過程裝備與控制工程畢業(yè)設(shè)計(jì)氯甲烷洗滌塔再沸器設(shè)計(jì)

1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)氯甲烷洗滌塔再沸器設(shè)計(jì) design of methyl chloride washing tower reboiler學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 過程裝備與控制工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2013年 6 月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要氯甲烷洗滌塔再沸器摘 要：本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)溫度及設(shè)計(jì)壓力、夾套所進(jìn)出的物料、換熱面積、全容積，確定內(nèi)筒的筒體及封頭材料，計(jì)算筒體及封頭的壁厚，進(jìn)行筒體強(qiáng)度的校核計(jì)算。由此進(jìn)行半管夾套的尺寸及總長(zhǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。并根據(jù)設(shè)計(jì)要求計(jì)算攪拌軸的尺寸并進(jìn)行強(qiáng)度校核、從而選用攪拌及傳動(dòng)裝置的各個(gè)部件的標(biāo)準(zhǔn)型

2、式。設(shè)計(jì)并進(jìn)行管法蘭，接管的選擇，并進(jìn)行支座的設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)備總重量的估算等。關(guān)鍵詞：洗滌塔再沸器；設(shè)計(jì)計(jì)算；校核畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要 design of methyl chloride washing tower reboilerabstract:the main content of the design is based on the given design temperature and design pressure of inner cylinder and half-pipe shell,the kind of material in the half-pipe shell,

3、the area of heat transfer,the coefficient of welded, full volume,to determine material selection of the inner cylinder,and its sizes and wall thickness.the calculation method for cylinder strength.thus calculate the size and length of half-pipe shell and checking.according to the design requirements

4、 to calculate the size of stirring shaft and strength check.so that select of the standard type of the various components of mixer drive apparatus. the design of mechanical seal system. design and select pipe flange.selection of tube. design and calculate the standoffs. estimates the total weight of

5、 equipment.keywords: washing tower reboiler；design；calculation； 目 錄1 緒論 11.1 再沸器設(shè)備的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平及發(fā)展趨勢(shì) 1 1.2 再沸器的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用 12 已知條件 22.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 22.2 管口表 23 結(jié)構(gòu)計(jì)算 33.1 確定內(nèi)筒的直徑與高度 43.2 選取半管夾套并估算其總長(zhǎng) 53.3 釜體的強(qiáng)度計(jì)算 63.4 內(nèi)筒水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核 93.5 接管選用與開孔補(bǔ)強(qiáng)校核 93.6 人孔選擇和補(bǔ)強(qiáng)校核153.7 支座的選用計(jì)算173.8 攪拌裝置的選用與計(jì)算183.9 攪拌傳動(dòng)裝置的選用20結(jié)論 26致

6、謝 28參考文獻(xiàn) 29淮海工學(xué)院二一三屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁 共 29 頁 1 緒論我設(shè)計(jì)的是洗滌塔再沸器，它的主要作用是液體再次升溫氣化。再沸器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備。1.1 再沸器設(shè)備的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平及發(fā)展趨勢(shì)再熱器（也稱重沸器），它是一種能夠交換熱量，且有氣化空間的一種換熱器。是廣泛應(yīng)用于石油、化工生產(chǎn)過程中的工藝設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)外的工程上對(duì)再沸器的基本要求是操作穩(wěn)定、調(diào)節(jié)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制造容易、安裝檢修方便、使用周期長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)安 全可靠，同時(shí)也應(yīng)考慮其占地面積和安裝空間高度要合適。換熱設(shè)備的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，特別在石油化工的生產(chǎn)操作過程中。如在液體原料貯

7、路的防止凝固，氣體壓縮輸送的冷卻、反應(yīng)過程的冷卻或加熱、環(huán)境溫度的控制等等。目前我國(guó)再沸器技術(shù)基礎(chǔ)研究仍然薄弱。相對(duì)于國(guó)外先進(jìn)水平，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究和原理研究上存在較大的技術(shù)差距。在換熱器制造上，我國(guó)目前還以仿制為主。目前我國(guó)在換熱器設(shè)計(jì)過程中還不能實(shí)現(xiàn)虛擬制造、仿真制造，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型專業(yè)計(jì)算軟件。由于在再沸器的相關(guān)計(jì)算等方面缺少大型專業(yè)化軟件支持，使得我國(guó)對(duì)設(shè)計(jì)出來的再沸器產(chǎn)品無法準(zhǔn)確預(yù)計(jì)其使用效果。隨著我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，以及全球發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和出口市場(chǎng)對(duì)換熱器的需求量將會(huì)保持增長(zhǎng)，客觀上為我國(guó)再沸器產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)空間。在石

8、油、化工、電力、輕工、食品等行業(yè)仍然保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，將對(duì)再沸器產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的需求拉動(dòng)。1.2 再沸器的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用目前常見的再沸器主要有如下幾類 （1）立式熱虹吸再沸器。 立式熱虹吸再沸器的沸騰過程發(fā)生在管程，加熱介質(zhì)在殼程，兩相流混合物以較高的流速由排出管流向塔內(nèi)。出口管的流通截面應(yīng)與管束總的過流面積一樣大，出口管的壓降應(yīng)小于總壓降的30%。出口管既可由沿軸向的大直徑彎管和塔連接，也可采用管箱側(cè)面開口。試驗(yàn)表明，出口管的結(jié)構(gòu)對(duì)再沸器的性能影響很小，但出口管過流面積過小對(duì)再沸器的性能影響很大。流動(dòng)循環(huán)的驅(qū)動(dòng)壓頭由塔釜的液面壓頭提供。通常，塔釜液面和再沸器的上管板在一個(gè)水平面上。對(duì)于真空條件，

9、塔內(nèi)液面高度可為管束長(zhǎng)度的0.50.8 倍,這樣可減少再沸器的過冷長(zhǎng)度。為消除在低壓頭和高熱流條件下發(fā)生的流動(dòng)不穩(wěn)定性，應(yīng)在供液管路上安裝閥門或孔板。對(duì)于碳?xì)浠衔?，最佳的出口干度?yīng)在0.10.35，而對(duì)于水和水溶液，出口干度應(yīng)在0.020.1。管徑和管長(zhǎng)的選擇應(yīng)保證有足夠的循環(huán)量，防止發(fā)生干涸。 （2）臥式熱虹吸再沸器。 臥式熱虹吸再沸器，其加熱介質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)，管程即可以是單流程，也可以是多流程。在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于沸點(diǎn)范圍較寬的流體，應(yīng)設(shè)水平折流板，以防止輕組分在進(jìn)口處閃蒸及重組分在出口處濃縮。為了防止流動(dòng)阻塞，流動(dòng)不穩(wěn)定，應(yīng)對(duì)最大熱流密度加以限制。該型再沸器適用于中等壓力、中等溫差及低靜壓頭的

10、場(chǎng)合。 （3）強(qiáng)制循環(huán)式再沸器強(qiáng)制流動(dòng)再沸器沸騰過程發(fā)生在管內(nèi)側(cè)，臥式立式均可以。流體循環(huán)的動(dòng)力由大容量泵提供。強(qiáng)制流動(dòng)再沸器的最佳應(yīng)用場(chǎng)合為有嚴(yán)重結(jié)垢傾向和有極高粘性的流體。因?yàn)榭梢员每梢允沽黧w保持很高的流速和非常低的蒸發(fā)率，使結(jié)垢的速率大大減小。但泵的造價(jià)和能源消耗都很高，故而使用受到一定限制，適用場(chǎng)合不甚廣泛。 （4）釜式再沸器。釜式再沸器殼體為大小端圓柱形殼體結(jié)構(gòu)，通過錐形殼連接。其汽液分離過程在殼程中進(jìn)行。為保證管束完全浸沒在液體中，通常在管束的外側(cè)設(shè)一擋板，維持殼程液位。換熱管束通常為雙管程的u形管結(jié)構(gòu)，當(dāng)殼程液體較臟，為了方便清洗也可以使用浮頭式換熱管。釜式再沸器非常適合應(yīng)用在汽

11、化量大，沸點(diǎn)范圍寬的場(chǎng)合。 （5）內(nèi)置式再沸器是將再沸器。塔內(nèi)置式再沸器的特點(diǎn)是將管束直接插入蒸餾塔的塔底液池中，其他同釜式再沸器一樣。其應(yīng)用場(chǎng)合類似于釜式再沸器，但是也有相當(dāng)?shù)南拗?，即塔或塔釜直徑大，釜液潔凈不易結(jié)垢的工況。2 已知條件 已知設(shè)計(jì)參數(shù)見表21表21設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù) 內(nèi)筒 盤管設(shè)計(jì)壓力 0.7mpa 0.6mpa設(shè)計(jì)溫度 260 300處理介質(zhì) 四氯化碳 蒸汽攪拌設(shè)備 型式 雙層四折葉渦輪轉(zhuǎn)速100r/min功率15kw全容積16.6m3換熱面積27m2 設(shè)備上所有接管尺寸用途見表22表22 管口表符號(hào) 數(shù)量 公稱規(guī)格 壓力等級(jí) 用途或名稱 n1 1 200 5.0 物料進(jìn)口n

12、2 1 350 5.0 物料出口n3 1 50 5.0 高沸物出口n4 1 80 5.0 液體進(jìn)口n5 1 100 5.0 導(dǎo)熱油出口n6 1 100 5.0 導(dǎo)熱油進(jìn)口n7 1 25 5.0 夾套排盡口v1 1 80 5.0 安全放空口l1 1 150 5.0 液位計(jì)口p1 1 25 5.0 壓力表口 t1 1 25 5.0 溫度計(jì)口m1 1 500 2.5 人口 3 強(qiáng)度計(jì)算 換熱器內(nèi)筒一般是立式圓筒形容器，由頂蓋、筒體和罐底組成，通過支座安裝在基礎(chǔ)或平臺(tái)上。罐底通常為橢圓形封頭，對(duì)于常壓或操作壓力不大而直徑較大的設(shè)備，頂蓋可采用薄鋼板制造的平蓋，并在薄鋼板上加設(shè)型鋼（槽鋼或工字鋼）制的橫

13、梁，用以支承攪拌器及其傳動(dòng)裝置。頂蓋與罐底分別與筒體相連。罐底與筒體的連接通常采用焊接連接。頂蓋與筒體的連接型式分為可拆或不可拆兩種，筒體內(nèi)徑時(shí)，宜采用可拆連接。當(dāng)要求可拆時(shí)，做成法蘭連接。3.1 確定內(nèi)筒的直徑與高度3.1.1 確定再沸器操作容積由已知條件知，該設(shè)備內(nèi)物料反應(yīng)平穩(wěn)可選取設(shè)備裝料系數(shù)=0.8。已知全容積v=16.6m2，設(shè)備操作容積v0=v=13.28m2 （31）式中 v0操作容積，m2； v全容積，m2； 裝料系數(shù)，通?？扇　Ｈ绻锪显诜磻?yīng)過程中起泡沫或呈沸騰狀態(tài)，應(yīng)取低值，約為；如果物料反應(yīng)平穩(wěn)，可取，（物料粘度大時(shí)取大值）3.1.2 確定內(nèi)筒直徑根據(jù)表31選取筒體長(zhǎng)徑比

14、i=h/di=2，計(jì)算內(nèi)筒的內(nèi)徑為： （32） 將計(jì)算結(jié)果圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，選取筒體內(nèi)徑dn=di=2.2m表3-1幾種攪拌反應(yīng)釜的長(zhǎng)徑比i值 種類 設(shè)備內(nèi)物料類型 i 一般攪拌釜 液-固相或液-液相物料 氣-液相物料 發(fā)酵罐類 3.1.3確定內(nèi)筒封頭尺寸橢圓封頭選標(biāo)準(zhǔn)件，它的內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑相同，筒體內(nèi)徑dn=di=2.2m的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，曲面高度h1=550mm，直邊高度初選h2=40mm（與壁厚有關(guān)）。則封頭容積v封=1.5459m3，內(nèi)表面積fn=5.5229m2圖3-1 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭3.1.4 確定內(nèi)筒高度再沸器容積v通常按下封頭和筒體兩部分容積之和計(jì)算，則再沸器內(nèi)筒高度h1按

15、下式計(jì)算，并進(jìn)行圓整： （33）式中 v封封頭容積，m2di 圓整后的筒體內(nèi)徑，m將內(nèi)筒高度圓整為h=4000mm3.1.5 驗(yàn)算內(nèi)筒長(zhǎng)徑比和裝料系數(shù)由已經(jīng)確定的數(shù)據(jù)可知： 長(zhǎng)徑比： （34）裝料系數(shù)： （35） 均符合要求3.2 選取半管夾套并估算其總長(zhǎng)3.2.1 半管夾套規(guī)格的選取 分析工藝要求及腐蝕情況，選取管制的半管夾套，其內(nèi)徑為52mm，厚度為5m。其具體安裝方式詳見裝配圖。3.2.2 估算半管夾套的總長(zhǎng)單位長(zhǎng)度的半管夾套的傳熱寬度為dn=114mm，根據(jù)換熱面積可算出夾套總長(zhǎng)，計(jì)算如下； （36） 式中 l0夾套總長(zhǎng)，m； a換熱面積，；3.3 釜體的強(qiáng)度計(jì)算3.3.1 選取設(shè)備材

16、料，確定許用應(yīng)力由已知建議并分析工藝要求和腐蝕因素，決定采納建議意見，半管夾套選用20r，釜體選用16mnr。由gb1501998查的：20r在220300下的許用應(yīng)力t=101mpa，（設(shè)n=616mm）。 16mnr在220300下的許用應(yīng)力t=144mpa，（設(shè)n=616mm）。3.3.2 確定計(jì)算壓力半管夾套是受內(nèi)壓容器，按已知條件，設(shè)計(jì)壓力為p=0.6mpa，內(nèi)筒的筒體與封頭即受內(nèi)壓又受外壓。內(nèi)壓的設(shè)計(jì)壓力為0.7mpa。設(shè)計(jì)內(nèi)壓的取法是考慮操作過程中可能要出現(xiàn)的最大壓差，所以取p=0.7mpa為設(shè)計(jì)內(nèi)壓。內(nèi)筒液柱靜壓力： （37） 所以內(nèi)筒的筒體和封頭的計(jì)算內(nèi)壓。 （38）計(jì)算外壓

17、為pc=p=0.6mpa。半管夾套的計(jì)算內(nèi)壓為pc=p=0.6mpa。3.3.3 內(nèi)筒的筒體壁厚n 半管夾套式換熱設(shè)備，在計(jì)算纏繞夾套的內(nèi)筒壁厚時(shí)僅考慮筒體內(nèi)壓即可。對(duì)于本設(shè)計(jì)設(shè)備，其公稱直徑即為內(nèi)筒內(nèi)徑。假設(shè)壁厚在mm之間， ，設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力。 （1）按承受pc=0.74mpa內(nèi)壓計(jì)算 內(nèi)筒計(jì)算厚度按下式算 （39）式中 pc計(jì)算壓力，mpa；焊接接頭系數(shù) ， 名義厚度： （310）式中 c1厚度負(fù)偏差，mm； 本設(shè)計(jì)取c1=0.8mm c2腐蝕欲量，mm； 本設(shè)計(jì)取c2=3mm （311） 名義厚度n=10mm在mm之間 取合適 （2）按承受pc=0.6mp的夾套壓力校核 半

18、圓管沿容器筒體螺旋形排管布置時(shí)，通道內(nèi)的工作壓力應(yīng)滿足下式 （312） 不滿足強(qiáng)度要求 式中 設(shè)計(jì)溫度下的容器殼體材料許用應(yīng)力，mpa； 筒體壁厚，mm；c壁厚附加量夾套通道寬度，mm；半圓管的平均半徑，mm；半圓管通道所對(duì)圓心角半角，度；di內(nèi)筒內(nèi)徑，mm；取 不滿足強(qiáng)度要求取 滿足強(qiáng)度要求由于內(nèi)筒即承受內(nèi)壓又承受外壓，所以筒體壁厚應(yīng)取兩者之間較大的，即筒體壁厚筒=16mm3.3.4 內(nèi)筒的封頭壁厚n同樣半管夾套式換熱設(shè)備，在計(jì)算纏繞夾套的封頭壁厚時(shí)僅考慮封頭內(nèi)壓即可。假設(shè)壁厚在mm之間， ，設(shè)計(jì)溫度下封頭材料的許用應(yīng)力。（1）按承受pc=0.74mpa內(nèi)壓。其計(jì)算式如下： （313） ，

19、取厚度負(fù)偏差c1=0.8mm，腐蝕裕量c2=3mm。則 設(shè)計(jì)厚度： 。 名義厚度n=10mm在mm之間 取合適考慮到焊接方便，上封頭要承受攪拌設(shè)備的重量，下封頭要承受夾套外壓?？扇∩戏忸^與筒體等厚，即n=16mm（2）按外壓校核下封頭封下封頭壁厚，其外壓條件滿足下式 （314） 式中內(nèi)筒內(nèi)壓，mpa；計(jì)算直徑（對(duì)筒體和封頭），=，mm； 取下封頭厚度n=16mm，滿足外壓穩(wěn)定和內(nèi)壓強(qiáng)度校核，取下封頭厚度為 封=16mm。 由此可確定封頭直邊高度h2=40mm3.4 內(nèi)筒水壓試驗(yàn)及強(qiáng)度校核3.4.1 確定試驗(yàn)水壓16mnr在設(shè)計(jì)溫度（t=260）下的許用應(yīng)力t=144mpa,在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)

20、力為=170mpa。（20）。試驗(yàn)水壓按下式算： （315）3.4.2 內(nèi)壓試驗(yàn)應(yīng)力校核圓筒校核公式： （316）式中t薄膜應(yīng)力，mpa； 內(nèi)筒的內(nèi)徑,mm；內(nèi)筒有效厚度，mm；焊接接頭系數(shù)s屈服極限，mpa橢圓封頭校核公式： （317）液壓試驗(yàn)時(shí)，內(nèi)筒的筒體及封頭薄膜應(yīng)力t不得超過試驗(yàn)溫度下材料的屈服點(diǎn)的90%。16mnr之常溫屈服極限s=345mpa，=1圓筒筒體內(nèi)：圓筒封頭內(nèi)：壓力均小于,故水壓試驗(yàn)是安全的。3.5 接管選用與開孔補(bǔ)強(qiáng)校核詳見管口表根據(jù)參考文獻(xiàn)4表4-15，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑為89mm。有三處開口需要補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，分別是物料進(jìn)口n1，物料出口n2，液位計(jì)l13.5.

21、1 物料進(jìn)口n1的補(bǔ)強(qiáng)及校核可選用pn=1.6mpa。dn=500mm開孔，選取接管尺寸為219.18。接管材料選用20號(hào)鋼，其在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力。封頭和接管厚度附加量均取3mm。 （1） 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算開孔直徑 ： （318）式中接管內(nèi)徑，mm；c厚度附加量，mm；本凸形封頭開孔直徑，滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 （2） 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭計(jì)算厚度 由于在橢圓形封頭中心區(qū)域開孔，所以封頭計(jì)算厚度按如下式算： （319） 式中k1應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)，查參考文獻(xiàn)一表4-5本設(shè)計(jì)k1=1pc計(jì)算壓力，mpa 內(nèi)筒的內(nèi)徑,mm；t許用應(yīng)力，mpa； 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面

22、積先計(jì)算強(qiáng)度消弱系數(shù)r， ， （320）式中設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，mpa 接管有效厚度為： （321）式中接管厚度，mm；c厚度附加量，mm；開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按式參考文獻(xiàn)一（4-91）計(jì)算 （322） =2065.35+25.355（10.7）=1118.2mm2式中開孔直徑，mm；封頭計(jì)算厚度，mm；接管有效厚度，mm； r 消弱系數(shù)； （3） 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效補(bǔ)強(qiáng)寬度b 按參考文獻(xiàn)一（494）算 （323）故b=412mm 有效高度 外側(cè)有效高度h1按參考文獻(xiàn)一式（495)確定 （324） 故h1=40.6mm 內(nèi)側(cè)有效高度h2按參考文獻(xiàn)一式（496）確定 （325）故h2=0mm（4）

23、有效補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭多余金屬面積 封頭有效厚度 （326） 封頭多余金屬面積a1按參考文獻(xiàn)一（497）計(jì)算 （327） =1598.85mm2 接管多余金屬面積 接管計(jì)算厚度 （328） 接管多余金屬面積a2按參考文獻(xiàn)一式（498）計(jì)算 （329） mm2 接管區(qū)焊縫面積 0 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ae=a1+a2+a31118.2a （330） 故無需另行補(bǔ)強(qiáng)3.5.2 物料出口n2的補(bǔ)強(qiáng)及校核可選用pn=1.6mpa。dn=350mm開孔，選取接管尺寸為355.610。接管材料選用20號(hào)鋼，其在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力。封頭和接管厚度附加量均取3mm。（1）補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算開孔直徑： 本凸形封頭開孔直徑，滿足等

24、面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 （2）開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭計(jì)算厚度 由于在橢圓形封頭中心區(qū)域開孔，所以封頭計(jì)算厚度按如下式算： 式中k1=1（查參考文獻(xiàn)一表4-5） 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 先計(jì)算強(qiáng)度消弱系數(shù)r， ， 接管有效厚度為 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按式參考文獻(xiàn)一（4-91）計(jì)算 =3565.35+25.357（10.7）=1927.07mm2 （3） 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效補(bǔ)強(qiáng)寬度b 按參考文獻(xiàn)一（494）算 故b=712mm 有效高度 外側(cè)有效高度h1按參考文獻(xiàn)一式（495)確定 故h1=59.7mm 內(nèi)側(cè)有效高度h2按參考文獻(xiàn)一式（496）確定 故h2=0mm （

25、4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭多余金屬面積 封頭有效厚度 封頭多余金屬面積a1按參考文獻(xiàn)一（497）計(jì)算 =2755.3mm2 接管多余金屬面積 接管計(jì)算厚度 接管多余金屬面積a2按參考文獻(xiàn)一式（498）計(jì)算 mm2 接管區(qū)焊縫面積 0 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ae=a1+a2+a33238.3a 故無需另行補(bǔ)強(qiáng)3.5.3 液位計(jì)口l1的補(bǔ)強(qiáng)及校核可選用pn=1.6mpa。dn=150mm開孔，選取接管尺寸為168.17.3。接管材料選用20號(hào)鋼，其在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力。封頭和接管厚度附加量均取3mm。 （1）補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 開孔直徑 本凸形封頭開孔直徑，滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)

26、強(qiáng)計(jì)算。（2） 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭計(jì)算厚度 由于在橢圓形封頭中心區(qū)域開孔，所以封頭計(jì)算厚度按如下式算： 式中k1=1（查參考文獻(xiàn)一表4-5） 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積先計(jì)算強(qiáng)度消弱系數(shù)r， ，接管有效厚度為 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按式參考文獻(xiàn)一（4-91）計(jì)算 =1565.35+25.354.1（10.7）=847.8mm2 （3） 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效補(bǔ)強(qiáng)寬度b 按參考文獻(xiàn)一（494）算 故b=312mm 有效高度 外側(cè)有效高度h1按參考文獻(xiàn)一式（495)確定 故h1=33.3mm 內(nèi)側(cè)有效高度h2按參考文獻(xiàn)一式（496）確定 故h2=0mm （4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭多余金屬面積封頭有效厚度 封頭多余金

27、屬面積a1按參考文獻(xiàn)一（497）計(jì)算 =1246.8mm2 接管多余金屬面積 接管計(jì)算厚度 接管多余金屬面積a2按參考文獻(xiàn)一式（498）計(jì)算 2 接管區(qū)焊縫面積 0 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ae=a1+a2+a31414.6mm2a 故無需另行補(bǔ)強(qiáng)3.6 人孔選擇和補(bǔ)強(qiáng)校核3.6.1 選擇人孔人孔選用常壓旋柄快開人孔，可選用pn=1.6mpa。dn=500mm之人孔，選取接管尺寸為52010。接管材料選用20號(hào)鋼，其在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力。封頭和接管厚度附加量均取3mm。3.6.2 補(bǔ)強(qiáng)校核 （1） 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別 補(bǔ)強(qiáng)判別根據(jù)參考文獻(xiàn)一表4-15，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑為89mm。本開孔外徑

28、遠(yuǎn)大于89mm，故需另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別開孔直徑 本凸形封頭開孔直徑，滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 （2） 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭計(jì)算厚度 由于在橢圓形封頭中心區(qū)域開孔，所以封頭計(jì)算厚度按如下式算： 式中k1=1（查參考文獻(xiàn)一表4-5） 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 先計(jì)算強(qiáng)度消弱系數(shù)r， ， 接管有效厚度為 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按式參考文獻(xiàn)一（4-91）計(jì)算 =5065.35+25.357（10.7）=2729.6mm2 （3） 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效補(bǔ)強(qiáng)寬度b 按參考文獻(xiàn)一（494）算故b=1012mm 有效高度 外側(cè)有效高度h1按參考文獻(xiàn)一式（495)確

29、定 故h1=71.1mm 內(nèi)側(cè)有效高度h2按參考文獻(xiàn)一式（496）確定 故h2=0mm （4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭多余金屬面積封頭有效厚度 封頭多余金屬面積a1按參考文獻(xiàn)一（497）計(jì)算 =3838.8mm2 接管多余金屬面積 接管計(jì)算厚度 接管多余金屬面積a2按參考文獻(xiàn)一式（498）計(jì)算 mm2 接管區(qū)焊縫面積 0 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ae=a1+a2+a34362.6a 故無需另行補(bǔ)強(qiáng)3.7 支座的選用計(jì)算3.7.1 支座的選擇 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承在樓板上時(shí)選b型，否則選a型。根據(jù)本設(shè)

30、計(jì)要求選用b型耳式支座。3.7.2 再沸器總重載荷計(jì)算總重載荷q=q1+q2+q3+q4 （331）式中q1內(nèi)筒的筒體與封頭總重載荷dn=2200mm，n=16mm筒節(jié)每米重為;dn=2200mm，n=16mm的封頭重量為6909n，所以：q2夾套的重量r=52mm，n=5mm的半管夾套密度q3為料液重量。按水壓試驗(yàn)時(shí)充滿水計(jì)，水的密度，現(xiàn)以筒體尺寸估計(jì)：dn=2200mm的封頭容積為v封=1.5459m3，dn=2200mm的筒節(jié)每米長(zhǎng)容積為v1m=3.8m3，故有： （332）q4為保溫層與附件重量，人口重量載荷為3136n，其他接管和保溫層按3500n計(jì)，故：總重載荷為：每臺(tái)設(shè)備可配置兩

31、個(gè)或四個(gè)支座，考慮到設(shè)備在安裝時(shí)可能出現(xiàn)全部支座不能同時(shí)受力的情況，在確定支座尺寸時(shí)不論實(shí)際支座是兩個(gè)還是四個(gè)，可以一律按兩個(gè)計(jì)算。所以每個(gè)支座載荷為q/2=122kn,可選用6號(hào)b型支座，其允許載荷為：標(biāo)記為:jb/t4725-92 b3材料：16mnr圖32 b型耳式支座3.8 攪拌裝置的選用與計(jì)算3.8.1 渦輪攪拌器 渦輪攪拌器直徑 （333）式中di內(nèi)筒內(nèi)徑。 根據(jù)工藝條件和要求，可取的雙層四折葉渦輪3.8.2 攪拌軸的強(qiáng)度計(jì)算對(duì)攪拌軸來說，它承受扭轉(zhuǎn)和彎曲聯(lián)合作用，但是以扭轉(zhuǎn)為主，所以工程應(yīng)用中常用近似的方法進(jìn)行攪拌軸的強(qiáng)度計(jì)算。這種方法假設(shè)軸只受扭矩作用，然后用增加安全系數(shù)也降低

32、材料的許用應(yīng)力的方法彌補(bǔ)由于忽略彎曲作用而引起的誤差。軸承受扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度條件是： （334）式中max截面上的最大剪應(yīng)力，mpat軸傳遞的扭矩，nmmwt抗扭截面模量，mm3降低后的扭轉(zhuǎn)許用剪切力，mpa。其數(shù)值參考下表：表32幾種材料的值材料 q235-a 35 45 40cr（調(diào)質(zhì)） 1cr18ni9ti （335）對(duì)實(shí)心軸 （336） 故攪拌軸直徑d為： （337）軸材料選用45鋼，由表32查的，將p=15kw,n=100r/min一并代入上式得： （338）因軸上開一鍵槽（裝攪拌器），所以應(yīng)增大20%，。按表34將d圓整至攪拌軸的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列值，取d=80mm，以保證軸的最小值徑不小于

33、計(jì)算值。表34 攪拌軸的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列 軸頸 裝滾動(dòng)軸承：末位數(shù)為0或5裝滑動(dòng)軸承：20,22,25,28,30,35,38,40，遞增5110軸頭裝夾殼聯(lián)軸器、攪拌器、填料箱：20,40,50,65,80,95,110 3.8.3 攪拌軸的剛度校核為了防止攪拌軸產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形，從而在扭轉(zhuǎn)中振動(dòng)，影響正常工作，應(yīng)把軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，即規(guī)定一個(gè)設(shè)計(jì)的扭轉(zhuǎn)剛度條件。工程上以單位長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)角不得超過許用扭轉(zhuǎn)角的剛度條件，本設(shè)備傳動(dòng)軸為整體軸即傳動(dòng)軸伸入釜內(nèi)做攪拌軸，本次再沸器攪拌裝置的傳動(dòng)軸取，故剛度校核時(shí)取校核。即： （3-39） 式中：軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，/m；g攪拌軸材料的

34、剪切彈性模數(shù)，mpa，對(duì)于碳鋼及合金鋼為8.1mpa；i軸截面的極慣性矩，mm4，對(duì)于實(shí)心軸公式；許用轉(zhuǎn)角，/m。對(duì)于一般傳動(dòng)，如攪拌軸，取0.5 /m1.0 /m。由（3-37）可導(dǎo)出實(shí)心軸的直徑為： (3-40)本次設(shè)計(jì)的剛度計(jì)算為： 經(jīng)校核，攪拌軸的剛度合格。因?yàn)橥ㄟ^校核，攪拌軸的直徑同時(shí)滿足強(qiáng)度和剛度兩個(gè)條件，所以本次設(shè)計(jì)攪拌軸直徑選用滿足設(shè)計(jì)要求。3.9 攪拌傳動(dòng)裝置的選用設(shè)備的攪拌器是由傳動(dòng)裝置來帶動(dòng)。傳動(dòng)裝置通常設(shè)置在釜頂封頭的上部。攪拌機(jī)傳動(dòng)裝置一般由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、機(jī)架、傳動(dòng)軸、攪拌軸、攪拌軸軸封（填料密封或機(jī)械密封）、安裝底蓋、凸緣法蘭等零件組成。本設(shè)備傳動(dòng)軸為整體軸即傳動(dòng)

35、軸伸入釜內(nèi)做攪拌軸。設(shè)備零部件大都已制定了hg標(biāo)準(zhǔn)（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），為縮短設(shè)計(jì)制造周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量提高標(biāo)準(zhǔn)化程度。本設(shè)備釜內(nèi)操作壓力僅為0.7mpa，操作溫度為260，介質(zhì)腐蝕性微弱，故可選用單支點(diǎn)機(jī)架填料密封箱的攪拌機(jī)傳動(dòng)裝置系統(tǒng)組合。根據(jù)傳動(dòng)軸直徑d=120mm，以及內(nèi)筒公稱直徑2200mm，由壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)下冊(cè)p307 表3-5-5查得，可以選用公稱直徑500mm的安裝底蓋和b型單支點(diǎn)機(jī)架。3.9.1 連接法蘭的選用凸緣法蘭一般焊接于攪拌容器封頭上，用于連接整個(gè)攪拌傳動(dòng)裝置，也可兼做安裝、維修、檢查用孔。凸緣法蘭分整體和襯里兩種結(jié)構(gòu)型式，密封面分突面（r）和凹面

36、（m）兩種。查參考文獻(xiàn)3p303圖3-5-7至3-5-10知本設(shè)計(jì)所選法蘭為m型凸緣法蘭。圖33 m型凸緣法蘭其安裝尺寸參照參考文獻(xiàn)3表3-5-2和3-5-3選用公稱直徑500mm，m型,材質(zhì)為20號(hào)鋼的凸緣法蘭。其標(biāo)記為：hg 2156495 法蘭 m500203.9.2 安裝底蓋的選用安裝底蓋采用螺栓等緊固件，上與機(jī)架相連，下與凸緣法蘭連接。是整個(gè)攪拌傳動(dòng)裝置與容器連接的主要連接件。安裝底蓋的常用型式為rs和lrs，其他結(jié)構(gòu)（整體或襯里）、密封面型式（突面或凹面）以及安裝型式（上裝或下裝式），按hg21565-95選取安裝底蓋的作用是安裝機(jī)架和密封箱體，在對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)維修時(shí)還可以臨時(shí)擱置傳動(dòng)

37、軸。圖34 mx和lmx型安裝底蓋由參考文獻(xiàn)3p307表3-5-5和表3-5-6。選用公稱直徑500mm、整體下裝式（mx）、材質(zhì)為20。使用石棉橡膠板墊片（代號(hào)xb）配公稱直徑500mm機(jī)架、直徑d=120mm傳動(dòng)軸的安裝底蓋。標(biāo)記為：hg 2156595 底蓋mx50050012020xb3.9.3 機(jī)架的選用機(jī)架用以支承減速機(jī)和攪拌機(jī)的傳動(dòng)軸，軸承箱也屬于機(jī)架。機(jī)架的作用是安放減速機(jī)。它與減速機(jī)底座尺寸應(yīng)匹配。v帶減速機(jī)自帶機(jī)架，選用其他類型標(biāo)準(zhǔn)釜式減速機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)選取機(jī)架。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架有三種；1無支點(diǎn)機(jī)架2單支點(diǎn)機(jī)架3雙支點(diǎn)機(jī)架。圖34 公稱直徑400、500、700的a型和b型支架本設(shè)計(jì)選用

38、單支點(diǎn)機(jī)架，其型式參見文獻(xiàn)3p310表3-5-9，選用公稱直徑500mm的b型單支點(diǎn)機(jī)架.其標(biāo)記為：hg 2156695 機(jī)架 b 5001203.9.4 聯(lián)軸器的選用電機(jī)或減速機(jī)輸出軸與傳動(dòng)軸之間及傳動(dòng)軸與攪拌軸之間的連接，都是通過傳動(dòng)軸的上端與減速機(jī)輸出軸相連，下端與攪拌軸相連。本設(shè)備傳動(dòng)軸與攪拌軸為一個(gè)整體軸。常用的聯(lián)軸器有彈性塊式聯(lián)軸器、剛件凸緣聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器和緊箍夾殼聯(lián)軸器等。本設(shè)計(jì)采用帶短節(jié)聯(lián)軸器，其優(yōu)點(diǎn)是能在拆卸聯(lián)軸器的短節(jié)后，能在不拆卸減速機(jī)和機(jī)架的條件下，裝、拆機(jī)架的中間支點(diǎn)軸承箱和軸封。圖35 帶短節(jié)聯(lián)軸器軸孔100mm，其主要尺寸由參考文獻(xiàn)3p325表3-5-28可查

39、的?？蓸?biāo)記為；hg 21569.1-95 聯(lián)軸器b 100/90-353.9.5 傳動(dòng)軸的選用傳動(dòng)軸的主要作用是通過聯(lián)軸器將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給下端渦輪攪拌器。本設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸采用整體軸。圖36 axf、bxf型傳動(dòng)軸及其釜內(nèi)軸頭型式傳動(dòng)軸軸徑為120mm，配用公稱直徑500mm的b型機(jī)架。查參考文獻(xiàn)3p321表3-5-22伸入釜內(nèi)長(zhǎng)度為l=750mm，p323表3-5-24，傳動(dòng)軸材料為45號(hào)鋼.標(biāo)記為：hg 21568-95 傳動(dòng)軸bxf500-120/750-453.9.6 減速機(jī)的選用反應(yīng)釜所用的立式減速機(jī)，主要類型有諧波減速機(jī)、擺線針輪行星減速機(jī)、二級(jí)齒輪減速機(jī)和v帶傳動(dòng)減速機(jī)，他們大多有標(biāo)

40、準(zhǔn)。此外還有蝸桿傳動(dòng)減速機(jī)，因他的傳動(dòng)效率低，只能單向傳動(dòng)等特點(diǎn)，逐漸被擺線針輪行星減速機(jī)代替。四種標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)的功率，轉(zhuǎn)速、范圍、類型代號(hào)、特性參數(shù)見表34。減速機(jī)的基本特性見表35。 表34 標(biāo)準(zhǔn)減速機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速范圍、類型代號(hào)及特性參數(shù) 序號(hào) 標(biāo)準(zhǔn)號(hào) 減速機(jī)類型 轉(zhuǎn)速范圍 電機(jī)功率范圍 類型代號(hào) 特性參數(shù)1 hg5-744-78 諧波 4160.613xb 柔輪分部圓直徑2 hg5-745-78 擺線針輪行星 161600.630bld功率、機(jī)型號(hào)3 hg5-746-78 二級(jí)齒輪 1252500.630lc 中心距4 hg5-747-78 v帶傳動(dòng) 3205000.65.5p 三角皮帶型

41、號(hào) 表35 釜用立式減速機(jī)的基本特性特性 減速機(jī)類型 擺針輪針行星 二級(jí)齒輪 三角皮帶 諧波減速機(jī)減速比范圍879 11.65.63 4.532.9 35990輸出軸轉(zhuǎn)速范圍16160 125250 320500 416功率范圍，kw0.630 0.630 0.65.5 0.613效率0.9 0.96 0.83標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào) hg5-745-78 hg5-746-78 hg5-747-78 hg5-744-78釜用減速機(jī)的選擇往往通過類比進(jìn)行，計(jì)算分析所得數(shù)據(jù)可作選型參考。根據(jù)攪拌軸轉(zhuǎn)速為100r/min,電機(jī)功率為15kw，由參考文獻(xiàn)3表3-5-14，應(yīng)選用機(jī)型號(hào)為8，傳動(dòng)比為17的擺線針輪行星減

42、速機(jī)。其型號(hào)為3.9.7常用電機(jī)及其連接尺寸攪拌設(shè)備選用電動(dòng)機(jī)的問題，主要是確定系列、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項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)；當(dāng)有防爆要求時(shí)，可選用yb系列。y系列三相異步電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)見附表及攪拌與混合設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)選取電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為：3.9.8軸封裝置的選用與安裝軸封是攪拌設(shè)備的一個(gè)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)以及防止物料逸出和雜質(zhì)的滲入。鑒于攪拌設(shè)備以立式容器中心頂插式攪拌為主，很少滿釜操作，軸封的對(duì)象主要為氣體；而且攪拌設(shè)備由于反應(yīng)工況復(fù)雜，軸的偏擺振動(dòng)大，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，故不是所有型式的軸封都能用在攪拌設(shè)備上。攪拌軸出的密封屬于動(dòng)密封，常用的有填料密封和機(jī)械密封兩種型式，本設(shè)計(jì)用機(jī)械密封，機(jī)械密封是一種功耗小、泄漏率低，密封性能可靠，使用壽命長(zhǎng)的轉(zhuǎn)軸密封。本次設(shè)計(jì)壓力等級(jí)為pn1.6，查參考文獻(xiàn)3p353表3-5-69選用機(jī)械密封型號(hào)為2005。其各結(jié)構(gòu)件的材料選擇參照參考文獻(xiàn)3表3-5-70和3-5-71。標(biāo)注為hg 2157195 ms2005120bk u p f e bk u p3.9.9機(jī)械密封循環(huán)保護(hù)系統(tǒng)的選