聚合釜设计参考示例

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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:3

i

V

4D π≅

计算结果, 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h 1=650mm ,直边高度h 2=50mm 内表面积F h =7.6545m 2 ,容积V h =2.5131m 3 查表得Dg2000的筒体的有关数据如下:

一米高容积V 1=5.309m 3 ; 一米高内表面积F 1=8.17m 2 则筒体高度计算为:

H=(V -V 封)/V 1=(20-2.5131)÷5.309=3.29 m 按材料规格求整为: H=3.2 m 长径比 H/D=3200÷2600=1.23, 釜的实际体积为:

V 实际 = HV 1+V 封 = 3.2×5.309+2.5131 =19.50m 3 釜的实际装料系数为: η实际=V 物/V 实际=15.98÷19.50=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)/V1=(16-2.5131)÷5.309=2.54m

液面高度H液=H物+h1+h2=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F1+F h=2.72×8.80+7.6545=31.6m2

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:

δ= PcD i/(2φ[σ]t-Pc)

=1.1×2600/(2×0.85×180-1.1)=9.38mm

δn =δ+C+△

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

δn=9.38+1.8+△=12.5mm

δe =δn-C=12.5-1.8=10.7mm

D0/δe=(Di +2δn)/δe

其中D0为聚合釜外径,Di为聚合釜内径。则

D0/δe=(2600+12.5×2)/10.7=245.33

计算长度L=H+h2+1/3h1,其中H为筒体高度,h2为封头直边高度,h1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/δe)

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δn =26mm时,D0/δe =(2600+12.5×2)/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/(D0/δe)=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δn=26 mm符合要求。

即筒体厚度δn=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:δ= Pc Di/(2φ[σ]t-Pc)

式中:Pc为计算压力;取0.75MPa;Di为夹套内径;2800mm;φ为焊缝系数,取0.85(双面对接焊,局部无损探伤);[σ]t为材料许用应力,查表得180MPa

则δ=0.75×2800/(2×0.85×180-0.75)=6.88mm

钢板名义厚度δn=δ+C+△其中C = C1+C2,C1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,δn=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

σT =P T(Di+δe)/2δe 考虑到液柱压力,代入计算时P T 取1.70MPa

σT =1.70×(2600+26.2)/2×26.2=34.40MPa

查表得16MnR的屈服极限σs=325MPa

故0.9φσs = 0.9×0.85×325=248.63MPa >34.40MPa =σT

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[σ]/[σ]T =1.25×0.75×180/180=0.94MPa

水压试验时的薄膜应力为

σT = P T(Di+δe)/2δe ,考虑到夹套液柱压力,代入计算时P T取1.00MPa

有效厚度δe=δn- C = 10 – 2.6 = 7.4mm

故σT = 1.00×(2800+7.4)/2×7.4=189.69MPa

查表得20R的屈服极限σs=390MPa

故0.9φσs=0.9×0.85×390=298.35MPa >189.69MPa =σT

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㎏,聚合釜封头质量为1548.6 ㎏。

直径为2800mm,厚度为10mm的夹套筒体一米高的质量为644㎏,夹套封头质量为678.0 ㎏。

则聚合釜质量m1=1684×3.29+1548.6×2=8637.56㎏

夹套质量m2=644×2.8+678.0=2481.2㎏

聚合釜总质量m = 8637.56+2481.2 = 11118.76㎏

表6-1 聚合釜有关数据表

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