化工设备机械基础课程设计-夹套反应釜

广州大学化学化工学院

本科学生化工设备机械基础课程

设计

实验课程 化工设备机械基础课程设计 实验项目 夹套反应釜设计 专业 班级 学号 姓名 指导教师及职称

开课学期 2013 至 2014 学年 第一 学期 时 间 2014 年 1 月 6 日~ 1 月 17 日

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夹套反应釜设计任务书

设计者姓名: 班级： 学号： 指导老师姓名： 日期：2014年01月10号 一、 设计内容

设计一台夹套传热式的反应釜 二、 设计参数和技术特性指标 比简图与说明 设计参数及其要求 例 容器 夹套内 内 工作压力/MPa 设计压力/MPa 0.2 0.4 工作温度/℃ 设计温度/℃ <110 <150 染料介质 及有冷却水或蒸汽 溶剂 全容积/m^3 5 操作容积/m^3 4 传热面积/m^2 9 腐蚀情况 微弱 推荐材料 Q235B（3~16） 搅拌器型式 桨式 搅拌轴转速/50 （r/min) 轴功率/kW 1.4 条件内容修改 接管表 公称连接修改日修改标记 签字 符号 尺寸 面型用途 内容 期 DN 式 A 25 RF 蒸汽入口 B 100 RF 加料口 C 100 RF 视镜 D 25 RF 温度计接口 压缩空气接单位名称 E 25 RF 口 工程名称 F 80 RF 加料口 设计项目 G 25 RF 冷凝水出口 条件标号 H 设备图号 M - 2 -

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位号/台数 N 提出人 日期 备注 三、 设计要求 1、 进行罐体和夹套设计计算。 2、 选择支座形式并进行计算。

3、 选择接管、管法兰、设备法兰、手孔、视镜等容器附件。 4、 绘总装配图 参考图见插页附图

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前 言

《化工设备机械基础》是针对化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化学设备的机械知识和设计能力的要求而编写的。通过此课程的学习，是通过学习使同学掌握基本的设计理论并且具有设计钢制典型的中、低、常压化工容器的设计和必要的机械基础知识。

化工设备机械基础课程设计是《化工设备机械基础》课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试化工机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。

化工设备课程设计师培养学生设计能力的重要事件教学环节。在教师指导下，通过课程设计，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。因此，当学生首次完成该课程设计后应达到以下几个目的：

(1)熟练掌握查血文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。

(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，并提出保证该过程正常、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)准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。

(4)用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图标来表达自己的设计思想和计算结果。 化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。

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目 录

概述---------------------------------------------------------------------------------------------------------5 第一章 罐体和夹套的设计--------------------------------------------------------------------------6

1、 罐体和夹套的结构设计--------------------------------------------------------------6 2、 罐体的几何尺寸------------------------------------------------------------------------6

（1） 确定筒体内径----------------------------------------------------------------6 （2） 确定封头尺寸----------------------------------------------------------------6 （3） 确定筒体高度----------------------------------------------------------------6

3、 夹套的几何尺寸------------------------------------------------------------------------7

（1） 确定夹套内径----------------------------------------------------------------7 （2） 确定夹套高度----------------------------------------------------------------7

4、 夹套反应釜的强度计算--------------------------------------------------------------8

（1） 强度计算的原则及依据---------------------------------------------------8 （2） 按内压对筒体和封头进行强度计算----------------------------------8 （3） 按外压对筒体和封头进行强度校核-----------------------------------9 （4） 水压试验校核计算---------------------------------------------------------10

5、 夹套反应釜设计计算数据一览表-------------------------------------------------10

（1） 几何尺寸----------------------------------------------------------------------10 （2） 强度计算----------------------------------------------------------------------11 （3） 稳定性校核（按外压校核厚度）-------------------------------------12 （4） 水压试验校核----------------------------------------------------------------13

第二章 反应釜其它附件-----------------------------------------------------------------------------14

1、 支座----------------------------------------------------------------------------------------14 2、 手孔和人孔------------------------------------------------------------------------------15 3、 设备接口---------------------------------------------------------------------------------15

（1） 设备法兰----------------------------------------------------------------------15 （2） 接管和管法兰----------------------------------------------------------------16 （3） 补强圈-------------------------------------------------------------------------16 （4） 液料出料管和过夹套的物料进出口----------------------------------16

4、 视镜----------------------------------------------------------------------------------------17

参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------18

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概 述

本设计根据化工设备的机械理论知识，参照给顶工艺参数，科学合理地设计出符合要求的夹套反应釜，其涉及的内容如下：

（1） 总体结构设计 根据工艺要求并考虑制造、安装和维护检修的方便，确定

各部分结构形式，如封头型式、传热面积、搅拌类型、传动形式、轴封和各种附件的结构形式。

（2） 容器的设计 其主要内容有：

a) 根据工艺参数确定各部分几何尺寸；

b) 考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体和夹套材料； c) 对罐体、夹套等进行强度和稳定性计算、校核； （3） 相关附件的选择 包括视镜、法兰手孔和人孔。

（4） 绘图 包括装配图、部件图和零件图。如标准零件、部件，写出标准号及

标记，不必绘图。

（5）编制技术要求 提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。采用标准技术条件标注文号。

本设备按照GB 150—1998《钢制压力容器》进行制造、实验和验收，并接受国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监督规程》的监督。

2.焊接采用电弧焊。

3.焊接接头型式及尺寸处图中注明外，按GB 985—88规定；角焊缝的腰高按薄板的厚度；法兰焊接按相应的法兰的标准中的规定。

4.筒体、封头及其相连接的对接焊接接头应进行X射线探伤检查，检测长度不得少于各条焊接接头长度的20%，且不小于250mm，Ⅲ级为合格。

5.设备制造完毕后，设备内以0.55Mpa（表压）进行水压试验，合格后焊接夹套，夹套以0.65Mpa（表压）进行水压试验。

6.设备上凸缘与安装底座的连接表面，应在组焊后加工。

7.设备组装后，在搅拌轴上端轴封处测定轴的径向摆动量不得大于0.5mm，搅拌轴轴向窜动量不得大3 mm。

8. 设备组装后，低于临界转速时，先运转十五分钟后，以水代料，并使设备内达到工作压力；超过临界转速时，直接以水代料，严禁空远转，并使设备内达到工作压力，进行试运转，时间不少一小时。在运转过程中，不得有不正常的噪音和振动灯不良现象。

10.管口及支座方位按本图（或管口及支座方位见管口方位图）

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第一章 罐体和夹套的设计

1、 罐体和夹套的结构设计

罐体一般是立式圆筒形容器，有顶盖、筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。罐底通常为椭圆形封头，对于常压或操作压力不大而直径较大的设备，顶盖可采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢制的横梁，用以支承搅拌器及其传动装置。顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种筒体内径D1≤1000mm，宜采用可拆连接。当要求可拆时做成法兰连接。夹套的形式与罐体相同。 2、 罐体几何尺寸计算 （1）、确定筒体内径

将釜体视为圆柱形筒体， 一般由工艺条件给定容积V、筒体内径D1按式1估算：

式1

式中V——工艺条件给定容积，m3;

i——长径比， i=H1/D1=1.1（按物料的类型选取，见表1） 当D1估算值圆整到公称直径系列，见附表D-1。取D1=1700mm 表1

种 类 一般搅拌釜 设备内物料类型 液-固相或液-液相物料 气-液相物料 发酵罐类 （2）、确定封头尺寸 封头选用椭圆封头，型号是JB/T 4746-2002 公称直径DN/mm 总深度H/mm 内表面积A/m2 容积V/ m3 直边高度h/mm 1700 450 3.2662 0.6999 25 （3）、确定筒体高度 立式反应釜釜体的容积通常是指圆柱形筒体和下封头包含的容积，即：V=V筒+V封。DN=1800mm时，查表得V封=0.6999m3,V1m=2.270m3

式2

I 1～1.3 1～2 1.7～2.5 式中V封——封头容积（见附表D-2），m3；

V1m——1米高的筒体容积（见附表D-1），m3/m。

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当筒体高度确定后，应按圆整后的筒体高度修正实际容积，则圆整后的釜体高度H1=1900mm。

式3

式中V封——封头容积（见附表D-2），m3；

V1m——1米高筒体容积（见附表D-1），m3/m。 H1——圆整后的筒体高度,m。 3、夹套几何尺寸计算 （1）夹套内径

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。夹套的内径D2可根据筒体内径D1选取D2=D1+100=1800mm 表2 夹套直径D2 （mm）

D1 D2 500～600 D1+50 700～1800 D1+100 2000～3000 D1+200 夹套下封头型式同罐体封头，其直径D2与夹套筒体相同。 （2）夹套高度

夹套高H2由传热面积决定，不能低于料液高。通常由工艺给定装料系数η，或根据已知操作容积和全容积进行计算，即η=操作容积/全容积。装料系数没有给定，则应合理选用装料系数的值，尽量提高设备利用率。通常取=0.6～0.85。如物料在反应过程中要起泡或呈沸腾状态，应取低值，=0.6～0.7；如物料反应平稳或物料粘度较大时，应取大值，=0.8～0.85所以取0.8。夹套高H2按下式估算。

H2(VV封）/V1m(0.850.6999)/2.2701.454m1500mm 式4 式中V封——封头容积（见附表D-2），m3；

V1m——1米高筒体容积（见附表D-1），m3/m。

夹套所包围的罐体的表面积（筒体表面积F筒+封头表面积F封）一定要大于工艺要求的传热面积F，即

式中F筒——筒体表面积，F筒=H2×F1m=1.5×5.34=8.01㎡

F封——封头表面积（见附表D-2），F封=3.2662㎡

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F1m——1m高内表面积（见附表D-1），㎡/m，

F=F封+F筒=3.2662+8.01=11.2762≥9满足要求。 式5

当筒体与上封头用法兰连接时，常采用甲型平焊法兰连接，这是压力容器法兰中的一种，甲型平焊法兰密封面结构常用平密封面和凹凸密封面两种。平密封面法兰见附图1。

4、夹套反应釜的强度计算 （1）强度计算的原则及依据

当夹套的反应釜几何尺寸确定后，则根据已知的公称直径、设计压力和设计温度进行强度计算，确定罐体及夹套和封头的厚度。

强度计算应考虑以下几种情况。 a.圆筒内为常压外带夹套时：

当圆筒的公称直径DN≥600㎜时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力）圆筒设计，其余部分按常压设计；

b.圆筒内为真空外带夹套时：

当圆筒的公称直径DN≥600㎜时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力+0.1MPa）圆筒设计，其余部分按真空设计；

当圆筒的公称直径DN≤600㎜时，全部筒体按外压（指夹套压力+0.1MPa）圆筒设计；

c.圆筒内为正压外带夹套时：

当圆筒体的公称直径DN≥600㎜时，被夹套包围部分的筒体分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值；其余部分按内压圆筒设计。

当圆筒的公称直径DN≤600㎜时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。

（2）按内压对筒体和封头进行强度计算

由工艺条件及微弱的腐蚀情况，确定设备的材料为Q235R(3-16)，由工艺知罐体内的设计压力p10.2MPa，夹套内的设计压力p2=0.4MPa罐体的设计温度t1﹤120℃，夹套的设计温度t2<150℃。在设计温度下[σ]t=113MPa 液柱静压力p1H=10-6ρgH1=10-6×9.8×H1

= 10-6×9.8×103×1.9 =0.01862 MPa

液柱将压力P2H，由于小于设计压力的5%，故P2H可以忽略不计。 计算压力p1c=p1+p1h=0.2+0.01862=0.21862MPa 计算压力p2c=p2=0.4MPa 由单面焊接局部无损伤ϕ=0.8

p1cD10.2186217002.0581mm 罐体筒体计算厚度1t2[]p1c21130.80.21862 - 4 - / 19

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p2cD20.418003.9911mm

2[]tp2c21130.80.4p1cD10.2186217002.0569mm 罐体封头计算厚度1't2[]0.5p1c21130.80.50.21862p2cD20.418003.9867mm 夹套封头计算厚度2/t2[]0.5p2c21130.80.50.4夹套筒体计算厚度21对碳素钢、低合金钢制容器，D1≤3800mm，δmin≥2D1/1000○

＞3800mm,δmin=D1/1000+4mm

2对高合金钢制容器δmin不小于2mm ○

且不小于3mm；D1

故取最小厚度作为计算厚度δ1=δ1’=δmin=2D1/1000=2×1700/1000=3.4mm δ2=δ2’=δmin=4.0+0.5=4.5mm 查文献[1]表9-10，得C1=0.50mm 查文献[1],取单面腐蚀，得C2=1mm

罐体筒体设计厚度δ1d=δ1+C2=3.4+1=4.4mm 夹套筒体设计厚度δ2d=δ2+C2=4.0+1=5mm 罐体封头设计厚度δ/1d=δ/1+C2=3.4+1=4.4mm 夹套封头设计厚度δ/2d=δ/2+C2=4.0+1=5mm

罐体筒体名义厚度δ1n=δ1d=4.4mm δmin-δ1 =3.4-2.06=1.34>0.5=C1 夹套筒体名义厚度δ2n=δ2d=5.5mm δmin-δ1’=4.5-4.0=0.5>0.5=C1 罐体封头名义厚度δ/1n=δ/1d=4.4mm δmin-δ2 =3.4-2.06=1.34>0.5=C1

//

夹套封头名义厚度δ2n=δ2d=5.5mm δmin-δ2’=4.5-4.0=0.5>0.5=C1 (3)按外压对筒体和封头进行强度校核 1罐体筒体名义厚度δ○

1n

=δ1d=4.4mm

厚度附加量C=C1+C2=0.50+1=1.50mm

罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C=4.4-1.5=2.9mm 罐体筒体外径D0=D1-2δ1n=1700+2×4.4=1708.8mm 筒体计算长度L=H2+1/3h1=1500+1/3×450=1650mm 系数L/D0=1650/1708.8=0.966 系数D0/δe=1708.8/2.9=589 系数A=0.000095 系数B，无数据

许用外压错误!未找到引用源。0.0215<0.4 所以4.4mm的钢板不能用。

2假设名义厚度为12mm，由表可知 C○

10.8mm，则

厚度附加量C=C1+C2=0.80+1=1.80mm

罐体筒体的有效厚度δ1e=δ1n-C=12-1.8=10.2mm

罐体筒体外径D0=D1-2δ1n=1700+2×12=1724 mm 筒体计算长度L=H2+1/3h1=1500+1/3×450=1650mm 系数L/D0=1650/1724=0.957

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系数D0/δe=1724/10.2=169 系数A=0.00066MPa 系数B=92MPa

B920.540.4MPa错误!未找到引用源。 许用外压[P]D0/e169故容器稳定性满足要求

3假设罐体封头的名义厚度为12mm，由表可知C○

10.8mm，则

厚度附加量C=C1+C2=0.80+1=1.80mm

罐体封头的有效厚度δ1e’=δ1n’-C=12-1.8=10.2mm 罐体封头外径D0’=D1’-2δ1n’=1700+2×12=1724 mm

标准椭圆封头当量球壳半径R0’=0.9DO’=0.9×1724=1552mm

0.1250.1250.00082MPa 系数A/(R1O//1e)1552/10.2系数B=112MPa

B1120.736MPa0.4MPa //RO/1e1552/10.2故椭圆形封头稳定性满足要求

罐体封头的最小厚度δmin=0.15%D1=0.15%×1700=2.55mm≤δe=10.2mm满足要求。 （4）水压试验校核计算

[]罐体试验压力p1T1.25p1t1.250.20.25MPa

[][]1.250.40.5MPa 夹套水压试验压力p2T1.25p2[]t查文献得σs=235MPa,σT≤0.9ϕσs=169.2MPa

p1T(D11e)0.25(170010.2)罐体圆筒应力1T20.96MPa<169.2MPa

21e210.2故筒体水压校核合格

p2T(D22e)0.5(180010.2)夹套内压试验应力2T44.37MPa<169.2MPa

22e210.2故夹套水压校核合格。

5、夹套反应釜设计计算数据一览表 （1）几何尺寸 确定几何尺寸 步骤 项目及代号 参数 1-1 全容积V,m^3 5 由工艺条件决定 1-2 操作容积V1,m^3 4 由工艺条件决定 1-3 传热面积F,m^2 7 由工艺条件决定 1-4 筒式型式 圆筒体 常用结构 1-5 封头型式 椭圆形 常用结构 许用外压[p] - 6 - / 19

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1-6 长径比i=H1/D1 1.1 按表1选取 1-7 出算罐体筒体内径D1≈3√[(4V)/πi] ,m 1.7954 按公式1计算 1-8 圆整罐体筒体内径D1,mm 1700 按表D-1选取 1-9 1m高的容积V1m,m^3 2.27 按表D-1选取 1-10 罐体封头容积V1封，m^3 0.6999 按表D-2选取 1-11 罐体筒体高度H1=(V-V1封）/V1m,m 1.894 按公式2计算 1-12 圆整罐体筒体高度H1，mm 1900 选取 1-13 实际容积V=V1m×H1+V1封,m^3 5.0129 按公式3计算 1-14 夹套筒体内径D2,mm 1800 按表2选取 1-15 装料系数η=V操/V或按η=0.6~0.85选取 0.8 计算或选取 1-16 夹套筒体高度H2≥(ηV-V1封)/V1m,m 1.454 按公式4计算 1-17 圆整夹套筒体高度H2，mm 1500 选取 1-18 罐体封头表面积F1封，m^2 3.2662 按表D-2选取 1-19 1m高筒体内表面积F1m,m^2 5.34 按表D-1选取 1-20 实际总传热面积F=F1m×F2m+F1封,m^2 11.2762>9 按公式5计算 （2）强度计算 强度计算（按内压计算罐体及夹套厚度） 步骤 项目代号 参数及结果 备注 Q235R根据工艺条件或者腐蚀情2-1 设备材料 （3~16） 况确定 2-2 设计压力（罐体内）p1，MPa 0.3 由工艺条件决定 2-3 设计压力（夹套内）p2，Mpa 0.4 由工艺条件决定 2-4 设计温度（罐体内）t1，℃ <110 由工艺条件决定 2-5 设计温度（夹套内）t2，℃ <150 由工艺条件决定 液柱静压力p1H=10^-6ρ2-6 0.01862 根据文献[1]第九章计算 gh,MPa 2-7 计算压力p1c=p1+pH,MPa 0.21862 计算 2-8 液柱静压力p2H,MPa 0 忽略 2-9 计算压力p2c=p2 0.4 计算 2-10 罐体及夹套焊接接头系数φ 0.8 根据文献[1]表9-6选取 设计温度下材料许用应力根据文献[1]表9-4或表9-52-11 113 [σ]^t,MPa 选取 罐体筒体计算厚度δ2-12 2.06 根据文献[1]第九章计算 1=(pcD1)/(2φ[σ]^t-pc）,mm 夹套筒体计算厚度δ2-13 4.0 根据文献[1]第九章计算 1=(pcD2)/(2φ[σ]^t-pc）,mm 罐体封头计算厚度δ根据文献[1]第十章标准椭2-14 '1=(pcD1)/(2φ2.06 圆封头计算 [σ]^t-0.5pc）,mm - 7 - / 19

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2-15 2-16 2-17 2-18 2-19 2-20 2-21 2-22 2-23 2-24 2-25 2-26 (3)稳定性校核 步骤 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10 3-11 3-12 3-13 夹套封头计算厚度δ'2=(pcD2)/(2φ[σ]^t-0.5pc）,mm 取最小厚度δmin作为计算厚度δ,mm 腐蚀裕量C2,mm 罐体筒体设计厚度δ1d=δ+C2，mm 夹套筒体设计厚度δ2d=δ+C2，mm 罐体封头设计厚度δ'1d=δ+C2，mm 夹套封头设计厚度δ'2d=δ+C2，mm 钢板厚度负偏差C1,mm 罐体筒体名义厚度δ1n=δ1d,mm 夹套筒体名义厚度δ2n,mm 罐体封头名义厚度δ'2n,mm 夹套封头名义厚度δ'2n,mm 4.0 3.4 1.0 4.4 5 4.4 5 0.5 4.4 5.5 4.4 5.5 根据文献[1]第十章标准椭圆封头计算 不满足刚度条件，按照文献[1]第九章选取δmin 按单面腐蚀 根据文献[1]第九章计算 根据文献[1]第九章计算 根据文献[1]第十章计算 根据文献[1]第十章计算 按钢板厚度5mm选取 δmin-δ1=3.4-2.06>C1 δmin-δ2=4.5-4.0>C1 δmin-δ3=3.4-2.06>C1 δmin-δ4=4.5-4.0>C1 稳定性校核（按外压校核罐体厚度） 参数及项目及代号 备注 结果 罐体筒体名义厚度δ,mm 4.4 根据计算结果假设 厚度附加量C=C1+C2 1.5 根据文献[1]第九章计算 罐体筒体有效厚度δe=δn-C,mm 2.9 根据文献[1]第九章计算 罐体筒体外径D0=D1+2δn,mm 1708.8 根据文献[1]第十一章计算 筒体计算长度L=H2+1/3h1,mm 1650 根据文献[1]第十一章计算 系数L/D0 0.966 根据文献[1]第十一章计算 系数D0/δe 589 根据文献[1]第十一章计算 0.0000系数A 根据文献[1]图11-5 95 系数B -- 根据文献[1]图11-8 许用外压[p]=B/(D0/δe)或<0.4 计算失稳重设名义厚度δn [p]=2AE/(3D0/δe),MPa 罐体筒体名义厚度δn,mm 12 假设 钢板厚度负偏差C1,mm 0.8 根据文献[1]第九章计算 厚度附加量C=C1+C2 1.80 根据文献[1]第九章计算 - 8 - / 19

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3-14 3-15 3-16 3-17 3-18 罐体筒体有效厚度δe=δn-C,mm 罐体筒体外径D0=D1+2δn,mm 筒体计算长度L=H2+1/3h1,mm 系数L/D0 系数D0/δe 3-19 系数A 3-20 系数B 3-21 许用外压[p]=B/(D0/δe) 3-22 罐体封头名义厚度δn,mm 3-23 罐体封头钢板厚度负偏差C1,mm 3-24 罐体封头厚度附加量C=C1+C2 罐体封头有效厚度δ'e=δ3-25 10.2 根据文献[1]第九章计算 'n-C,mm 3-26 罐体封头外径D'0=D'1+2δ'n,mm 1724 根据文献[1]第十一章计算 标准椭圆封头当量球壳外半径3-27 1552 根据文献[1]第十一章计算 R'0=0.9D'0,mm 0.00083-28 系数A=0.125/(R'0/δ'e) 根据文献[1]第十一章计算 2 3-29 系数B 112 查文献[1]图11-8 0.736>根据文献[1]第十一章计算稳3-30 许用外压[p]=B/(R'0/δ'e),MPa 0.4 定性满足要求 罐体封头最小厚度δ3-31 2.55 δmin≤δe满足要求 min=0.15%D1,mm （4）水压试验校核 水压试验校核 步项目及代号 参数及结果 骤 4-1 罐体试验压力p1T=1.25p1[σ]/[σ]^t,MPa 0.25 4-2 夹套水压试验压力p2t=1.25p2[σ]/[σ]^t,MPa 0.5 4-3 材料屈服点应力σs，MPa 235 4-4 σT≤0.9Φσs,MPa 169.2 4-5 罐体圆筒压力σ1T=[p1T(D1+δe)]/2δe,MPa 20.96<169.2 4-6 夹套内压试验应力σ2T=[p2T(D2+δe)]/2δe,MPa 44.37<169.2

10.2 1724 1650 0.957 169 0.00066 92 0.54>0.4 12 0.8 1.8 根据文献[1]第十一章计算 根据文献[1]第十一章计算 根据文献[1]第十一章计算 根据文献[1]第十一章计算 根据文献[1]第十一章计算 根据文献[1]图11-5 根据文献[1]图11-8 根据文献[1]第十一章计算稳定性满足要求 假设 根据文献[1]表9-10选取 根据文献[1]第九章计算 第二章 反应釜其他附件

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1、支座

夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。标准耳式支座（JB/T4725—92）分为A型和B型两种。当设备需要保温或直接支承在楼板上时选B型，否则选A型。本设计选B型。其主要尺寸见下表： 允许载适用容器公高底板 垫板 荷 称直径 度 l1 b1 δ1 s1 l3 b3 δ3 e Q，kN DN H 60 1000～2000 250 200 140 14 70 315 250 8 40 允许支载荷 座 Q，kN 号 60 A型B型支座质量盖板 盖板 /kg δδb4 b4 A型 B型 l2 b2 l2 b2 d M 2 2 4 160 140 8 290 140 10 30 M24 30 70 11.1 15.7 A型筋板 B型筋板 地脚螺栓 每台反应釜常用4个支座，但承重计算时，考虑安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。

耳式支座实际承受载荷是近似计算：

m0gGe4(phGeSe)310 Q=52kN nDkn式中 Q——支座实际承受的载荷，kN；

D——支座安装尺寸，mm；错误!未找到引用源。

g——重心加速度，取g=9.8m/s； Ge——偏心载荷，N；

h——水平力作用点至底板高度，mm；h=250mm

k——不均匀系数，安装3个支座时，取k=1，安装3个以上时，取k=0.83； m0——设备总质量（包括壳体及其附件，内部介质及保温层的质量），kg；m0=8200kg

n——支座数量；n=2 Se——偏心距，mm；

P——水平力，取pe和pw的大值，N。p=18081

当容器高径比不大于5，且总高度H0不大于10m时，pe和pw可按下式计算，超出此范围的容器不推存使用耳座。

水平地震力pe：pe0.5em0g0.50.4582009.818081 式中 αe——地震系数。 水平风载荷pw：

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pw0.95fiq0D0H01060.951.005501824280010-62669 式中 D0——容器外径，有保温层时取保温层外径，mm；D0=1824mm fi——风压高度变化系数，按设备质心所处高度取；fi=1.00 H0——容器总高度，mm；H0=H1+h1=1900+450+450=2800mm q0——10m高度处的基本风压值，N/m2。q0=550 所以p=pe

Q=52kN<60kN小于允许载荷，所选支座符合要求。 2、手孔和人孔

手孔和人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。

手孔直径一般为150～250mm，应使工人带上手套并握有工具的手能方便的通过。

当设备的直径大于900mm时，应开设人孔。人孔的形状有椭圆形和圆形两种。圆形人孔制造方便。应用较为广泛。人孔的大小及位置应以人进出设备方便为原则，对于反应釜，还要考虑搅拌器的尺寸，一便搅拌轴及搅拌器能通过人孔放入罐体内。

手孔和人孔的种类较多，且大部分有标准。本设计采用人孔，为回转盖带颈平焊法兰人孔，其主要尺寸见下表： 螺螺螺柱 柱 母 密封总质面形D D1 b b1 b2 H1 H2 量直径式 /kg 数量 ×长度 突面 M24180（RF1.0 450 615 565 28 26 28 230 108 20 40 ×130 ×8 型） 125 3、设备接口

化工容器及设备，往往由于工艺操作等原因，在筒体和封头上需要开一些各种用途的孔。 （1）、设备法兰

容器法兰有甲型平焊法兰（JB/T4701—2000）、乙型平焊法兰（JB/T 4702—2000）、长颈法兰（JB/T 4703—2000）三种，设计时首先由法兰的公称压力PN、公称直径DN由教材中的压力容器法兰分类及参数表确定确定其型式，然后根据法兰型式及其PN 、 DN ，由对应的容器法兰标准设计出法兰的结构和尺寸。

容器法兰的密封面形式有平面密封面、凹凸密封面、榫槽密封面、环密封面。密封面的形式可根据操作介质、法兰的公称压力PN 、工作温度由教材中的压力容器法兰垫片选用表确定。

根据材质的不同，垫片分为非金属垫片、组合式垫片和金属垫片三种，垫片的形式可根据操作介质、法兰的公称压力PN 、工作温度、法兰的型式由压力容器法兰垫片选用表确定。垫片的尺寸由法兰的公称压力、公称直径根据垫片的标准确定。压力容器法兰非金属软垫片的结构见图、尺寸查压力容器法兰非金属软垫片的标准。

公称 dW×直S 径 DN - 11 - / 19

公称 压力 PN MPa 课程设计

根据设计温度及所用材料，选用公称压力0.6MPa，公称直径1700mm的平密封面乙型平焊法兰。 法兰PI 1700-0.6 JB/T 4702-2000 螺柱材螺母材法兰 公称直径 公称压力 垫片 料 料 （GB/T 乙型非金属垫1700mm 0.6MPa 539-1995）耐油35 Q235-A 法兰 片 石油橡胶板 (2)接管和管法兰 接管和管法兰是用来与管道或其他设备连接的。标准管法兰的主要参数是公称直径（DN）和公称压力（PN）。 公称直径DN 10 15 20 25 40 50 65 80 100 125 钢管外径 14 18 25 62 45 57 76 89 108 133 公称直径DN 150 200 250 300 350 400 450 500 600 钢管外径 150 219 273 325 377 426 480 530 630 接管的伸长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm。 公称尺寸 法兰质量钢管外径符号 连接面型式 用途 DN /kg /mm A 25 RF 蒸汽入口 1.0 32 B 100 RF 加料口 4.5 108 C 100 RF 视镜 -- -- D 25 RF 温度计接口 1.0 32 压缩空气接1.0 32 E 25 RF 口 F 80 RF 加料口 3.5 89 G 25 RF 冷凝水出口 1.0 32 （3）、补强圈

容器开孔后由于壳体材料的削弱，出现开孔应力集中现象。因此要考虑补强。补强圈就是用来弥补设备壳体因开孔过大而造成的强度损失的一种常用形式。补强圈形状应与被补强部分相符，使之与设备壳体密切贴合，焊接后能与壳体同时受力。补强圈上有一小孔，焊后同如压缩空气，以检查焊缝的气密性。补强圈的厚度和材料一般均与设备壳体相同。 （4）、液体出料管和过夹套的物料进出口

出料管结构设计主要从物料易放尽、阻力小和不易堵塞 等因素考虑。另外还要考虑温差应力的影响。

液体出料管和过夹套的物料进出口的主要尺寸见下表： 管径公称直径DN ≥25 ≥50 ≥100 d1 4、视镜

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75+DN 100+DN 160+DN 课程设计

视镜主要用来观察设备内物料及其反应情况，也可作为料面指示镜，一般成对使用，当视镜需要斜装或设备直径较小时，采用有颈视镜。本设计采用带灯有颈视镜，所选视镜主要尺寸见下表： 公称 公称 D D1 dH×S h ≈H n×d 视镜质总质量，kg 直径 压力 量/kg DN PN 防腐防爆 防腐防爆mm MPa 型 型 型 型 100 0.6 180 150 10850 170 260 8×4.7 5.7 7.7 ×4 M12

参 考 文 献

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课程设计

[1]赵军等编.化工设备机械基础(第二版)[M].北京:化学工业出版社,2007. [2]蔡纪宁等编.化工设备机械基础课程设计指导书[M].北京:化学工业出版社,2010.

[3]候淳,带刚性耳式支座的计算[J].有色冶金设计与研究.2009(05). [4]GB 150-1998钢制压力容器[M].中国标准化出版社. [5]王志文.化工容器设计[M].北京:化学工业出版社.1990. [6]HG/T 20668-2000化工设备设计文件编制规定. [7]JB.容器支座[M].化学工业出版社.

[8]董大勤.化工设备机械基础(第三版)[M].北京:化学工业出版社.1989.

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