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1、 化工设备机械基础（2010级）题 目 夹套反应釜设计 学 院 化工学院 专 业 化学工程与工艺 班 级 2010级 学 号 学生姓名 蔡维庆 指导教师 郝惠娣 完成日期 2012年6月10日 目录一、 罐体几何尺寸计算-31.确定筒体内径-32.确定筒体高度-33.罐体及夹套参-3二、夹套反应釜的强度计算-41.压力计算-42.罐体及夹套厚度计算-4三、稳定性校核（按外压校核罐体厚度）-5四、水压试验校核-6五、选择接管、管法兰、设备法兰及其他构件-6六、选择安装底盖结构-7七、选择支座形式并进行计算-71.支座的选型及尺寸的初步设计-72.支座载荷的校核计算-8八、焊缝结构的设计-9九、手
2、孔选择与补强校核-100.9 m3夹套反应釜设计一、罐体几何尺寸计算1.确定筒体内径工艺条件给定容积V=0.9 m3、筒体内径估算： =0.985 m=985式中 V工艺条件给定容积，m3 ； i长径比，取值1.2； 将D1估算值圆整到公称直径1000 mm2.确定筒体高度由=1000 mm查表参考文献【2】D-1得1m高的容积V1m=0.785 m3 ；查表D-2得罐体封头容积=0.1505 m3 ；估算罐体筒体高度；=（0.9-0.1980）/0.950=0.955 m=955 mm将估算值圆整到公称直径1000 mm3.罐体及夹套参数罐体实际容积V=V1m*+=0.785*1+0.150
3、5=0.936 m3 ；由=1000 mm查参考文献【2】表4-3夹套筒体内径=1100 mm；选取=0.8；=（0.8*0.936-0.1505）/0.785=0.762 m=762mm；将估算值圆整到公称直径800 mm=0.8 m查参考文献【2】表D-2罐体封头表面积=1.1625 ；1m高筒体内表面积=3.14 ；实际总传热面积:*+=3.14*0.8+1.1625=3.675 3 ；故满足要求。二、夹套反应釜的强度计算1.压力计算材料选择为Q235-A；由工作压力（罐体内）0.18 MPa,工作压力（夹套内）0.25 MPa；可得设计压力（罐体内）P1=0.18*1.1=0.2 MP
4、a（有安全阀），设计压力（夹套内）P2=0.25*1.2=0.3 MPa（无安全阀）；工作温度（罐体内）t1120；温度（夹套内）t20.3；所以=8 mm确定；取用：罐体筒体名义厚度=8 mm；钢板厚度负偏差C1=0.8mm；厚度附加量C= C1 +C2=2.8 mm；罐体筒体有效厚度=-C=8-2.8=5.2 mm；罐体筒体外径=+2=1000+2*8=1016 mm；标准椭圆封头当量球壳外半径=0.9*1016=915 mm；系数=0.125/（1000/5.2）=0.0007；系数B=98；许用外应力=98/（915/5.2）=0.5570.3；稳定；罐体封头最小厚度=8mm；（小于，
5、满足要求）四、水压试验校核罐体试验压力=1.25*0.2*=0.25 ；夹套水压试验压力=1.25*0.3*=0.375 ；材料屈服点应力=235 ；=0.9*0.85*235=179.8 ；罐体圆筒应力=0.25*（1000+5.2）/(2*5.2)=24.16179.8；夹套内压试验应力:= 0.375*(1100+5.2)/(2*5.2)=39.85本题设计温度100；当法兰材料选用Q235-A时，选用Pi=0.25Mpa的设备法兰，在100下允许工作压力P=0.27Mpa设计压力0.2Mpa,故选用标准甲型平焊法兰它的标记是：法兰GB2.5-1400JB1158-82。（4）视镜：由附
6、表4-14查得数据如下： 公称直径（mm）公称压力MPaD（mm）D1（mm）DHs（mm）h（mm）防腐型nd视镜质量kg总量kg800.6180150108x4842048xM124.75.7六.选择安装底盖结构对于不锈钢设备，本设计选择DN300 HG21565-1995，其上部与机架的输出端接口和轴封装置采用可拆相联，下部伸入釜内，结构如图所示。图五：底盖结构七、选择支座形式并进行计算1.支座的选型及尺寸的初步设计：这里初步将支座定为B型耳式支座，数目为4个。每台反应釜常用4个支座，但作承重计算时，考虑到安装误差造成的受力情况变坏，应按两个支座计算。(1)确定耳式支座实际承受载荷QQ=
7、(m0g+Ge)/kn+4（hPe+GeSe）/n 10-3m0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, =8mm 的1米高筒节的质量q1=199kg,Dg=1100mm, =8mm 的1米高筒节的质量q2=219kg, 故 Q1=H1q1+H2q2=1.0199+0.8219=375kgQ2为釜体和夹套封头重载荷，查附表4-3 Dg=1000mm, =8mm 的封头的质量72.05kg，Dg=1100mm, =8mm 的封头的质量86.49kg,Q2=72.05x2+86.49=230.59kg.Q3为料液重载
8、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=1000mm的封头容积V封=0.1505m常1米筒体的容积V1=0.785 m。故 Q3=9.8Vr=9.8（2V封+1.0V1米）=9.8（20.1505+1.00.785）1000=10642.8N 则：Q3=10642.8/9.8=1086kg。Q4=为保温层加附件重载荷，手孔重载荷忽略，其它附件1000N。m=375+230.5+1086+1000/9.8=1793.5kg （2）初定支座的型号及数量并算出安装尺寸容器总重量约1793.5kg，选B3型支座本体允
9、许载荷Q=30KN四个。=(D1+2n+3)-(b2-22) +2(l2-s1)=(1000+210+210)-(125-210)+2(205-50)=1336.2mm 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e=0.45，于是 Pe=0.5X g Pe =0.50.451793.59.8=3.95KN 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 =（2121.9 9.8）/（0.834）+（44800180）/（41336.2） 10-3=6.91KNM=Q(l2-s1)/10=6.91x
10、(205-50)/ 1000=1.071KNm 当e=10-2.8=7.2mm,DN=1000mm,筒体内压P=0.2Mpa,材料Q235-A采用B3型耳式支座时，M=1.7KNm1.071 KNm,所以容器选用B3型耳式支座是没问题的。 八.焊缝结构的设计釜体上主要焊缝结构的设计 ()筒体的纵向焊缝 （b）筒体与下封头的环向焊缝 （c）固体物料进口与封头的焊缝 （d）进料管与封头的焊缝 （e）冷却器接管与封头的焊缝 （f）温度计接管与封头的焊缝 （h）出料口接管与封头的焊缝 图六： 釜体主要焊缝的结构及尺寸夹套上的焊缝结构的设计夹套上的焊缝结构及尺寸如图7-2。 （a）夹套的纵向焊缝 （b）
11、夹套与封头的横向焊缝 （c）导热油进口接管与筒体的焊缝 （e）导热油出口接管与筒体的焊缝（f）釜体与夹套的焊缝图七：夹套主要焊缝的结构及尺寸九、手孔选择与补强校核手孔选择带颈平焊法兰手孔，其公称直径DN=150mm,S=4.5mm.开孔补强校核：由文献表14-24知此手孔超出不另行补强的最大孔径范围，故必须进行补强计算：开孔直径d=150+24.5=159mm开孔削弱面积F=dS0=DPK1Di/2=(1590.180.91000)/21130.85=134.1mm2有效补强区尺寸：h1=d(S-c)= 159(4.5-2.6)=16.9mm,B=2d=2159=318mm在有效补强区内，可作为补强金属截面面积计算：A=（B-d）(n-c)-s6=(318-159) 0.85 (8-2.6)-4.14=170.3mm2因为A1F故另需加补强圈进行补强，补强的截面面积为A2=170.3-142.5=22.8mm2确定补强圈的外径及厚度：补强圈的外径：B=2d=2159=318 mm补强圈的厚度: =(F-A1)/B-d+2(S-C)=22.8/159-2(4.5-2.6)=0.15mm考虑其腐蚀裕量为2mm，故加强圈的厚度为3mm可以满足。