高溫高壓腐蝕反應(yīng)釜課程設(shè)計DOC

1、目錄1 方案的分析和 定（3）2. 反 釜釜體的 （4）2.1 罐體和 套的 構(gòu) （4）2.2 罐體幾何尺寸 算（5）2.2.1 確定筒體內(nèi)徑和高度（5）2.2.2確定筒體的厚度（5）2.2.3確定封 的厚度（6）2.3 反 釜 套的 （7）2.4 套幾何尺寸的 算（7）2.5按內(nèi) 筒體和封 行 度 算（8）2.6 按外 筒體和封 行 度校核（8）2.7 水 校核 算（12）3 反 釜的 拌裝置（12）3.1 拌器型式的 （13）3.2 拌 （13）4 反 釜的 裝置（14）4.1 常用 機(jī)及其 接（15）4.2 釜用減速機(jī) 型， 準(zhǔn)及其 用（15）4.3 機(jī)座的 （16）4.4 底座的 （1

2、7）4.5 器（18）14.6 封裝置 （18）5反 釜內(nèi)表面的防腐 措施（19）6反 釜的其他附件 （19）6.1支座 （20）6.2 接口 （20）7本 的改 和建 （20）8反 釜的裝配 （21）9 參數(shù) （21）參考文獻(xiàn) （21）2高溫高壓腐蝕試驗(yàn)評價釜的設(shè)計課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過裸程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立地運(yùn)用所學(xué)到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的知識，綜合地分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。當(dāng)學(xué)生首次完成該課程設(shè)計后，應(yīng)達(dá)到一下幾個目的：（ 1）熟練掌握查閱文獻(xiàn)資料、 收集相關(guān)數(shù)據(jù)、 正確選擇公式。（ 2）在兼顧技術(shù)先進(jìn)性、可行性、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，綜合分析設(shè)計任務(wù)要

3、求，確定化工工藝流程，進(jìn)行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全可行所需的檢測和計量參數(shù)，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護(hù)的有效措施。（ 3）用精煉的語言、簡潔的文字、清晰地圖表來表達(dá)自己的設(shè)計思想和計算結(jié)果。設(shè)計要求和設(shè)計指標(biāo) ：設(shè)計最高工作 150C；設(shè)計工作壓力： 20MPa；容積： 5L；釜內(nèi)介質(zhì)：二氧化碳，高礦化度中性水介質(zhì)1 設(shè)計方案的分析和擬定根據(jù)任務(wù)書中的要求， 一個夾套反應(yīng)釜主要有攪拌容器、 攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管等一些附件構(gòu)成。而攪拌容器又可以分為罐體和夾套兩部分。 攪拌裝置分為攪拌器和攪3拌軸，根據(jù)任務(wù)說明書的要求本次設(shè)計攪拌器為漿式攪拌器； 考

4、慮到機(jī)械軸封的實(shí)用性和應(yīng)用的廣泛性，所以軸封采用機(jī)械軸封。在閱讀了設(shè)計任務(wù)書后 , 按以下內(nèi)容和步驟進(jìn)行夾套反應(yīng)釜的機(jī)械設(shè)計。（ 1）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)工藝的要求，并考慮到制造安裝和維護(hù)檢修的方便來確定各部分結(jié)構(gòu)形式。（ 2）攪拌器的設(shè)計。根據(jù)工藝參數(shù)確定各部幾何尺寸；考慮壓力、溫度、腐蝕因素，選擇釜體和夾套材料；對罐體、夾套進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計算、校核；（ 3）傳動系統(tǒng)設(shè)計，包括選擇電機(jī)、確定傳動類型、選擇聯(lián)軸器等。（ 4）決定并選擇軸封類型及有關(guān)零部件。（ 5）繪圖，包括總圖、部件圖。（ 6）編制技術(shù)要求，提出制造、裝配、檢驗(yàn)和試車等方面的要求。2. 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計反應(yīng)釜是有罐體和夾套兩部

5、分構(gòu)成， 罐體是反應(yīng)的核心， 為物料完成攪拌過程提供一個空間。 夾套為反應(yīng)的操作溫度提供保障， 是一個套在罐體外的密封空間容器。此設(shè)計中采用Q235-A 鋼，其在 150。C 許用應(yīng)力為 113MPa。2.1 罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計4罐體采用立式的圓筒形容器，有筒體和封頭構(gòu)成。 通過支座安裝在基礎(chǔ)平臺上。 下封頭與筒體的連接采用焊接連接。而為了拆卸清洗方便，上封頭采用法蘭與筒體連接。夾套型式與罐體大致一致。2.2 罐體幾何尺寸計算2.2.1 確定筒體內(nèi)徑和長度一般有工藝條件給定容積V、筒體內(nèi)徑 Di 估算：34VDiiH ii式中 i 為長徑比即：Di，長徑比的值可根據(jù)釜的形狀和標(biāo)準(zhǔn)來確定。由表

6、可知，長徑比在反應(yīng)釜中常取1.0 2.0 ，則此設(shè)計中取為 1.2 ，且知道 V=510-33=0.174m即 Di =174mm，根據(jù) GB9019-2001壓m, 得 Di力容器公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)取Di =159mm鋼管做筒體，筒底采用半球形封頭，則下封頭直徑為159mm，半球型封頭容積為2.1L ，則直鋼管的容積為2.9L ，深度為 182.4mm，整取為 H1=183mm。則筒體總長度為262.5mm。2.2.2 確定筒體的厚度5因?yàn)楦w上裝有安全閥， 設(shè)計壓力為 P=20MPa，=1.0（全部無損檢測），鋼板或鋼管在軋制過程中，其厚度可能出現(xiàn)減薄（即負(fù)偏差），因而在設(shè)計容器時應(yīng)預(yù)先給壁厚一

7、個增量C1，根據(jù)常用標(biāo)準(zhǔn)取C1=0.5。而與介質(zhì)接觸的筒體、封頭、接管等附件由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度的削弱和減薄，均應(yīng)考慮腐蝕裕量C2。此處 C2=2則內(nèi)壓圓筒的計算壁厚由公式得 Sn=（20159）/（211320）+0.5+2=18mm2.2.3 確定封頭厚度平板封頭在制作上方便， 應(yīng)用廣泛，故此設(shè)計上封頭采用平板封頭。當(dāng)平蓋周邊與筒體連接為剛性固定連接時， 最大應(yīng)力發(fā)生在周邊處。圓形平蓋的厚度可按下式計算：式中 Dc-計算直徑K-平蓋系數(shù)，隨平板形封頭結(jié)構(gòu)的不同而不同，其值可查表而 Dc=Di+2Sn得 Dc=195mm根據(jù)封頭的加工方式取為1.0K根據(jù)計算直徑、設(shè)計壓力、螺孔到筒體

8、的距離等因素查值為0.4計算得 p=1950.266+0.5+2=54mm下封頭厚度：當(dāng)受內(nèi)壓時， 與其他封頭相比其薄膜應(yīng)力最小，故所需厚度也最薄。按設(shè)計規(guī)定， 封頭中只有球形封頭的最小厚度可以小于6筒體的最小厚度。在實(shí)際中，考慮封頭與筒體焊接方便，以及降低封頭和筒體連接的邊緣應(yīng)力，通常取與筒體等厚。2.3 反應(yīng)釜夾套的選擇為了從容器外面加熱或冷卻， 最為簡單的方法是在其筒體上設(shè)置夾套，通入加熱或冷卻介質(zhì)。 夾套的結(jié)構(gòu)形式由使用要求和工藝可能性決定，主要形式有：僅在容器圓柱殼上設(shè)置夾套；在容器圓柱殼和底部封頭上設(shè)有夾套； 在一個封頭上設(shè)置夾套； 在整個圓柱殼體兩側(cè)封頭上設(shè)置夾套。夾套的形式有普

9、通型、半圓管型、螺旋型、半圓型和波紋型；而普通型夾套又分為同心型和非同心型。 在夾套殼與容器殼體連接方式上又有錐形封口環(huán)、半圓封口環(huán)和平板封口環(huán)。夾套反應(yīng)釜幾何尺寸確定后， 要根據(jù)已知的公稱直徑， 設(shè)計壓力和設(shè)計溫度進(jìn)行強(qiáng)度計算確定罐體及夾套的筒體和封頭的厚度。強(qiáng)度計算中各參數(shù)的選取及計算，均應(yīng)符合 GB150-1998鋼制壓力容器的規(guī)定。2.4 夾套幾何尺寸計算夾套和筒體的連接常焊接成封閉結(jié)構(gòu)， 夾套的結(jié)構(gòu)尺寸常根據(jù)安裝和工藝兩方面的要求而定。 夾套內(nèi)徑 D2 可根據(jù)筒體內(nèi)徑 D1 大小來確定，內(nèi)徑 D2=D1+50=209mm夾套高 H2 有傳熱面積而決定，不能低于料液高。若裝料系數(shù) 沒有

10、給定，則應(yīng)合理選擇裝料系數(shù)的值，盡量提高設(shè)備利用率。通常的取值范圍為 0.6-0.85。在二氧化碳和高礦化度中性水介質(zhì)中，粘度較低，可以取為 =0.6。7夾套高 H2 由公式 H2=（VV 封）/V 1m式中V1m 為 1m 高筒體容積V 封為封頭的容積算得 H2=156mm圓整為 H2=160mm此設(shè)計中采用U 型夾套將筒體全部包圍，故此夾套的高度將根據(jù)筒體的高度而定。夾套厚度按照筒體厚度計算方法，可得夾套厚度 Sj =18mm，夾套內(nèi)表面與筒體外表面間距選取40mm。2.5 按內(nèi)壓對筒體和封頭進(jìn)行強(qiáng)度計算壓力計算：材料選擇 Q235A，由設(shè)計壓力（罐體內(nèi)）P=20MPa，可得：工作壓力（罐

11、體內(nèi)）為 20/1.1=18.2MPa 設(shè)計溫度（罐體內(nèi)）為 t 150C；內(nèi)壓圓筒的計算壁厚由公式得 Sn=（20159）/（211320）+0.5+2=18mm 2.6 按外壓對筒體和封頭進(jìn)行強(qiáng)度校核假設(shè)一：罐體筒體的名義厚度 Sn=18mm；厚度附加量 C=C1+C2=2.5mm；罐體筒體有效厚度 S=SnC=15.5mm；8罐體筒體外徑 Dc=195mm；筒體計算長度 Hi =263mm；長徑比系數(shù) Hi/Dc=1.35 ；系數(shù) Dc/S=195/15.5=12.58根據(jù)所得數(shù)據(jù)以及下圖可得：系數(shù) A=0.025；系數(shù) B=162MPa根據(jù)許用外壓公式 P=B*S/Dc=12.88MP

12、a20.0026MPa,滿足對穩(wěn)定性的要求。在此設(shè)計中夾套所受的壓力不會高于筒體所受的壓力，為保證設(shè)備的安全，夾套取用與筒體相同的厚度。外壓封頭強(qiáng)度計算：9設(shè)封頭厚度為 s=30mm；有效厚度為 s1 =27.1mm；R0=K1D0式中 K1 =0.9 D0 =Di+2Sn=219mmR0=197.1mm計算系數(shù) A得 A=0.017查得系數(shù) B=162MPa則許用應(yīng)力為得 B=22.3MPa20.0026MPa，滿足對穩(wěn)定性的要求。10圖 111圖 22.7 水壓試驗(yàn)校核計算罐體水壓試驗(yàn)由于 t故 p，有效厚度S=27.1mmT=1.25p=1.2520=25MPa根據(jù)公式得T=85.8MP

13、a材料屈服點(diǎn)應(yīng)力為 s=113MPa0.9 s=101.7MPa得 T 0.9s 所以罐體水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠3 反應(yīng)釜的攪拌裝置攪拌傳動系統(tǒng)為整個系統(tǒng)提供動力支持， 組成有電動機(jī)、減速器、攪拌軸及其聯(lián)動器等。 攪拌器的形式很多， 需要按照任務(wù)說明說的要12求選擇合適的攪拌器，本次設(shè)計采用的是漿式攪拌器。3.1 攪拌器結(jié)構(gòu)型式的選擇槳式攪拌器是攪拌器中最簡單的一種， 葉片一般用扁鋼制造， 材料可以采用碳鋼、合金鋼、 有色金屬或碳鋼包橡膠環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、酚醛玻璃布等。槳葉有平直葉和折葉兩種。平直葉的葉面與其旋轉(zhuǎn)方向垂直，折葉則是與旋轉(zhuǎn)方向成一傾斜角度。 平直葉主要使物料產(chǎn)生切線方向的流動，折葉除

14、了能使物料做 =作圓周運(yùn)動外，還能使物料上下運(yùn)動， 因而折葉比平直葉攪拌作用更充分。 所以此設(shè)計采用折葉設(shè)計。如圖：槳式攪拌器直徑D 一般取反應(yīng)釜內(nèi)徑Di 的 1/3-2/3，因此在此設(shè)計中取為 D 槳 =1/3Di=53mm。3.2 攪拌軸的設(shè)計對攪拌軸而言， 實(shí)際受力比較復(fù)雜， 它同時受到扭轉(zhuǎn)和彎曲的組合力作用，其中以扭轉(zhuǎn)為主， 所以工程上采用近似的方法來確定攪拌軸的直徑，即假定攪拌軸只承受扭轉(zhuǎn)的作用， 然后用增加安全系數(shù)以降低材料許用應(yīng)力的方法來彌補(bǔ)由于忽略軸受彎曲作用所引起的誤差。（1）攪拌軸的材料：選用Q 235-A13（ 2）攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實(shí)心直軸，因是連接的為槳式攪拌器，故采用

15、光軸即可。（ 3）攪拌軸強(qiáng)度校核軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件是：maxT kW p對 Q235-A k=1220Mpa對實(shí)心軸Wp=d3/16而 T =9.55106P/n式中d攪拌軸直徑， mm；P攪拌軸傳遞的功率，kW；n攪拌軸轉(zhuǎn)速， r/min 。（ 4）攪拌軸的支撐一般攪拌軸可依靠減速器內(nèi)的一對軸承支承。當(dāng)攪拌軸較長時，軸的剛度條件變壞。為保證攪拌軸懸臂穩(wěn)定性，軸的懸臂長L1 ，軸徑 d和兩軸承間距B 應(yīng)滿足以下關(guān)系：L 1/B45;L 1/d4050本次采取單支點(diǎn)機(jī)架，靠機(jī)架里的軸承對軸進(jìn)行支撐。4 反應(yīng)釜的傳動裝置反應(yīng)釜的攪拌器是由傳動裝置來帶動。傳動裝置設(shè)置在釜頂封頭的上部，其設(shè)計內(nèi)容一般包

16、括：電機(jī)；減速機(jī)的選型；選擇聯(lián)軸器；14選用和設(shè)計機(jī)架和底座等。4.1 常用電機(jī)及其連接設(shè)備選用電機(jī)主要是考慮到它的系列，功率， 轉(zhuǎn)速，以及安裝形式和防爆要求等幾項(xiàng)內(nèi)容。最常用的為 Y 系列全封閉自扇冷式三相異步電動機(jī)。電機(jī)功率必須滿足攪拌器運(yùn)軸功率與傳動系統(tǒng)， 軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮到又時在攪拌過程操造作中會出現(xiàn)不利條件造成功率過大。PdPPm電機(jī)功率可按下式確定：式中Pd電動機(jī)功率， kw ；P工藝要求的攪拌功率，kw ；Pm軸封摩擦損失功率，kw；傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率。一般異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速按電動機(jī)的極數(shù)分成幾檔，其中1500r/min 的電動機(jī)價格較低，供應(yīng)普遍，應(yīng)用最廣泛。

17、4.2 釜用減速機(jī)類型，標(biāo)準(zhǔn)及其選用我國目前常用的反應(yīng)釜用立式減速機(jī)主要有擺線針齒形減速機(jī)、兩級齒輪減速機(jī)、 三角皮帶減速機(jī)等幾種。 減速機(jī)型號可先根據(jù)基本轉(zhuǎn)速所需功率， 查出減速機(jī)公稱軸轉(zhuǎn)速及所配電動機(jī)功率，根據(jù)這兩項(xiàng)數(shù)值，便可確定減速機(jī)類型和該減速機(jī)的特性參數(shù)以及機(jī)型的順序號。在確定機(jī)型后， 可從有關(guān)機(jī)械設(shè)計手冊中查到該型號的減速機(jī)外型及安裝尺寸、數(shù)量以及各項(xiàng)具體參數(shù)。154.3 機(jī)座的設(shè)計攪拌反應(yīng)釜傳動裝置的機(jī)座上端與減速機(jī)裝配，下端與底座相連。一般來講， 機(jī)座上還需要有容納聯(lián)軸器、封軸裝置等部件及其安裝所需空間。選用時首先考慮上述要求， 然后根據(jù)所選減速機(jī)的輸出軸軸徑及安裝定位面的尺寸

18、選配合適的機(jī)座。常用機(jī)座有JA、JB 和 JXLD 等。JA 型為不帶中間支撐的機(jī)座，適用于反應(yīng)釜傳來的軸向力不大的情況。在腐蝕評價釜中，滿足上述要求，故此設(shè)計采用JA 型機(jī)座。 機(jī)座的結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)減速機(jī)軸徑 的大小查 表得出。164.4 底座的設(shè)計底座一般焊接在釜體的上封頭上， 為了易于保證底座既與減速機(jī)座連接又使穿過軸封裝置的攪拌軸運(yùn)轉(zhuǎn)順利， 要求減速機(jī)的機(jī)座和軸封裝置安裝時有一定的同軸度， 一般將兩者的定位安裝面做在同一塊底座上。車削時，應(yīng)在同一裝夾位置上將兩者的定位安裝面車成。根據(jù)釜內(nèi)物料的腐蝕特性不同，底座材料分為襯里和不襯里兩種，要襯里的則在物料可能接觸的碳鋼表面襯一層不銹鋼。如

19、圖：當(dāng)封頭為橢圓型封頭時， 底座要按照封頭曲率加工； 當(dāng)封頭為平板型17時，則可以加工成平面。安裝時，先將攪拌軸、減速機(jī)座與軸封裝置同底座裝配好放在上封頭， 位置找準(zhǔn)試運(yùn)轉(zhuǎn)順利后才將底座焊定位于封頭上，然后卸去整個傳動裝置和軸封裝置，再將底座與封頭焊牢。4.5 聯(lián)軸器軸和軸之間常用聯(lián)軸器進(jìn)行連接， 使之一起回轉(zhuǎn)并傳遞扭矩。 聯(lián)軸器可分為固定式和可移式兩種， 前者要求被聯(lián)接兩軸嚴(yán)格對中和工作時不發(fā)生相對移動， 而后者允許兩軸有一定的安裝誤差， 并能補(bǔ)償工作時可能產(chǎn)生的相對位移。此設(shè)計中采用凸緣聯(lián)軸器， 因其結(jié)構(gòu)簡單、 制作方便而又能傳遞較大的扭矩。但缺點(diǎn)是傳遞載荷時不能緩和沖擊和吸收振動， 安裝

20、要求較高。如圖：它由兩個帶轂的圓盤組成凸緣， 兩個凸緣鍵分別裝在兩軸端， 并用幾個螺栓將他們聯(lián)接，主要依靠接觸面的摩擦力來傳遞扭矩。4.6 軸封裝置18軸封式攪拌設(shè)備的一個重要組成部分。 其任務(wù)是保證攪拌設(shè)備內(nèi)處于一定的正壓和真空狀態(tài)以及防止物料溢出和雜質(zhì)的摻入。 鑒于攪拌設(shè)備以立式容器中心頂插式為主， 很少滿釜操作， 軸封的對象主要為氣體；而且攪拌設(shè)備由于反應(yīng)工況復(fù)雜，軸的偏擺震動大，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，故不是所有形式的軸封都能用于攪拌設(shè)備上。反應(yīng)釜攪拌軸處的密封， 屬于動密封，常用的有填料密封和機(jī)械密封兩種形式。他們都有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可根據(jù)要求直接選用。這次設(shè)計選用機(jī)械軸封。機(jī)械軸封是一種功

21、耗小， 泄露率低，密封性能可靠， 使用壽命長的轉(zhuǎn)軸密封。主要用于腐蝕、易燃、易爆、劇毒及帶有固體顆粒的介質(zhì)中工作的有壓和真空設(shè)備。 機(jī)械軸封的結(jié)構(gòu)形式很多， 且大都有標(biāo)準(zhǔn)。，可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和需要選擇合適的結(jié)構(gòu)。5 反應(yīng)釜內(nèi)表面的防腐蝕措施CO2 溶解于反應(yīng)釜的高礦化度中性水中會形成碳酸鹽， 使水的 pH 值下降，酸性增加，有利于氫的析出和金屬表面保護(hù)膜的溶解破壞。這種碳酸鹽溶液引起的應(yīng)力腐蝕與堿脆和硝脆一樣， 都是沿晶的陽極溶解型。本設(shè)計中可以采用在內(nèi)表面做一層防腐蝕鍍層， 通過鍍層來將介質(zhì)與主體材料機(jī)械隔離， 達(dá)到防腐蝕的目的， 根據(jù)主體材料可以選擇鍍一層 1Cr18Ni9Ti 材料的不銹鋼，從

22、經(jīng)濟(jì)和防腐效果來看是比較合理的。同時可以根據(jù)所使用的介質(zhì)選擇緩蝕劑， 前提需要保證所加物質(zhì)不會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。6 反應(yīng)釜的其他附件196.1 支座夾套反應(yīng)釜多為立式安裝， 最常用的支座為耳式支座。 標(biāo)準(zhǔn)耳式支座（ JB/T 4725-92）分為 A 型和 B 型兩種。當(dāng)設(shè)備需要保溫或直接支撐在樓板上時選用 B 型，否則選擇 A 型。在此設(shè)備中則選擇 B 型。 6.2 設(shè)備接口化工容器及設(shè)備， 往往由于工藝操作等原因， 在筒體和封頭上需要開一些各種用途的孔。液體出料管的設(shè)計主要從物料易放盡、 阻力小和不易堵塞等原因考慮。另外還要考慮溫差應(yīng)力的影響。7 本設(shè)計的改進(jìn)和建議設(shè)計中采用 Q235A材料，在本設(shè)計情況下滿足要求， 如果換作其他情況的介質(zhì)下使用， 可能會對設(shè)備造成較大的腐蝕， 或?qū)υ囼?yàn)結(jié)果造成影響，在對于介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)下可以選擇 1Cr18Ni9Ti 為主體材料，因?yàn)?1Cr18