发布时间 : 星期四 文章毕业设计—年产10000吨甲基丙烯酸甲酯(MMA)工艺设计讲解更新完毕开始阅读e5f7947b7275a417866fb84ae45c3b3566ecdd46
δd=PDj/(2[σ]tФ-P)+C=0.72×3000/(2×113×0.85-0.72)+1.6=12.89mm 标准椭圆封头的壁厚附加量也只考虑C1 和C2，加工成型的减薄量由制造厂根据加工条件来确定，以保证壁厚符合图纸数值，设计计算时可不作考虑，取C1=0.6mm，C2=1mm,标准椭圆形夹套封头的壁厚为：
δd=PDj/(2[σ]tФ-P)+C=0.72×3000/(2×113×0.85-0.72)+1.6=12.89mm 圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准，选取夹套的筒体和封头的壁厚均为δn=13mm。
（4）确定内筒的材料及壁厚
酯化釜选择材料为搪瓷釜，筒体受内压取设计压力为P=0.10MPa，设计温度为75℃，参考前面计算夹套壁厚结果，可知按强度计算内筒的壁厚约8mm，而筒体又受外压作用，按设计外压P= 0.72MPa，所得壁厚必大于内压设计的壁厚，则按外压稳定设计的壁厚，一定能满足内压强度的要求，可不再作内压设计。
考虑到内筒筒体按外压设计，搪瓷釜受单面腐蚀作用，可初选筒体壁厚δn=13mm,并取C1=0.8mm,C2=1mm,筒体有效壁厚δe=δn-C=11.2mm,
D0/δe=(2800+13×2)/11.2=252.32
内筒受外压作用的计算长度L为被夹套包围的筒体部分加凸型封头高的1/3 L≈Hj+h2+h1/3=3000+40+740/3=3287mm L/D0=3287/2800=1.17
查文献[8]图9-7，由D0/δe=252.32 和L/ D0=1.17查得系数A=8.0×10；再查文献[ ]图9-8，由系数A查得系数B= 100MPa。
筒体的许用外压为
[P]=B/( D0/δe)=100/252.32=0.4MPa＞P=0.3MPa
因为[P]＞P，且比较接近，所以取筒体δn=13mm，此时外压稳定和内压强度均能满足要求。
选取筒体下封头壁厚δn=13mm，壁厚附加量中C1=0.8mm, C2=1mm，所以筒体下封头的有效壁厚δe=δn-C=13-1.8=11.2mm；标准椭圆形封头的外压计算当量球面半径Ri=KDi=0.9×2800=2520mm，计算系数A为
A=0.125/(Ri/δe)=0.125/(2520/11.2)=5.56×10
查文献[8]图9-8，由系数A查得系数B＝170 MPa，许用外压为 [P]=B/( Ri/δe)=170/(2520/11.2)=0.76MPa＞P=0.3MPa 取筒体下封头壁厚δn=13mm，符合外压稳定和内压强度要求。 (5) 水压试验及其强度校核
内筒体水压试验压力由PT =P+0.1=0.20MPa，PT=1.25P=0.125MPa,取二者中较大值，取PT=0.2MPa；夹套水压试验压力由PT =P+0.1=0.82 MPa，PT =1.25P=0.9 MPa
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取夹套水压试验PTj =0.9MPa。
内筒水压试验时壁内应力
σT =PT[Di +(δn-C)]/[2(δn-C)Ф]
=0.2[2800+(13-1.8)]/[2(13-1.8)×0.85]=29.53 MPa
σ
Tf
=PT[KDi +0.5(δn-C)]/[2(δn-C)Ф]
[2(13-1.8)×0.85]
=0.2[0.9×2800+0.5×(13-1.8)]/=26.53 MPa
夹套水压试验是壁内应力
σTj=PTj[Di +(δn-C)]/[2(δn-C)Ф] σ
=0.9[3000+(8-1.6)]/[2(8-1.6)×0.85]=248.69MPa
Tjf
=PTjf[KDj +0.5(δn-C)]/[2(δn-C)Ф]
=0.9[0.9×3000+0.5×(8-1.6)/ [2(8-1.6)×0.85] =223.61MPa
因搪瓷在常温时σS=1000MPa 0.9σS=0.9×1000MPa=900MPa
可见水压试验时内筒、夹套壁内应力都小于0.9σS，水压试验安全
5.1.3 反应釜的附属装置
根据工艺条件要求，查手册，选取搅拌器外径2500mm，搅拌轴直径d=35mm 的框式搅拌器。选择搅拌轴材料为45钢，查手册45钢的许用扭应力 [σ]=30-40 MPa,计算系数A=118-107,则搅拌轴的直径为
d=A(P/n) 1/3=(118-107)×(1.4/50) 1/3=(35.8-32.5)mm
考虑物料对轴的腐蚀作用，根据手册，选取搅拌轴的直径为35mm。 选用釜用立式减速机，按照搅拌功率，查手册,选电动Y180M-2,额定功率为22kw,转速为3000r/min,符合搅拌要求。
5. 2 酯化反应釜设计
5.2.1 设备设计条件
①工作压力：釜内≥0.085MPa，夹套≤0.65MPa ②工作温度：釜内75-100℃，夹套≤150℃
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③介 质：釜内为溶液，夹套内为水蒸气，中度腐蚀 ④全容积 ：22m3
5.2.2 筒体和夹套的设计
（1）确定筒体的直径和高度
设备容积为22m3
对液相类型选型长径比H/Di=1.4。 估算筒体的内径：
Di=｛4V/[π·(H/Di)]｝=[(4×22)/(3.14×1.4)]=2.72m
计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体内径Di=2800mm,册,Dg=2800mm标准椭圆封头曲面高度h1=740mm,直边高度h2=40 mm, 封头容积Vh=3.12m3，表面积Fh=8.85m2。由手册查得，每一米高的筒体容积V1=6.158m3，表面积F1=8.80m2
H=(V-Vh)/ V1=(22-3.12)/6.158=3.07m 筒体高度圆整为H=3100mm
（2）确定夹套的直径和高度
对于筒体内径Di＝2800mm,夹套的内径Dj=Di+200, 因此Dj=2800+200=3000mm，符合压力容器公称直径。
估算夹套的高度Hj=(ηV-Vh)/ V1=4 (V0- Vh )/( π·Di2)
=4(22×0.85-3.12)/(3.14×2.82)=2.53m
选取夹套高度Hj=2600mm，则H0≈H-Hj=500mm，这样是便于筒体法兰螺栓装拆。 验算夹套传热面积 F=F1Hj+Fh=8.80×2.8＋8.85=33.49m2 （3）确定夹套的材料和壁厚[]
选用Q235-A为夹套材料，查手册对板厚为4.5-16mm时，得Q235-A设计温度为150℃的许用应力[σ]t=113MPa，夹套加热蒸汽系统装有安全阀，选取夹套设计压力P=1.1Pw,即P=0.72MPa。夹套筒体与内筒的环焊缝因无法双面焊和作相应的探伤检查，从安全考虑，夹套上所有焊缝均取焊缝系数Ф=0.85，取壁厚附加量中的钢板厚度负偏差C1=0.6mm，单面腐蚀取腐蚀裕量C2=1mm.
夹套的壁厚为：
δd=PDj/(2[σ]tФ-P)+C=0.72×3000/(2×113×0.85-0.72)+1.6=12.89mm 标准椭圆封头的壁厚附加量也只考虑C1 和C2，加工成型的减薄量由制造厂根据加工条件来确定，以保证壁厚符合图纸数值，设计计算时可不作考虑，取C1=0.6mm，C2=1mm,标准椭圆形夹套封头的壁厚为：
δd=PDj/(2[σ]tФ-P)+C=0.72×3000/(2×113×0.85-0.72)+1.6=12.89mm
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圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准，选取夹套的筒体和封头的壁厚均为δn=13mm。
（4）确定内筒的材料及壁厚
酯化釜选择材料为搪瓷釜，筒体受内压取设计压力为P=0.10MPa，设计温度为75℃，参考前面计算夹套壁厚结果，可知按强度计算内筒的壁厚约8mm，而筒体又受外压作用，按设计外压P= 0.72MPa，所得壁厚必大于内压设计的壁厚，则按外压稳定设计的壁厚，一定能满足内压强度的要求，可不再作内压设计。
考虑到内筒筒体按外压设计，搪瓷釜受单面腐蚀作用，可初选筒体壁厚δn=13mm,并取C1=0.8mm,C2=1mm,筒体有效壁厚δe=δn-C=11.2mm,
D0/δe=(2800+13×2)/11.2=252.32
内筒受外压作用的计算长度L为被夹套包围的筒体部分加凸型封头高的1/3 L≈Hj+h2+h1/3=3000+40+740/3=3287mm L/D0=3287/2800=1.17
查文献[8]图9-7，由D0/δe=252.32 和L/ D0=1.17查得系数A=8.0×10-4；再查文献[ ]图9-8，由系数A查得系数B= 100MPa。
筒体的许用外压为
[P]=B/( D0/δe)=100/252.32=0.4MPa＞P=0.3MPa
因为[P]＞P，且比较接近，所以取筒体δn=13mm，此时外压稳定和内压强度均能满足要求。
选取筒体下封头壁厚δn=13mm，壁厚附加量中C1=0.8mm, C2=1mm，所以筒体下封头的有效壁厚δe=δn-C=13-1.8=11.2mm；标准椭圆形封头的外压计算当量球面半径Ri=KDi=0.9×2800=2520mm，计算系数A为
A=0.125/(Ri/δe)=0.125/(2520/11.2)=5.56×10-4
查文献[8]图9-8，由系数A查得系数B＝170 MPa，许用外压为 [P]=B/( Ri/δe)=170/(2520/11.2)=0.76MPa＞P=0.3MPa 取筒体下封头壁厚δn=13mm，符合外压稳定和内压强度要求。 (5) 水压试验及其强度校核
内筒体水压试验压力由PT =P+0.1=0.20MPa，PT=1.25P=0.125MPa,取二者中较大值，取PT=0.2MPa；夹套水压试验压力由PT =P+0.1=0.82 MPa，PT =1.25P=0.9 MPa取夹套水压试验PTj =0.9MPa。
内筒水压试验时壁内应力
σT =PT[Di +(δn-C)]/[2(δn-C)Ф]
=0.2[2800+(13-1.8)]/[2(13-1.8)×0.85]=29.53 MPa
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=PT[KDi +0.5(δn-C)]/[2(δn-C)Ф]
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