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1、過 程 裝 備 與 控 制 工 程 課 程 設(shè) 計Course design of process equipment and control engineering反 應(yīng) 釜 的 設(shè) 計 計 算 任 務(wù) 書f主 要 內(nèi) 容 ：f1 設(shè) 計 方 案 的 確 定 及 工 藝 流 程 的 說 明 ；f2 反 應(yīng) 器 的 工 藝 計 算 ；f3 基 本 尺 寸 計 算 及 基 本 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 ；f4 殼 體 、 開 孔 補 強 與 攪 拌 軸 及 耳 式 支 座 的 強 度 校 核 ；f5 繪 制 反 應(yīng) 器 的 裝 配 圖 。 設(shè) 計 條 件 ：f乙 酸 酐 分 解 式 為f該 反 應(yīng) 的 反

2、 應(yīng) 速 率 方 程 為 ， 反 應(yīng) 溫 度 下 反 應(yīng) 速 率 常 數(shù) 為 0.08 。 每 小 時 處 理量 為 ， 原 料 中 乙 酸 的 濃 度 。 試 設(shè) 計 一 臺 連 續(xù) 操 作 釜 式 反應(yīng) 器 達 到 要 求 ： 3 2 2 3CH CO O H O 2CH COOH （ ） -1min30.6m 3 0 95mol/mAC 接 近 設(shè) 計 條 件 的 實 物 圖 工 藝 設(shè) 計 計 算 結(jié) 果f原 料 的 處 理 量f反 應(yīng) 時 間 30(1 ) 95 (1 92%) 7.6mol/mA A AfC C 0 300 0 95 92% 143.75min0.608 10A A

3、fr rA AA CV VFQ rC 工 藝 設(shè) 計 計 算 結(jié) 果f反 應(yīng) 體 積f反 應(yīng) 器 的 有 效 體 積 ：f反 應(yīng) 器 的 實 際 體 積 ： 30 0.6 143.75 1.44mrV Q 31.44 1.8m0.8rVV 工 藝 設(shè) 計 計 算 部 分 結(jié) 果 參 數(shù) 匯 總f 原 料 液 中 乙 酸 酐 的 起 始 濃 度 ， 9.5 10-2 mol/L；f 反 映 后 乙 酸 酐 的 濃 度 ， 7.6 10-3 mol/L；f 有 效 體 積 ， 1.44m3；f 反 應(yīng) 時 間 ， 143.75min；f 乙 酸 酐 的 轉(zhuǎn) 化 率 92 。f 單 位 時 間 原

4、料 液 處 理 量 ， 0.6m3/h；f 反 應(yīng) 器 的 實 際 體 積 ， 1.8m3； f 裝 料 系 數(shù) 0.8；f 0AC ACrVAX0QV 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 部 分f釜 體 結(jié) 構(gòu) 形 式 的 選 擇f筒 體 ： 圓 柱 形f釜 底 的 封 頭 形 狀 ： 標 準 橢 圓 型f頂 蓋 連 接 方 法 ： 不 可 拆f換 熱 器 形 式 ： U形 夾 套 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 計 算 結(jié) 果f釜 體 直 徑 的 計 算f對 于 直 立 反 應(yīng) 釜 來 說 ， 釜 體 容 積 通 常 是 指 圓 柱 形 筒 體 及 下 封 頭 所 包 含 的 容 積 之和 ， 根 據(jù) 釜 體 容 積 和 物

5、 料 性 質(zhì) ， 選 定 值 ， 估 算 筒 體 內(nèi) 徑 。 由 于 此 反 應(yīng)為 液 液 反 應(yīng) ， 故 而 取 ， 先 忽 略 釜 體 封 頭 的 容 積 。/ iH D iD/ 1iH D 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 計 算 結(jié) 果f筒 體 內(nèi) 徑 ：f根 據(jù) 標 準 圓 整 取 33 4 4 1.15 1.22m1 0.8( )gi iVD HD 1300mm iD 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 計 算 結(jié) 果f釜 體 高 度 的 計 算 查 表 可 知 ， 直 徑 為 1300mm的 橢 圓 封 頭 總 深 度 ， 內(nèi) 表 面 積 ， 。 350mmH h 21.9340mA3m3208.0hV 結(jié) 構(gòu) 設(shè)

6、計 計 算 結(jié) 果f對 于 直 立 式 反 應(yīng) 釜 ， 其 圓 筒 部 分 筒 體 的 高 度 為f根 據(jù) 標 準 圓 整 取f但 是 ， 則 重 新 選 取 。 再 取 ， 則 有 ： f 則 圓 整f 則 圓 整 m96.022.14 3208.08.015.14 220 ig DVVH mm1000 H31/ iDH 3.1/ iDH1.15miD 1.05mH 1200mmiD =1200mmH 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 計 算 結(jié) 果f釜 體 筒 體 厚 度 的 計 算f 設(shè) 定 操 作 溫 度 T=100 。 腐 蝕 余 量 為 ， 鋼 板 負 偏 差f取 焊 接 接 頭 系 數(shù) 選 材 上

7、 ， 由 于 承 受 壓 力 較 高 ， 所 以 選 擇 Q345R。f內(nèi) 壓 0.1MPaf設(shè) 計 壓 力 ：f f ， 所 以 忽 略 不 計 。f則 計 算 壓 力 ： mm22 C mm3.01 C85.0 MPa189t MPa1.0wp MPa11.01.1 wpp 5%l wP gh P lPMPa11.0 ppc 結(jié) 構(gòu) 計 算 計 算 結(jié) 果f計 算 厚 度 ： 2 c i cPD P mm41.011.085.01892 120011.02 ct ic pDp 結(jié) 構(gòu) 計 算 計 算 結(jié) 果f設(shè) 計 厚 度 ：f名 義 厚 度 ： f ， 圓 整 為 6mm。f有 效 厚

8、度 ： 2d C d 2 2.41mmC 1n d C 圓 整圓 整 mm71.2 1Cdn 1 2e n C C mm7.321 CCne 結(jié) 構(gòu) 計 算 計 算 結(jié) 果f夾 套 的 選 擇 夾 套 的 內(nèi) 徑 1300mm夾 套 高 度 0.63m夾 套 筒 體 厚 度 計 算 厚 度 ： 0.41mm設(shè) 計 厚 度 ： 2.41mm名 義 厚 度 ： 6mm夾 套 封 頭 厚 度 計 算 厚 度 ： 0.41mm設(shè) 計 厚 度 ： 2.41mm名 義 厚 度 ： 6mm 結(jié) 構(gòu) 計 算 計 算 結(jié) 果f反 應(yīng) 釜 的 攪 拌 裝 置f 攪 拌 功 率 的 計 算f 粘 度 計 算 公 式

9、f 解 得f 攪 拌 器 直 徑 d=400mm f 葉 片 直 徑 b=80mmf 葉 輪 轉(zhuǎn) 速 n= 238.8r/minf 雷 諾 數(shù) 1lg lgnm i ii x 43.02 10 pa sm 6Re 2.1 10 結(jié) 構(gòu) 計 算 計 算 結(jié) 果f經(jīng) 查 過 程 設(shè) 備 設(shè) 計 功 率 曲 線 可 知 ， 功 率 準 數(shù) Np=6f攪 拌 功 率 P=3.91kwf葉 輪 距 槽 底 的 安 裝 高 度 Hi =400mmf擋 板 寬 度 Wb =120mmf電 機 的 選 用f電 動 機 功 率 P=4.57kw f根 據(jù) 電 動 機 的 標 準 ， 查 機 械 設(shè) 計 課 程

10、設(shè) 計 ， 電 動 機 可 選 用 Y 132 M 2-6， 功率 5.5kw， 轉(zhuǎn) 速 960r/min。 結(jié) 構(gòu) 計 算 計 算 結(jié) 果f減 速 機 的 選 用f根 據(jù) 軸 轉(zhuǎn) 速 960r/min， 電 動 機 功 率 為 5.5kw。 查 表 可 知 ： 應(yīng) 選 用 滾 筒 減 速 機 ， 編號 為 96012。f聯(lián) 軸 器 的 選 用f查 機 械 設(shè) 計 課 程 設(shè) 計 可 知 ： 聯(lián) 軸 器 應(yīng) 選 GY4， 類 型 為 凸 緣 聯(lián) 軸 器 。 f攪 拌 軸 材 料 的 選 擇f常 用 優(yōu) 質(zhì) 碳 素 鋼 有 35、 45、 50鋼 ， 其 中 以 45鋼 應(yīng) 用 最 多 。 攪

11、拌 軸 受 到 扭 轉(zhuǎn) 和 彎曲 的 組 合 作 用 ， 其 中 以 扭 轉(zhuǎn) 為 主 。 本 次 設(shè) 計 選 用 45鋼 作 為 攪 拌 軸 的 材 料 。 9550 PT n mN96.198960459550 T 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 計 算 結(jié) 果f攪 拌 軸 直 徑 的 計 算f攪 拌 軸 的 材 料 選 為 45鋼 ， 軸 材 料 剪 切 彈 性 模 量 ， 許 用 剪 切 應(yīng) 力f軸 傳 遞 最 大 轉(zhuǎn) 矩 ：f攪 拌 軸 為 實 心 軸 ， 則 直 徑 ： f d=0.045m 79GPaG 40MPa 1 /mo mN1989.08.2385.595539553max npM n 1

12、4max 44.92 1nMd G 結(jié) 構(gòu) 計 算 計 算 結(jié) 果f主 要 接 管 尺 寸 的 計 算f進 料 管 和 出 料 管f df =16mmf查 手 冊 取 無 縫 鋼 管 ， 法 蘭 選 用 板 式 平 焊 鋼 管 法 蘭 PL2.5， B型 ， DN50。f冷 卻 水 管 的 計 算f ds=26.6mmf查 手 冊 取 無 縫 鋼 管 ， 法 蘭 選 用 板 式 平 焊 鋼 管 法 蘭 PL2.5， B型 ，DN40。 5.220 30 3.5 主 體 設(shè) 備 配 置 圖 強 度 校 核f壓 力 試 驗 ， 選 用 液 壓 試 驗f內(nèi) 筒 水 壓 試 驗f 故 在 做 水 壓

13、試 驗 時 ， 內(nèi) 筒 穩(wěn) 定 性 符 合 要 求s20.33MPa 0.9 263.95MPaT 20 02.59 =0.20MPapcr TEtP LD D t 強 度 校 核墊 板 厚 度 250mm 墊 板 寬 度 200mm 支 座 數(shù) 量 4 支 座 高 度 200mm上 蓋 板 寬度 70mm 上 蓋 板 厚 度 16mm 筋 板 長 度 205mm 筋 板 內(nèi) 側(cè) 間 距 125mm筋 板 厚 度 8mm 底 板 寬 度 160mm 底 板 長 度 310mm 螺 紋 中 心 至 底板 外 緣 距 離 50mm底 板 厚 度 10mm 支 座 筋 板 設(shè) 計 溫度 下 的 拉

14、伸 彈 性模 量 19700Mpa 設(shè) 計 溫 度 下支 座 材 料 的許 用 應(yīng) 力 113Mpa 支 座 材 料 的 屈服 強 度 235Mpa底 板 的 許 用 彎 曲 應(yīng)力 141Mpa 筋 板 材 料 的 許 用應(yīng) 力 141Mpa 地 腳 螺 栓 材料 Q235B，腐 蝕 裕 量3mm， 規(guī) 格M24 每 個 支 座 的地 腳 螺 栓 個數(shù) 1個 。 地 腳 螺 栓 常 溫下 的 許 用 應(yīng) 力 147Mpa地 腳 螺 栓常 溫 下 的許 用 切 應(yīng)力 117.6Mpa 支 撐 面 許 用 耐 壓應(yīng) 力 11.768Mpa耳 式 支 座 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 參 數(shù) 強 度 校 核f水

15、平 風(fēng) 載 荷 和 地 震 載 荷 計 算f （ 地 震 為 九 度 ）f支 座 本 體 計 算f單 個 支 座 本 體 承 受 的 實 際 載 荷 f單 個 支 座 本 體 允 許 載 荷 可 以 查 表 可 知 BN型 耳 式 支 座 系 列 參 數(shù) 尺 寸 ， 可 知Q=30KN。 則 有 ：f,支 座 本 體 安 全 N208948.98.47379.05.05.0 0 gmpe N78.12881033035012001312550195.01095.0 66000 HDqfp iw 0.25 20894 0.25 1288.78 21216.20Ne wp p p kN74.211

16、016384 1027.1483.0446430104 37310 nDMMknGgmQ eE Q Q 強 度 校 核f支 座 處 殼 體 內(nèi) 應(yīng) 力 的 計 算f應(yīng) 力 校 核f支 座 上 端 A點 支 座 下 端 B點 ： f經(jīng) 計 算 校 驗 合 格支 座 處殼 體 所受 的 支座 彎 矩 3370KNmm 由 壓 力引 起 的一 次 總體 薄 膜應(yīng) 力 周向 應(yīng) 力 16.38Mpa 由 壓 力引 起 的一 次 總體 薄 膜應(yīng) 力 軸向 應(yīng) 力 8.19Mpa 支 座 彎矩 引 起的 最 大應(yīng) 力 周向 應(yīng) 力 57.869Mpa 支 座 彎矩 引 起的 最 大應(yīng) 力 軸線 應(yīng) 力 3

17、2.328Mpa支 座 彎矩 引 起的 最 大應(yīng) 力 周向 應(yīng) 力 146.7Mpa 支 座 彎矩 引 起的 最 大應(yīng) 力 軸向 應(yīng) 力 229.4Mpa 189M Patm p m p x 、 強 度 校 核f地 腳 螺 栓 的 強 度 驗 算f式 中 ， 摩 擦 系 數(shù) 取 支 座 與 基 礎(chǔ) 墊 板 之 間 鋼 對 鋼 的 靜 摩 擦 系 數(shù) 0.3（ 按 鋼 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計規(guī) 范 ） 。 計 算 得 的 值 小 于 0， 表 明 不 承 受 剪 切 力 。f開 口 補 強 的 計 算 f 被 削 弱 的 金 屬 面 積 A=168.2 封 頭 起 補 強 作 用 金 屬 面 積 A1=

18、1516.5f 因 為 ， 所 以 需 要 補 強 圈 進 行 補 強1 571.25 11.58MPa1 243.37Lbt t btFnbA AA 1 強 度 校 核f攪 拌 軸 剛 度 的 校 核f為 了 防 止 攪 拌 軸 產(chǎn) 生 過 大 的 扭 轉(zhuǎn) 變 形 ， 從 而 在 扭 轉(zhuǎn) 中 振 動 ， 影 響 正 常 工 作 ， 應(yīng)把 軸 的 扭 轉(zhuǎn) 變 形 限 制 在 一 個 允 許 的 范 圍 內(nèi) ， 即 規(guī) 定 一 個 設(shè) 計 的 扭 轉(zhuǎn) 剛 度 條 件 。 工 程 上 以 單 位 長 度 的 扭 轉(zhuǎn) 角 不 得 超 過 許 用 扭 轉(zhuǎn) 角 的 剛 度 條 件 ， 即f由 上 式 可

19、 導(dǎo) 出 實 心 軸 直 徑 為 f攪 拌 軸 直 徑 ， 滿 足 條 件 。 3maxmax 18010 on pMG I mm96.3310109.7 180321804 624 d mm96.33mm44 D 設(shè) 計 結(jié) 果 匯 總反 應(yīng) 器 類 型 間 歇 釜 式 反 應(yīng) 器實 際 體 積 （ m3） 1.8 反 應(yīng) 時 間 （ min） 143.75釜 體 設(shè) 計 壓 力 （ MPa） 0.1 夾 套 設(shè) 計 壓 力 （ MPa） 0.1設(shè) 計 溫 度 （ ） 100 內(nèi) 筒 直 徑 （ mm） 1200內(nèi) 筒 高 度 （ m） 1200 內(nèi) 筒 壁 厚 （ mm） 6夾 套 直 徑

20、 （ mm） 1300 夾 套 高 度 （ m） 0.63夾 套 壁 厚 （ mm） 6 內(nèi) 筒 材 料 Q345R 夾 套 材 料 Q345R 攪 拌 功 率 （ kw） 3.91電 動 機 型 號 Y1 3 2 M2-6 攪 拌 器 類 型 盤 式 渦 輪攪 拌 軸 直 徑 （ mm） 45 攪 拌 軸 材 料 45鋼擋 板 數(shù) 量 4 擋 板 寬 度 （ mm） 120進 料 /出 料 管 20 2.5 冷 卻 水 進 出 管 30 3.5筒 體 水 壓 試 驗 壓 力（ MPa） 0.825 夾 套 水 壓 試 驗 （ MPa） 3.3耳 式 支 座 型 號 B3 耳 式 支 座 數(shù) 量 4耳 式 支 座 材 料 Q235A 地 震 烈 度 9度地 腳 螺 栓 材 料 Q235B 地 腳 螺 栓 數(shù) 量 4冷 卻 水 流 量 （ m 3/h） 1 人 孔 DN450場 地 B類