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3000升开式搪玻璃反应釜的设计-毕设论文.doc
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1、内蒙古科技大学毕业设计3000升开式搪玻璃反应釜的设计摘要:搪玻璃设备具有质量好、耐腐蚀等优点,对资源的节约、我国经济发展和石油工业的发展起着巨大的作用。设计一台操作容积为3000L的搪玻璃反应釜,全容积为3715L。按照GB150-1998钢制压力容器,HG2432-2001搪玻璃设备技术条件,HG/T2371-2003搪玻璃开式搅拌容器进行设计、制造、检验和验收。 容器圆筒的材料为Q235B,工作压力为0.4MPa,工作温度为0 200;夹套材料为Q235B,工作压力为0.6MPa,工作温度为0 200。此次设计主要进行了搪玻璃反应釜的结构设计和强度计算。进行了圆筒壁厚计算,夹套的壁厚计算
2、,电动机轴功率校核,搅拌器强度校核,开孔补强计算,耳座的校核等。该设备按JB/T4709-2009进行焊接,焊缝进行无损探伤。该设备应根据TSG R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程和压力容器定期检验规则的要求定期检验。关键词:搪玻璃;反应釜;耐腐蚀50The design for 3,000 litres open-cycle glass lining reaction kettleAbstract: Glass-lined equipment with good quality, corrosion resistance, etc., resource conservatio
3、n, economic development and the development of the oil industry plays a huge role. The design operating glass-lined reactor with a volume of 3000L, 3715L full volume.Steel pressure vesselin accordance with the GB150-1998 HG2432-2001glass-lined equipment technical conditions, HG/T2371-2003glass-lined
4、 open mixing vesselfor the design, manufacture, inspection and acceptance. The material of the container cylinder Q235B, working pressure to 0.4MPa, the operating temperature of 0 to 200 C; jacket material for Q235B, working pressure of 0.6MPa, the operating temperature of 0 to 200 C. The design is
5、mainly for the structural design and strength calculation of glass-lined reactor. Cylinder wall thickness, the wall thickness of the jacket, the motor shaft power check, stirrer strength check, opening reinforcement calculation, ear seat check. The device JB/T4709-2009 welding, weld NDT. The equipme
6、nt should be based on the requirements of the TSG R0004-2009fixed-pressure vessel safety technology to monitor the procedures and regular pressure vessel inspection rules periodic inspection.Key words: Honing glass ; reaction kettle; corrosion resistance.目录摘要1Abstract2绪论5第一章 反应釜釜体与传热装置71.1反应釜釜体7 1.1
7、.1确定反应釜釜体的直径和高度7 1.1.2确定反应釜夹套的直径和高度8 1.1.3夹套类型的选择9 1.1.4夹套圆筒的应力计算9 1.1.5夹套试验压力101.2确定反应釜内筒的材料和壁厚111.3封头、卡子及密封装置的选择13第二章 反应釜的传递装置142.1减速装置142.2电动机基本特性及选用162.3机架17 2.3.1机架的选用原则172.4传动轴182.5联轴器19第三章 反应釜的搅拌装置203.1搅拌器20 3.1.1搅拌器的选择20 3.1.2搅拌器的强度计算213.2搅拌轴24 3.2.1揽拌轴的材质及加工要求24 3.2.2搅拌轴直径的确定及强度计算24第四章 反应釜的
8、轴封装置344.1轴封装置的选用原则344.2机械密封原理344.3填料密封原理354.4机械密封与填料密封的对比354.5机械密封及其循环保护系统的选择354.6反应釜耳座的选用计算36第五章 反应釜开孔补强计算385.1人孔M的开孔补强计算385.2 温度计套管口T的开孔补强计算405.3 搅拌孔e的补强计算425.4 放料口f的补强计算44第六章 主要技术要求46 6.1 材料方面46 6.2 焊接方面46 6.3 焊缝无损探伤46结语47参考文献48致谢50绪论搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃,衬在钢制容器的内表面,经高温灼烧而牢固地密着于金属表面上成为复合材料制品。所以,它具有玻璃
9、的稳定性和金属强度的双重优点,是一种优良的耐腐蚀设备。搪玻璃反应釜广泛地应用于化工、石油、医药、农药、食品等工业。搪瓷反应釜技术规范: 1、 使用压力:0.2-0.4Mpa 2、耐酸性:对各种有机酸、无机酸、有机溶剂均有较好的抗蚀性。如将我厂生产的搪玻璃试样置于20%HCI溶液中煮沸48h,腐蚀速率为0.9lg/m2.d(优等品指标为1.0g/m2.d)。3、耐碱性:搪玻璃对碱性溶液抗蚀性较酸溶液差。但将我厂搪玻璃试样置于1N氢氧化钠溶液腐蚀,试验温度80时间48h。腐蚀速率为6.76g/m2.d(优等品指标为7.0g/m2.d)。4、操作温度:搪玻璃设备加热和冷却时,应缓慢进行。我厂制造的搪
10、玻璃设备使用温度为0200,耐温急变性200。5、瓷层厚度:玻璃设备的瓷层厚度0.8-2.0mm,搪玻璃设备附件的瓷层厚度0.6-1.8mm。6、耐压电:搪玻璃具有良好的绝缘性,当搪玻璃在规定厚度内用20KV高频电火花检查瓷层时,高频电火花不能击穿瓷层。7、耐冲击性:玻璃层的内应力越小,弹性越好,硬度越大,抗弯抗压强度越高,则耐冲击就越好。8搪玻璃设备的耐温差急变性是指搪玻璃表面或其反侧的金属基体经受突然温度急变的性能。搪玻璃设备耐温差急变温度为:冷急变温度为110,热急变温度为120。 本设计主要介绍制胶搪玻璃反应釜的结构、特点和各个零件的选型原则。制胶搪玻璃反应釜的基本结构:反应釜、搅拌装
11、置、传动装置、轴封等组成。搅拌装置由搅拌轴和搅拌器组成,靠搅拌轴传动动力,由搅拌器达到搅拌目的。传动装置包括电动机、减速机、机座、联轴器、底座、和活套法兰等附件,它为搅拌器提供搅拌动力和相应的条件。轴封装置为反应釜和搅拌轴间的密封装置,以封住反应釜体内的流体不致泄露。制胶搪玻璃反应釜机械设计的依据:制胶搪玻璃反应釜机械设计是在工艺设计之后进行的。工艺设计所确定的对反应釜的工艺要求是机械设计的依据。反应釜的工艺要求通常包括反应釜的面积、最大工作压力、工作温度、工作介质、腐蚀情况、传热面积、换热方式、搅拌形势、转动及速率、接管方位尺寸的确定等。反应釜中的搅拌器有锚式、框式、浆式、涡轮式,刮板式,组
12、合式,转动机构可采用摆线针轮减速机、无级变速减速机或变频调速等,可满足各种物料的特殊反应要求。密封装置可采用机械密封、填料密封等密封机构。加热、冷却可采用夹套、半管、盘管、米勒板等机构,加热方式有蒸汽、电加热、导热油,以满足耐酸、耐高温、设计磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺要求。可根据用户工艺要求进行设计、制造。制胶搪玻璃反应釜机械设计大体包括:1确定反应釜的结构形式和尺寸;2选择材料;3计算强度或稳定性;4选择主要零件;5绘制图样;6提出技术要求。第一章 反应釜釜体与传热装置 搅拌设备常被称作搅拌釜(或搅拌槽),当搅拌设备用作反应器时,又被称为搅拌釜式反应器,有时简称反应釜。釜体的结构型式通
13、常是立式圆筒形,其高径比值主要依据操作容器的装液高径比以及装料系数大小而定。传热方式有两种:夹套式壁外传热结构和釜体内部蛇管联合使用。根据工艺需要,釜体上还需要安装各种工艺接管。所以,反应釜釜体和传热装置设计的主要内容包括釜体的结构和部分尺寸、传热形式和结构、各种工艺接管的安设等。1.1反应釜釜体1.1.1确定反应釜釜体的直径和高度在已知搅拌器的操作容积后,首先要选择筒体适宜的长径比(H/Di),以确定筒体直接和高度。选择筒体长径比主要考虑一下两方面因素: 长径比对搅拌功率的影响:在转速不变的情况下,PD5(其中D:搅拌器直径;P:搅拌功率),P随釜体直径的增大而增大很多,减小长径比只能无谓的
14、损耗一些搅拌功率。一次一般情况下,长径比应该大一点。 长径比对传热的影响:当容积一定时H/Di越高越有利于传热。长径比的确定通常采用经验值。表1-1种类罐体物料类型H/Di一般搅拌罐液-固或液-液相物料1-1.3气-液相物料1-2发酵罐类1.7-2.5在确定反应釜直径和高度时,还应该根据反应釜操作时所允许的装料程度-装料系数等予以综合考虑,通常装料系数可取0.6-0.85.如果物料在反应过程中产生泡沫或沸腾状态,应取较低值,一般为0.6-0.7;若反应状态平稳,可取0.8-0.85(物料粘度大时可取最大值)。因此,釜体的容积V与操作溶积V0有如下关系:V=V0/(1.1)选取反应釜装料系数=0
15、.8,由V=V0/可得设备容积:V=V0/=2.97/0.8=3.715对液-液相类型选取H/Di=1.3,由公式(1.2)将计算结果圆整至公称直径标准系列,选取筒体直径Di=1600mm,查JB/T4746-2002,DN=1600mm时的标准封头曲面高度h=400mm,直边高度h2=25mm,封头容积Vh=0.5864,内表面积Fh=2.9007,由手册查得每一米高的筒体容积为,表面积。由公式可知筒体高度(1.3)筒体高度圆整为H=2100mm。 于是,复核结果基本符合原定范围。1.1.2确定反应釜夹套的直径和高度Dj可根据罐体内径按下表推荐的数据选取。表1.2夹套直径Dj与罐体直径Di的
16、关系(mm)Di500600700180020003000DjDi+50Di+100Di+200对于筒体内径Di=7001800mm,夹套内径Dj=Di+100,因此Dj=1600+100=1700mm,符合压力容器公称直径系列。按式(1.4)取夹套高度Hj=1200mm,则夹套顶部与釜体法兰间应留有足够的距离:这样便于筒体法兰拆装。验算夹套传热面积:(查 化工设备基础 16-5 16-6得 )夹套传热面积符合传热要求。符号说明厚度附加量钢板或铸铁件厚度的负偏差夹套的腐蚀余量夹套的内直径夹套的外直径() 计算压力夹套的最大允许工作压力夹套的计算厚度夹套的有效厚度夹套的名义厚度设计温度下圆通材料
17、的需用应力焊接接头系数设计温度下材料的弹性模量 许用外压力容器筒体的实际壁厚,夹套筒体、封口锥或通道的实际壁厚,1.1.3夹套类型的选择U型整体夹套,采用封口锥方式与筒体连接夹套的最高工作压力夹套的材料为Q235B,许用应力夹套的最高工作压力夹套的壁厚的计算所以夹套圆筒的厚度圆整为。1.1.4夹套圆筒的应力计算夹套圆筒的有效厚度的计算的计算圆筒的应力计算 所以应力强度符合要求。夹套圆筒的最大允许工作压力所以夹套圆筒的最大允许工作压力符合要求1。1.1.5夹套试验压力夹套的水压试验所以夹套水压试验压力为0.75。夹套压力试验前的应力校核压力试验前,应按下式校核夹套应力:液压试验时,满足所以夹套试
18、验前得应力校核满足要求。夹套椭圆形封头的计算设计温度下标准椭圆封头的计算厚度的计算则夹套椭圆形封头厚度圆整为。有效厚度的计算所以夹套封头厚度符合要求。夹套椭圆形封头最大允许工作压力的计算 所以夹套椭圆形封头最大允许工作压力符合要求。封口锥所以封口锥的厚度符合要求。封口锥厚度应等于或大于某相接的夹套筒体壁厚则取等于。1.2确定反应釜内筒的材料和壁厚筒体材料的选用要根据所给相关数据来选取,材料Q235-B的设计压力P1.6MP,使用温度为0350,用于壳体时,钢板厚度不大于20mm,不可用于毒性强度为高度和极危害介质的压力容器,还根据本次设计要求,选Q235-B,已知筒体受内压,取设计压力0.4M
19、P,设计温度为200。符号说明 厚度附加量 钢板或铸铁件厚度的负偏差 筒体的腐蚀余量 筒体的内直径 封头曲面深度筒体的外直径() 计算压力 筒体的最大允许工作压力 筒体的计算厚度 筒体的有效厚度 筒体的名义厚度 设计温度下圆通材料的需用应力 焊接接头系数 系数,查GB150 图61表69 系数,查图63图610. 设计温度下材料的弹性模量 圆筒计算长度 许用外压力内压圆筒壁厚的计算的计算公式适用范围 所以该公式适用内压圆筒的计算厚度 假设 令外压圆筒的计算与校核 查GB150得使用下面方法进行外压圆筒的计算假设,则=椭圆直边段之间的长度加上曲面深度的 则由 , 、 查得:外压或轴向受压圆筒和管
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