夹套反应釜设计计算.docx
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夹套反应釜设计计算
《化工机械设备基础》课程设计：
夹套反应釜设计任务书
课程：
化工机械设备基础
院系：
化工学院
专业：
化学工程与工艺
学号：
姓名：
一．设计内容…………………………………………………………………………3
二．设计参数和指术性指标………………………………………………………3
三．设计要求…………………………………………………………………………4
1．确定筒体和封头的几何尺寸……………………………………………………4
表1几何尺寸………………………………………………………………4
表2强度计算………………………………………………………………5
表3稳定性校核……………………………………………………………6
表4水压试验校核…………………………………………………………7
2．选择支座形式并进行计算……………………………………………………8
3．手孔、视镜选择…………………………………………………………………9
4．选择接管、管法兰、设备法兰：
………………………………………………9
夹套反应釜设计任务书
一：
设计内容：
设计一台夹套传热式配料罐。
二：
设计参数和指术性指标：
简图
设计参数及要求
容器内
夹套内
工作压力，MPa
设计压力，MPa
0.2
0.3
工作温度，℃
设计温度，℃
<100
<150
介质
染料及有机溶剂
冷却水或蒸汽
全容积,m3
0.8
操作容积，m3
0.64
传热面积，㎡
>3
腐蚀情况
微弱
材料
Q235-B
接管表
符号
公称尺寸DN
连接面形式
用途
a
25
突面
蒸汽入口
b
25
突面
加料口
c
80
凸凹面
视镜
d
70
突面
温度计管口
e
25
突面
压缩空气入口
f
40
突面
放料口
g
25
突面
冷凝水出口
三：
设计要求：
夹套反应釜设计计算说明书
一、确定筒体和封头的几何尺寸
表1：
几何尺寸
步骤
项目及代号
参数及结果
备注
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-8
1-9
1-10
1-11
1-12
1-13
1-14
1-15
1-16
1-17
1-18
1-19
1-20
全容积V，m3
操作容积V1，m3
传热面积F,㎡
釜体形式
封头形式
长径比i=H1/D1
初算筒体内径D1≌
，m
圆整筒体内径D1，mm
一米高的容积V1m,m3
釜体封头容积V1封，m3
釜体高度H1=（V-V1封）/V1m，mm
圆整釜体高度H1,mm
实际容积V=V1m×H1+V1封，m3
夹套筒体内径D2，mm
装料系数η=V操/V=0.80
夹套筒体高度H2≥（ηV-V1封）/V1m,mm
圆整夹套筒体高度H2,mm
罐体封头表面积F1封,㎡
一米高筒体内表面积F1m,㎡
实际总传热面积F=F1m×H2+F1封,㎡
0.8
0.64
3
圆筒形
椭圆形
1.020
0.9995
1000
0.785
0.1505
827
900
0.857
1100
0.80
624
700
1.1625
3.14
3.3605
由工艺条件给定
计算，V1=Vη
由工艺条件给定
常用结构
常用结构
按表4-2选取（注）
按式4-1计算
按附表D-1选取
按附表D-1选取
按附表D-2选取
按式4-2计算
选取
按表4-3计算
按表4-3选取
计算或选取
按式4-4计算
选取
按附表4-2选取
按附表D-1选取
按式4-5校核
注：
附表和计算式为设计资料蔡纪宁，张秋翔编《化工设备机械基础课程设计指导书》化学工业出版社出版2000年第1版中数据及资料，下同
表2：
强度计算（按内压计算厚度）
步骤
项目及代号
参数及结果
备注
2-1
2-2
2-3
2-4
2-5
2-6
2-7
2-8
2-9
2-10
2-11
2-12
2-13
2-14
2-15
2-16
2-17
2-18
2-19
2-20
2-21
2-22
2-23
2-24
2-25
2-26
设备材料
设计压力（罐体内）p1,MPa
设计压力（夹套内）p2,MPa
设计温度（罐体内）t1,℃
设计温度（夹套内）t2,℃
液注静压力p1H=10-6ρgh,MPa
计算压力p1c=p1+pH,MPa
液注静压力p2H,Mpa
计算压力p2c=p2
罐体及夹套焊接头系数Φ,
设计温度下村料许用[
],MPa
罐体筒体计算厚度
mm
夹套筒体计算厚
mm
罐体封头计算厚
mm
夹套封头计算厚
mm
钢板厚度负偏差C1,mm
腐蚀裕量C2,mm
厚度附加量C=C1+C2,mm
罐体筒体设计厚度
mm
夹套筒体设计厚度
mm
罐体封头设计厚度
mm
夹套封头设计厚度
mm
罐体筒体名义厚度
mm
夹套筒体名义厚度
mm
罐体封头名义厚度
mm
夹套封头名义厚度
mm
Q235-B
0.2
0.3
小于100
小于150
0.0088
0.2088
0
0.3
0.85
113
1.09
1.72
1.00
1.72
0.6
2.0
2.6
3.69
4.32
3.60
4.32
6
6
6
6
据工艺条件或腐蚀情况确定
由工艺条件给定
由工艺条件给定
由工艺条件给定
由工艺条件给定
计算
计算
忽略
计算
选取
选取
计算
计算
计算
计算
选取
选取
计算
计算
计算
计算
计算
圆整选取
圆整选取
圆整选取
圆整选取
表3:
稳定性校核（按外压校核厚度）
序号
项目及代号
参数及结果
备注
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
3-14
3-15
3-16
3-17
3-18
3-19
3-20
罐体筒体名义厚度
mm
厚度附加量C=C1+C2,mm
罐体筒体有效厚度
mm
罐体筒体外径
mm
筒体计算长度L=H2+1/3h1+h2,mm
系数L/D10
系数D10/δ1e
系数A
系数B
许用外压力
，MPa
罐体筒体名义厚度
mm
罐体封头名义厚度δ1n，mm
厚度附加量C=C1+C2,mm
罐体封头有效厚度
mm
罐体封头外径
mm
标准椭圆封头当量球壳外半径
，mm
系数
MPa
系数B
许用外压力
罐体封头名义厚度
mm
8
2.6
5.4
1016
808.3
0.7956
188.15
0.0006
90
0.0.478>0.3
8
8
2.6
5.4
1016
914.4
0.0007
98
0.557>0.3
8
假设
选取
计算
计算
计算
计算
计算
查找
查找
计算稳定
确定
假设
选取
计算
计算
计算
查找
查找
计算稳定
确定
表4：
水压试验校核
序号
项目及代号
参数及结果
备注
4-1
4-2
4-3
4-4
4-5
4-6
罐体试验压力
p1T=1.25p1[σ]/[σ]tMPa
夹套水压试验压力
p2T=1.25p2[σ]/[σ]tMPa
材料屈服点应力δs,MPa
σ1ｔ≤0.9φσs,MPa
罐体圆筒应力
σ1t=P1τ（D1+δe）/2δe,MPa
夹套内压试验应力
σ2t=P1τ（D1+δe）/2δe,MPa
0.25
0.375
235
179.8
17.0＜179.8
28.1＜179.8
计算
计算
计算
计算
计算
计算
2、选择支座形式并进行计算
（1） 确定耳式支座实际承受载荷Q
Q=[（m0g+Ge）/kn+4（h·Pe+Ge·Se）/nφ]ⅹ10-3
m0为设备总质量（包括客体及其附件,内部介质及保温的质量）Q1为釜体和夹套筒体总重载荷，查附表4-1，有：
Dg=1000mm,δ=8m的1米高筒节的质量q1=199kg,
Dg=1100mm,δ=8m的1米高筒节的质量q2=219kg,故
Q1=H1q1+H2q2=0.9×199+0.7×219=332.4kg
Q2为釜体和夹套封头重载荷，查附表4-3
Dg=1000mm,δ=8m的封头的质量72.05kg，
Dg=1100mm,δ=8m的封头的质量86.49kg,
Q2=72.05×2+86.49=230.59kg
Q3为料液重载荷，由于水的密度大于有机溶剂的密度，故按水压试验时充满水计算，r=1000kg/m,现以夹套尺寸估计。
由附表4-3，有：
Dg=1100mm的封头容积V封=0.2122m31米筒节的容积V1=0.958m。
故
Q3=9.8Vr=9.8（2V封+1.0V1米）
=9.8（2ⅹ0.2122+1.0ⅹ0.958）ⅹ1000
=13547.52N
则：
Q3=13547.52/9.8=1382.4kg。
Q4=为保温层加附件重载荷，手孔重载荷忽略，其它附件1000N。
m=332.4+230.59+1382.4+1000/9.8=2047.43kg
（2）初定支座的型号及数量并算出安装尺寸Φ
容器总重量约2047.43kg，选B3型支座本体允许载荷Q=30KN四个。
Φ=（D1+2δn+δ3）-（b2-2δ2）+2（l2-s1）
=（1000+2×8+2×8）-（125-2×8）+2（205-50）=1233mm
确定水平力P，因为容器置于室内，不考虑风载，所以只计算水平地震力Pe，
根据抗震8度取аe=0.45，于是
Pe=0.5×0.45×2047.43×9.8=4.515KN
确定偏心载荷及偏心距。
偏心载荷Ge几乎没有，可忽略，于是偏心距Se也为
零。
（h取180mm），则：
Q=[（2047.43×9.8）/（0.83×4）+（4×4515×180）/（4×1233）]×10-3=6.70KN
M=Q（l2-s1）/10=6.70×（205-50）/1000=1.039KN·m当δe=8-2.8=5.2mm,DN=1000mm,筒体内压P=0.2Mpa,材料Q235-B用B3型
耳式支座时，[M]=1.7KN·m>1.039KN·m,所以容器选用B3型耳式支座是没问题
的。
3、手孔、视镜选择：
（1）手孔：
查参考文献2的附表4-10，根据DN=150mm，PN=1.0Mpa,选择带颈平焊法兰手孔，其有关资料如下：
标准号HG21530-95凹凸面MFMH1=160mm,H2=90mm,m=24.2kg。
（2）视镜：
由DN=80mm,PN=1.0MPa,可知选择不带颈的视镜，查参考文献可得资料如下:
D=145mm,D1=120mm,b1=25mm,b2=14mm标准号为JB593-64-2
4、选择接管、管法兰、设备法兰：
1、法兰：
设备共需选用4个，其中压力容器法兰1个，管法兰3个。
（1）、根据DN=1000mm,PN=0.6MPa,查参考文献2的附表4-4和4-5可知选取甲型平焊法兰：
名称为法兰-T1000-0.6；具体资料如下：
D=1130mm,D1=1090mm,D2=1055mm,D3=1045mm,D4=1042mm,d=23mm;
螺柱M20,数量36；凸面法兰质量：
80.85kg，凹面法兰质量：
78.46kg
（2）、图中a,b,e,g接管公称尺寸均为25mm。
根据DN=25mm,PN=1.0MPa,查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：
管子外径A=32mm，法兰外径D=100mm，法兰理论质量为0.65kg。
（3）、图中d接管公称尺寸为65mm。
根据DN=65mm,PN=1.0MPa，查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：
管子外径A=76mm，法兰外径D=160mm，法兰理论质量为1.61kg。
（4）、图中f接管公称尺寸为40mm。
根据DN=40mm,PN=1.0MPa，查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：
管子外径A=45mm，法兰外径D=130mm，法兰理论质量为1.20kg。
2、接管：
查参考文献2的附表4-12，根据各种零件的DN不同，PN=1.0Mpa，选取保温设备接管，由资料可知接管的伸出长度一般为从法兰密封面到壳体外径为150mm，则接管a.b.d.e.f.g长均为1500mm。
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