南华大学化学化工学院毕业设计
根据钢板规格取δ
d=12mm
夹套封头壁厚δ=11.
其中:P,D1,[σ],Φ同上式,由于封头裕量C3-0.5mm C=C1+C2+C3=0.8+0+0.5=1.3mm
按钢板规格取δ=12mm。工程上筒体和封头往往取同厚,这样焊得牢固。 按承受的筒体和夹套壁厚计算 按承受0.1MPa的内压设计δ设计外压为1.5MPa
设简体的计算厚度S0=12mm,由此决定L/D0,D0/S0之值; D0——筒体外径,D0=DN+2S0=(1400+2×12)mm=1424mm
L——简体高度,L=H2+h/3=[1400+(325+12)/3]mm=1521mm,则L/D0=1521/1324=1.07,D0/S0=1424/12=118.7。查得A=0.0012,B=120MPa,则许用外压[P]=BS0/D0=120×12/1324=1.09MPa<1.5MPa,因此壁厚12mm不满足外压特定要求,需增大壁厚重新计算。现再设S0=16mm,则D0=1332mm,L=1414mm,L/ D0=1.06,D0/S0=83.25,查得A=0.0019,B=130MPa,则许用外压[P]= BS0/D0,1.56MPa>1.5MPa。可见S0=16mm满足1.5MPa外压稳定要求。考虑壁厚附加量C=0.8mm,简单壁厚S=S0+C=16+0.8=16.8 圆整到钢板规格,S取18mm。
考虑到封头与筒体的焊缝方便取封头与筒体等壁厚δ=18mm 6.1.4.3 水压试验校核 确定试验水压Pt,据表得:
釜体水压取Pt=P+0.1=0.1+0.1=0.2MPa Pt=1.15P[σ]/?d?20.1?1400?0.8?1.48?1.5
2?115?0.9?1.1??=0.129MP
t夹套水压取Pt=1.5+0.1=1.6MPa
[σ]——试验温度(20)下的材料许用应力,MPa
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???——试验温度(20)下的材料许用应力,MPa
t两者取较大值,故Pt=0.2MPa。压力试验时,由于容器承受的压力Pt高于设计压力P,所以必要时需进行强度校核。液压试验时要求满足的强度条件 釜体和夹套筒体的许用应力:σt=Pt(D1+δe)/2δeΦ≤0.9σs 釜体和夹套封头的许用应力:σt=Pt(D1+0.5δe)/2δeΦ≤0.9σs σt釜筒=0.2×(1400+18)/(2×18×0.9)=8.75MPa σt夹筒=1.6(1500+12)/(2×12×0.9)=112MPa
σt釜封=0.2×(1300+0.5×18)/(2×18×0.9)=8.70MPa σt夹封=1.6(1400+12)/(2×12×0.9)=104.58MPa
查表得OC r19Ni9不锈钢的屈服限δs=148,则0.9δs=148×0.9=123.2MPa,由此可知σt釜筒、
σt夹筒、σt釜封、σt夹封都小于0.9δs,故安全。 计算结果如下所示
表6.2 筒体,封头壁厚 筒体壁厚 封头壁厚 釜体 18mm 18mm 夹套 12mm 12mm 6.1.5 支座的选择
因反应釜需外加保温,故选B型悬挂式支座。 反应釜质量W=W1+W2+W3+W4 式中W1——釜体和夹套筒体总重
查表知:DN=1400mm,S=18mm的一米高筒体重q1=591Kg:DN=1500mm,S=12mm的一米高封头q2=468Kg,
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故W1=q1×H1+q2×H2)Kg=1731Kg;
W2釜体和夹套的封头总重。查表得,DN=1400mm。S=18mm的一米高筒节重q1=321Kg,DN=1500mm,S=12mm的一米高封头重q2=251Kg, 故W2=926Kg
W3——料液重,按水压试验时充满水汁,查附表H-1、H-2知DN=1300mm封头容积Vh=0.436, 一米高筒体容积V1=1.327m3 故W3=Vp
W4——保温层+附件重,入孔重100Kg,其它接管和保温层按150Kg计, 故W4=100+150=250Kg
W=W1+W2+W3+W4=5431.6Kg按两个支座承载计,每个支座承载2711.1Kg,查表选支座,JB1165-81
6.1.6搅拌器选形:
因为料液是粘度较高的流体,搅拌主要是使反应的物料充分混合,在经济的操作范围内,不可能获得高度湍流而只能在层流状态下流动,此时的混合机理主要依赖于充分的总体流动,同时希望在浆叶端部造成高剪切口,借剪切区分割液体,达到预期的宏观混合,而高粘度流体中,搅拌器所提供的机械能会因巨大的粘性阻力而很快被消耗不仅湍流动程序随出口距离急剧下降,还有总体流动的范围也大大的缩小,又底部封头为椭圆型,所以选用低转速、大叶片的筐式搅拌器。这种搅拌器的转速半径与容器的内径基本相同。间隙很低,端部切向速度为0.5~1.5m/s,它只在浆叶外缘与容器内壁之间产生较强剪切作用、搅拌的范围大,并可以防止器壁沉积现象,一般搅拌器的直径d与釜体内径D之比为 dD为0.9/0.98,转速n一般为1~100r/min,适合高粘度μ<105cp的 液体的搅拌,因此一般不用挡板。由搅拌器标准直径系列,取搅拌器直径d=1140mm。
6.1.7 计算搅拌器的转速:
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从理论上只要搅拌液体的上升速度等于或大于固体的沉降速度就可以是颗粒悬浮,因此搅拌器的转速在“粒子悬浮临界转速”以上,以保持全部颗粒离开釜底。粒子悬浮临界转速可采用下面的公式进行计算:nc=Ψ(dt/d)a·g0.45(ρs-ρL)0.45μ
0.1
ds0.2(100R)0.13/d 10.85ρ
0.55L
式中:ds固体颗粒直径m,ρs固体颗粒密度kg/m3,ρL液体密度kg/m3 ,μ液体粘度pa·s,d搅拌直径m,d1搅拌釜内径m,g重力加速度m/s ,R固体对液体的重量比。Ψ和a是与叶轮形式和安装位置有关的系数。一般Ψ取1~2,a近似取1.4,∵ds=1.75×104m(80~100,取80目,颗粒直径最大),ρs=1.721×103 kg/m3,ρL=1233.43 kg/m3,μ=12.46Mpa·s,d=1.14m, dt=1.2m, g=9.81m/s2, R=90.40÷3263.66=0.0277, Ψ取2,a取1.4,将上面已知数据带入上式得: nc=0.2261r/s=13.6r/min,转速向上取为n=15r/min=0.25r/s。 则浆叶端部线速度u=nπd=0.25×3.14×1.14=0.895m/s.搅拌雷诺数
Rcs=nρd2/μ=0.25×1242.99×1.142÷12.46×10-3=3.3×104.查图得:功率数KN=0.40。所以搅拌功率N=KNn3ρd5=0.40×1242.99×0.253×1.145=15.00kW。
6.1.8搅拌轴的直径计算:
考虑到温度以及强酸腐蚀,搅拌轴材料选用不锈钢Cr18Ni9Ti,圆钢冷拉,GB905-82,直径一般在8~250mm,查得其[τ]=15~25Mpa.搅拌器由于摩檫损耗功率不大,直接用电动机功率来计算轴径:N电=6kw, N电为电动机的功率, n=90, [τ]K=15Mpa 。
∴搅拌轴直径d≥36.5×( N电/n[τ]K)1/3=50.62mm.考虑到开链键、钻孔、轴径要适当加大,为了选用标准机械密封件,并和减速机轴径一致,搅拌轴直径取700mm。
6.1.9密封形式选择:
选择机械密封,它的功耗小、泄露低、密封性能可靠,使用寿命长。本设备采用单端面,小弹簧,平衡形,其标准号为204DgMKT-6010HG21571-95。
6.1.10计算电机功率:
因为采用机械密封,齿轮传动,假定摩檫功率约占搅拌功率的5%,传动机构效率为90%,则电机功率:N电= NρN/η=14.95×1.05÷90%=17.44kW。
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6.1.11电动机和减速机选型:
反应釜的电动机大部分与减速度即配用,只有在搅拌转速很高的时候,才会有电动机不经减速而直接驱动搅拌轴。因此,电动机的选取一般应与减速机的选用配合考虑。在很多场合中,电动机与减速机疫病配套供应,设计时可根据选定的减速机配套的电动机。已知搅拌轴转速n=15r/min,电动机使用功率N电=18kW,由此选择电动机,减速器形式:电动机(三相异步电动机YB 型,急隔暴型异步电动机,额定功率6kw,同步转速1500r/min.);减速机(谐波减速机,额定功率6kw,同步转速1380r/min,立式,功称减速比为90,标准号为XB145-10)。
6.1.12机座与连轴器的选择:
由于反应釜传来的轴向力不大,故采用不带支撑的机座,其标准号为J-A-60。连轴器功称直径Dg为60mm,夹壳式,其标准号为HG5-213-65。
(二)热量衡算
按能量守恒定律,在无轴功条件下,进入系统的热量与离开热量应该平衡,在实际中对传热设备的热量衡算可由下式表示: Q1+ Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式中:Q1——所处理得物料带入设备总的热量KJ
Q2——加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量(符号规定加热剂加入热量为―+‖,冷却剂吸收热量为―-‖)KJ
Q3——过程的热效率,(符号规定过程放热为―+‖,过程吸热为―-‖,注意Q与热焓符号相反,即Q=△H。如过程放热则△H为―-‖,则Q为―+‖)KJ;
Q4——反映终了时物料的焓(输出反应器的物料焓) Q5——设备各部件所消耗的热量 KJ
Q6——设备向四周散失的热量,又称热损失 KJ
热量衡算的时间基准可与物料衡算相同,即对间歇生产可以每日或每批处理物料基准。(计算传热面积的热负荷,必须以每小时做基准,而该时间必须是稳定传热时间)热量衡算温度基准,一般规定以25℃。
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