ=10mm 的封头的质量154.53kg,

Q2=102.24x2+154.53=359.01kg.

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。由附表4-3，有：

Dg=1100mm的封头容积V封=0.2827m常1米筒节的容积V1=1.131 m。故

Q3=9.8Vr=9.8（2V封+1.0V1米）

=9.8（2ⅹ0.2827+1.0ⅹ1.131）ⅹ1000

=16624.72N 则：

Q3=16624.72/9.8=1696.4kg。

Q4=为保温层加附件重载荷，其它附件1000N。

m=492+359.01+1696.4+1000/9.8=29.2kg

（2）初定支座的型号及数量并算出安装尺寸Φ

容器总重量约2121.9kg，选B3型支座本体允许载荷Q=30KN四个。

Φ=(D1+2δn+δ3)-(b2-2δ2) +2(l2-s1)

m

确定水平力P，因为容器置于室内，不考虑风载，所以只计算水平地震力Pe， 根据抗震8度取аe=0.45，于是 Pe =0.5ⅹ0.45ⅹ2070.5ⅹ9.8=4.57KN

确定偏心载荷及偏心距。偏心载荷Ge几乎没有，可忽略，于是偏心距Se也为

零。 (h取180mm)，则：

Q =[（2121.9ⅹ9.8）/（0.83ⅹ4）+（4ⅹ4800ⅹ180）/（4ⅹ1336.2）] ⅹ10=6.91KN

-3

M=Q(l2-s1)/10=6.91x(205-50)/ 1000=1.071KN·m

当δe=10-2.8=7.2mm,DN=1000mm,筒体内压P=0.2Mpa,材料Q235-A采用B3型 耳式支座时，[M]=1.7KN·m>1.071 KN·m,所以容器选用B3型耳式支座是没问题 的。