毕业设计（论文）-φ1800层板包扎式尿素合成塔设计.doc

四川理工学院毕业设计（论文） 1800层板包扎式尿素合成塔设计学 生：学 号：09041020301专 业：过程装备与控制工程班 级：2009.1指导教师：周 敏四川理工学院机械工程学院二o一三年六月四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 1800层板包扎式尿素合成塔设计 学院：机械工程学院 专业：过程装备与控制工程 班级: 2009级1班 学号：09041020301学生： 指导教师： 周 敏 接受任务时间 2013年3月1日 系主任 （签名）院长 （签名）1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求设计（论文）的原始数据年产15万t尿素,塔体为层板包扎式,工艺自定。2指定查阅的主要参考文献及说明机械设计手册，机械工业出版社 gb150-98钢制压力容器以及相关标准氨合成塔，石油化学工业出版社 机械制图，清华大学出版社材料与零部件，化工设计手册编写组，上海人民出版社高压容器设计上海人民出版社 尿素生产工艺期刊主要有： 中氮肥、化工设计通讯、化工机械、化肥工业3进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1资料收集，阅读文献，完成开题报告3月 1 日至3月20日2完成所有结构设计和设计计算工作3月21日至4月21日3完成所有图纸绘制4月22日至5月22日4完成设计说明书5月23日至6月 1日5完成图纸和说明书的修改，答辩的准备和毕业答辩6月 2 日至6月10日摘要 尿素含氮量高，广泛应用于农业、工业。现阶段，合成尿素的主要方法是使用液氨和二氧化碳在高温高压下生成，尿素合成塔是这一合成反应的关键设备之一。本设计中，工艺流程选用水溶液全循环法，筒体采用层板包扎式设计，对塔的主要结构及其一些零部件如筒体、封头、法兰、平盖等进行了强度计算和应力校核，从而完成尿素合成塔的设计。关键词：尿素；合成塔；水溶液全循环法；强度计算abstracturea contains high levels of nitrogen and is being used extensively in agriculture and industry. at the present stage, the main method of synthesis of urea is to use ammonia and carbon dioxide generated under high temperature and pressure.the urea synthetic tower is one of the key equipments of this synthetic reaction.in this design, we choose the method of aqueous total recycle as the process.the cylinder is design by multilayered and the main structure of the tower and some of its components such as cylinder, head, flange, flat cap, etc. is designed with the strength calculation and stress check, thus completing the urea reactor design.key words: urea; synthetic tower; aqueous solution entire circulation; strength calculation 目录摘要iabstractii第1章 绪论11.1尿素简介11.2尿素的性质11.4.2 二氧化碳汽提法31.4.3 氨汽提法3第2章 工艺计算52.1水溶液全循环法物料流程物料衡算条件的确定52.3合成塔的热量衡算34第3章 尿素合成塔的结构选型及论证403.1尿素合成塔的总体结构及其基本要求403.1.1尿素合成塔简介403.3尿素合成塔密封结构的选型与论证44第4章 尿素合成塔设备和内件材料的选择及论证464.1材料选择的原则464.2筒体材料选择及论证464.3衬里、接管和内件材料的选择46第5章 尿素合成塔的结构设计计算485.1尿素合成塔的有效容积485.1.1设计条件485.3.1密封件材料选择及结构尺寸的确定505.3.2主螺栓载荷计算525.3.3主螺栓及主螺母的设计计算545.4筒体端部法兰的设计计算565.4.1法兰结构型式565.5.3设计计算615.6底封头的设计计算635.6.1封头材料的选择635.6.2封头设计计算635.7裙座635.7.1裙座材料的选择646.1.1接管材料686.1.2塔釜进气管内径计算686.1.3接管壁厚696.2开孔696.3开孔补强计算706.3.1开孔补强原理706.3.2 开孔补强计算717.3.2地震弯距817.4强度和稳定性校核817.4.1各种载荷引起的轴向应力817.4.2校核82结论84参考文献85致谢86附录871.1 dl型塔盘在尿素工程中的应用871.1.1一吸塔吸收机理的改进87i四川理工学院毕业设计第1章 绪论1.1尿素简介 尿素是固体氮肥中含氮量最高的肥料，理化性质较稳定，施后对土壤性质没有影响，可施用于任何土壤和作物，可做根外施肥使用。同时尿素也是树脂、塑料、炸药、医药、食品等工业的重要原料。随着工农业的发展，尿素的需求量越来越大，尿素工业飞速发展的同时面临着巨大的挑战。尿素容易吸湿，当空气中的湿度较大时，吸收空气中的水分而自然潮解。在自然界中，尿素主要存在于人及肉食脊椎动物所排泄的尿液中。此外，在菠菜、胡萝卜的叶子及各种植物的幼芽中也有尿素的存在。尿素是氮肥中的一个重要品种。自从本世界投入工业生产以来，引起了世界个国的极大重视，其发展速度和生产规模已超过了氮肥其它品种。1.2尿素的性质1.2.1尿素的物理性质尿素化学名为碳酰二胺，其分子式为。纯尿素为无色，无味，无臭的结晶体。含氮量为46.64%，是固态氮肥中含氨量最高的一种氮肥。尿素在造粒过程中，若高温(高于133)处理，会产生缩二脲，缩二脲含量超过2时，对作物种子和幼苗均有毒害作用。尿素易溶于水，20摄氏度时，100 kg水中可溶解105 kg尿素。工业产品为白色或浅黄色的结晶。尿素的比重为1.335。自然堆积的尿素每重0.70.75t，或称堆积比重为0.70.75。粒状尿素堆积时，其斜面与水平面成25角，这角度称为堆积角。尿素易溶于水。溶于水时需吸收热量，每溶解1克尿素需吸收57.8卡热量。固体尿素加热到132.6时（1大气压下），开始熔化，熔化时吸收的热称为熔融热。尿素熔融热为42.1卡1克。继续加热熔化尿素时，部分尿素将分解汽化，同时在熔融尿素中生成缩而脲、缩三脲、三聚氰酸等缩和物。在加压、高温，或在催化剂存在时，尿素能缩合成三聚氰胺。1.2.2尿素的化学性质尿素呈微碱性，可以与酸作用生成盐。但尿素不能使一般指示剂变色。尿素有水解作用：在酸性、碱性或中性溶液中。在60c以下，尿素不发生水解作用。随着温度的升高。水解速度加快，水解程度也增大（在80c，一小时内可以水解0.5%；110c，一小时内可增加到3%）。水解作用可以视为如下的反应： 尿素的缩合反应：尿素在高温下可以进行缩合反应，生成缩二脲，缩三脲和三聚氰酸。 尿素和甲醛的缩合反应：尿素和甲醛作用生成尿甲醛缩合物，此缩合物可作为尿醛塑料的原料，也是一种很好的缓效肥料。1.3尿素的用途尿素的用途非常广泛，它不仅可以用来做为肥料，而且还可以用来作为反刍动物的饲料。在工业上也有很大的用处，如作为有机合成工业、制药工业以及炸药工业等的原料。1.尿素主要用作化肥。工业上还用作制造脲醛树酯、聚氨酯、三聚氰氨、甲醛树脂的原料，在医药、炸药、制革、浮选剂、颜料和石油产品脱蜡等方面也有广泛的作途。尿素加热至200时生成固态的三聚氯酸(即氰尿酸)。三聚氰酸的衍生物三氯民氰尿酸、二氯异氰酸钠、异氰尿酸三(2-羟乙酯)、异氰尿酸三(烯丙基)酯、三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰酸酯、异三聚氰酸三缩水甘油醚、氰尿酸三聚氰胺络合物等有许多重要应用。前两者是新型高档消毒、漂白剂，三氯异氰尿酸全世界总所产能力超过8万吨。2.检验锑和锡，测定铅、铜、镓、磷、碘化物、硝酸盐。3.作为反刍动物的非蛋白氮源添加于饲料。4.用作分析试剂，稳定剂。还用于有机合成。5.用作液体洗涤剂的增溶剂。用于牙膏制备,能抑制乳酸杆菌滋生,并能溶解牙面上的斑膜,因而起抗酸、脱敏作用。也用于化妆品中。还用作检验锑和锡的试剂。用于制备锶盐、烟火等。6.用于化妆品保湿和增湿。7.对钢铁、不锈钢化学抛光有增光作用，在金属酸洗中用作缓蚀剂，也用于钯活化液的配制1.4尿素合成工艺的比较1.4.1 水溶液全循环法水溶液全循环法工艺特点及优缺点 该法合成塔操作压力196mpa，温度188， ，分子比为40， co2转化率约64。出合成塔溶液经中、低压分解，二段蒸发造粒得尿素产品。由于中压分解压力低，分解气的热量除在一段蒸发加热器下段回收少部分冷凝热外，其余大部分热量由于冷凝温度低，只有用冷却水移走。因此该法蒸汽消耗高，每t尿素耗蒸汽约17t。该法无高压分解回收流程，为此高压设备少，投资费用低，但公用工程总体水平消耗较高，且装置规模较小。近年来，国内的中、小尿素装置进行了一系列技改，从降低蒸汽消耗方面做了大量努力，取得了一定的效果，使蒸汽消耗有所下降。1.4.2 二氧化碳汽提法1.4.2.1 二氧化碳汽提法的工艺特点及优缺点二氧化碳汽提法的特点是在最佳氨碳比的条件下，使合成压力降到最低。同时，在合成压力下进行汽提和冷凝，产生的冷凝热可副产蒸汽作为蒸汽喷射器的动力蒸汽及系统保温。 1.4.2.2 二氧化碳汽提法工艺优缺点汽提法工艺的出现，突破了传统水溶液全循环法的未反应物回收方式，使尿素生产的辅助能耗大幅度降低。二氧化碳汽提法克服了传统水溶液全循环工艺的一些缺点，同时减少了设备，简化了流程。另外，池式冷凝器与传统的降膜式冷凝器比较，合成塔容积减少了40，因而减少了尿素装置框架的高度；同时增大了传热系数及传热温差，减少了传热面积。1.4.3 氨汽提法1.4.3.1 工艺特点及优缺点氯汽提法根据不同的生产装置，其流程有一定的区别。主要流程由几部分组成：1、尿素合成与高压回收；2、中压提纯与氨回收；3、低压提纯与回收，4、真空预浓缩；5、真空浓缩；6、造粒；7、工艺水处理；8、蒸汽管网，9、冲洗管网。工艺特点： 1、高比，高转化率。为35，为067，操作压力156mpa(g)，操作温度188， 单程转化率65。采用降膜式汽提塔，操作温度207塔内过剩的氨自汽提，甲铵分解率增高，从而减少了中压系统负荷。2、高压圈内高压设备水平布置。主要是采用了甲铵喷射泵，使高压设备水平布置，节省了框架高度。3、热利用率高，能耗低。(1)气体塔操作温度高，汽提效率高；(2)充分利用甲铵生成热。设置2台甲铵冷凝器，分级回收热量，副产蒸汽供本装置使用；(3)用汽提塔蒸汽冷凝液的热量作为中压分解部分热源；(4)用低压分解气预热原料液氨；(5)用解吸塔底部出液预热高压甲铵液；(6)用中压分解气进行尿液预浓缩。4、操作弹性大，易于操作控制。5、年运转率高。6、爆炸危险性小。防腐空气量少，中低压系统排除的混合气中氧含量低，避免生成爆炸性混合气体。本次设计选用工业中使用广泛的水溶液全循环法。35四川理工学院毕业设计第2章 工艺计算尿素生产过程的物料衡算同其他化学过程的物料衡算一样，根据质量守衡定律，通过计算求得加入个设备和离开各设备的物料各组份的成份、重量和体积。为进一步进行热量衡算、设备计算、化工管道计算等提供定量的依据。物料衡算根据下列公式： 式中：输入物料量总和； 输出物料量总和； 物料损失总和。对于溶液全循环法尿素生产 ，由于物料的循环反应，在计算物料平衡时，全系统物料平衡的完整性很重要。改变某设备的任何一个参数都会影响全系统的物料平衡。各设备的物料衡算，必须在全系统物料衡算完成以后才能判断各设备物料衡算的结果。因此对尿素生产过程必须进行全系统的物料衡算。2.1水溶液全循环法物料流程物料衡算条件的确定进行物料衡算之前，必须确定系统输入、输出、损失等物料量及计算基准等计算条件。尿素物料衡算有下列各项：1 尿素物料衡算常以每吨成品（含n246%尿素）为基准。2 成品规格 国家或部标准规定。特殊要求者设计任务书规定。 粒状尿素成品规格：（重量比） 含n2量 46%（折合成尿素98.7%，其中不包括缩二脲含氮量） 缩二脲 0.9% 水 分 0.3% 其他杂质 0.1%3 原料消耗定额 生产尿素的原nh3和co2的消耗定额，可根据中间试验车间及同类型生产车间测定的数据确定。“年产11万尿素车间通用设计”采用的原料消耗定额为： nh3 580 成品尿素 co2 785 成品尿素4 每吨成品中损失量nh3消耗定额与成品中尿素和缩二脲所含nh3量之差即为nh3损失量。可按下式计算： 式中：60尿素分子量 103缩二脲分子量 34、51分别为尿素及缩二脲中含nh3量5 nh3损失量在系统中具体分配 应根据中间试验车间及车间及同类型生产车间测定数据确定。或参考下列数据：1.高压液氨泵漏损 11.69（包括全系统管道漏损）2.解吸塔废液中排出 0.483.尾气吸收塔放空损失 0.654.二段蒸发冷凝液排出 0.915.一段蒸发喷射器放空损失 1.14 6.造粒塔损失 0.687.成品包装运输损失 0.75总计 16.36 每吨成品中co2损失量co2消耗量定额与成品中尿素和缩二脲所含co2量之差即为co2损失量。可按下式计算： 式中：44、88分别为尿素及缩二脲co2含量其余式同前式7 co2损失量在系统中具体分配（确定方法同前）。1.二氧化碳压缩机损失 49.94（包括系统漏损）2.解吸塔废液排出 0.583.二段蒸发冷凝器排出 1.134.造粒塔损失 0.885.成品包装运输损失 1.33总 计 53.58 每吨成品在制造过程中尿素的损失量及其在系统中具体分配（确定方法同前）。1.解吸塔废液排出 0.362.二段蒸发冷凝液排出 1.23.造粒塔放空粉尘损失 1.24.成品包装运输损失 1.13总 计 4.099 生产过程中水解消耗的尿素量及其在系统中具体分配（确定方法同前）。1.一段蒸发系统 4.52.二段蒸发系统 1.5总 计 6.010 缩二脲在各处的生成量 确定方法同前，由现场测定1.二段分解系统前 6.02.一段蒸发系统 1.03.二段蒸发系统 2.0总 计 9.011 尿素缩合成缩二脲需耗用尿素量 可由下式计算： 式中：120两个尿素分子量 103缩二脲分子量12 每吨成品尿素需要在过程中生成的尿素量 成品中尿素含量及各项尿素损失量。1.成品中喊尿素量 987.00 kg2.成品中含缩二脲消耗尿素量 10.45 kg3.生产过程中损失的尿素量 4.09 kg4.生产过程中水解损失的尿素量 6.00 kg总 计 1007.54 kg13 在系统中循环的尿素 该部分尿素系随二段蒸发冷凝液返回合成塔。确定方法同前，根据现场测定，取为总产量的0.25%即2.5 kg。14 解吸塔废液中各组分的数量 由上列各条件即可算出： 尿素 0.36 kg nh3 co2 15 排出的二段蒸发冷凝液中各组分的数量 由上列条件即可算出： 尿素 1.2 kg nh3 co2 2.2水溶液全循环法物料流程物料衡算2.2.1压缩系统（一）条件1.二氧化碳气的组成（干气，体积比） co2 99% 惰性气 1%（按n2计）总s量 15毫克/m（可忽略）2.co2气体进入压缩机（4d12型） 温度：40c 压缩机吸入压力：400mm （表压）吸入大气压以736mm hg为基准3.co2气体内水蒸汽含量按吸入条件下饱和水蒸气含量计算。40c时饱和水蒸气压力为 55.32mm hg4.在co2气体中含氧量。由防腐条件确定，取为0.5%（干气体的体积比）5.氧气的组成（体积比） o2：95%； n2：5%6.co2气体经五段压缩最终压力为220 kg/cm,约为22mpa，最终温度为125c7.co2气体进五段的压力为81.5 kg/cm，即8.0mpa，温度40c。（二）计算1.进入系统的co2气体总量(1)co2量为785 kg或785/1.976=397.27m（1.976co2在标准状况下的重度， kg/m）或785/44=17.84 kmol(2)co2 气体中的惰性气（包括h2、n2；为简化计算，均按n2计）397.271/99=4.01m或 4.011.25=5.01 kg（1.25n2在标准状况下的重度， kg/m）或5.01/28=0.18 kmol故进入车间co2 气体（干基）量为： 397.27+4.01=401.31m 或17.84+0.18=18.02 kmol2.co2 气体中水份 co2 气的总压：736+400/13.6=765.40mm hg 40c时饱和水蒸气压：55.32mm hg故co2气中水的物质的量为 或 1.4018=25.20 kg3.进入系统的o2气量（1）纯o2在co2气中占0.5%（体积比）即401.310.5/99.5=2.02m 或 2.021.429=2.89 kg （1.429o2在标准状况下的重度， kg/m） 或 2.89/32=0.09 kmol（2）随o2 带入的n2 量 2.025/95=0.11m 或 0.111.25=0.13 kg 或 0.13/28=0.047 kmol故进入系统的o2 气总量为 2.02+0.11=2.13m 或 0.09+0.0047=0.0947 kmol 或 2.89+0.13=3.02 kg4.压缩后的气体成分计算（1）co2 在压缩机中的损失量收入项目 kg kmol支出项目 kg kmol氨冷气体其中： 二段循环第二冷凝器来氨水其中： 尿素30.9822.952.895.14120.1370.63755.7062.021.7821.621.350.090.186.7620.0143.2783.440.03惰性气体洗涤器出口气体其中： 惰性气体洗涤器出口氨水其中： 尿素11.5223.682.8584.984138.5370.63774.19361.9251.7820.4860.2160.090.187.8960.0144.4123.440.03总 计151.1178.382总 计151.1178.3822一段吸收塔的物料衡算(1）进口气体由预分离器分解气体和一段分解塔分解气体汇集而成，具体数量由预分离器及一段分解塔物料衡算而得。(2）进口溶液由二段甲铵溶液和惰性气体洗涤器来氨水两部分分开加入，具体数量由二段循环第一冷凝器及惰性气体洗涤器物料衡算而得。(3）出口气体由氨冷凝器物料衡算而得。(4）出口一段甲铵液由合成系统物料衡算而得。(5）一段吸收塔物料平衡表 表2-17 一段吸收塔物料平衡表收入项目 kg kmol支出项目 kg kmol预分离器分解气体其中： 一段分解塔分解气体其中： 二段甲铵液其中： 尿素惰性气体洗涤器来氨水其中： 尿素788.1365.08678.3036.722.895.14918.92316.70473.16129.06225.56355.26385.8583.730.721329.4070.63774.9762.021.7843.691.4839.302.040.090.1842.207.2027.837.1710.9711.2545.054.6550.0127.8960.0144.4123.440.03一段甲铵液其中： 尿素 一段吸收塔出口气体其中： 1275.50523.84437.63311.532.5796.42788.392.895.1458.096530.819.9417.30450.042 46.6546.380.090.18总 计2072.02104.757总 计2071.534105.032.3合成塔的热量衡算（一）计算依据（计算以25c为基础）1.气（包括惰性气）进口压力221 kg/cm(约2mpa)（绝压），温度125c2.甲铵反应物 进口压力221 kg/cm（绝压），温度100c3.尿素反应物 出口压力221 kg/cm（绝压），温度1904.按物料平衡各进出口物料组份列表如下：表2-18 各进出口物料组份列表收入项目 kg kmol支出项目 kg kmol原料气 其中：co2 原料液氨循环液氨甲铵溶液其中： 尿素743.369735.062.895.140.279568.31765.441275.50523.84437.63311.532.517.000216.710.090.18470.015533.4345.0358.096530.819.9417.30450.042反应后熔融物其中： 尿素 甲铵 nh3 nh3 h2o 3352.621010.04769.08433.84335.24951.49613.982.895.14136.766716.8329.6869.8619.7255.9734.110.090.1847总 计3352.57153.5567总 计3352.62136.7667(一)计算方法 尿素合成塔的热量计算，因为参加反应组分和反应条件（温度、压力）的不同，反映热平衡难以简单的反应热数据来表示。而在目前对有关的热力学数据尚缺乏的情况下，一般可将各反应阶段分解开来计算，这样就可以把已有的数据用于合成塔的热量平衡计算。尿素合成塔的反应可以用下列尿素合成热平衡计算各项。逐项计算即求出合成塔总的热平衡。所列反应条件以“年产11万吨尿素通用设计”为例。(三)计算1.h1co2气体降温降压吸热。由co2ts图查：221（绝压）125c时 i=166 221（绝）25c时 i=174 h1=735.06（166-174）=-5880.42.h2当量nh3降温降压及气化吸热由nh3ip图查：1（绝）25c时 i=423221（绝）tc时 i=i h2=568.31（i-423）=568.31i2403953.h3固体甲铵生成时反应热（1）在1大气压，25c时固体甲铵生成热为：h=38060h3=16.7138060=6359834.h4固体甲铵升温吸热（1）固体甲铵由25c升温至150c时之热焓增值为5260 h4=-16.715260= -878955.h5固体甲铵熔融吸热（1）固体甲铵在150c时之熔融热为：h=4850h5=-16.714850= -81044（以上各项数据来源均见前面）6.h6循环甲铵液升温吸热物料衡算中甲铵液的组成为：nh3 523.84 kg co（nh2）2 778.846 kg 61.1%co2 437.63 kg 氨水 496.654 kg 38.9%h2o 311.53 kg 或 其中nh3 185.88 kg 含氨37.4% 2.5 kg h2o 310.774 kg - 总计 1275.5 kg 总计 1275.5 kg 100%取固体甲铵比热为=36.3取37.4%氨水比热1.2=0.611 +0.3891.2=0.751h6甲铵转化成尿素时吸热1h6 =-1275.4590.751(150-100)= -478957.h7甲铵转化成尿素时吸热1温度为内直径为的压力容器双锥密封适用于p=6.435mpa，t=0c，内直径为由于双锥环的径向自紧作用，故在压力和温度波动不大情况下，密封性能仍然良好。双锥密封件中，双锥环的材料直接影响到密封性能性能的好坏。因此，应填空选择，尤其使用在高温高压场合下的密封元件更应该注意双锥环可用以25、35、16mn、20mnmo、15crmo及ogr18ni9等材料制成，在其两个密封面上均开有半圆形构槽，并衬有软金属垫，如退火铝或退火铝或退火紫铜等。合理地设计双锥密封的尺寸，使其有适当的刚性，保持有适当的回弹自紧力是很重要的。本设计双锥环材料用20mnmo，垫片材料为退火铝，其螺栓材料选用35crmoa，经调质处理，回火温度不得低于550表5-1 材料的化学成分成分mnsispcrnimocu0.170.231.101.400.170.370.0350.0350.300.300.200.350.250.320.400.400.700.170.370.0350.0350.801.100.300.150.250.3 表5-2 双锥环基本结构尺寸封口内径（mm）设计压力（mpa） （c）a （mm）b （mm）c（mm）d1 (mm）1800223011440571748双锥环密封面锥角及公差：=，粗糙度ra为3.21.6m，摩擦角=150 平盖及筒体平盖及筒体端部密封面锥角及公差，粗糙度为ra=3.21.6m。双锥密封结构如下图所示。图5-2 双锥密封结构1.主螺母 2.垫圈 3.主螺栓 4.平盖 5.双锥环 6.软金属垫片 7.圆筒端部 8.螺栓 9.托环5.3.2主螺栓载荷计算 图5-3 双锥环尺寸结构图 图5-4 双锥环预紧时受力分析5.3.2.1 预紧状态下主螺栓的载荷w1的计算右上图为双锥环预紧时的受力分析： (5-6)式中：-双锥环的密封面平均直径，mm； -双锥环内圆柱面直径，mm；双锥环密封面锥角，；-摩擦角，钢与钢接触=8.5,钢与铝接触时=15，钢与铜接触 =1031；y-垫片比压力。 表4-3 垫片比压力垫片材料 y值,退火铝51退火铜86.6软钢127.446铬钢153由于选用铝为垫片，所以y=51mpa 5.3.2.2 双锥环操作状态时主螺栓载荷的计算 图5-5双锥环工作时的受力分析 (a) 回弹自紧力分析 （b）压力自紧力分析操作状态下双锥环的受力分析如上图所示，主螺栓将承受三部分力：内压引起的总轴向力f，n；双锥环自紧作用的轴向分力，n；双锥环回弹力的轴向分力,n。即: 内压对平盖的轴向力： 双锥环自紧作用的轴向分力，由内压作用在密封环内表面的径向扩张力引起。可按下式求取： 式中：b-双锥环有效宽度，mm； (5-7) 则因双锥环有两个锥面，每一锥面受到的推力为，锥面上相应有一法向力g，向个扩张时受到摩擦力的作用，方向与预紧时相反，如上图（a）所示。g与的合力再分解，其垂直分力即为： 双锥环回弹力的轴向分力：由环内的变形回弹引起，存在回弹力的条件是双锥环始终处于压缩状态。压缩越大，环的回弹力越大。最大回弹力： (5-8)式中： e-双锥环材料的弹性模量，查相关材料手册，取e=189gpa g-双锥环与端盖间径向间隙，取g=2mm; f-双锥环截面积，mm 则= 操作状态压紧面上的摩擦力方向如上图（b）所示，压紧面上的法向力和摩擦力的合力在垂直方向的分量为： 操作状态主螺栓载荷由上述三个相加而成: 由于，所以确定主螺栓载荷为：w=n5.3.3主螺栓及主螺母的设计计算螺栓是密封结构中最常用的紧固件，螺栓设计是密封设计的一个重要内容。为了避免螺栓螺纹发生“咬合”现象，螺栓与螺母应该采用不同的材料，使用其硬度不同，一般螺母硬度比螺栓低hb30左右。5.3.3.1主螺栓的设计计算材料 本设计选用35crmoa作为螺栓材料。强度计算 螺栓光杆直径do按下式计算： d= (5-9) 式中： q螺栓总载荷，n；n螺栓数目，取n=24；设计温度下螺栓许用应力，取218mpa 则 查螺栓标准，选取m1256的螺栓即可满足设计要求，其结构尺寸可通过螺栓相关标准查取。5.3.3.2 主螺母的设计计算主螺母结构简图如下:图5-6 螺母结构简图主螺母结构尺寸的确定螺母高度h：高压容器螺母比普通容器螺母高度高，一般取h为h=（1.01.1） (6-6) 有效补强区内焊缝金属的截面积。 有效补强区内另外再增加的补强元件的金属截面积。式中：壳体开孔处的有效厚度，mm 接管计算厚度，m