年产量3万吨乙酸催化氯化合成氯乙酸项目结晶工 段的工艺设计及结晶釜的设计.pdf

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1、北方民族大学学士学位论文论文题目: 3 万吨/年乙酸催化氯化合成氯乙酸项目结晶工段的工艺设计及结晶釜的设计院(部)名 称:化学与化学工程学院学 生 姓 名:王振东专业:过程装备与控制工程学 号: 20113846指导教师姓名:高海涛论文提交时间:论文答辩时间:学位授予时间:北方民族大学教务处制北方民族大学 2015 届本科生毕业论文摘 要本设计是依据年产 3 万吨氯乙酸的结晶工段而进行的相关设计及计算。 本次设计的主要要求：结晶的工艺设计，本工段中结晶釜的设计，塔的强度校核和稳定性校核。 本设计大概介绍了设计的相关思路， 严格按照设计准则进行设计计算，努力查阅相关资料使本设计尽可能比较完善。根

2、据结晶工段物料衡算，计算得结晶釜筒体和夹套尺寸，确定高度。最后根据国标中的相关规定进行风载荷、地震载荷的计算，并根据国标完成塔的强度校核计算，最终取得合适的计算结果。关键词：结晶工段，结晶釜，物料衡算，国标北方民族大学 2015 届本科生毕业论文ABSTRACTABSTRACTThis design is related to design and calculation basis 30,000 tons of acidcrystallization section carried out. The main requirement of this design: thecrystalliz

3、ation process design, this section of the crystallizer design, the towersstrength and stability check check. This design probably describes the relevant ideasdesigned in strict accordance with the design guidelines for design calculations, tryingto access to relevant information as possible to make

4、the design more perfect. Thecrystalline material balance section, calculated crystallization kettle drum and jacketsize, to determine the height. Finally, wind loads, seismic loads calculated inaccordance with the relevant provisions of the national standard, and strength checkcalculation according

5、to GB completed tower, eventually made the right calculation.KEY WORDSKEY WORDS：crystallizer,GB,balance of material北方民族大学 2015 届本科生毕业论文目录前 言.1第一章 结晶釜及氯乙酸概述.21.1 结晶釜概述 .21.2 结晶釜的构成.21.3 结晶釜的反应条件 .21.4 结晶工段概述 .31.5 氯乙酸概述.31.6 氯乙酸的性质.31.7 氯乙酸主要用途.31.8 氯乙酸生产状况 .41.9 氯乙酸生产技术状况 .4第二章工艺路线介绍.5第三章 结晶工艺物料衡算.6

6、3.1 生产能力 .63.1.1 计算依据 .63.1.2 化学反应式 .63.1.3 倒推法计算 .63.1.4 验算 .73.2结晶釜的物料衡算.7第四章 结晶釜的设备选型以及尺寸确定.84.1 选型总方针 .84.2 结晶釜的选型 .84.2.1 设备选型.84.3 结晶釜尺寸确定.94.3.1 结晶釜罐体和夹套的尺寸规划.104.3.2 罐体几何尺寸的确定 .10第五章 结晶釜强度校核.135.1 强度计算（按照内压强度计算） .135.2 稳定性校核（外压法）.145.2.1 结晶釜筒体稳定性校核 .145.2.2 计算钢板厚度偏差和腐蚀裕量 .165.3 水压试验校核 .17第六章

7、 结晶釜的搅拌器和电机.196.1 搅拌装置的搅拌器 .196.2 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计 .196.3 搅拌装置的搅拌轴设计 .206.4 结晶釜的传动装置设计.216.5 常用电机及其连接尺寸 .216.6 减速器的选用 .226.7 凸缘法兰.22北方民族大学 2015 届本科生毕业论文6.8 安装底盖 .22第七章 结晶釜的轴封装置设计.237.1 填料密封 .237.2 机械密封 .23第八章 其他设备的选用.258.1 支座 .258.2 手孔和人孔 .258.3 设备接口.268.3.1 接管与管法兰.268.3.2 补强圈.268.3.3 液体出料管.278.3

8、.4 过夹套的物料进出口 .288.3.5 夹套进气管.288.3.6 视镜.288.4 地震及地震弯矩的计算 .288.4.1 计算塔的固有周期.288.4.2 计算地震载荷.298.4.3 地震弯矩.308.5 风载荷及其弯矩计算 .308.5.1 风力计算.308.5.2 风弯矩计算.318.5.3 最大弯矩计算.318.6 筒体和夹套强度及稳定性校核 .318.6.1 筒体轴向应力校核.318.6.2 液压试验应力校核.32致谢.34英文文献及翻译.36北方民族大学 2015 届本科生毕业论文前前 言言我的毕业设计的题目为3 万吨乙酸催化氯化合成氯乙酸项目结晶工段的工艺设计及结晶釜的设

9、计。 根据指导老师高海涛老师提供的与生产的工艺流程简洁和相关的工艺书记， 结合在实际生产中面临的各类问题和目前科学技术上比较前沿的技术的基础上完善了整个设计的框架，最终将这一系列知识汇总，完成了此次毕业设计的说明书。在确认毕业设计题目时，我便重新温习了化工原理、化工设计、过程装备设计等设计方面相关的专业书， 对结晶工段和结晶釜开始有了个初步的认知， 并在图书馆查阅资料，结合网络信息的补充和老师的指导确认了自己设计的大纲，并开始着手设计。在设计中期，我和同组人员展开了设计交流，对基本理论和专业知识进行了完善，同时温习了材料力学和 GB150 中的相关规定，对即将展开的校核阶段进行了铺垫，在交流中

10、，我们共同完善了工业流程的计算和各工段的设备选型， 我的结晶工段的工艺流程计算和设备选型也得到了完善。在毕业设计的后期，认真与设计说明书要求的排版和格式进行整理，同时将图纸提交给指导老师，得到了老师的审批和指正，是我的设计顺利的得到了完成，。在进行毕业设计的这三个月里， 通过高海涛老师的帮助和知道些，我经过了查阅资料、工艺设计、设备选型、强度校核、其他设备选取和外文翻译，使得我对专业知识、国家规范都有了一定的理解，强化了自己的专业知识，同时提高了我讲理论结合实际解决问题的能力。在绘制零件图、工艺流程图和装配图的过程中， 使我熟练的掌握了化工方面的绘图软件，这一系列的能力都得到了不同程度的提升，

11、向毕业设计要求的水平靠齐。最后由于本人的专业知识不足，在论文撰写的过程中老师和同学们都给了很多宝贵中肯的意见，在此表示衷心的感谢。由于很多计算过程是以手算为主，所以有很多不妥甚至错误的地方，希望老师们予以指正。1北方民族大学 2015 届本科生毕业论文第一章第一章 结晶釜及氯乙酸概述结晶釜及氯乙酸概述1.1 结晶釜概述结晶釜是一种结晶设备， 在物料充分混合反应后，在夹层内通过冷冻水和冷媒水来急剧降温结晶。结晶釜根据工艺要求分为316和304两种， 夹层内加热方式分为螺旋带和夹套式，通过蒸汽或电加热进行加热。在食品、制药、化工等行业中，物料的加温、降温、搅拌和混合都可通过结晶釜这一混合反应设备进

12、行。1.2 结晶釜的构成结晶釜由搅拌装置、搅拌容器、传动装置、轴封装置、支座、接管等一系列附件组成。 搅拌容器分为罐体和夹套两部分， 主要由封头和通体组成， 通常为中、低压压力容器。 搅拌装置通过搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常通过工业设计决定。传动装置是为带动搅拌装置而设置的，主要有电机、减速器、联轴器和传动轴组成。轴封装置选用动密封，通常使用机械密封或填料密封。这一系列设备与支座和接管等附件在一起，构成一个完整的结晶釜。1.3 结晶釜的反应条件结晶釜在设计师要充分考虑反应的条件， 一般考虑夹套和搅拌器的材料，上下进出口的物料衡算、温度、压强和材料等因素。进料口与出料口：一般进料口做到一定大就

13、一个行了，要注意设计回料口、真空口之类的部件，出料口大小要设计合理。温度： 一般来说结晶釜的温度都应有严格的控制，所以在设计是应该注意选择温度计。 如果反应温度过高应选用油侵跑温度计，所以应该预留一个装油的管槽。如果反应温度低，应考虑冰封现象发生。但本结晶釜用于 0 度到 100 摄氏度之间，这些都不用考虑，只要塞子直接套住温度计就行。压强： 压强的高低要选择合适的反应釜， 一般反应釜能承受 2 倍的大气压就2北方民族大学 2015 届本科生毕业论文行，本设计就是选用这种一般的结晶釜。材料： 一般的反应釜选用的材料都是玻璃， 而在工业生产中最好使用搪瓷的，同时搅拌的部件金属部分要注意保护不被腐

14、蚀，放料的活塞口也要做成防腐的。1.4 结晶工段概述结晶工段是只在生产过程中，利用结晶工艺的工艺技术，将液态（溶液或熔融状态）和气态物质变为晶体。在溶液从溶液析出的过程中，先后经历了晶核生长和晶体生长两个过程，在溶液过饱和度的推动下，最终形成晶体，完成结晶过程。晶体在溶液形成的过程中，通常的结晶方法有蒸发溶剂法和冷却热饱和液溶解法。前者主要适用于温度对溶解度影响不大的物质；后者在温度升高，溶解度也随之增加的的物质。在工业上，氯乙酸的结晶通常采用蒸发溶剂法。1.5 氯乙酸概述氯乙酸由 N.Le-Blanc 最早在 1841 年氯化醋酸是发现，后再1875 年有R.Hoffman 在实验室中将乙酸

15、放在阳光直射下进行氯化反应制得氯乙酸。1.6 氯乙酸的性质氯乙酸 （Chloroacetic acid） ， 学名氯醋酸 （一氯乙酸） ， 分子式为 C2H3CLO2,。分子量为 94.50，是一种无色或淡黄色的易潮解的结晶物体，有刺激性臭味。氯乙酸作为化工有机合成的重要原料之一，在农药、医药、染料、化学、造纸、油田等工业中运用广泛。 由于氯乙酸具有强腐蚀性， 能腐蚀掉绝大多数金属、 橡胶、木材等材料， 同时对动物和人体皮肤也有着致命的腐蚀性，因此在生产过程中要严格注意。1.7 氯乙酸主要用途在农药工业中，氯乙酸主要用于生产杀虫剂、除草剂和植物生长激素。在医药工业方面，氯乙酸主要用于制取维生素

16、类药、抗肿瘤药、激素药等多种药物。3北方民族大学 2015 届本科生毕业论文在染料工业方面，氯乙酸主要用于自取还原性染料，也可作为牛仔服装的专用染料。在化学工业方面，许多有机化工和精细化工产品，都有氯乙酸制成。1.8 氯乙酸生产状况我国氯乙酸的生产起步较晚，直至于 20 世纪 60 年代才开始有介绍及报告，在新中国的第一个五年计划中，我国向苏联引进了较为先进的生产技术，并在太原建立了国内最早生产氯乙酸的太原化工厂，生产能力为 300 吨每日。随着我国石油工业的大幅发展，我国在氯乙酸的生产上取得了巨大的进步。如今，我国生产氯乙酸的厂家超过 100 家，总产能已超过 10 万吨每日。在国际上，对氯

17、乙酸有较大的需求，世界氯乙酸的主要生产能力约为每日60 万-70 万，主要产地为西欧。西欧氯乙酸产量在每日 30 万吨以上，占据世界的 30%，其中氯乙酸生产能力和产量以德国据首。1.9 氯乙酸生产技术状况目前世界上生产氯乙酸的主要方法有醋酸氯化法、 三氯乙烯水解法、氯乙醇氧化法、 三氯乙酸水解法和四氯乙烷水解法五大方法。目前国际上通常采用的方法是醋酸氯化法，这一方法原料容易获得、工艺相对简单，国内生产氯乙酸均采用醋酸氯化法来制取氯乙酸，催化剂选用硫磺，将醋酸和液氮作为原料，催化剂选用硫化粉，在氯化釜中进行反应，温度维持在 98 摄氏度左右，即可得到粗品氯乙酸。之后通过结晶、过滤最后便可得到成

18、品。这一工艺流程图：在工艺流程中， 结晶处理是很重要的一部分。工业结晶过程不仅严格要求结晶产品的纯度和产率 ，也对晶型、晶粒大小和粒度范围都有要求，结晶最重要的目的是要求产品纯度高，围绕这一目的， 关于结晶工段的工艺设计和结晶釜设计我们也对之展开。4北方民族大学 2015 届本科生毕业论文第二章工艺路线介绍第二章工艺路线介绍在结晶工艺过程中，利用冷却液缓慢降温，将 90 摄氏度左右的氯化反应液抽入带有夹套的结晶釜，用加热至 56 摄氏度的循环水进行间接降温，将物料降温至 60 摄氏度左右。再通入 28 摄氏度的循环水到夹套中，使物料温度低于40 摄氏度，最后通入-15 摄氏度的冷水，将温度将至

19、 20 摄氏度，同时搅拌出料。结晶釜操作模型选间歇型，产生过饱和度方法为冷却法。5北方民族大学 2015 届本科生毕业论文第三章第三章 结晶工艺物料衡算结晶工艺物料衡算将前一工段的氯化反应液粗产品加入结晶釜中，当作母液。3.1 生产能力3.1.1 计算依据总生产量：年产 3 万吨的氯乙烯年工作日：以 300 天计算435/ D日产量：310 10 /300 10 KG设每天工作 18 小时53每小时产量：10 /18 5.5610 KG/ H考虑除结晶之后的各类损失，损失率取 90%所以实际每小时产量取5.56103/0.9 6.17103KG/ H3.1.2 化学反应式主反应： CH3COO

20、H+CL2CH2CLCOOH+HCL副反应： 2CH3COOH+CL22CHCL2COOH+2HCL（少至忽略不计） CH3COOH+3CL23CL3COOH+3HCL由反应式可得，主反应反应的主要产物为氯乙酸，同时副产物盐酸和未反应的醋酸也会一同进入结晶工段，副反应主要产物为二氯乙酸（忽略不计）和三氯乙酸所以在结晶工段的需尽可能多的将三氯乙酸剔除， 在粗结晶产物里留下更多的氯乙酸。3.1.3 倒推法计算查阅资料，进入间歇结晶器，料浆温度约为 90 摄氏度的氯化液组成：氯乙酸 90%，醋酸 5%，二氯乙酸 4%，硫酸与水等约 1%6北方民族大学 2015 届本科生毕业论文粗结晶的成果取 95%

21、为合格，所以粗结晶工段应该有的产量为 6.17103KG/H/0.95*0.9=7.22*103KG/H=2.00KG/S3.1.4 验算粗结晶所有产品为 7.22*103KG/H,其中 95%的合格品，95%合格品中 90%为盐酸。按每天工作 18 小时，每年工作 300 天，生产中其他各类损失为 90%则年产量为：7220*0.95*0.9*18*300*0.9=3001266=3 万吨3.2结晶釜的物料衡算组分流量百分比进料口：氯乙酸 1.8KG/S 90%醋酸 0.01KG/S 5%二氯乙酸 0.008KG/S 4%硫酸与水 0.020KG/S 1%出料口： 粗产品氯乙酸 1.8KG/

22、S 90%二氯乙酸 0.08KG/S 4%母液醋酸 0.01KG/S 5%硫酸与水 0.020KG/S 1%合计 2.0KG/S 100%7北方民族大学 2015 届本科生毕业论文第四章第四章 结晶釜的设备选型以及尺寸确定结晶釜的设备选型以及尺寸确定4.1 选型总方针本设计所选用的工艺流程及原料，所生成的产品具有可燃、具腐蚀性、刺激性、对人体有危害等特点，特别是氯乙酸和硫酸，对设备都能造成一定的破坏。所以设备的选用应注意耐腐蚀，同时在生产的过程中，物料会有一定的粘度，因此设备内部表面应该有具备光洁度。综上所述， 该结晶釜的设计中选用搪玻璃设备可以解决综上问题。搪玻璃设备拥有以下几大优点。耐腐蚀

23、能耐有机酸、无机酸、 有机溶剂以及 PH 值小于或等于 12 的碱类溶剂。不粘性光滑的玻璃面能有效的应对粘性物料的清理。绝缘性能防止物料在反应及流动时产生的静电。隔离性玻璃层能将介质与容器分离，金属离子不易进入介质中。根据在生产氯乙酸过程会产生的所有物质的物料特性以及搪玻璃设备所具有的耐腐蚀、不粘性、绝缘性、隔离性等有点，本设计中所选用的结晶釜采用的是搪玻璃封闭式搅拌容器。其设计技术参数为:公称压力1.0MPa，介质温度-20200，同时也满足生产氯乙酸的生产需要 。4.2 结晶釜的选型4.2.1 设备选型结晶釜采用常压、采用间歇操作，通过泵入冷却水缓慢降温，直至降温至20 摄氏度左右时开始搅

24、拌并析出晶体。因物料具有腐蚀性，所以采用搪瓷釜，带搅拌器。根据上面物料衡算，每小时结晶工段中产量为 7220KG，其中氯乙酸占 90%，氯乙酸相对密度为 1.58，所以氯乙酸体积为 7220*0.9/1.58=4112.67L；醋酸占5%，醋酸相对密度为 1.05，所以醋酸的体积为 7220*0.05/1.05=343.81L；二氯乙酸占 4%，二氯乙酸的相对密度为 1.56，所以二氯乙酸的体积为8北方民族大学 2015 届本科生毕业论文7220*0.04/1.56=185.13L；硫酸与水占 1%，其中硫酸量非常小，所以按照水的相对密度为 1 来进行计算，所以水的体积为 7220*0.01/

25、1=72.11L。所以生产氯乙酸结晶工段的物料总体积为 4112.67+343.81+185.13+72.11=4713.72查阅资料， 得工业结晶釜一般完成结晶工段总计时间为 6 小时，每日最多可以安排 4 班工序（设计中选 3 班），根据每小时结晶工段进口物料为4713.72L,每天工作 18 小时，所以每日结晶工段进口物料为84846.96L，从投资设备角度，选取经济、易于操作的设备更好，所以拟选用 K3000L 搪玻璃釜作为结晶釜，填充系数按 0.8 计算，一个釜可以填装 2400L，一天 3 批次料可以 2400*3=7200L，所以需要 2 个结晶釜才能完成需求，即使用 K3000

26、L 做 2 个结晶釜，每批填料84846.96/6=14141.16L，填料系数=14141.16/3000=47.13%，考虑到需要搅拌，所以这个填料系数符合要求。K3000L 的釜的技术参数如下(数据来自国家医药管理局上海医药设计院编制的化工工艺设计手册（下册)2003 年第三版，4-424、425 页（取自化工工艺设计手册（下册)2003 年第三版 PDF）4.3 结晶釜尺寸确定9北方民族大学 2015 届本科生毕业论文4.3.1 结晶釜罐体和夹套的尺寸规划结晶釜的罐体一般选用的是立式圆筒型容器，通过罐体、筒体、罐底这三大部件构成，通过支撑型支座安装到基础平台上，计算地震载荷、风载荷等自

27、然因素。顶盖分为椭圆形和平顶盖 2 大类，通常在考虑受压情况下选用椭圆形封头，而对于在常压下工作或者设备的操作压力不大但是直径较为大的设备， 顶盖可采用薄钢板制造的平顶盖，并在薄钢板上加一个工字钢制的横梁，通过这个横梁来固定搅拌器和传动设备。结晶釜的筒体分别与罐体和顶盖相连接。 罐底与筒体的连接一般采用电焊的方式连接，顶盖与筒体的连接则分为可拆与不可拆两种，当筒体直径 DN1200mm，采用不可拆连接，当筒体直径DN1200m，通常采用可拆连接。当筒体设备要求可拆时，要做成法兰连接，夹套形式与筒体相同。4.3.2 罐体几何尺寸的确定4.3.2.1 确认容积和、操作容积和传热面积根据化工工艺设计

28、手册（下册)所给出的 K3000L 的主要参数，该结晶釜的原始尺寸如下。全容积 V(平方米）3.155操作容积 V(平方米） 3.0传热面积 F（平方米） 9.34.3.2.2 确定封头尺寸根据化工工艺设计手册（下册)，K3000L 釜的公称直径为 1450mm，内径为 1400mm，封头选取标准件，它的内径应该与筒体内径相同。封头厚度因为钢号选取 Q345,所以 =172.5Mpa, =0.8，P=0.3MPa，所以计算得封头厚度为 2.5mm10mm， 封头直变高度 h=25mm， 封头的容积 V （封） =0.405m310北方民族大学 2015 届本科生毕业论文封头高度=1400/4+

29、25=375mm。4.3.2.3.确定筒体的高根据化工工艺设计手册（下册)，K3000L 釜的公称直径为 1450mm，内径为 1400mm， ， 所以 1m 高的容积为 V=1.54m3,选取封头容积 V （封） =0.405m3.釜体高度 H H=(V-V（封）=（3-0.405）/1.54=1.69m圆整釜体高度，H=1700mm计算实际容积 V=1.54*1.69+0.405=3.00m34.2.2.4 夹套几何尺寸计算夹套的直径 D1 按照筒体的内径 D1=1400+100=1500mm，装料系数 n 按式子 n=V(操）/V=0.95夹套筒体高度 H2 的计算方式 H2（nV-V)

30、/V(1M)计算得 H20.93m所以选取圆整夹套筒体高度 H2 为 930mm(1m)2.213m将筒体内径做为公称直径的椭圆封头，选取罐体的封头表面积为F2结晶釜选取一米高筒体表面积时筒体的容积、面积和质量 F1m=D 内=4.37m211北方民族大学 2015 届本科生毕业论文结晶釜实际总传热面积 F 按公式 F=F1mH+F 封头=4.3155m23.0m2综上所述，筒体和夹套尺寸如下直径（mm）高度（mm）筒体夹套12 1400 1700 1500 930北方民族大学 2015 届本科生毕业论文第五章第五章 结晶釜强度校核结晶釜强度校核5.1 强度计算（按照内压强度计算）根据工艺设计

31、和腐蚀情况，结合化工工艺设计手册（下册)给出的结论，设备材料选用 Q-345,表面搪玻璃处理。根据工艺设计设计压力（罐体内）设计压力（夹套内）设计温度（罐体内）设计温度（夹套内）0.2MPa取罐体和夹套之间的焊接系数=0.85结晶釜罐体筒体的计算厚度1 根据公式0.3MPa低于 100低于 150pcDi0.214001.46mmt2-pc21130.85-0.2结晶釜夹套筒体厚度的计算厚2 根据公式2 pcDi0.31500 2.34mmt2-pc21130.85-0.3结晶釜罐体的封头计算厚度3 按式3 pcDi0.214001.46mmt2-0.5pc21130.85-0.50.2结晶釜

32、夹套的封头的厚度3 按式4 pcDi0.31500 2.34mmt2-0.5pc21130.85-0.50.3根据容器壁厚的附加量 C=C1+C2+C3，其中的C1 为钢板的负偏差值，初步选择 C1=0.6mm 钢板的腐蚀余量 C2=2mm，钢板的热加工减薄量 C3=2mm，其中封头热加工 C3=0.5mm，因此：C=0.6+2+2=4.6mm13北方民族大学 2015 届本科生毕业论文结晶釜筒体的设计厚度1C 按式1C=1+C2=1.46+2=3.46mm夹套筒体的设计厚度2C 按式2C=2+C2=2.34+2=4.34mm筒体的封头设计厚度3C 按式3c=3+C2=1.46+2=3.46m

33、m夹套封头的设计厚度4c 按式4c=4+C2=2.34+2=4.34mm圆整各个数据，最后去各部分名义厚度：罐体筒体名义厚度1n=5mm夹套筒体名义厚度2n=5mm罐体封头名义厚度3n=5mm夹套封头名义厚度4n=5mm5.2 稳定性校核（外压法）5.2.1 结晶釜筒体稳定性校核K 型反应釜厚度通常在 6-10mm，设该结晶釜的筒体名义厚度为1n=8 mm容器的钢 板厚 度选取负偏 差,选取钢板厚度负偏差C1=0.6mm，腐蚀裕量C2=2.0mm14北方民族大学 2015 届本科生毕业论文根据公式厚度附加量CC C1 C2计算，得C C1 C2=0.6+2.0=2.6mm结晶釜筒体有效厚度1e

34、按式计算，得1e1nC1e1nC=8-2.6=5.4 mm结晶釜罐体筒体外径D1O按式计算，得8 1516D1O D1 21n=1500 2D1O D1 21n结晶釜的筒体计算长度L按式L H21 3h1计算，得L H21 3h1=950+250/3=1033.3mm系数L D1O=1033.3/1016=1.017系数D1O1e=1016/5.4=188.15许用外压力p按式p计算，得BD1O1e15北方民族大学 2015 届本科生毕业论文pBD1O1e=85/188.15=0.45MPa0.3MPa（夹套设计压力）确定罐体筒体名义厚度1n=8 mm假设罐体封头名义厚度1n=8 mm5.2.

35、2 计算钢板厚度偏差和腐蚀裕量筒体钢板厚度负偏差C1=0.6mm,腐蚀裕量C2=2.0mm厚度附加量C按式C C1 C2计算C C1 C2=0.8+2.0=2.6mm结晶釜罐体封头的有效厚度1e按式1nC1e计算，得1nC=8-2.6 5.41e结晶釜的封头外径D1O按式D D 21O11n计算，得D1O D1 21n100028 1016mm标准椭圆封头当量球壳外半径R1O按式16R1O 0.9D1O= 0.9*1016 = 914 mm北方民族大学 2015 届本科生毕业论文计算，得系数A按式A=R1O 0.9D1O计算，得0.125R1O1e。A 0.1250.125 0.0007385

36、914 5.4R1O1e查B fA线性曲线，得压力系数B100MPa结晶釜罐体筒体内许用外压力p按式p计算，得BR1O/1epB100 0.5908Mpa 0.3 MPa（夹套设计压力）R1O/1e914 5.4确定罐体封头名义厚度1n=8mm5.3 水压试验校核结晶釜罐体的试验压力p1T按式p1T1.25p1计算，得p1T1.25p1t夹套水压试验压力p2T按式171.250.2113 0.25Mpa113t北方民族大学 2015 届本科生毕业论文计算，得p2T1.25p2t113 0.375Mpa113p2T1.25p2t1.250.3查碳素钢、普通低合金钢钢板许用应力,得材料屈服点应力s

37、 235Mpa计算，得T 0.9s 0.90.85235 179.8Mpa罐体圆筒应力1T按式计算，得1Tp1TD11e21e1Tp1TD11e0.2510005.4 23.27Mpa 179.8 Mpa21e25.4夹套内压试验应力2T2Tp2TD21e0.37511005.4 38.38Mpa179.8 Mpa21e25.4所以夹套水压试验强度足够。综上所述，筒体和夹套具体加工尺寸如下表：筒体和夹套局加工尺寸罐体夹套筒体（mm）8 818封头(mm)88北方民族大学 2015 届本科生毕业论文第六章第六章 结晶釜的搅拌器和电机结晶釜的搅拌器和电机6.1 搅拌装置的搅拌器搅拌器的型式主要有：

38、桨式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式、螺带式和轴流式搅拌器等。当用来调和（低黏度均相液体混合）时，适用的搅拌器型式有推进式和涡轮式，主要受到容积循环速率的影响。当用来分散（非均匀相液体混合），适用的搅拌器型式有涡轮式，主要受到液滴大小（分散度）、容积循环速率的影响。当用于固体悬浮时，按固体粒度、含量及密度，决定用桨式、推进式、涡轮式或轴流式，主要受到容积循环速率、湍流强度的影响。当用于气体吸收时，适用的搅拌器型式有涡轮式，主要受到剪切作用、容积循环速率、高速度的影响。当用于传热时，适用的搅拌器型式有桨式、推进式、涡轮式，主要受到容积循环速率、流经传热面的湍流速度的影响。当用于高黏度操作时， 适用

39、的搅拌器型式有框式、 涡轮式、 螺杆式、 螺带式、带横挡板的桨式或轴流式，主要受到容积循环速率、低速度的影响。当用于结晶时，按控制因素用轴流式、涡轮式、桨式和桨式变种，主要受到容积循环速率、剪切作用低速度的影响。本反应釜搅拌装置的搅拌器采用桨式搅拌器。6.2 搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计此次采用的搅拌器是桨式拌器， 该搅拌器搅拌器的桨叶任意横截面由一段弧线和两端翘曲直边段组成，两直边段外缘由若干半圆弧线组成波浪型曲线，桨叶由端部至根部沿桨叶中轴线呈扭曲状，且桨叶由端部至根部渐渐变宽。同时增强了轴向和径向的湍流紊乱程度，混合效果好，节能显著。19北方民族大学 2015 届本科生毕业论文

40、本反应釜的桨式搅拌器直径DJ 0.33D1 0.331400392mm轴流式搅拌器直径DJ=400mm桨式搅拌器的主要尺寸 ,当DJ 400mm时,D=50mm,d1 90mm,D0 M16,键槽B=16mm,t=55.1mm,H=95mm,质量m=4.59Kg,N不大于 0.025。n6.3 搅拌装置的搅拌轴设计搅拌轴的机械设计内容主要是材料选定、结构设计（包括轴的支承结构）和强度校核 。常见 K 型反应釜内转速通常为 30-80r/min，本设计选用n 50r/min，因此不需要进行临界转速的校核。 1、 搅拌轴的材料：选 Q345，表面搪玻璃处理。 2、 搅拌轴的结构：常用实心或空心直轴

41、，其结构型式根据轴上安装的搅拌器类型、支承的结构和数量、以及与联轴器的连接要求而定，还要考虑腐蚀等因素的影响。本结晶釜搅拌轴的结构型式选用空心直轴。 3、搅拌轴强度校核：本设计转速要求不高，所以选用一个轴功率较小的电机，设轴功率P=4kW搅拌轴转数n=50r/min选用轴材料为 Q345，表面搪玻璃。轴所传递的扭矩T 9.55106查表得轴常用材料的TT及A0值，材料许用扭转剪应力=35Mpa，系数P4 9.55106103191N mmn50A0=112。20北方民族大学 2015 届本科生毕业论文轴端直径d A03P41123 58.26mmn50开一个键槽，轴径扩大 5%，为d=58.2

42、6*1.05=61.173mm圆整轴端直径d=65mm。因此搅拌轴的直径 65mm。 4、搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求：搅拌轴转速n=50r/min，直线度允许差 1000：0.1。 5、搅拌轴的支承：一般搅拌轴可依靠减速器内的一对轴承支承。搅拌轴的支撑采用滚动轴承。反应釜搅拌轴的滚动轴承，通常根据转速、载荷的大小及轴径d 选择，高转速、轻载荷可选用角接触球轴承；低速、重载荷可选用圆锥滚子轴承。根据轴端直径 d=65mm，选用角接触球轴承采用背对背安装成对轴承。选用桨式搅拌浆采用背对背安装成对轴承。6.4 结晶釜的传动装置设计结晶釜的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置通常设置在釜顶封头的上

43、部。结晶釜传动装置的设计内容一般包括：电机、减速机的选型；选择联轴器；选用和设计机架和底座等。6.5 常用电机及其连接尺寸Y 系列全封闭自扇冷式三相异步电动机为最常用的；当有防爆要求时，可选用 YB 系列。根据釜内常用转速要求，配合常见减速器。本结晶釜用电机Y132M2-6，转速960r/min,电机功率 P=4kW。21北方民族大学 2015 届本科生毕业论文6.6 减速器的选用 BWD2 摆线针轮减速机(配 4KW 电动机)是一种优秀的摆线针轮减速器，该种减速器效率高、减速比大，同时结构紧凑，能尽量减少安装体积，使用寿命长。因此选用该减速器来讲 960r/min 的电机转速减速为 50r/

44、min 的轴端转速。6.7 凸缘法兰凸缘法兰一般焊接于搅拌容器封头上，用于连接搅拌传动装置，亦可兼作安装，维修，检查用孔。凸缘法兰分整体和衬里两种结构形式，密封面分突面（ R）和凹面（M）两种。本反应釜凸缘法兰焊接于搅拌容器封头上，采用整体结构形式，密封面采用突面（R）。根据搅拌轴的直径和附图，由表 4-15 凸缘法兰主要尺寸，选择公称直径 DN=500mm，螺纹为 M24，螺栓数量为 20 个，质量为 102kg 的 R 型凸缘法兰。6.8 安装底盖安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传动装置与容器连接的主要连接件。安装底盖的常用形式为 RS 和 LRS 型，

45、其他结构（整体或衬里）、密封面形式（突面或凹面）以及传动轴的安装形式（上装或下装），按HG21565-95 选取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同。形式选取时应注意与凸缘法兰的密封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。本反应釜安装底盖采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接。采用 RS 型形式， 整体结构、 密封面形式 （突面） 以及传动轴的安装形式 （上装） ，按 HG21565-95 选取。安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同，均为 DN=500mm。22北方民族大学 2015 届本科生毕业论文第七章第七章 结晶釜的轴封装置设计结晶釜的轴封装置设计轴封是搅拌设备的一个重要组成部分。 其任务

46、是保证搅拌设备内处于一定的正压力的真空状态以及防止反应物料逸出和杂质的渗入。 鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式搅拌为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于反应工况复杂，轴的偏摆振动大，运转稳定性差等特点，故不是所有形式的轴封都能用于搅拌设备上。结晶釜搅拌轴处的密封， 属于动密封， 常用的有填料密封和机械密封两种形式，它们都有标准，设计时可根据要求直接选用。7.1 填料密封填料密封是搅拌设备最早采用的一种轴封结构， 它的基本结构是由填料，填料箱，压盖，紧压螺栓及油杯等组成。因其结构简单，易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用。一般用于常压，低压，低转速及允许定期维护的搅拌设备。当

47、采用填料密封时，应优先选用标准填料箱。标准填料箱中，HG21537.7-92为碳钢填料箱，HG21537.8-92 为不锈钢填料箱。填料箱密封的选用还注意以下几方面：当填料箱的的结构和填料的材料选择合理，并有良好润滑和冷却条件时，可用于较高的工作压力，温度和转速条件下；当填料无冷却，润滑时，转轴线速度不应超过 1m/s;7.2 机械密封机械密封是一种功耗小， 泄漏率低， 密封性能可靠， 使用寿命长的转轴密封。主要用于腐蚀，易燃，易爆，剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备。由于反应釜多采用立式结构，转速低，但搅拌轴直径大，尺寸长，摆动和振动较大，故机械密封常采用外装式（静环装于釜口法兰

48、外恻），小弹簧（补偿机构中含有多个沿周向分布的弹簧），旋转式（弹性元件随轴旋转）的结构，当介23北方民族大学 2015 届本科生毕业论文质压力、温度低且腐蚀性大时，可采用单端面（由一对密封端面组成），非平衡型（载荷系数 K1）的机械密封。当介质压力，温度高或介质为易燃，易爆，有毒时，应采用双端面（由两对密封面组成），平衡型（载荷系数K1）的机械密封。当搅拌设备采用机械密封时，在下列情况下，应采用必要的措施，以便保证密封使用性能，提高使用寿命。当密封腔介质温度超过 80时，对单端面和双端面机械密封，都应采用冷却措施；为防止密封面干摩擦，对单端面机械密封，应采用润滑措施；当采用双端面机械密封时，应

49、采用密封液系统，向密封端面提供密封液，用于冷却，润滑密封端面；必要时，应对润滑液，密封液进行过滤；当采用润滑及密封液系统时， 需考虑一旦润滑液， 密封液漏入搅拌容器内，应不会影响容器内物料的工艺性能，不会使物料变质，必要时应采用缓冲液杯和漏夜收集器等防污染措施。本反应釜涉及到腐蚀和毒害,故采用机械密封。因其广泛用于密封要求较高的设备，泄漏量少、寿命长所以选用。24北方民族大学 2015 届本科生毕业论文第八章第八章 其他设备的选用其他设备的选用8.1 支座夹套反应釜多为立式安装，最常用的支座为耳式支座。标准耳式支座（JB/T4725-92）分为 A 型和 B 型两种。当设备需要保温或直接支承在

50、楼板上时选 B 型，否则选 A 型。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。本反应釜为夹套立式安装，不需要保温，选用B 型标准耳式支座，耳座为 4个。耳式支座的实际承受载荷的近似计算：m0g Ge4phGeSe3，Q 10nGkn本结晶釜耳座单重m=8.3 Kg，支座的总质量为 M=33.2Kg。8.2 手孔和人孔手孔和人孔的设置是为了安装，拆卸，清洗和检修设备内部的装置。手孔直径一般为 150-250mm,应使工人带上手套并握有工具的手能方便的通过。当设备的直径大于 900mm 时，应开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆两种。圆形人孔制造方