苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计反应釜的设计

苯基苯酚甲醛树脂成套装置反应釜的设计 毕业设计 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计 ——反应釜的设计 Phenyl phenol formaldehyde resin complete sets of equipment design—the design of the reaction kettle 班级: 过程装备与自动化 学生姓名: 学号: 指导教师: 职称:副教授/高级工程师 导师单位: 徐州工业职业技术学院 论文提交日期: 2013年11月30日 1 徐州工业职业技术学院 毕业设计任务书 课题名称: 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计 —反应釜的设计 课题性质: 工程设计类 系 名 称: 机电工程系 专 业: 过程装备与自动化 班 级: 过程装备与自动化 指导教师: 学生姓名: 2 一(选题意义及背景 苯基苯酚甲醛树脂是一种重要的工业产品，经济的发展对制氢工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全都提出了更高的要求，同时也促进了新型工艺、高效率装置的开发和投产。 二(毕业设计(论文)主要内容 设计参数表: 反应釜 夹套 介质 易燃、易爆 水蒸汽 112 搅拌转速 r/min 1.0 0.66 最高操作压力/MPa 150 168 最高操作温度/? 1.5 搅拌功率 kw 0.65 充料系数 10% 反应釜备用系数 1.完成设计论文 2.完成反应釜主体和零部件的结构和强度设计 3.合计完成A1图纸至少三张(总装配图和零件图) 三(进度 1.第一周:查阅资料，完成论文的绪论，完成初步设计计算 2.第二周:完成反应釜设计及计算，初步进行结构和强度设计 3.第三周:完善结构及强度设计，绘制出相应零件图 4.第三周:完成电机及动力传动装置的选型设计，完成总装图及零件图 5.第五周:查缺补漏，修改论文和图纸，并提交毕业设计相关资料，准备答辩 四(毕业设计(论文)结束应提交的材料 ,.毕业设计(论文) ,.毕业设计论文评阅表和交叉评阅表 ,.答辩评分表 ,.论文真实性承诺及指导教师声明 ,.设计计算书 ,.图纸 ,.其它相关资料 指导教师 教研室主任 年 月 日 年 月 日 3 论文真实性承诺及指导教师声明 学生论文真实性承诺 本人郑重声明:所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的 ，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，成果 本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。 毕业生签名: 日 期: 指导教师关于学生论文真实性审核的声明 本人郑重声明:已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。 指导教师签名: 日 期: 4 摘要 摘要 反应设备广泛应用于石油、化工及制药、冶金、染料、油漆及三大合成材料的生产过程中。化学反应种类繁多，物料形态各异，反应条件差异也很大，所以反应设备也多种多样，按结构型式可分为釜式、管式、塔式、固定床等。 本次设计的对象是釜式反应器。依据操作压力、操作温度、容积等参数进行压力容器的设计。首先进行材料、焊缝系数、许用应力等的选择。其次就是对压力容器进行几何参数的确定，包括罐体、封头、夹套等的厚度、长度的确定，接管、法兰的选取等。接着进行强度设计，开孔补强设计等相关设计。还有电动机、减速器以及搅拌器的选型和计算。最后根据相关的标准对压力容器进行强度校核、水压试验以及相关工件的安装和处理。 关键词: 釜体 封头 夹套 传动装置 附件 I Abstract Abstract The production process of reaction equipment widely used in petroleum, chemical, pharmaceutical, metallurgical, dyes, paints and three synthetic materials. The chemical reaction of various kinds, material of various shapes, the reaction conditions are also great differences, so the reaction equipment is various, according to the structure type can be divided into the kettle type, tube type, tower type, fixed bed etc.. The object of this design is the kettle type reactor. Design of pressure vessel according to the operating pressure, operating temperature, volume and other parameters. The first material, weld coefficient, the allowable stress of choice. The second is to determine the geometric parameters of the pressure vessel, including the determination of body, head, jacket, thickness, length, pipe, flange selection etc.. Then the strength design, opening reinforcement design and other related design. There are motor, reducer and agitator type and calculation. Installation and processing according to the related standards of pressure vessel strength, water pressure test and related parts. Keywords: kettle head clamping sleeve transmission device attachment II 目录 目录 第一章 绪论..................................................................................................................................... 1 1.1反应釜简介 ............................................................................................................................. 1 1.2 反应釜的分类及工作原理 .................................................................................................... 1 1.3 反应釜的使用注意事项 ........................................................................................................ 1 1.4 反应釜的维护与保养 ............................................................................................................ 2 1.5 材料的选取及论证 ................................................................................................................ 3 第二章 反应釜釜体的设计 ............................................................................................................. 4 2.1釜体直径与高度的确定 ......................................................................................................... 4 2.1.1 确定高径比 ..................................................................................................................... 4 2.1.2 计算直径与高度 ............................................................................................................. 4 2.2 反应釜釜体的设计 ................................................................................................................ 5 2.2.1 釜体厚度的设计(受内压) ......................................................................................... 5 2.2.2 釜体厚度的设计(受外压) ......................................................................................... 5 2.2.3 筒体的校核计算 ............................................................................................................. 5 2.3 釜体封头的设计 .................................................................................................................... 6 2.3.1 封头的选型及参数确定 ................................................................................................. 6 2.3.2 釜体上封头的厚度计算 ................................................................................................. 7 2.3.3 釜体下封头的厚度计算 ................................................................................................. 7 2.3.4 椭圆形封头的校核 ......................................................................................................... 8 第三章 反应釜夹套的设计 ............................................................................................................. 9 3.1夹套的选型 ............................................................................................................................. 9 3.2 夹套尺寸的确定 .................................................................................................................... 9 3.2.1 确定夹套的直径与高度 ................................................................................................. 9 3.2.2 夹套筒体厚度的设计 ..................................................................................................... 9 3.2.3 夹套封头厚度的设计 ..................................................................................................... 9 3.2.4 夹套筒体的校核 ........................................................................................................... 10 3.2.5 夹套封头的校核 ........................................................................................................... 10 第四章 附件的选型及尺寸设计 ................................................................................................... 11 4.1 釜体法兰联接结构的设计 .................................................................................................. 11 4.2 接管的选择 .......................................................................................................................... 12 4.3 接管法兰的选择 .................................................................................................................. 12 4.3.1 升汽口、进料口、视镜口管法兰的选定 ................................................................... 13 4.3.2 出料口管法兰的选定 ................................................................................................... 13 4.3.3 安全阀口、真空口、进料口管法兰的选定 ............................................................... 14 1 目录 4.3.4 蒸汽进出口管法兰的选定 ........................................................................................... 14 4.4 视镜的选型及尺寸标记 ...................................................................................................... 15 4.5 压力表的选型 ...................................................................................................................... 15 4.6 安全阀的选用 ...................................................................................................................... 16 4.6.1 安全阀的简介 ............................................................................................................... 16 4.6.2 安全阀的结构与工作原理 ........................................................................................... 16 4.6.3 对安全阀的要求 ........................................................................................................... 17 4.6.4 安全阀型式的选择 ....................................................................................................... 17 4.6.5 安全阀的安装与调试 ................................................................................................... 17 4.6.6 安全阀的代号 ............................................................................................................... 17 第五章 开孔与补强 ....................................................................................................................... 18 5.1 满足容器开孔不补强的条件 .............................................................................................. 18 5.2 升汽口a、进料口b、出料口k的补强计算 .................................................................... 18 第六章 釜体及夹套的水压试验 ................................................................................................... 20 6.1 釜体的水压试验 .................................................................................................................. 20 6.2 夹套的水压试验 .................................................................................................................. 21 第七章 搅拌装置的选取 ............................................................................................................... 23 7.1 搅拌器、轴的选取 .............................................................................................................. 23 7.1.1 搅拌轴直径的确定 ....................................................................................................... 23 7.1.2 搅拌轴的临界转速 ....................................................................................................... 23 7.2 搅拌器的选用 ...................................................................................................................... 24 第八章 传动装置的选用 ............................................................................................................... 25 8.1 电动机的选用 ...................................................................................................................... 25 8.1.1 电动机选用的基本原则 ............................................................................................... 25 8.1.2 电动机额定功率的确定 ............................................................................................... 25 8.1.3 电动机防护型式的型式 ............................................................................................... 25 8.1.4 电动机型号的标记及相关尺寸 ................................................................................... 25 8.2 减速机的选用 ...................................................................................................................... 26 8.2.1 釜用立式减速机的选用原则 ....................................................................................... 26 8.2.2 减速机的型号、尺寸及标记 ....................................................................................... 26 8.3 凸缘法兰的选取 .................................................................................................................. 26 8.4 安装底盖的选取 .................................................................................................................. 27 8.4.1 安装底盖的型式选取 ................................................................................................... 27 8.4.2 安装底盖外形尺寸的确定 ........................................................................................... 27 8.4.3 密封垫片与紧固件 ....................................................................................................... 27 8.4.4 型号标记 ....................................................................................................................... 27 2 目录 8.5 机架的选用 .......................................................................................................................... 28 8.6 联轴器的选用 ...................................................................................................................... 28 8.7 轴封的选用 .......................................................................................................................... 29 8.7.1 轴封的简介及初步选定 ............................................................................................... 29 8.7.2 机械密封选型原则 ....................................................................................................... 29 第九章 支座的选取 ....................................................................................................................... 31 9.1 支座的选型、标记及尺寸 .................................................................................................. 31 9.1.1 支座的选型 ................................................................................................................... 31 9.1.2 支座的标记 ................................................................................................................... 31 9.2 支座的校核 .......................................................................................................................... 32 第十章 焊接结构设计 ................................................................................................................... 33 10.1焊接结构设计的一般要求: ............................................................................................. 33 10.2焊接的: ..................................................................................................................... 33 10.3 坡口型式的选择 ................................................................................................................ 33 10.4 焊接变形与防护 ................................................................................................................ 34 10.5焊接的顺序确定: ............................................................................................................. 34 10.5.1 罐底的焊接顺序 ......................................................................................................... 35 10.5.2 罐顶的焊接顺序 ......................................................................................................... 35 10.5.3 罐壁的焊接顺序 ......................................................................................................... 35 参考文献......................................................................................................................................... 36 总结................................................................................................................................................. 37 3 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 第一章 绪论 1.1反应釜简介 反应釜的广义理解即有物理或化学反应的容器，通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等生产型用户和各种科研实验项目的研究，用来完成水解、中和、结晶、蒸馏、蒸发、储存、氢化、烃化、聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工艺过程的容器。 反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制(搅拌、鼓风等)、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。 不锈钢反应釜搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等，搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配，不锈钢反应釜的密封型式不同可分为:填料密封机械密封和磁力密封。加热方式有点加热、热水加热、导热油循环加热、外内盘管加热等，冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却， 1.2 反应釜的分类及工作原理 根据反应釜的制造结构可分为开式平盖式反应釜、开式对焊法兰式反应釜和闭式反应釜三大类。按选择的材料分为不锈钢反应釜、搪玻璃反应釜、钢衬橡胶反应釜、钢衬四氟反应釜等。 工作原理是:在内层放入反应溶媒可做搅拌反应，夹层可通上不同的冷热源(冷冻液，热水或热油)做循环加热或冷却反应。通过反应釜夹层，注入恒温的(高温或低温)热溶媒体或冷却媒体，对反应釜内的物料进行恒温加热或制冷。同时可根据使用要求在常压或负压条件下进行搅拌反应。物料在反应釜内进行反应，并能控制反应溶液的蒸发与回流，反应完毕，物料可从釜底的出料口放出，操作极为方便。 1.3 反应釜的使用注意事项 化工行业大量使用的反应釜，由于介质的腐蚀性、反应条件忽冷忽热、运输、使用、人为等问题，总会出现这样那样的搪瓷层损坏，造成不必要的生产停止，如大面积脱落，建议只能返厂重新搪瓷。搪瓷釜价格较高，微小损坏时没有必要整台设备更新，这就需要选用合适的修补法，用(劲素成)JS916马上进行修补，否则，就会使反应釜被釜里溶剂腐蚀，搪瓷面的损坏会迅速扩大，并由此造成停产、安全事故及环境污染等不可预计的损失。 1、高压釜应放置在室内。在装备多台高压釜时，应分开放置。每间操作室均应有直接通向室外或通道的出口，应保证设备地点通风良好。 2、在装釜盖时，应防止釜体釜盖之间密封面相互磕碰。将釜盖按固定位置小心地放在釜体上，拧紧主螺母时，必须按对角、对称地分多次逐步拧紧。用力要均匀，不允许釜盖向一边倾斜，以达到良好的密封效果。 3、正反螺母联接处，只准旋动正反螺母，两圆弧密封面不得相对旋动，所有螺母纹联接件有装配时，应涂润滑油。 1 第一章 绪论 4、针型阀系线密封，仅需轻轻转动阀针，压紧密封面，即可达到良好的密封效果。 5、用手盘动釜上的回转体，检查运转是否灵活。 6、控制器应平放于操作台上，其工作环境温度为10-40?，相对湿度小于85%，周围介质中不含有导电尘埃及腐蚀性气体。 7、检查面板和后板上的可动部件和固定接点是否正常，抽开上盖，检查接插件接触是否松动，是否有因运输和保管不善而造成的损坏或锈蚀。 8、控制器应可靠接地。 9、连接好所有导线，包括电源线、控制器与釜间的电炉线、电机线及温度传感器和测速器导线。 10、将面板上“电源”空气总开关合上，数显表应有显示。 11、在数显表上设定好各种参数(如上限报警温度、工作温度等)然后，按下“加热”开关，电炉接通，同时“加热”开关上的指示灯亮。调节“调压”旋钮，即可调节电炉加热功率。 12、按下“搅拌”开关，搅拌电机通电，同时“搅拌”开关上的指示灯亮，缓慢旋动“调速”旋钮，使电机缓慢转动，观察电机是否为正转，无误时，停机挂上皮带，再重新启动。 13、操作结束后，可自然冷却、通水冷却或置于支架上空冷。待温降后，再放出釜内带压气体，使压力降至常压(压力表显示零)，再将主螺母对称均等旋松，再卸下主螺母，然后小心地取下釜盖，置于支架上。 14、每次操作完毕，应清除釜体、釜盖上残留物。主密封口应经常清洗，并保持干净，不允许用硬物或表面粗糙物进行擦拭。 1.4 反应釜的维护与保养 (1)装置地:反应釜应安装在符合防爆要求的高压操作室内，在装备多台反应釜时，应分开放置，每两台之间应用安全的防爆墙隔开，每间操作室均应有通向室外的通道和出口，当存在易爆介质时应保证设备地通风良好。 (2)打开包装后检查设备有无损坏，根据设备型号按结构图将设备安装起来，所配备件按照装箱单查清。加热方式如果是导热油电加热，请按照使用温度购买相应型号的导热油(注意:导热油绝对不允许含有水分)加入，加入时将夹套上部的加油口打开并将夹套中上部的油位口打开，通过加油口往里加油待油位口流油时即可，后将油位口拧死，勿将加油口拧死以免产生压力。 (3)釜体、釜盖的安装及密封:釜体和釜盖采用垫片或锥面与圆弧面的线接触，通过拧紧主螺母使它们相互压紧达到良好的密封效果，拧紧螺母时必须对角对称多次逐步加力拧紧，用力均匀，不允许釜盖向一边倾斜，以达到良好的密封效果，在拧紧主螺母时不得超过规定的拧紧力矩40~120N.M范围，以防密封面被挤坏或超负荷磨损，密封面应特别加以爱护，每次安装之前用比较柔软的纸或布将上下密封面擦拭干净，特别注意不要将釜体、釜盖密封面碰上疤痕，若合理操作可使用上万次以上，密封面破坏后，需重新加工修复方可达到良好的密封性能，拆卸釜盖时应将釜盖上下缓慢抬起，防止釜体与釜盖之间的密封面相互碰撞。如果密封是采用垫片密封(四氟、铝垫、铜垫、石棉垫等)，通过拧紧主螺母便能达到良好的密封效果。 (4)阀门、压力表、安全阀的安装通过拧紧正反螺母，即达到密封的效果，联接两头的圆弧密封面不得相对旋转，对所有螺丝联接件在装配时，均须涂抹润 2 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 滑剂或油料调和的石墨，以免咬死。阀门的使用:针形阀系线密封，仅需轻轻转动阀针，压紧密封面即能达到良好的密封性能，禁止用力过大，以免损坏密封面。 (5)设备安装好后，通入一定量的氮气保压30分钟，检查有无泄漏，如发现有泄漏请用肥皂沫查找管路、管口泄漏点，找出后放掉气体拧紧，再次通入氮气保压试验，确保无泄漏后开始正常工作。 (6)当降温冷却时，可用水经冷却盘管进行内冷却，禁止速冷，以防过大的温差应力，造成冷却盘管、釜体产生裂纹。工作时当釜内温度超过100?时，磁力搅拌器与釜盖间的水套应通冷却水，保证水温小于35?，以免磁钢退磁。 (7)安全装置:采用正拱型金属爆破片，材质为不锈钢，按国家标准GB567-89《拱型金属爆破技术条件》制造，出厂时已试验好，不得随意调整。如果已爆破，需重新更换，更换期限由使用单位根据本单位的实际情况确定，对于超过爆破片标定爆破压力而未爆破的应更换，经常使用最好不超过爆破片的下限压力的80%，更换时应注意爆破片凸面向上。 (8)反应完毕后，先进行冷却降温，再将釜内的气体通过管路泄放到室外，使釜内压力降至常压，严禁带压拆卸，再将主螺栓、螺母对称地松开卸下，然后小心的取下釜盖(或升起釜盖)置于支架上，卸盖过程中应特别注意保护密封面。 (9)釜内的清冼:每次操作完毕用清洗液(使用清洗液应注意避免对主体材料产生腐蚀)清除釜体及密封面的残留物，应经常清洗并保持干净，不允许用硬物质或表面粗糙的物品进行清洗。 1.5 材料的选取及论证 由于介质易燃易爆且具有轻微腐蚀性，苯基苯酚甲醛树脂的生产过程具有连续性，这就要求在选材料时要从适用性、实用性和经济性三个方面考虑。不锈钢具有很好的耐腐蚀、耐高温等化学性能，在力学和工艺性能上也具有很好的塑性及可加工性。 本次设计选用的钢材是不锈钢0Cr18Ni9。查标准GB/T699-1999可知其的力学性能，抗拉强度为520MPa;屈服强度为205MPa;伸长率为40%;断面收缩率为60%;硬度为200HV。根据以上条件即可确定不锈钢0Cr18Ni9可以满足工艺生产要求。 3 第二章 反应釜釜体的设计 第二章 反应釜釜体的设计 2.1釜体直径与高度的确定 2.1.1 确定高径比 根据表1(搅拌反应器的高径比)可确定反应器的高径比，取H/Di=1.1 表1.1 种类 罐内物料 高径比H/Di 一般搅拌器 液-液相或液-固想 1-1.3 2.1.2 计算直径与高度 确定釜体高径比后，根据反应釜内的设计温度可知物料在反应中呈沸腾状态。取η=0.65 V=ηV 0 式中 Vo:实际操作容积 V:罐体容积 罐体容积由圆筒和封头组成，但为了便于计算可以忽略封头容积 即 ,,H23,,()VDiDi 44Di 所以 4Vo4，0.65，0.0733Di,,,0.438m3H,，1.1，0.65,,() Di 由此式初步得罐体直径为438mm，圆整为标准直径400mm.带入下式计算出筒体高度H，即 VoV VV,k,H,k,,,,22DiDi 44 式中 V------下封头容积 k 封头选用标准椭圆形封头，根据罐体直径DN=400查标准JB/T4746-2002(钢 3 制压力容器用封头)得封头曲面高度h=100，直边高h=25,封头容积V=0.0115mi 0.073,0.0115 H,,0.489m,2，0.4故 4 4 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 由此式得筒体计算高度489mm，圆整为450mm。 于是H/Di=450/400=1.125，与原设定值差别不大因此符合要求。 2.2 反应釜釜体的设计 2.2.1 釜体厚度的设计(受内压) (1) 选择钢材 根据介质易燃易爆的特性以及经济实用性。选取材料为不锈钢0Cr18Ni9 )确定设计参数 (2 由题目可知设计压力Pc=1.0MPa,设计温度t=150? 查文献[1](常用钢材许用应力)得 0Cr18Ni9在t=150?时的许用应力t[]=137MPa , ,采用手工电弧焊，全部无损检测故焊缝系数=1.0 (3)确定釜体厚度 cipD1.0，400,,,,1.465mmt,, c2[],p2，137，1.0,1.0 查文献[2](钢板的厚度负偏差)取C1=0.2，取腐蚀余量C2=0，故 C=C1+C2=0.2mm ,因此+C=1.665mm,向上圆整得釜体厚度为3mm。 2.2.2 釜体厚度的设计(受外压) 用图算法进行计算: ,n(1)假设釜体名义厚度为=4mm.则 ,,,,C,4,0.3,3.7mm en ,nDo=D1+2=400+24=408 ， L=l(1/3)h+2h=516.667 ，i L/D=516.667/406=1.266 D/,=408/3.7=110.27 0e ,e(2)查文献[3](外压圆筒几何参数计算图)，L/Do与Do/交点处对应的 A值为0.001。 (3)因所用材料为0Cr18Ni9,故查文献[4](外压圆筒厚度计算图)，读图的 系数B=87MPa.由下式计算得 B87[P],,,0.789MPa,D/408/3.7 0e (4)因[P]>Pc,故假定壁厚符合计算要求，如果通过了试验压力下的校核， 那么可以确定釜体壁厚为4mm. 综上所述即可确定釜体壁厚为4mm。 2.2.3 筒体的校核计算 (1)设计温度下圆筒的最大允许工作压力及校核条件 5 第二章 反应釜釜体的设计 t ,,,e 2[]wp,,pc[],ieD， 因此 2，3.7，137，1.0 [p],,2.5MPa,p,1.0MPawc 400，3.7 [p],pcw由上式得，校核成立。 (2)设计温度下圆筒的计算应力校核 (,)pDi，ttce,[,],,, 2,e 因此 1.0，(400，3.7)tt,,,54.55MPa,[,],,137MPa 2，3.7 tt,,[,],由上式得，故校核成立 2.3 釜体封头的设计 2.3.1 封头的选型及参数确定 压力容器封头分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口等，其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠形封头。而椭圆形封头应用最为广泛。椭圆形封头是由半个椭球面和短圆筒组成，直边段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。 设计结合标准 ，取封头公称直径DN=400mm标准椭圆形封头，即长短轴比值为2，由表2-3得封头曲面深度为100mm,直边高度为25mm。 封头尺寸 公称直径曲面高度直边高度厚度 内表面积容积质量 /mm /mm /mm /mm /kg 32mm/ / 400 100 25 4 0.204 0.0115 6.53 6 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 2.3.2 釜体上封头的厚度计算 由题目可知设计压力Pc=1.0MPa, 设计温度t=150? t查表1.2 0Cr18Ni9在t=150?时的许用应力[]=137MPa , ,查标准采用手工电弧焊，全部无损检测故焊缝系数=1.0 cikpD1.0，1.0，400,,,,1.46mmt,,c2[],0.5p2，137，1.0,0.5，1.0 查表1.2.2(钢板的厚度负偏差)取C1=0.2，取腐蚀余量C2=0，故 C=C1+C2=0.2mm ,因此+C=1.66mm,向上圆整得釜体厚度为3mm。 2.3.3 釜体下封头的厚度计算 (1)封头受内压 由题目可知设计压力Pc=1.0MPa, 设计温度t=150? t查文献[1] 0Cr18Ni9在t=150?时的许用应力[]=137MPa , ,采用手工电弧焊，全部无损检测故焊缝系数=1.0 cikpD1.0，1.0，400,,,,1.46mmt,,c2[],0.5p2，137，1.0,0.5，1.0 查文献[2](钢板的厚度负偏差)取C1=0.2，取腐蚀余量C2=0，故 C=C1+C2=0.2mm ,因此+C=1.66mm,向上圆整得釜体厚度为3mm。 (2)封头受外压 ,na:假设封头名义厚度为=4mm.则 ,,,,C,4,0.3,3.7mm,n，封头曲面深度h=100,故h=h+=104mm eni0ib:由D/2h=408/(2×104)?2,查表1.1(系数K1值)知K1=0.9，计算可得00 R/,,367.2/3.7,99.24R,KD,0.9，408,367.2mm， 0e010 7 第二章 反应釜釜体的设计 c:由下式计算系数A，得 0.1250.125A,,,0.00126R,/99.24 0e d:查图1.2得系数B=85，由下式可知 B85[p],,,0.85MPa,R/99.24 0e [p]>p且接近p，故椭圆形封头壁厚为4mm.符合设计要求。 e:因cc 综上所述:封头选标准椭圆形封头，公称直径DN=400mm，厚度为4mm， 2.3.4 椭圆形封头的校核 设计温度下封头的最大允许工作应力校核公式为 t2,[],,e[p],w KD，0.5, ie 故 2，137，1.0，3.7[p],,2.5MPaw 1.0，400，0.5，3.7 [p],p因=1.0MPa.故封头校核成立 wc 8 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 第三章 反应釜夹套的设计 3.1夹套的选型 所谓夹套就是在容器的外侧，用焊接或法兰的连接方式装设各种型式的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。夹套的主要结构型式有整体夹套、型钢夹套、半管夹套、蜂窝夹套和螺旋板蜂窝式夹套等，整体夹套又包括圆筒形和U形，其中U形是最常用的结构。故此次设计选用U形夹套。 3.2 夹套尺寸的确定 3.2.1 确定夹套的直径与高度 查文献[5](搅拌与混合设备设计手册)，根据釜体直径DN=400mm，可选取夹套的直径DN=500mm. 夹套高度的计算 ,kV0.65，0.073,0.019jH,,,0.226m,,22iD，0.4 44即夹套高度要大于226mm，故取夹套高度Hj=250mm. 3.2.2 夹套筒体厚度的设计 (1) 选择钢材 根据介质易燃易爆的特性以及经济实用性。选取材料为不锈钢0Cr18Ni9 (2) 确定设计参数 由题目可知设计压力Pc=0.66MPa,设计温度t=168? t查文献[1] 0Cr18Ni9在t=168?时的许用应力[]=130MPa , ,查标准采用手工电弧焊，全部无损检测故焊缝系数=1.0 (3)确定夹套筒体厚度 cipD0.66，500,,,,1.27mmt,, c2[],p2，130，1.0,0.66 查表文献[2](钢板的厚度负偏差)取C1=0.2，取腐蚀余量C2=0，故 ,C=C1+C2=0.2mm因此+C=1.47mm,向上圆整得夹套筒体厚度为3mm。 3.2.3 夹套封头厚度的设计 由题目可知设计压力Pc=0.66MPa, 设计温度t=168? t查表文献[1] 0Cr18Ni9在t=168?时的许用应力[]=130MPa , ,查标准采用手工电弧焊，全部无损检测故焊缝系数=1.0 cikpD1.0，0.66，500,,,,1.27mmt,,c2[],0.5p2，130，1.0,0.5，0.66 查表文献[2](钢板的厚度负偏差)取C1=0.2，取腐蚀余量C2=0，故 ,C=C1+C2=0.2mm,因此+C=1.47mm,向上圆整得夹套封头厚度为3mm。 9 第三章 反应釜夹套设计 3.2.4 夹套筒体的校核 (1)设计温度下圆筒的最大允许工作压力及校核条件 t ,,,e2[]wp,,pc[],ieD， 因此 2，2.8，130，1.0 [p],,1.44MPa,p,0.66MPawc 500，2.8 [p],pcw由上式得，校核成立。 (2)设计温度下圆筒的计算应力校核 (,)pDi，ttce,[,],,, 2,e因此 0.66，(500，2.8)tt,,,59.26MPa,[,],,130MPa由上式得2，2.8 tt,,[,],，故校核成立 3.2.5 夹套封头的校核 设计温度下封头的最大允许工作应力校核公式为 t2,[],,e[p],wKD，0.5, ie故 2，130，1.0，2.8[p],,1.45MPaw 1.0，500，0.5，2.8[p],p因=0.66MPa.故夹套封头校核成立wc 10 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 第四章 附件的选型及尺寸设计 4.1 釜体法兰联接结构的设计 =1.0MPa，按照设计压力?公称压力的原则，就近(1)由釜体设计压力pc 确定法兰公称压力为1.0MPa,但设计压力非常接近这一公称压力，所以就提升一个公称压力等级，暂定法兰公称压力为1.6MPa。 (2)根据容器法兰公称直径等于与其相连的筒体内径，可得法兰的公称直径DN=400mm，同时由设计温度t=150?和以上初定的公称压力PN=1.6MPa，查表4-1确定选取甲型平焊法兰。 (3)暂定材料为16Mn,并根据t=150?和PN=1.6MPa查表4-7得其最大允许工作压力为1.64MPa。 (4)由于1.6MPa>1.0MPa即法兰最大允许工作压力大于设计压力，所以确定选择公称直径DN=400mm,公称压力PN=1.6mm，材料为16Mn的甲型平焊法兰。 (5)由于工作介质易燃易爆，所以选凹凸密封面，查表4-9确定垫片为石棉橡胶板，螺柱材料35号钢，螺母材料为25号钢。 6)查文献[6](JB/T4701-2000),即可确定法兰的具体结构尺寸。 ( 压力容器法兰的标记:法兰-MFM 400-1.6 JB/T4701-2000 (7)由于筒体与封头都是采用的不锈钢0Cr18Ni9，且从外观和经济实用性考虑，容器法兰应当采用不锈钢0Cr18Ni9。从各方面的性能考虑，同样条件下的不锈钢要远远的优于16Mn,故将原定材料16Mn换成不锈钢0Cr18Ni9同样满足其生产要求。 法兰型式及连接尺寸 公称法兰 螺柱 直径D D1 D2 D3 D4 b 规格 数量 , /mm PN=1.6 400 530 490 455 445 442 36 23 M20 20 11 第四章 附件的选型及尺寸设计 4.2 接管的选择 本次设计的装置中在计量槽的罐体上分别设置了升汽口、进料口、视镜口、 测温口、压力表口、真空口、出料口、蒸汽进出口、氮气口、平衡口、安全阀口。 以上接管材料皆选用不锈钢0Cr18Ni9无缝钢管。根据其公称尺寸查无缝钢管常 用尺寸规格表确定各个接管的厚度，其各管口方位见图 升汽口a 进料口b 视镜口c 蒸汽进出安全阀出料口k 真空口f 进料口g 口h 口l 公称直50 50 50 25 25 40 25 25 径mm 管子尺57,，3.5,32，3.5,32，3.557,，3.5,45，2.557,，3.532,，3.5,32，3.5 寸mm 14,，2M27，2M20，1.5测温()、压力表口()、氮气口()、平衡口采用内螺纹连 接。 4.3 接管法兰的选择 由于接管直径相同故可选取同一尺寸的管法兰。选用带颈平焊法兰 12 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 4.3.1 升汽口、进料口、视镜口管法兰的选定 1)根据管法兰的公称直径就是与管法兰相连接的接管公称尺寸即可确定( 接管法兰的公称直径DN=50mm, (2)根据介质特性，设计温度和接管材料，选定接管法兰材料为0Cr18Ni9。 (3)根据管法兰的材质和t=150?;按照设计压力不得高于对应工作温度下 的最高无冲击压力的原则，查表4-13得0Cr18Ni9不锈钢管法兰的最高无冲击压 力1.29MPa,故可确定管法兰的公称压力为PN=1.6MPa。 (4)根据PN=1.6Mpa，DN=50mm，查表4-6确定法兰类型为带颈平焊法兰， 凹凸密封面;表4-14确定垫片为石棉橡胶垫片，表4-15和4-16确定螺栓为A2-50， 螺母为I型六角螺母; (5)PN=1.6MPa和DN=50mm，查文献[7](HG20594-1997)，确定法兰的 结构尺寸。 管法兰的标记:HG20594-1997 法兰SO 50-1.6 M 0Cr18Ni9 法兰的型式及连接尺寸 公称钢管连接尺寸 法颈带颈平焊 法兰法兰 通径外径兰部高度质量法兰螺栓螺孔螺孔螺法兰颈根焊缝 DN A1 厚过H /kg 外径孔中直径数量纹内径直径坡口 度渡D 心直L n Th B1 N 宽度 C 直径K b 径R 50 57 140 110 14 4 M12 16 5 59 80 5 28 1.73 4.3.2 出料口管法兰的选定 (1)根据管法兰的公称直径就是与管法兰相连接的接管公称尺寸即可确定 13 第四章 附件的选型及尺寸设计 接管法兰的公称直径DN=40mm, (2)根据介质特性，设计温度和接管材料，选定接管法兰材料为0Cr18Ni9。 (3)根据管法兰的材质和t=150?;按照设计压力不得高于对应工作温度下 的最高无冲击压力的原则，查表4-13得0Cr18Ni9不锈钢管法兰的最高无冲击压 力1.29MPa,故可确定管法兰的公称压力为PN=1.6MPa。 (4)根据PN=1.6Mpa，DN=40mm，查表4-6确定法兰类型为带颈平焊法兰， 凹凸密封面;表4-14确定垫片为石棉橡胶垫片，表4-15和4-16确定螺栓为A2-50， 螺母为I型六角螺母; (5)PN=1.6MPa和DN=40mm，查文献[7](HG20594-1997)，确定法兰的 结构尺寸。 管法兰的标记:HG20594-1997 法兰SO 40-1.6 M 0Cr18Ni9 法兰的型式及连接尺寸 公称钢管连接尺寸 法颈带颈平焊 法兰法兰通径外径兰部高度质量法兰螺栓螺孔螺孔螺法兰颈根焊缝DN A1 厚过H /kg 外径孔中直径数量纹内径直径坡口 度渡D 心直L n Th B1 N 宽度 C 直径K b 径R 40 45 130 100 14 4 M12 16 5 46 70 5 26 1.55 4.3.3 安全阀口、真空口、进料口管法兰的选定 (1)根据管法兰的公称直径就是与管法兰相连接的接管公称尺寸即可确定 接管法兰的公称直径DN=25mm, (2)根据介质特性，设计温度和接管材料，选定接管法兰材料为0Cr18Ni9。 (3)根据管法兰的材质和t=150?;按照设计压力不得高于对应工作温度下 的最高无冲击压力的原则，查表4-13得0Cr18Ni9不锈钢管法兰的最高无冲击压 力1.29MPa,故可确定管法兰的公称压力为PN=1.6MPa。 (4)根据PN=1.6Mpa，DN=25mm，查表4-6确定法兰类型为带颈平焊法兰， 凹凸密封面;表4-14确定垫片为石棉橡胶垫片，表4-15和4-16确定螺栓为A2-50， 螺母为I型六角螺母; (5)PN=1.6MPa和DN=25mm，查文献[7](HG20594-1997)，确定法兰的 结构尺寸。 管法兰的标记:HG20594-1997 法兰SO 25-1.6 M 0Cr18Ni9 法兰的型式及连接尺寸 公称钢管连接尺寸 法颈带颈平焊 法兰法兰通径外径兰部高度质量法兰螺栓螺孔螺孔螺法兰颈根焊缝DN A1 厚过H /kg 外径孔中直径数量纹内径直径坡口 度渡D 心直L n Th B1 N 宽度 C 直径K b 径R 25 32 1O0 75 11 4 M10 14 4 33 50 5 24 O.81 4.3.4 蒸汽进出口管法兰的选定 (1)根据管法兰的公称直径就是与管法兰相连接的接管公称尺寸即可确定 接管法兰的公称直径DN=25mm, 14 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 (2)根据介质特性，设计温度和接管材料，选定接管法兰材料为0Cr18Ni9。 (3)根据管法兰的材质和t=168?;按照设计压力不得高于对应工作温度下的最高无冲击压力的原则，查表4-13得0Cr18Ni9不锈钢管法兰的最高无冲击压力1.29MPa,故可确定管法兰的公称压力为PN=1.6MPa。 (4)根据PN=1.6Mpa，DN=25mm，查表4-6确定法兰类型为板式平焊法兰，突面密封;表4-14确定垫片为石棉橡胶垫片，表4-15和4-16确定螺栓为A2-50，螺母为I型六角螺母; 5)PN=1.6MPa和DN=25mm，查文献[7](HG20593-1997)，确定法兰的( 结构尺，查标准HG20593-1997知法兰结构尺寸。 管法兰的标记:HG20593-1997 法兰SO 25-1.6 M 0Cr18Ni9 法兰的型式及连接尺寸 公称钢管连接尺寸 法颈带颈平焊 法兰法兰 通径外径兰部高度质量法兰螺栓螺孔螺孔螺法兰颈根焊缝 DN A1 厚过H /kg 外径孔中直径数量纹内径直径坡口 度渡D 心直L n Th B1 N 宽度 C 直径K b 径R 25 32 115 85 14 4 M12 16 4 33 52 5 28 1.24 4.4 视镜的选型及尺寸标记 视镜包括带颈视镜和不带颈视镜，不带颈视镜结构简单，便于窥视，但由于接缘直接焊于筒体上，容易在焊接后引起接缘上的结构变形，因此如果没有可靠的焊接工艺应采取带颈视镜。根据题目可知采用全焊透百分百无损检测故可选用不带颈视镜，其形式和结构尺寸如下: 不带颈视镜尺寸 公称公称 螺柱 质量标准图图号 直径压力 D D1 b1 b2 ?H /kg 数量 直径 不锈钢 /mm n d ? 50 1.6 130 100 34 24 79 6 M12 4.9 HGJ 501-86-12 不带颈视镜材料 材料 件号 名称 数量 不锈钢 ? 1 视镜玻璃 1 钢化硼硅玻璃 2 衬垫 2 石棉橡胶板 3 接缘 1 1Cr18Ni9Ti 4 压紧环 1 Q235A 5 螺柱 n 35 6 螺母 n 25 公称压力PN=1.6MPa,公称直径DN=50mm.材料为不锈钢的不带颈视镜的标记为: 视镜? PN1.6 DN50 HGJ 501-86-12 4.5 压力表的选型 15 第四章 附件的选型及尺寸设计 压力表的选用应根据使用要求，针对具体情况做具体分析。在满足工艺要求的前提下.应本着节约的原则全面综合地考虑，一般应考虑以下几个方面的问题: (1)仪表类型的选用仪表类型的选用必须满足工艺生产的要求。例如是否需要远传、自动记录或报警;被侧介质的性质(如被测介质的温度高低、粘度大小、腐蚀性、脏污程度、是否易燃易爆等)是否对仪表提出特殊要求，现场环境条件(如湿度、温度、磁场强度、振动等)对仪表类型的要求等。因此根据工艺要求正确地选用仪表类型是保证仪表正常工作及安全生产的重要前提。 (2)仪表测量范围的确定为了保证弹性元件能在弹性变形的安全范围内可靠地工作，在选择压力表量程时，必须根据被侧压力的大小和压力变化的快慢，留有足够的余地，因此，压力表的上限值应该高于工艺生产中可能的最大压力值。根据“化工自控设计技术规定”，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的2/3;测量脉动压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的1/2;测量高压时，最大工作压力不应超过测量上限值的3/5。一般被测压力的最小值应不低于仪表测上限值的1/3。从而保证仪表的输出量与输入量之间的线性关系，提高仪表测量结果的精确度和灵敏度。 ](3)考虑到原料甲醛具有腐蚀性介质，结合标准故应选用不锈钢膜片压力计，其技术指标: 精度等级:(0.6)公称直径 测量范围:0—1.6Mpa。 4.6 安全阀的选用 4.6.1 安全阀的简介 安全阀是最常用的一种安全泄放装置，所谓安全泄放装置就是为保证压力容器安全运行、防止容器超压的一种保险装置。压力容器应根据以下原则设置安全泄放装置。 (1)在连续操作系统中，如果有数个工作压力相同的容器连接在一起，而每个容器内的气体压力不存在单独升高的可能性时，则可以在连接这些容器的主管道，或在这些容器中选择一个，安装安全泄放装置。 (2)压力容器内由于发生化学反应而产生压力时，此容器必须单独装设安全泄放装置。 (3)压力容器内的介质压力因环境温度的升高，或因受热而增大时，容器也应单独装设安全泄放装置 (4)盛装或使用水蒸汽的压力容器，如果容器的最高许用压力小于蒸汽锅炉的压力，即蒸汽是经过减压以后输入容器时，应在容器上或减压阀的出口管线上装设安全泄放装置。 4.6.2 安全阀的结构与工作原理 安全阀的结构比较简单，它基本上由三部分组成:阀座、阀瓣、和加载机构。阀座和阀体有的是一个整体，有的是组装在一起的，它与容器连通，阀芯常连带有阀杆，它紧扣在阀座上。阀芯上面是加载机构。载荷的大小事可以调节的。当容器内额定压力在规定的工作压力范围以内时，内压作用于阀芯上的力小于加载机构施加在它背面上的力，两者之差构成阀芯与阀座之间额定密封力，即阀芯紧压着阀座，容器内的气体无法排出。当容器内的压力超过规定的工作压力达到安全阀的开启压力时，内压作用于阀芯上的力大于加载机构施加在它上面的力，于是阀芯离开阀座，安全阀开启，容器内的气体通过阀座排出，如果安全阀的排量大于容器的安全泄放量，容器内压力即逐渐下降，而且经过过短时间的排气后， 16 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 压力会很快降回至正常工作压力。此时内压作用于阀芯正面上的力又小于加载机构在它背面的力，阀芯又紧压着阀座，气体停止排出，容器保持正常的工作压力容器超压的。 4.6.3 对安全阀的要求 1)动作灵敏可靠，当压力达到开启时，阀芯即自动地迅速跳开，顺利的( 排出气体; (2)在排放压力下。阀芯应达到全开位置，并能放出规定的气量; (3)密封性能良好。不但在正常工作压力下应保持不漏，而且要求在开启排气并降压后能及时关闭，关闭后继续保持密封; 4.6.4 安全阀型式的选择 (1)按加载方式的不同，主要有杠杆式和弹簧式两种。杠杆式安全阀的特点是:加载衡定和可调;结构简单，但整体尺寸大;对高温热敏感性小，但易受振动而发生泄漏。所以杠杆式安全阀可用于压力低、温度高、无振动的场合。弹簧式安全阀具有结构紧凑、灵敏度高、类型多、对振动不敏感的优点。 综上所述，根据上篇的设计可选用弹簧式安全阀， (2)由于弹簧式安全阀的结构类型很多，所以在选用弹簧式安全阀时，在结构形式上需考虑以下几点: a:考虑采用全启式还是微启式安全阀 对于高压容器和安全泄放量大的中低压容器，最好采用全启式安全阀。因为排气量相同时，全启式安全阀的接口管直径比微启式要小得多。 b:考虑泄放的介质是易燃、有毒、污染环境，是否属于贵重气体等，以便确定是采用封闭式安全阀还是敞开式安全阀。 c:考虑阀芯是否需要用手操作的启闭装置，以便确定选用的安全阀是否需要带有扳手。 d:对于开启压力大于3MPa的蒸汽用安全阀或介质温度超过325度的气体用安全阀，应采用带散热器的。 4.6.5 安全阀的安装与调试 (1)安全阀装设的要点是能保证其正常工作，在容器超压时及时排气泄压。 (2)安全阀要垂直安装，装设位置应便于日常检查维修。 (3)封闭式安全阀应有排放导管将气体引到安全地点。 4.6.6 安全阀的代号 安全阀的代号遵循阀门代号的统一规定，不论什么用途的阀门，它们的代号都用七个单元表示。根据题目得已知条件以及安全阀选用的原则即可确定安全阀的型式与代号。如下: A42H16H DN25 17 第五章 开孔与补强 第五章 开孔与补强 5.1 满足容器开孔不补强的条件 根据GB150规定了不另行补强的最大开孔直径，即壳体开孔满足下列条件时可不另行补强 )设计压力小于或等于2.5MPa; (1 (2)相邻开孔中心的间距应不小于两孔直径之和的两倍; (3)接管直径小于或等于89mm; (4)接管最小壁厚应满足下表要求; 表5.1 接管公称25 32 38 45 48 57 65 76 89 外径mm 最小厚度3.5 4.0 5.0 6.0 mm 根据以上条件即可确定视镜口c、蒸汽进出口h、安全阀口l、真空口f、进料口g不需要另行补强。 5.2 升汽口a、进料口b、出料口k的补强计算 开孔补强通常按照等面积和极限分析法补强进行计算，常用等面积补强计算。GB150对有关等面积补强作了详细规定。 等面积补强计算的原则就是在有效补强范围内的补强金属截面积 要大于或等于开孔中心在壳体纵截面内因开孔而被削弱的金属面积， 等面积补强的具体步骤如下: (1)计算因开孔被削弱的金属截面积A A,d,，2,,(1,f) etr 2式中 A-----由于开孔所削弱的金属截面积，mm d-----开孔直径，圆形孔，d=d+2C i , -----圆筒开孔处的计算厚度 , ----接管有效厚度 et f -----强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比，r 当其大于1时。取1。 ,f,根据题目得d=50.6, =1.465, =3.3, =1 etr 2A,d,，2,,(1,f),50.6，1.46，0,74.13mmetr (2)确定有效补强范围 a:有效补强宽度B 有效补强宽度按下式计算，取两者中较大值， 18 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 B,2d,2，50.6,101.2 (1) B,d，2,，2,,50.3 (2) nnt 取两者中最大值故B=111.2 b:有效补强高度，分别取其中最小值 外侧高度 h,d,,12.91nt (1) h,接管实际内伸高度,100 (2) 1 内侧高度 h,d,,12.92nt (3) h,接管实际内伸高度,0 (4) 1 取两者中最小值故h=12.9,h=0 12 c:计算有效补强范围内补强面积A e Ae=A+A+A 123 A,(B,d)(,,,),2,(,,,)(1,f) 1eeter ,(101.2,50.6)(3.7,1.465),0,113.1 A,2h,(,,)f，2h(,,C)f 21ettr2et2r ,2，12.9(3.3,0.183)1，0,80.4 A为焊缝金属截面积，取焊缝高为6mm,故 3 12A,，6，6,363 2 2A,AA,A，A，A,229.5mm综上所述,由可知开孔不需要补强 e123e 19 第六章 釜体及夹套的水压试验 第六章 釜体及夹套的水压试验 6.1 釜体的水压试验 (1)试验介质及要求 供试验用的水一般为洁净的水，一般来说，液体温度不得低于5?，氯离子能破坏奥氏体不锈钢表面钝化膜，使其在拉应力作用下发生应力腐蚀破坏，因此奥氏体不锈钢制压力容器进行水压试验时，应控制水的氯离子含量不超过25mg/L。并在试验后立即将水渍清除干净。 (2)试验方法 a:试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽。 b:试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min，然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以对所有焊接接头和连接部位进行检查， 液压试验合格的标准是:无渗漏、无结构外观变形、试验过程无异常响声。标准 ,,540MPa抗拉强度下限的钢制容器，试验后表面无损检测未发生裂纹。 b c:对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后在悍夹套，然后进行夹套内的液压试验 d:液压试验完毕后。应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。试验过程中应保持容器观察表面的干燥。 (3)试验压力的确定 试验压力是即金星压力试验时规定容器应达到的压力，该值反映在容器顶部的压力表上，液压试验时的试验压力为 ,[]p,1.25ptt[], p式中 :液压试验压力 t p : 设计压力 [,] : 容器元件材料在试验温度下的许用应力，MPa t[,] : 容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa ,[]137p,1.25p,1.25，1.0，,1.25MPatt137[],故 (4)试验应力校核 ,p(D，)1.25，(400，3.7)tie,,,,68.2MPat2,2，3.7 e 20 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 查(不锈钢热轧钢板屈服强度统计表)得厚度4mm的0Cr18Ni9的屈 服极限为310MPa,故在常温水压试验时的许用应力为: 0.9,=0.9，310=279Mpa，故,<0.9,,因此满足水压试验要求。筒体厚度即可sts 确定为4mm。 6.2 夹套的水压试验 (1)试验介质及要求 供试验用的水一般为洁净的水，一般来说，液体温度不得低于5?，氯离子能破坏奥氏体不锈钢表面钝化膜，使其在拉应力作用下发生应力腐蚀破坏，因此奥氏体不锈钢制压力容器进行水压试验时，应控制水的氯离子含量不超过25mg/L。并在试验后立即将水渍清除干净。 (2)试验方法 a:试验时容器顶部应设排气口，充液时应将容器内的空气排尽。 b:试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30min，然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以对所有焊接接头和连接部位进行检查， 液压试验合格的标准是:无渗漏、无结构外观变形、试验过程无异常响声。标准 ,,540MPa抗拉强度下限的钢制容器，试验后表面无损检测未发生裂纹。 b c:对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后在悍夹套，然后进行夹套内的液压试验 d:液压试验完毕后。应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。试验过程中应保持容器观察表面的干燥。 (3)试验压力的确定 试验压力是即金星压力试验时规定容器应达到的压力，该值反映在容器顶部的压力表上，液压试验时的试验压力为 ,[]p,1.25ptt,[] p式中 :液压试验压力 t p : 设计压力 [,] :容器元件材料在试验温度下的许用应力，MPa t[,] : 容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa ,[]137p,1.25p,1.25，0.66，,0.825MPatt137[],故 (4)试验应力校核 ,p(D，)0.825，(400，3.7)tie,,,,45MPat22，3.7, e 21 第六章 釜体及夹套的水压试验 查(不锈钢热轧钢板屈服强度统计表)得厚度4mm的0Cr18Ni9的屈 服极限为310MPa,故在常温水压试验时的许用应力为: 0.9,=0.9，310=279Mpa，故,<0.9,,因此满足水压试验要求。筒体厚度即可sts 确定为4mm。 22 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 第七章 搅拌装置的选取 7.1 搅拌器、轴的选取 7.1.1 搅拌轴直径的确定 搅拌轴的材料常用45号钢有时还需要适当的热处理，以提高轴的强度和耐磨性。 搅拌轴受到扭转和弯曲的作用，其中以扭转为主，所以工程上采用近似的方法来确定搅拌轴的直径。 (1)搅拌轴的强度计算 对于实心轴有 P d,3653n[,] 式中: d------搅拌轴的直径，mm P------搅拌轴传递的功率,kW n------搅拌轴转速，r/min [,] -----降低后的材料许用应力 根据题目得 P1.533d,365,365,25.34mmn[]112，40, (2)轴的刚度计算 对于实心轴有 Pd,15374 Gn[,] 式中 G-------搅拌轴材料的剪切弹性模量 ,------许用扭转角对于一般传动去0.5-1.0 52，10MPa查常用钢材弹性模量表确定45钢的弹性模量为，取,=1.0 故实心轴直径得 P1.544d,1537,1537,24.7mm5Gn[],2，10，112，1.0 搅拌轴的直径应满足强度和刚度两个条件，取其中最大值。综上所诉可知实心轴应大于25mm。圆整为DN=30mm。 7.1.2 搅拌轴的临界转速 当搅拌轴的转速达到其自振频率时会发生剧烈振动，并出现很大的弯曲，这个速度称为临界转速，对于低速旋转的刚性轴一般不会发生共振，当搅拌轴转速大于200r/min时应临界转速的验算，根据题目知搅拌轴转速为112r/min，故不需要进行验算符合要求。 7.1.3 搅拌轴的支承 一般情况下，搅拌轴依靠减速机内的一对轴承支撑。但是由于搅拌轴往往较长而且悬伸在反应釜内进行稳定，悬臂轴长度L、搅拌轴直径d、两轴承间的距1 离关系应满足以下条件 L1,4~5 B 23 第七章 搅拌装置的选取 L1,40~50 d 7.2 搅拌器的选用 搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮等，它是机械搅拌设备的关键部件。在搅拌设备的机械工程设计以及新型搅拌设备的开发中，搅拌器的选型是十分重要的。一般，搅拌器的选型应从以下几方面考虑，?有类似应用，且搅拌效果较满意的可选择相同搅拌器;?生产过程对搅拌有严格要求又无类似搅拌器型式可参数时，则应对工艺、设备、搅拌要求、经济性等作全面评价，找出操作的主要控制因素，选择合适的搅拌器型式;?生产规模较大或新开发的搅拌设备，需进行一定的试验研究，寻求最佳的搅拌器型式、尺寸及操作条件，并经中试后才能应用于工业装置中。 根据反应釜内的介质特性及状态可选用推进式搅拌器。推进式搅拌器(又称船用推进器)常用于低黏流体中，标准推进式搅拌器为三瓣叶片，其螺距与桨直径相等。搅拌时，流体由桨叶上方吸入，下方以圆筒状螺旋形排出，流体至容器底再沿壁面反至桨叶上方，形成轴向流动。推进式搅拌器搅拌时流体的湍流程度不高，但循环量大。如果容器内设挡板、搅拌轴偏心安装或搅拌器倾斜时，可防止漩涡形成。 推进式搅拌器结构简单，制造方便，适用于粘度低、流量大的场合，利用较小的搅拌功率通过高速旋转的桨叶能获得较好的搅拌效果。主要用于液-液体系混合、温度均一，在低浓度固-液体系中防止淤泥沉降等。推进式搅拌器的循环性能好，剪切作用不大，属于循环型搅拌器。 推进式搅拌器的直径较小，桨叶直径d对容器内直径D之比一般为1/3左右。故根据釜体DN=400mm可取桨叶直径d=150mm。查文献[8]得推进式搅拌器的主要尺寸。 d d1 d2 a h 键槽 N/n 重量/kg Dj ,, 12? b t 碳钢/不锈钢 150 30 60 M12 49?45 8 33.3 12/10 6/5 1.23/1.16 2′ 24 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 第八章 传动装置的选用 8.1 电动机的选用 8.1.1 电动机选用的基本原则 (1)根据搅拌设备而定负载性质和工艺条件对电动机的启动、制动、运转、调速等要求，选择电动机类型。 (2)根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，合理选择电动机容量，并确定冷却通风方式。同时选定的电动机型号和额定功率应满足搅拌设备开车时启动功率增大的要求。 (3)根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯和腐蚀及易燃易爆气体等，考虑必要的防护方式和电动机的结构型式，确定电动机的防爆等级和防护等级。 (4)根据企业电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级。 (5)根据搅拌设备的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求，以及机械减速的复杂程度，选择电动机的额定转速。 8.1.2 电动机额定功率的确定 搅拌设备的电动机功率必须同时满足搅拌器运转及传动装置和密封系统功率损耗的要求。此外还要考虑在操作过程中出现的不利条件造成功率过大等因素。 电动机额定功率可按下式确定 P'，PsP,N, P 式中-------电动机功率 N --------搅拌器功率 P' P --------轴封装置的摩擦损失功率 s , ---------传动装置的机械效率 选用摆线针轮传动，效率大于0.9.机械密封的功率损失约为0.15Kw. P'，P1.5，0.15sP,,,1.8kWN, 0.91 故取电动机额定功率为2.2kW 8.1.3 电动机防护型式的型式 搅拌设备传动轴的驱动电动机一般均与变速器相连，考虑到运行操作和维护的安全性，较少采用无防护的开启式电动机。一般情况下都进行电动机防护型式选择。根据介质易燃、易爆的特性可选择封闭式IP44电动机外壳。其功能是可以在尘土、风雨、潮湿及有爆炸性气体或粉尘的环境中使用。 8.1.4 电动机型号的标记及相关尺寸 电动机额定功率2.2kW,额定电压380V,额定频率50Hz，额定转速710r/min.选型 YB-132S-8 查文献[9](GB/T3836.2-2000)得其安装尺寸 机座级安装尺寸 外形尺寸 号 数 A A/2 B C D E F G H K AB AC AD HD L 25 第八章 传动装置的选用 132S 8 318 159 305 133 55 110 16 49 200 19 395 420 315 476 775 8.2 减速机的选用 8.2.1 釜用立式减速机的选用原则 (1)应优先考虑选用标准减速机以及专业厂生产的产品。 (2)应考虑减速机在振动和载荷变化情况下工作的平稳性，并连续工作，一般选择传动效率较高的齿轮或行星摆线针轮减速机。 (3)出轴旋转方向要求正反双向传动的，不宜选用蜗轮蜗杆减速机。 (4)对于易燃、易爆的工作环境，一般不采用带传动减速，否则必须有防静电措施 (5)搅拌轴向力原则上不应由减速机轴承承受，若必须由减速机承受时，徐经验算核定。 6)减速机额定功率应大于或等于正常运行中减速机输出轴的传动效率，( 同时还必须满足搅拌设备开车时启动轴功率增大的要求。 (7)输入轴转速应与电动机转速相匹配，输出轴转速应与工作要求的搅拌转速相一致。当不一致时，可在满足工艺过程的前提下相应改变简便转速。 (8)输入和输出轴相对应位置的选择应适合釜顶会釜底传动布置的要求。 (9)外形尺寸要满足安装及维修的要求。釜顶传动装置。一般采用单台立式传动机构。 (10)选用减速机应对使用环境、工厂制造水平、检修能力、造价高低以及其他特殊要求等因素进行综合考虑。 8.2.2 减速机的型号、尺寸及标记 采用XL系列摆线针轮减速机，该机具有体积小、质量轻、传动比大、传动效率高、故障少、使用寿命长、运转平稳可靠、拆卸方便、容易维修，以及承载能力强、耐冲击、惯性力矩小、适用于各种场合。 减速机的型号标记 XL84 E YB 2.2-84-275 Q 减速机的外形安装尺寸 机输出轴连接尺寸 轴承间输入轴连接尺寸 外形安装尺寸 型距 夹壳型 号 d b h dbh1 e1 D1 D2 D3 H2 H E R M0 n-d0 1 1 e H1 G F XL 1813 2 4945404463 M1 12,,1884 90 25 95 180 0 5 44 2 6 24.5 40 0 0 0 8 8 30 6 6 8.3 凸缘法兰的选取 凸缘法兰一般悍于搅拌容器封头上，用于连接搅拌传动装置，也可兼作安装、维修、检查用孔。根据介质的耐腐蚀性，凸缘法兰选用整体结构或衬里结构，其公称直径为DN200-900mm，密封面型式有突面(R或LR)和凹面(M或LM)两种，其中LR和LM为衬里结构的密封面型式。适用于设计压力PN=-0.1, 26 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 1.6MPa、设计温度-20,300?的搅拌设备。 根据釜体的直径及凸缘法兰的结构特征查文献[10](HG 21564)选用公称直径为200mm的突面凸缘法兰。 凸缘法兰结构尺寸表 凸缘法兰公 螺栓 质量/Kg 称直径DN d1 d2 k d3 d4 h1 h2 h4 d5 R1 R2 n-M 整体不不锈钢 锈钢 衬里 200 200 340 292 220 245 34 65 4 8-M20 22 4 2 19 21 有上可知，凸缘法兰的标记为:HG21564 法兰R200-0Cr18Ni9 8.4 安装底盖的选取 8.4.1 安装底盖的型式选取 安装底盖采用螺柱等紧固件与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。根据结构、密封面型式以及搅拌轴的安装型式选取安装底盖的型式。适用于设计压力PN=-0.1,1.6MPa、设计温度-20,300?的搅拌设备，用以支承机架、填料箱、机械密封的部件。 密封面型式 搅拌轴的安装型式 突面(R) 凸面(M) 整体 衬里(L) 整体 衬里(L) 上装式(S) RS LRS MS LMS 下装式(X) RX LRX MX LMX 搅拌轴的安装型式可分为上装式和下装式，一般情况下，应选用上装式，密封面型式为突面整体。由以上条件即可确定安装底盖的型式为RS。 8.4.2 安装底盖外形尺寸的确定 安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同;故公称直径DN=200mm，查标准HG 21565确定安装底盖的外形尺寸 安装底盖外形尺寸 底盖公机架公d2 k 螺柱孔 D6 k1 螺纹孔 S 称直径 称直径 (h7) n-d5 n2-M2 200 200 340 295 8-22 245 - - 40 传动轴轴径 d9 k2 螺纹孔 d (H7) n3-M3 30 11O 145 4-m16 8.4.3 密封垫片与紧固件 (1)安装底盖与凸缘法兰、轴封之间的密封垫片选用石棉橡胶垫片(代号XB)、柔性石墨复合垫片(代号G)，以及聚四氟乙烯包覆垫片(代号F4)，并应分别符合HG 20627、HG 20629、HG 20628标准规定。 (2)安装底盖、凸缘法兰、轴封的连接紧固件应符合HG 20634的有关规定，螺柱材料选35号钢，螺母材料选25号钢。 (3)安装底盖与机架的连接紧固件按HG 21566、HG 21567标准的有关规定。 8.4.4 型号标记 上装式突面安装底盖，公称直径200mm、机架公称直径200mm、传动轴轴 27 第八章 传动装置的选用 径30mm、底盖材料0Cr18Ni9、垫片为石棉橡胶垫片，其标记为 HG 21565 底盖 RS 200-200-30-0Cr18Ni9-XB 8.5 机架的选用 立式搅拌设备传动装置是通过机架安装在搅拌设备封头上的，机架内应留有 足够的位置，以容纳联轴器、轴封装置等部件，并保证安装操作所需要的空间。 机架的型式可分为无支点支架、单支点支架和双支点支架。当具备下列条件 之一时，可选用单支点支架: (1)电动机或变速器有一个支点，经核算可承受搅拌轴的载荷; (2)设置底轴承作为一个支点; (3)轴封本体可以作为支点的轴承; (4)在搅拌设备内，搅拌轴中部设有导向轴承，可以作为一个支点; 选取XD形单支点支架。 1)XD型单支点机架减速机输出轴用DF型联轴器与搅拌轴连接 ( (2)机架分A型(轴封可采用2001、2003、2004、2006、2008型机械密 封)和B型(轴封可采用2002、2005、2007型机械密封或506、516、606、616 型填料箱) (3)本系列采用DF型联轴器及安装底盖的搁轴装置，可以不拆除减速机 和机架的条件下，在机架的侧面窗口就可以拆出DF型联轴器、轴承室及机械密 封或填料箱。 (4)型号标记为 XD1-30 A 18 Z 查文献[11](HG/T 3139.1 釜用立式减速机型式和基本参数)即可确定XD型 单支点的主要尺寸。 机机传动传动减速输出端接口 外形及其他尺寸 架架轴轴轴上机输轴承 A型 D7 H8型公径d1 端轴出轴型号 D4 D5 D6 n2-d0 f2 H3 H4 H5 f7号 称径径 H H1 H2 直d0 径d XD1 200 30 20 18 245 295 340 6 575 220 415 17 24 85 180 46209 8,,22 机架机架传动传动传动轴轴端尺寸 型号 公称轴轴轴上 bbb 直径 径d 端轴M0 d2 d3 d4 h1 h2 h3 h4 L1 L0 L2 1 0 2 t1 t0 t2 径d1 M25 16 XD1 200 30 20 ×25 22.8 22 97 3 15 48 40 23 30 6 5 5 .5 21 22 1.5 8.6 联轴器的选用 联轴器是用来连接轴与轴或轴与其他回转件，并传递运动和扭矩的。联轴器 随连接的不同要求有各种不同的结构，可分为刚性联轴器与弹性联轴器。 搅拌轴分段时，其自身连接必须采用刚性联轴器;搅拌轴与减速器或电动机 28 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 的轴间联轴器一般应按以下原则选取: (1)采用无支点支架，并且除电动机或减速器支点外无其他支点时，必须采用刚性联轴器; (2)在传递较小功率和较小轴承载荷的情况下，可采用刚性联轴器用于无中间轴承、底轴承和轴封上也不设轴承的单支点机架上; (3)具备下列条件之一时，应选用弹性联轴器:a.采用双支点支架者;b.采用单支点机架，但设置了底轴承或设有中间导向轴承或轴封本体设置了可以支承的轴承者。 根据机架选用XD1单支点机架，故选用DF刚性凸缘联轴器(A型短节)查标准可得其他尺寸 孔 DF系列 径D1 D2 D3 D4 D5 n-dm d0 L3 L4 L5 A型 ,M3，l3l2 1 dg H L 30 115 90 55 48 40 18 4-M8 M8 M6×16 50 20 61 56 272 155 8.7 轴封的选用 8.7.1 轴封的简介及初步选定 轴封即搅拌设备传动轴的密封装置，是搅拌设备的一个重要组成部分。其功能是保证搅拌设备内处于一定的正压或真空状态，阻止或减少工作介质向外泄露以及外界杂质进入内部工作系统。 由于使用环境的特殊性，不是所有的动密封装置都适用于搅拌设备。搅拌设备常用的轴封结构有液封、填料密封和机械密封等三种型式。其中，液封的使用范围较窄，一般适用于工作介质为非易燃易爆或毒性程度轻度危害，设备内工作压力等于大气压力，且温度范围在-20,80?的场合。填料密封是搅拌设备较早采用的一种转轴密封装置，具有结构简单、制造要求低、维护保养方便等优点。但其填料易磨损，密封可靠性差，一般只适用于常压或低压低转速、非腐蚀性介质，并允许定期维护的搅拌设备。机械密封的泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长无需经常维修且能满足生产过程自动化和高温、高压、高真空、高速以及各种易燃、易爆、腐蚀性介质的密封要求。 根据题目中的介质易易爆、有轻微腐蚀性的特性即可确定选取机械密封。 8.7.2 机械密封选型原则 (1)根据工作参数选型 根据p值的大小可以初步确定是否选择平衡式的结构以及平衡程度。当介质粘度高、润滑性能好，p?0.8MPa，或者低粘度、润滑性较差的介质，p?0.5MPa时，通常选用非平衡式，p值超过上述范围时，应考虑选用平衡式结构。 根据t值大小可确定辅助密封圈的材料、密封面的冷却方法及其辅助系统，温度t在0-80范围内，辅助密封圈通常选用丁腈橡胶O形密封圈，温度在-50t150时，根据介质腐蚀性强弱，可选用氟橡胶、硅橡胶或聚四氟乙烯成形填料密封圈。 (2)根据介质特性选型 腐蚀性较弱的介质，通常选用内置式机械密封，其端面受力状态和介质泄漏方向都比外置式合理。易燃、易爆、有毒介质，为了保证介质不外漏，应该采用有封液的双端面结构。 (3)针对搅拌设备特点选型 设计时应优先选用现行的标准机械密封，并根据搅拌设备在操作系统的使 29 第八章 传动装置的选用 用、安装及检修等特点，尽可能采用外置式机械密封。 机械密封推荐选型 压力等级 介质 介质温度 推荐密封型号 流程号 ?80? 2003/2004/2005 流程6、7 一般性介质 2006/2007/2008 流程5、6 1.6MPa ,80? 2003/2004/2005 流程2、3 2006/2007/2008 流程1、2 易燃、易爆、有?80? 2003/2004/2005 流程7、8 毒 ,80? 流程3、8 机械密封结构型式、型号和参数 结构 压力等 介质端材型号 级 适用温度 料 轴向双端面 非平平衡 内置 单端衡 轴承 径向 轴向 面 2003 ? ? 1.6 -20,300 碳钢、不 锈钢 机械密封结构件常用材料组合 介质温度 介质环 弹簧 结构大气侧 性质 件 旋转环 静止辅助密旋转环 静止辅助密封 环 封圈 环 圈 丁腈橡 一般 ?80? 碳化胶(P) 铬镍铬钢石墨浸 丁腈橡胶 石墨浸钨(U) 钢(E) (E) 渍树脂 (P) ,80? 氟橡胶 渍树脂(Bq、碳化 (V) (Bq、Bk、Bh) 钨(U) ?80? 橡胶包铬镍铬镍 Bk、Bh) 强腐碳化覆聚四钼钢 钢(F) 氟橡胶 蚀 硅(O) 氟乙烯(V) ,80? (M) 综上所述，根据介质易燃、易爆以及以上原则查标准HG 21571即可确定机械密封的结构型式、型号及其他参数。其标记为 HG 21571-95 MS-2003-030-BqUVEEBqUP 机械密封外形尺寸 轴径d D D1 D2 螺柱孔 L1 封液进 出口 ,n 30 175 145 110 4 18 135 G1/2″ 30 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 第九章 支座的选取 9.1 支座的选型、标记及尺寸 9.1.1 支座的选型 支座用来支承容器及设备的重量、固定容器与设备的位置，在某种场合下还要承受设备操作时的振动载荷、地震载荷以及风载荷的作用，并使容器在操作中保持稳定。支座的结构型式由容器自身的型式决定，常用的支座有卧室支座、立式支座和球型容器支座三大类。其中立式容器又分为腿式支座、耳式支座、支承式和裙式支座四种， 根据釜体的直径以及空间布置，选用耳式支座，耳式支座广泛应用于中小型立式设备，它由底板、筋板、垫板和盖板组成，结构简单轻便，但对支座处的器壁产生较大的局部应力。按筋板长度的不同，耳式支座有短臂、长臂和加长臂，其机构形式特征如下: 型式 支座号 垫板 盖板 适用公称直径 /mm 短臂(A) 1,5 有 无 300,2600 6,8 有 1500,4000 长臂(B) 1,5 有 无 300,2600 6,8 有 1500,4000 加长臂(C) 1,5 有 有 300,1400 6,8 1000,4000 9.1.2 支座的标记 B型，1号耳式支座，支座材料号为0Cr18Ni9，垫板材料为0Cr18Ni9，标记为 JB/T 4712.3-2007，耳式支座B1-? 9.1.3 支座的尺寸 根据耳式支座的型号即可确定其的外形及安装尺寸，如下 支允许载荷 公称直高底板 筋板 垫板 盖螺栓 质 座/KN 径/mm 度 板 量 号 H /kg Q235A d 规 elb,lb,slb,b 33311112224 0Cr18Ni9 格 1 10 300-600 125 100 60 6 30 160 70 5 160 125 6 20 30 24 M20 2.5 31 第九章 支座的选取 9.2 支座的校核 (1)计算罐体总质量 储罐总质量即: m,m，3m，m，m，m 12345 3m-筒体质量: m,,DL,,,3.14，0.4，0.45，4，7.93，10,179.28Kg110 m-单个封头的质量: m=7kg 22 3m-充液质量:，水压试验充满罐体,取， ,,,,,1000kg/m3甲水水 ,,223，即V,V，2V,DL，2V,，0.4，0.45，2，0.015,0.087mi044 m,,v,87kg 3水 m-附件质量:接管与法兰质量总和约取100kg。 43m-夹套的质量: m,,DL,,,3.14，0.5，0.25，4，7.93，10,124.50Kg510 综上所述 m,m，2m，m，m，m,179.28，21，87，124.50，100,511.78kg12345 (2)取3个支座，即n=3，故: mg511.78，9.8 Q,,,1671.8N,1.67KNn3 每个鞍座只承受1.67KN负荷，由标准JB/T4712.2-2007得在允许载荷(在H 高度下)Q=10KN，故校核成功。 0 32 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 第十章 焊接结构设计 10.1焊接结构设计的一般要求: (1)合理选材 在满足使用结构性能要求的前提下，尽量选用焊接性能好、价格便宜的材料，如低碳钢、低合金钢对于各种焊接方法都具有优良的焊接性，是焊接结构最常用的材料。普通热轧钢材比冷轧刚材便宜，在满足结构使用性能情况下，应优先选择热轧钢材。镇静钢比沸腾钢含杂质少，焊接不易产生气孔、裂纹等工艺缺陷，重要结构(如低温下承受动载荷、冲击载荷的结构)应优先选择镇静钢。设计中应尽量可能不用或少用贵重金属材料，根据结构各部位的工作条件和性能要求，选配最适宜的材料。尽可能利用型材、锻件和冲压件代替板材拼焊。对于本次设计的工作环境为实验室故选用了奥氏体不锈钢进行焊接具体见6.3。 (2)保证焊接结构具有足够的强度、钢度以及适应于实际运行工作条件下的其他性能要求(如高温、低温、压力、腐蚀、冲击和磨蚀等)，并在结构有效期限内稳定。 (3)应使焊接接头的变形和应力减至最小，避免产生过大的应力集中现象。 (4)合理选择焊接 在满足焊接质量的前提下，尽量选用工艺简便、成本 2低的焊接方法(如手弧焊、CO电弧焊和气焊等)。注意采用焊接新技术、新工艺。 (5)应使焊接施工和焊后热处理易于进行，保证施工质量。尽量减少焊接工作量和辅助工作量(如坡口的加工处理、夹具的设计制造的等)。 (6)焊接接头处应便于进行质量检测，以保证结构的安全可靠。 10.2焊接的方法: 2生产中常用的方法是手工电弧焊、氩弧焊和埋弧自动焊。CO气体保护焊，因合金元素氧化烧损和增碳，一般不宜采用。 (1)手工电弧焊 手工电弧焊是奥氏体不锈钢中应用最多的焊接方法，一般用直流弧焊机，并用反接。焊接电流一般比碳钢小20%左右。 手工电弧焊应注意选用焊条。奥氏体不锈钢焊条有碱性低氢型药皮和钛钙型酸型药皮两种。前者抗裂性良好，但工艺性差，电弧不稳定，飞溅多，脱渣性不好，焊波较粗糙，对腐蚀不利。相反，后者工艺性好，焊波平滑，利于腐蚀，但抗裂性差。实际生产中大多着眼于工艺性，因此大都采用钛钙型酸型焊条。 (2)埋弧自动焊 奥氏体不锈钢的埋弧焊，一般用于6mm以上厚度钢板焊接。故不适合本次设计。其生产效率高，劳动条件好，但易产生弧坑热裂纹，对腐蚀不利，对于埋弧焊焊剂的选择需注意防止热裂纹的产生。 (3)氩弧焊 目前氩弧焊已广泛应用于不锈钢焊接，其优点也是熔池保护好，焊缝质量可靠。电弧热量集中，焊件变形小。 本设计中采用手工电弧焊，采用钛钙型酸性焊条。 10.3 坡口型式的选择 开坡口的目的是:(1)保证电弧深入到工件根部，使根部焊透，同时便于清渣;(2)调节母材和填充金属的比例，以便获得焊缝 的最佳成分;(3)在坡口内保留钝边是为了防止烧穿。根部留间隙也是为保证根部能焊透。 33 第十章 焊接结构设计 坡口形式的选择主要考虑以下因素: (1)要保证焊透，焊条电弧焊时，板厚在6mm以下，可用I形坡口双面焊即可焊透，6mm以上则需开V形或U形等形式的坡口。板厚在18mm以下可采用I形坡口双面焊，当板厚大于18mm以上时，则需开单V或双V、单U或双U形坡口。 (2)坡口形状要便于加工。I形坡口与V形坡口可用气割和等离子切割加工。而U形坡口则需机械加工才能达到尺寸要求。 3)尽可能提高生产率、节约焊条。在相同板厚的条件下。开不同形式坡( 口的焊条消耗量，按由低至高为双U-单U-双V-单V形坡口。 (4)焊后焊件变形尽可能小，单V坡口焊后容易产生变形，双V坡口产生的焊后变形比单V形坡口要小。 (5)双面坡口有对称的，有不对称的。双面布对称坡口常应用于以下场合:需要清焊根的焊接接头，为做到焊缝两侧的熔敷金属量相等，清根一侧的坡口要设计的小些;固定接头必须仰焊时，为减少仰焊的熔敷金属量，应将仰焊一侧的坡口设计的小些;为防止清根后产生根部深沟槽，浅坡口一侧的坡口角度应增大。 (6)对于不同被焊钢材，其坡口要求应有区别。对于普通碳钢，因它对焊接热不甚敏感，故可采用高级能量的焊接规范，为便于操作，坡口的截面就应大 些。但对于不锈钢，坡口截面就应小些。 综上所述，根据材料为不锈钢且厚度为4mm，故选用I形坡口。 10.4 焊接变形与防护 (1) 焊接变形 最常见的焊接变形有六种形式。一是钢板对接后产生了长度缩短和宽度变窄的变形。二是钢板V形坡口对接焊，焊后产生角变形。三是焊接丁字梁以后发生的弯曲变形。四是薄板拼接后的波浪变形。五是工字梁焊后的扭曲变形。六是平板拼焊后的错边变形。焊接变形是因为在焊接过程是对焊件进行了局部的、不均匀的加热i，焊接以后焊缝和焊缝附近的受热区金属都发生了缩短。这种缩短主要表现在两个方向上:即沿焊缝长度的纵向缩短和垂直于焊缝长度方向的横向缩短。正是由于这两个方向上的缩短。造成了焊接结构的各种变形。 (2)控制焊接残余变形的措施 ?设计措施 a:选用合理的焊缝尺寸和形式;b:尽可能减少焊缝的数量;c:合理安排焊缝位置。 ?工艺措施 a:反变形法;b:刚性固定法;c:选用合理的焊接方法和规范; d:选用合理的装配焊接顺序 10.5焊接的顺序确定: 根据文献[12]确定罐壁焊缝的布置 在压力容器简体结构中，不允许环缝和纵缝呈十字形相交的焊缝。必须将相邻俩焊缝错开。这样大型的拼版构件可以看成由若干T字形对接焊缝焊接而成。 34 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计—反应釜的设计 10.5.1 罐底的焊接顺序 1)边缘板与罐壁的焊接，顺序是先焊边缘板上的对接焊缝，再焊接边缘板与罐壁最下一圈板之间的环形角焊缝，最后焊边缘板的搭接焊缝。 2)收缩焊缝的焊接时中幅板与边缘板之间的对接焊缝，它的焊接必须是除了配工件处整个储罐的最后一道工序。 10.5.2 罐顶的焊接顺序 (1)先焊内侧的断续焊缝，后焊外部的连续焊缝。 (2)连续焊缝应先焊环向短焊缝，此缝的施焊应由中心向外并采用分段退焊。 (3)顶板和包边的角钢的环缝，应由几名焊工均匀分布，站在同一方向分段退焊。 10.5.3 罐壁的焊接顺序 先焊最厚板材之间的短焊缝，既纵焊缝，然后焊底圈壁板与底边缘板之间角焊缝。立焊采用手工电弧焊完成，，应在底圈罐壁板纵焊缝后再焊，包边角钢自身连续必须采用全焊透的对接。壁对接焊时要对齐。 焊接材料选用表 焊接方法 焊条/焊丝 焊剂 埋弧焊 H0Cr21Ni10 HJ260 手工电弧焊 E308-16 A102 35 参考文献 参考文献 文献[1]:王秉骞《化工设备-常用钢材许用应力》 化学工业出版社 2009.7 文献[2]: GB_150-1998《钢制压力容器》 中华人民共和国国家标准 文献[3]: 王秉骞《化工设备-外压圆筒几何参数计算图》 化学工业出版社 文献[4]: 王秉骞《化工设备-外压圆筒厚度计算图》 化学工业出版社 2009.7 文献[5]: 陈志平《搅拌与混合设备设计手册》 化学工业出版社 2004.4 文献[6]: JB/T4701-2000《压力容器法兰》 文献[7]: HG20593-1997《钢制管法兰》 文献[8]: 推进式搅拌器的主要尺寸 文献[9]: GB/T3836.2-2000《电动机的型号及尺寸》 文献[10];HG 21564 《凸缘法兰》 文献[11]:HG/T 3139.1 《釜用立式减速机型式和基本参数》 过程设备焊接结构》 唐委校编 北京:化学工业出版社 2010.6 文献[12]:《 36 总结 总结 随着毕业设计的完结，我的大学生活也将走向终点，即将告别我伟大的母校走向社会，没有老师的关心也没有同学的关爱，只有我独自一人在外漂泊、奋斗着，心中不免感慨万分。 经过一个月的忙碌和学习，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个应届毕业生来说，毕业设计对我们来说是非常的陌生，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，但经过自己不懈的努力和老师悉心的教导下。我们还是将设计顺利的完成了。在这里首先要感谢我的导师王老师。老师平日里工作繁忙，但在我做毕业设计的每个阶段，从课题的选择到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查等整个过程中都给予了我悉心的指导。除了敬佩老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢和我一起作毕业设计的其他同学，他们在设计中勤奋工作，用于克服困难的精神也深深感染了我。 三年的大学生活即将结束，感谢曾经教育我的每一位老师，他(她)们传授我的不仅仅是知识，还有许多为人处事的道理，让我获益良多。最后感谢我的母校，给我提供了一个这样好的学习和生活环境。祝徐州工业职业技术学院越办越好为社会培养更多的人才;祝各位老师工作顺利，身体健康 37