聚合釜设计参考示例

1概述
（现状、应用：……;工艺配方：……;性能指标：……;主要原料及主要特性参数：……）2生产工艺流程
【工艺路线的选择……;工艺流程图（详见工艺流程图）；工艺流程叙述……（生产操作过程、各控制参数、操作时间等）】
3生产控制及三废处理
各岗位生产控制（3.1.1各岗位控制条件；3.1.2……）
三废处理（3.2.1废水及废液；3.2.2废渣；3.2.3废气）
4设备选型原则
4.1主要设备的选型原则（反应釜的选型原则、搅拌器的选型原则）
4.2辅助设备选型原则（泵的选型原则、各辅助设备（具体选型见后面章节））
5物料衡算
物料衡算的任务
衡算依据及收集的数据
衡算基准：（日产量，每釜日产能力及釜个数）
反应釜每批投料量
其它物料（水、汽等等）
6釜设计
6.1设计任务
选择釜及夹套材料，确定聚合釜和夹套的几何尺寸，并对聚合釜及夹套进行强度计算。

6.2设计依据
6.3釜几何尺寸的确定
选定罐体高/径比i=（1.1 〜1.3）
由估算公式:
例如：初步选取公称直径为Dg2600的筒体，封头选取Dg2600的标准椭圆封头。

查表
得封头的尺寸如下：
曲边高度m=650mm，直边高度h2=50mm
2 3
内表面积F h=7.6545m ，容积V h=2.5131m
查表得Dg2000的筒体的有关数据如下：
一米高容积V^SBOgm3；一米高内表面积F1=8.17m2
则筒体高度计算为：
H= （V —V 封）/V1= （20-2.5131 ）越.309=3.29 m
按材料规格求整为：H=3.2 m
长径比H/D=320O 2600=1.23,
釜的实际体积为:
V实际=HV1+V 封=3.2 ^309+2.5131 =19.50m3
釜的实际装料系数为：
n实际=V 物/V 实际=15.98 49.50=0.82
由此可见，聚合釜的尺寸合理。

釜设计最大生产量为：19.50 >0.85=……m3
6.4 夹套几何尺寸的确定
取公称直径为Dg2800 的夹套，夹套封头也采用标准椭圆封头，并取与夹与筒体相同的直径。

查表得Dg2800 的标准椭圆封头的有关尺寸如下：
直边高度h2=700mm ；内表面积F h=8.8503m2；容积V h=3.1198m3 聚合釜筒体部分物料的高度：
H 物=(V 物-V 封) Ni= (16-2.5131)越.309=2.54m
液面高度H «=H 物+h1+h 2=2540+50+650=3240mm
夹套包围的筒体高度：H包=H物+ △ =2.54+0.18=2.72m
夹套筒体的高度：H夹=H包+50=2720+50=2770mm
聚合釜内传热面积A=H 包F j+F h=2.72 >.80+7.6545=31.6m 2
由《化工设备机械基础》式4-5 校核：…… 传热面积合适。

6.5 釜壁厚的计算
聚合釜采用0Cr19Ni10 与16MnR 不锈钢复合钢板制造。

可以16MnR 钢来进行强度计算。

设计压力？1.1；设计温度？180
聚合釜计算厚度为：
S = PcD (2© [门t—Pc)
=1.1 >2600/(2>0.85 >180－1.1) =9.38mm
S n = S +△+
其中C = C1+C2 C1为钢板负偏差，取0.8mm,C2为腐蚀裕度，取1mm,则壁厚附加量
C=1.8mm
S n=.38+1.8+ △=12.5mm
S e = S—n C=12.5 —1.8=10.7mm
D0/S e(=Di +2 S)n/S e
其中D。

为聚合釜外径，Di为聚合釜内径。

则
D0/ S e(=2600+12.5 >2) /10.7=245.33
计算长度L=H+h 2+1/3h1 ,其中H为筒体高度，h2为封头直边高度，山为封头曲边高度。

则
L=3293+50+1/3 >650=3559.67mm=3560mm
L/D0=3560/2600=2.27
查《外压或轴向受压圆筒几何参数计算图》，得到系数A=0.00018
然后查图《外压圆筒和球壳厚度计算图( 16MnR钢)》,A点位于曲线左边，用公式]P]
=2AEt/3(D0/ S e)
在操作温度下，钢板Et=1.86>105 MPa
[P]=2>0.00018>186>109/(3>245.33) =0.1 MPa〈0.7 MPa
所以10 mm厚钢板不适合。

当Sn26mm 时，D0/ S e ( 2600+12.5 X2) /26.2=100.19
查《外压或轴向受压圆筒几何参数计算图》，得到系数A=0.0005 ，然后查图《外压圆筒和球壳厚度计算图( 16MnR 钢)》B=68MPa
则计算许用外压力[ P]
:P] =B/ ( DO/ S e =68/100.19=0.68MPa
设计外压P=0.7MPa，小于[P]且比较相近。

则所选取的S n=2 mm符合要求。

即筒体厚度S n=26mm
封头厚度取与筒体相同的厚度26mm
6.6 夹套厚度的计算夹套选用15MnVR 钢板制造。

夹套计算厚度为：S = Pc Di/(2^ : c] t_ pc)
式中：Pc为计算压力；取0.75MPa ; Di为夹套内径；2800mm ; $为焊缝系数，取0.85 (双面对接焊，局部无损探伤);[c] t为材料许用应力，查表得180MPa
则S =0.75 2800/ (2X0.85 >180 —0.75) =6.88mm
钢板名义厚度S= S +C£ 其中C = C什C2 , C i为钢板负偏差，取0.6mm,C2腐蚀裕度取2mm,则壁厚附加量C等于2.6mm
那么，S=6.88+2.6+ △ =9.68mm =10mm
夹套封头厚度取与夹套筒体相同的厚度10mm
6.7 水压试验应力校核
筒体水压试验应力校核
水压试验压力P T =1.25P=1.25> 1.1=1.65MPa
水压试验时的薄膜应力为
c T =P T ( Di+ S e) /2 S e 考虑到液柱压力，代入计算时P T取1.70MPa
c T =1.70 >( 2600+26.2 ) /2> 26.2=34.40MPa
查表得16MnR的屈服极限c s=325MPa
故0.9 $ c s = 0.9 X 0.85 X 325=248.63MPa > 34.40MPa = c T 则筒体厚度满足水压试验时强度要求。

夹套水压试验应力校核夹套水压试验压力为
P T =1.25P [c ] /[c ] T =1.25X0.75X 180/180=0.94MPa
水压试验时的薄膜应力为
c T = P T ( Di+ S e) /2 S e，考虑到夹套液柱压力，代入计算时P T取1.00MPa
有效厚度S e= S n- C = 10 - 2.6 = 7.4mm
故c T = 1.00 X( 2800+7.4) /2X 7.4=189.69MPa
查表得20R的屈服极限c s=390MPa
故0.9 $ c s=0.9X 0.85X 390=298.35MPa >189.69MPa =c T 所以夹套厚度满足水压试验时强度要求。

水压试验的顺序是先做聚合釜水压试验，试验合格后再焊上夹套。

然后做夹套水压试验。

夹套水压试验压力时，聚合釜内至少要保持0.3MPa的压力。

釜有关数据
查表直径为2600mm，厚度为26mm的筒体一米高的质量为1684 kg,聚合釜封头质量
为1548.6 kg o
直径为2800mm，厚度为10mm的夹套筒体一米高的质量为644 kg,夹套封头质量为
678.0 k。

则聚合釜质量m1=1684X3.29＋1548.6 X2=8637.56k
夹套质量m2=644X2.8＋678.0=2481.2 k
聚合釜总质量m = 8637.56＋2481.2 = 11118.76k
支座的选型
有上面的计算可以知道，聚合釜装满物料的时候总重为：
m=11118.76+15827.39=26949.15 kg
所以支座的型号可以选B型悬挂式支座：支座B10 JB1165-81.每个支座重32.4 kg
7搅拌器的设计
7.1设计任务
确定搅拌器的型式、几何尺寸、转速、轴功率以及电动机、减速机的选型。

7.2设计依据
7.3搅拌器型式及转速
7.4搅拌器轴功率
取D/T=0.5 ，其中 D —搅拌器直径T—釜的直径，
则D=0.5X2600=1300mm
液体的平均密度
丄：=(?+$ + <+ .......... )，(X l+X 2+X 3+ .. (1)
代入数据得：J - 1.21g/cm3
搅拌器的材料，用不锈耐酸钢
有雷诺数Re=呼=1.31.3蔦罗21 1000 =1.5 X04
查表得：Np=1.8
有轴功率公式：P= Np P N D5式中：P—轴功率，kw ;
N —搅拌器转速，r/min ;
D —叶轮直径，m;
P—流体密度，g/cm3。

则P=1.8X1.21 >103x ( 1.42) 3X ( 1.3) 5=23.1kw
7.5釜的传动装置
聚合釜的搅拌器由传动装置来带动，传动装置通常设置在釜顶封头的上部。

聚合釜传动
装置的设计内容一般包括：电机、减速机的选型等。

7.5.1常见电机及其连接尺寸
电机功率必须满足搅拌器运转功率与传动系统、轴封系统功率损失的要求，还要考虑到
有时在搅拌操作中会出现不利条件造成功率过大。

电机功率可按下式计算：Pd= ( P+ P ') /n=(23.1+23.1 >%)/0.95=25.5kw
P—电机功率，kw; P—搅拌轴功率，kw; P •—轴封系统的摩擦损失，kw;
n—转动系统的机械效率。

本工艺选用Y180L-25型三相异步电动机。

7.5.2釜用减速机类型、标准及其选用
反应釜用的立式减速机，主要的类型有谐波减速机、摆线针轮行星减速机、二级齿轮减速机和V带传动
减速机。

本工艺选用的是LC系列减速机，型号LC200A-25电机，额定功率2.2kw，转速750r/min，搅拌轴转速150r/min。

7.5.3凸缘法兰
选用M型凹面凸法兰
7.5.4安装底座
安装底座采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要接件。

安装底盖公称直径500m m,机架公称直径
320 mm。

7.5.5机架
机架是安放减速机用的，它与减速机底座尺寸应匹配。

7.6轴封装置
轴封是搅拌设备的一个重要组成部分，其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压和真空
状态以及防止反应物料逸出和杂质的的渗入。

搅拌轴处的密圭寸属于动密圭封常用的有填料密圭寸和机械密圭寸两种。

机械密圭寸功耗小，
泄露率低，密封性能可靠，使用寿命长。

本设计主要选用的是202型标准机械密封，其搅拌
轴直径为85mm
参考文献
[1] 上海化工设计院编.化工工艺设计手册（上、下册）（第二版）.化学工业出版社，1996.
[2] 汤善甫，朱思明.化工设备机械基础（第二版）.华东理工大学出版社，2004.
[3] 陈声宗.化工设计.化学工业出版社，2004.
[4] 魏崇光，化学工业部属五院校.化工工程制图.化学工业出版社，1992.
[5] 赵国方.化工工艺设计概论.原子能出版社，1990.
⑹聂清德.化工设备设计.化学工业出版社，1989.
附录设备一览表
附录3
1聚合釜装配图
2、带控制点工艺流程图
3、车间平面布置图。