聚氯乙烯反应釜的设计

摘摘 要要 随着国内聚氯乙烯行业的竞争越来越激烈 小规模聚氯乙烯生产设备将越来越 表现出不经济性 考虑到今后国内新建聚氯乙烯生产设备规模至少将在20万 t a 以上 60m3聚氯乙烯反应釜及其成套工艺技术具有很大的推广前景 由于 引进国外60m3以上聚氯乙烯反应釜及其成套工艺技术的设备和技术费用相当昂 贵 在今后较长一段时期内 国产化60m3聚氯乙烯反应釜及其成套工艺技术将 是企业的理想选择 因此 60m3聚氯乙烯反应釜的设计和成套工艺技术的开发 将极大的推动国内 PVC 行业的技术进步和长远发展 本次毕业设计是设计一个 60m3聚氯乙烯反应釜 考虑到了筒体所受的内压和外压 进行了罐体和夹套内 压强度计算 对罐体进行了外压强度校核 另外还设计了搅拌装置与传动装置 并对其进行了强度和刚度校核 关键词 关键词 聚氯乙烯 反应釜 设计 AbstractAbstract With the domestic PVC industry more competitive PVC production equipment for small scale will become more and more non economic Tacking into account the future of domestic new PVC production equipment will be at least more than 200 000t a 60m3PVC reactor and packaged process have a great spread The equipment investments and construction investments for bring in the 60m3 PVC reactor and packaged process is so expensive that the companies should choose the 60m3 PVC reactor and packaged process that we have in the near future So the design of the 60m3PVC reactor and the study of packaged process have great historical significance and far reaching impact in the history of domestic PVC production will greatly promote the development of domestic PVC industry This graduation design is to design a 60m3 PVC reactor This design considered the cylinder body from the internal pressure and the external pressure Tank and jacket were calculated compressive strength and the tank strength of the external pressure was checked In addition I also designed a mixing device and transmission device and checked its strength and stiffness KeyKey words words PVC reactor design 前前 言言 我国 PVC 生产企业平均规模为年产 8 万多吨 PVC 生产处于低垄断状态 由于国产化 PVC 生产技术的成熟 在很大程度上降低了行业进入门槛 行业内 和行业外企业为追求较高利润 竞相建设和扩产 近几年国内 PVC 热的显著特 征是大干快上 所谓大 是指规模大 新建改扩建项目动辄十万吨以上 二三 十万吨也不少见 未来 PVC 生产企业规模将向 40 万 80 万 t a 大规模水平发 展 规模小的企业将由于技术水平较低 污染严重 生产成本高 竞争能力弱 而逐步淘汰 我国 PVC 行业采用大型聚合釜生产装置成为近年来明显的发展趋势 采用 大型聚合釜 每釜的产量大 克服了小釜生产出的聚氯乙烯树脂质量不稳定的 缺陷 大釜比小釜的产量批次较少 树脂之间的差异减小 质量更加均匀和稳 定 同样规模的装置 采用大型釜更容易实现 DCS 控制 鉴于当前国内聚氯乙 烯行业的发展情况 采用 60m3聚氯乙烯反应釜 可以节省设备投资和建设投资 减少生产运营费用 有效降低产品生产成本 可以大大提高国内聚氯乙烯生产 企业的市场竞争能力 为国内聚氯乙烯生产企业扩大生产规模 调整产品结构 等创造了有利的条件 因此 60m3聚氯乙烯反应釜及其成套工艺技术具有极大的 推广应用前景 由于引进国外 60m3以上反应釜及其成套工艺技术的设备费用和 技术费用相当昂贵 在今后较长的一段时期内 国产化 60m3聚氯乙烯反应釜及 其成套工艺技术将是国内企业的理想选择 1 绪论绪论 1 1 聚氯乙烯聚氯乙烯 1 1 1 聚氯乙烯聚氯乙烯 全名为 Polyvinylchlorid 主要成份为聚氯乙烯 另外加入其他成分来增 强其耐热性 韧性 延展性等 它是当今世界上深受喜爱 颇为流行并且也被 广泛应用的一种合成材料 它是全球使用量最广泛的塑料之一 也是世界上产 量最大的塑料之一 聚氯乙烯具有原料丰富 石油 石灰石 焦炭 食盐和天然气 制造 工艺成熟 价格低廉 用途广泛等突出特点 现已成为世界上仅次于聚乙烯 树脂的第二大通用树脂 占世界合成树脂总消费量的29 聚氯乙烯容易 加工 可通过模压 层合 注塑 挤塑 压延 吹塑中空等方式进行加工 聚氯乙烯主要用于生产人造革 薄膜 电线护套等塑料软制品 也可生产板 材 门窗 管道和阀门等塑料硬制品 1 1 2 物理和化学性质物理和化学性质 总的来说聚氯乙烯根据不同的用途可以加入不同的添加剂 因此聚氯 乙稀塑料可呈现不同的物理性能和力学性能 通常 聚氯乙稀具有阻燃 阻燃值为 40 以上 耐化学药品性高 耐浓盐 酸 浓度为 90 的硫酸 浓度为 60 的硝酸和浓度 20 的氢氧化钠 机械强 度及电绝缘性良好的优点 但其耐热性较差 软化点为 80 于 130 开始分 解变色 并析出 HCI 具有稳定的物理化学性质 不溶于水 酒精 汽油 气 体 水汽渗漏性低 在常温下可耐任何浓度的盐酸 90 以下的硫酸 50 60 的 硝酸和 20 以下的烧碱溶液 具有一定的抗化学腐蚀性 对盐类相当稳定 但 能够溶解于醚 酮 氯化脂肪烃和芳香烃等有机溶剂 此外 POVC 的光 热 稳定性较差 在 100 以上或经长时间阳光暴晒 就会分解产生氯化氢 并进 一步自动催化分解 变色 物理机械性能迅速下降 因此在实际应用中必须加 入稳定剂以提高对热和光的稳定性 1 1 3 分类及其用途分类及其用途 聚氯乙烯可分为软聚氯乙烯和硬聚氯乙烯 其中硬聚氯乙烯大约占市场的 2 3 软聚氯乙烯占 1 3 软聚氯乙烯一般用于地板 天花板以及皮革的表层 但由于软聚氯乙烯中含有柔软剂 这也是软聚氯乙烯与硬聚氯乙烯的区别 容 易变脆 不易保存 所以其使用范围受到了局限 硬聚氯乙烯不含柔软剂 因此 柔韧性好 易成型 不易脆 无毒无污染 保存时间长 因此具有很大的开发 应用价值 总的来说聚氯乙烯广泛应用于建材 包装 医药 化工 纺织 家电 消 防 食品等诸多行业 其中建材行业占的比重最大 为 60 其次是包装行业 还有其他若干小范围应用的行业 1 1 4 发展史及现状发展史及现状 氯化乙烯基最初是在 1835 年在 Justus von Liebig 实验室合成出来的 而聚氯乙烯是由 Baumann 在 1872 年合成的 但是直到 20 世纪 20 年代 才在美国生产出了第一个聚氯乙烯的商业产品 在接下来的20 年内欧洲 才开始大规模生产 据统计 2004 年全球 PVC 产能达到 3500 万吨 产量为 2920 万吨 我国 聚氯乙烯生产企业总数有 80 多家 2004 年国内 PVC 树脂生产量为 503 2 万吨 年生产能力约为 650 万吨 2004 年新增产能 140 多万吨 预计到 2005 年底我 国聚氯乙烯生产能力将超过 950 万吨 净增长 300 万吨 其中乙烯法占 30 含进口单体 电石法占 70 截止到 2005 年 6 月底国内 PVC 实际生 产量为 295 41 万吨 与去年同期相比增长率为 21 7 2005 年上半年进口量为 79 7 万吨 表观消费量为 372 6 万吨 根据海关数据显示 2010 年 12 月中国 PVC 纯粉进口量为 吨 环比显著增长 21 同比显著增长 36 去年 1 12 月 份 PVC 纯粉进口量累计为 吨 累计同比减少 26 4 1 2 反应釜反应釜 反应釜广泛应用于石油 化工 橡胶 农药 染料 医药 食品 用来 完成硫化 硝化 氢化 烃化 聚合 缩合等工艺过程的压力容器 例如反 应器 分解锅 聚合釜等 总的来说 反应釜属于搅拌设备的一类 这里简 要的介绍一些搅拌设备的情况 搅拌设备常被称作搅拌釜 或搅拌槽 当搅拌设备用作反应器时 又 被称为搅拌釜式反应器 有时简称反应釜 搅拌设备在工业生产中应用范围很广 尤其是化学工业中 很多化工生产 够或多或少地应用着搅拌操作 化学工艺过程中的种种化学变化 是以参加反 应物质的充分混合为前提的 对于加热 冷却和液体萃取以及其他吸收等物理 变化过程 也往往要采用搅拌操作才能得到好的效果 搅拌设备在许多场合是 作为反应器来应用的 例如在三大合成材料的生产中 搅拌设备作为反应器约 占反应器总数的 90 其他如染料 医药 农药 油漆等行业 搅拌设备的应 用亦很广泛 有色冶金部门对全国有色冶金行业中的搅拌设备做了调查及功率 测定 结果是许多湿法车间的动力消耗 50 以上是用在搅拌作业上 搅拌设备 的应用范围之所以这样广泛 还因搅拌设备操作条件 如浓度 温度 停留时 间等 的可控范围较广 又能适应多样化的生产 搅拌设备的作用如下 使物料混合均匀 使其他在液相中很好的分散 使固体粒子 如催化剂 在液相中均匀的悬浮 使不相溶的另一液相均匀 悬浮或充分乳化 强化相间的传质 如吸收等 强化传热 对于均相反应 主要是 两点 混合的快慢 均匀程度和传热情况好坏 都会影响反应结 果 至于非均相系统 则还影响到相界面的大小和相间的传质速度 情况就更 复杂 所以搅拌情况的改变 常很敏感地影响到产品的质量和产量 生产中的 这种例子非常普遍 在溶液聚合和本体聚合的液相聚合反应装置中 搅拌的主 要作用是 促进釜内物料流动 使反应器内物料均匀分布 增大传质和传热系 数 在聚合反应过程中 往往随着转化率的增加 聚合液的粘度液增加 如果 搅拌情况不好 就会造成传热系数下降或局部过热 物料和催化剂凡是不均匀 影响聚合产品的质量 也容易导致聚合物粘壁 使聚合反应操作不能很好地进 行下去 在互不相溶的液体之间或液体和固体相互作用时 搅拌在加速反应的进行 方面起着非常重要的作用 因为增加一物相混入另一物相的速度 接触面就会 增大 搅拌是在反应过程中创造良好条件的一个重要因素 例如 使传热作用 加强 减少局部过热 以及避免加热过程中物质焦化等 如高压聚乙烯生产中 由于搅拌器的作用 使物料在反应器内有一点的停留时间 更重要的是使催化 剂在反应器内分布均匀 以防止局部猛烈的聚合作用而造成爆炸 因此搅拌设 备在工业生产中起着非常重要的作用 搅拌设备使用历史悠久 应用广泛 但对搅拌操作的科学研究还不够 搅 拌操作看起来似乎很简单 但实际上 它所涉及的因素却极为复杂 对于搅拌 器型式的选择 从工艺的观点以及力学观点来说 迄今都研究的不够 过去有很多文献论述了搅拌设备的动力消耗 并给出了不少情况下的计算 公式 但是由于使用介质操作条件的不同 物理化学性质的差异 容器形状及 内部设施的不同以及各种搅拌器特性上的区别 正确确定搅拌功率并适当的选 择驱动电机是十分困难的 在没有模拟试验的情况下 设计新的搅拌设备时 常采用现有设备数据的方法 宁大勿小 结果造成了不少浪费 国内有些单位 对一些生产中的搅拌设备进行了功率测试 从测试的结果可以看到 由于功率 消耗难以计算准确 电动机选用过大 造成了负荷率很低的不合理现象 关于搅拌器 除非遇有特殊的任务 需要特殊设计之外 现有的各种搅拌 器 尤其常用的框式 平桨式 推进式和涡轮式等已足够应用 而且这些搅拌 器已经有相应的标准 所以对已有搅拌器性能的深刻了解 应予以更多的注意 以便是它们在使用中能够充分发挥作用 涡轮式搅拌器现在正被广泛使用 因 为这种搅拌器在工业上适应性很大 它几乎能有效的完成所有的搅拌任务 并 能处理那些特别是化学工业中进出遇到的各种黏度的物料 搅拌设备的轴封多是填料密封和机械密封 100 多年前初期的密封都是采 用一些天然材料如皮革和浸油绳等作为密封 以后浸油绳密封逐渐发展成为今 天的软填料密封 由于石油化学工业的发展 易燃易爆物质比较多 对密封性 能要求较严 1935 1945 粘间在英美等国均开始研究和应用机械密封 并得到 较快的发展 因而机械密封已日益得到广泛应用 2 反应釜的设计参数及要求反应釜的设计参数及要求 设计参数及要求 容器内夹套内 容器类别 工作压力 MPa 32 设计压力 MPa 32 工作温度 80143 设计温度 85147 5 介质 聚氯乙烯 有机 物 水 水蒸气 焊接街头系数0 85 1 00 85 1 0 全容积 3 m60 充装系数0 85 腐蚀情况 mm 01 5 推荐材料 搅拌轴转速 r min 30 65 电动机功率 KW 150 200 传热面积 3 夹套反应釜设计夹套反应釜设计 3 1 夹套反应釜的总体结构夹套反应釜的总体结构 带搅拌的夹套反应釜是化学 医药及食品等工业中常用的典型反应设备之 一 它是一种在一定压力和温度下 借助搅拌器将一定容积的两种 或多种 液体以及液体与固体或气体物料混匀 促进其反应的设备 一台带搅拌的夹套反应釜主要有搅拌容器 搅拌装置 传动装置 轴封装 置 支座 人孔 工艺接管和一些附件组成 搅拌容器分罐体和夹套两部分 主要有封头和筒体组成 多为中 低压压 力容器 搅拌装置有搅拌器和搅拌轴组成 其形式通常由工艺而定 传动装置 是为带动搅拌装置设置的 主要有电动机 减速器 联轴器和传动轴等组成 轴封装置为动密封 一般采用机械密封或填料密封 它们与支座 人孔 工艺 接管等附件一起 构成完整的夹套反应釜 3 1 1 釜体部分釜体部分 1 釜体部分由圆筒和上 下封头组成 提供物料化学反应的空间 其容积 由生产能力和产品的化学反应要求决定 2 中 低压筒体通常采用不锈钢板卷焊 也可采用碳钢或铸钢制造 为防 止物料腐蚀 可在碳钢或铸钢内表面衬耐蚀材料 3 釜体壳能同时承受内部介质压力和夹套压力 必须分别按内 外压单独 作用时的情况考虑 分别计算其强度和稳定性 4 对于承受较大外压的薄壁筒体 在筒体外表面影设置加强圈 3 1 2 传热装置传热装置 为及时送入化学放应所需热量或传出化学放应放出的热量 在釜体外部或 内部可设置传热装置 使温度控制在需要的范围之内 常用的传热装置是在釜 体外部设置夹套或在釜体内部设置蛇管 1 反应釜的搅拌装置由搅拌轴和搅拌器组成 可使物料混合均匀 良好接 触 加速化学反应的进行 搅拌过程中 物料的湍动程度增大 反应物分子之 间 反应物分子与容器器壁之间的接触不断更新 既强化了传质和传热 又有 利于化学反应的进行 搅拌器采用螺带螺杆式搅拌器 2 反应釜的传动装置主要由电机 减速器 联轴器和传动轴等组成 3 反应釜的轴封装置 为维持设备内的压力或阻止釜内介质泄漏 在搅拌 轴伸出封料抖出必须进行密封 动密封 轴封装置通常有填料密封和机械密封 4 反应釜的其他附件 包括支座 人孔 工艺接管等 3 2 反应釜的罐体和夹套的设计反应釜的罐体和夹套的设计 3 2 1 罐体和夹套的结构设计罐体和夹套的结构设计 罐体一般是立式圆筒形容器 有顶盖 筒体和罐底 通过支座安装在基础 或平台上 根据反应釜的设计参数及要求可知 罐体采用立式圆筒形结构 上 下封 头均采用标准椭圆形封头 下封头与筒体焊接 上封头与筒体采用法兰连接 夹套采用焊接式整体结构形式 3 2 2 筒体的几何尺寸计算筒体的几何尺寸计算 查资料选取该反应釜筒体的长径比 i H 1 3 则筒体的内径为 1 D m i V D89 3 3 114 3 6044 33 1 将计算结果圆整至公称直径标准系列 选取筒体直径 3800mm 此时 1 D 由计算得每一米高的筒体容积为 3 22 1 1 34 11 4 8 314 3 4 m D V 表面积 3 1 83 11mF 查表 4 得 DN 3800mm 时的标准椭圆封头曲面高度 mmh950 1 直边高度 mmh50 2 封头容积 3 75 7mVh 表面积 2 2 16 mFh 筒体高度为 m V VV H h 61 4 34 11 75 760 1 1 筒体高度圆整为 mmH4600 1 于是 21 1 3800 4600 1 H 复核结果基本符合原定范围 3 2 3 夹套几何尺寸计算夹套几何尺寸计算 罐体直径 mmD3800 1 则夹套内径为 mmDD40002003800200 12 符合压力容器公称直径系列 查表 4 得 DN 4000mm 时的标准椭圆封头曲面高 度为 mmh990 3 直边高度为 mmh50 4 封头容积 3 88 8 mVh 表面积 2 84 17mFh 取反应釜装填系数为 85 0 则 估算夹套高度为 m V VV H h 81 3 34 11 75 7 6085 0 1 2 选取夹套高度 mmH4000 2 则 mmHHH60040004600 210 这样 满足筒体法兰螺栓的装拆要求 夹套的传热面积为 2 21 52 63 2 16483 11mFHFF h 由于夹套内介质为水蒸汽 故不需使用导流板 3 2 4 强度计算 强度计算中各参数的选取及计算 均应符合 GB 150 1998 钢制压力容器 的规定 强度计算应考虑以下几种情况 当圆筒内为常压外带夹套时 1 圆筒的公称直径 DN600mm 时 被夹套包围部分的筒体按外压 指夹 套压力 圆筒设计 其余部分按常压设计 当圆筒的公称直径 DN 600 时 全部筒体按外压 指夹套压力 圆筒设计 2 圆筒内为真空外带夹套时 当圆筒体的公称直径 DN600mm 时 被夹套包围部分的筒体按外压 指 夹套压力 0 1MPa 圆筒设计 其余部分按真空设计 当圆筒的公称直径 DN 600mm 时 全部筒体按外压 指夹套压力 0 1MPa 圆筒设计 3 当圆筒体的公称直径 DN600mm 时 被夹套包围部分的筒体分只别按内 压圆筒和外压圆筒设计 取其中较大值 其余部分按内压圆筒设计 当圆筒的公称直径 DN 600mm 时 全部筒体分别按按内压圆筒和外压圆 筒设计 取其中较大值 4 本设备的公称直径 DN 2200 600mm 工艺提供的条件为 釜体内筒中设 计压力为 3MPa 夹套内设计压力为 2MPa 则夹套筒体和夹套封头为承受 2MPa 内压 而内筒的筒体和封头为既承受 3MPa 内压又承受 2MPa 外压 其最恶劣的操作条件为 停止操作时 内筒无压而夹套内仍有蒸汽压力 此时内筒承受 2MPa 外压 所以 筒体分别按 3MPa 内压和 2Mpa 外压设计 取其中较大值 夹套按 承受 2Mpa 内压设计 首先 按按内压计算厚度 罐体和夹套材料选用 16MnR 设计温度 罐体内 1 85t 2 147 5t 夹套内 设计压力 Mpap3 1 罐体内 Mpap2 2 夹套内 由设计任务书可知 焊接接头系数为 85 0 查表可知设计温度下 夹套及其封头材料为 16MnR 的的许用应力 t 按名 义厚度 mm n 6036 取为 157 1 t 按名义厚度 mm n 3616 取为 163 2 t 先按内压计算 筒体计算厚度 2 43 385 01572 38003 2 1 1 11 1 c t c p Dp 夹套计算厚度 08 29 285 01632 40002 2 2 2 22 2 c t c p Dp 筒体封头计算厚度 2 43 35 085 0 1572 38003 5 0 2 1 1 11 1 c t c p Dp 夹套封头计算厚度 9 28 25 085 0 1632 40002 5 0 2 2 2 22 2 c t c p Dp 查参考资料 1 的筒体的钢板厚度负偏差 mmC2 1 1 夹套的钢板厚度负 偏差为 mmC0 1 1 腐蚀裕量 罐体为 mmC0 2 夹套 mmC1 2 则筒体的厚度附加量为 mmCCC2 102 1 21 夹套的厚度附加量为 mmCCC5 25 10 1 2 1 则有 筒体设计厚度 mmC c 4 442 1 2 43 11 夹套设计厚度 mmC c 58 315 208 29 22 筒体封头设计厚度 mmC c 1 442 1 9 42 1 1 夹套封头设计厚度 mmC c 4 315 29 28 2 2 圆整后选取 筒体名义厚度 mm n 54 1 夹套名义厚度 mm n 34 2 筒体封头名义厚度 mm n 54 1 夹套封头名义厚度 mm n 34 2 3 2 4 稳定性校核 按外压校核厚度 稳定性校核 按外压校核厚度 厚度附加量 C 1 2mm 假设筒体名义厚度 mm n 54 1 则 筒体有效厚度 mmC ne 8 522 154 11 筒体外径 mmDD n 390854238002 10 筒体计算长度 mmhhHL 7 436650 3 1 9504 3 1 212 系数 12 1 3908 7 4366 0 D L 系数 0 74 8 52 3908 1 0 e D 查文献 10 得系数 A 0 0017 查文献 10 得系数 B 150 许用外压力 MpaMpa D B p e 209 2 74 155 1 0 因此 当名义厚度 mm n 54 1 时 筒体能满足 2Mpa 的外压要求 筒体封头的厚度计算如下 假设筒体封头名义厚度为 mm n 54 1 则 mmC ne 8 522 154 1 1 当量球壳外半径 2 351739089 09 0 0 0 DR mm 系数 00187 0 8 52 2 3517 125 0 125 0 1 0 e R A 查文献 10 得系数 B 156 许用外压力 MpaMpa R B p e 234 2 6 66 156 1 0 该假设满足稳定要求 筒体封头名义厚度为 mm n 54 1 3 2 5 水压试验校核水压试验校核 筒体材料为 16MnR 该材料在钢板厚度为 36 60mm 时屈服点 MPa s 305 在钢板厚度为 16 36mm 时屈服点 Mpa S 325 取 0 85 则 3 23330585 09 09 0 sT Mpa Mpa s T 6 24832585 09 09 0 罐体筒体水压试验压力 75 3 157 157 325 1 25 1 11 T CT pp Mpa 夹套筒体水压试验压力 Mpapp T cT 5 2 163 163 225 1 25 1 22 罐体内筒水压试验时壁内应力 MpaMpa Dp T e eT T 3 233 8 136 8 522 8 523800 75 3 2 1 112 2 夹套内压试验应力 MpaMpa Dp T e eT T 6 248 0 160 5 312 5 314000 5 2 2 2 222 2 可见水压试验时筒体 夹套内应力都小于 T 水压试验安全 3 3 反应釜的搅拌装置反应釜的搅拌装置 3 3 1 选择搅拌器选择搅拌器 由结构选择时所写 本釜选用平直叶圆盘涡轮搅拌器 根据搅拌器直径与罐体内径之比常取 0 35 0 8 1 J D D 其注意尺寸如下图 3 1 图图 3 13 1 平直叶圆盘涡轮搅拌器平直叶圆盘涡轮搅拌器 搅拌器直径 mmDJ1600 mmD1070 1 搅拌轴直径 d 160mm mmd220 2 桨叶宽度 B 320mm 桨叶厚度 mm14 1 圆盘厚度 mm12 桨叶长度 L 400mm H 230mm 搅拌器重量 G 201 2kg 3 3 2 设计搅拌轴设计搅拌轴 1 搅拌轴的材料 选用 40Cr 合金钢 2 搅拌轴的结构 连接桨式的轴头较简单 与联轴器配合的轴头结构按联 轴器的要求而定 3 搅拌轴强度校核 如任务书上所示 电动机功率 KW 150 200 搅拌轴转速 r min 30 65 取电动机功率为 kwpd160 搅拌轴转速为 n 65r min 计算轴功率 321 电机效率 9 94 1 减速器效率 1 94 2 两个联轴器效率 0 98 3 52 8798 0 941 0 949 0 轴转速 n 65r min 40Cr 钢扭转剪应力 系数 C 取 100 则 35 a Mpt mm n P Cd W 3 128 65 160 100 33 考虑开键槽和物料对轴的腐蚀 轴径扩大 8 即 mmd56 138 108 3 128 故搅拌轴轴径为 160mm 时 满足强度要求 4 搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求 一般搅拌轴要求运转平稳 为防 止轴的弯曲对轴封处的不利影响 因此 轴安装和加工要控制轴的直度 由于 搅拌轴转速 n 65r min 直线度允差 1000 0 15 3 4 反应釜的传动装置反应釜的传动装置 反应釜的搅拌器是由传动装置带动 传动装置设置在釜顶封头的上部 反 应釜的传动装置包括电机 减速器 联轴器 机架 底座和凸缘法兰 3 4 1 选用电机选用电机 根据设计任务书要求 选取电动机的功率为 160KW 查资料 3 得其型 号为 JB T8680 1 1998 Y2 335M1 6 额度功率 kwpd160 转速为 990r min 重量 kgG1600 电机 3 4 2 选用减速器选用减速器 根据选取的搅拌轴转速 n 65r min 查 资料 3 表 16 2 169 可知应选取 FJ 型两级硬齿面圆锥齿轮减速器 其型号尺寸从 HG T3139 3 2001 标准中查得 型号为 HG T3139 3 2001 B FJ9B 6 3 4 3 选用传动轴选用传动轴 传动轴轴径可以取与搅拌轴相同大小 查 资料 1 表 3 7 15 以及 3 7 16 可得传动轴的具体尺寸 传动轴记为 HG 21568 1995 传动轴 BXC 1100 160 1000 40Cr 3 4 4 选用凸缘法兰选用凸缘法兰 凸缘法兰一般焊接于罐体封头上 用于连接搅拌传动装置 亦可兼坐安装 维修 检查用孔 凸缘法兰分整天和衬里两种结构形式 密封面分凸面 R 和凹面 M 两种 查文献附图 4 4 和附表 4 6 资料 2 选取 R 型凸缘法 兰 标准件无适合法兰 尺寸自定 见零件图 3 4 5 选用安装底盖选用安装底盖 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 安装底盖下装式的常用形式为 RX 和 LRX 型 本设计采用 RX 型 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 查文献附图 4 7 和附表 4 7 资料 2 标准件无合适底盖 尺寸自定 见零件图 3 4 6 选用联轴器选用联轴器 电机或减速器输出轴与传动轴之间及传动轴与搅拌轴之间的连接 都是通 过联轴器连接的 常用的联轴器有弹性块式联轴器 夹壳联轴器和紧箍夹壳联 轴器 查文献附图 5 5 和附表 5 10 资料 3 传动轴与搅拌轴间的联轴器选用 GT 刚性凸缘联轴器 记为 联轴器 GT 140 HT200 减速器输出轴与传动轴之 间选用 JQ 型夹壳联轴器 联轴器 JQ140 HT200 3 5 反应釜的轴封装置反应釜的轴封装置 轴封是搅拌设备的一个重要组成部分 其任务是保证搅拌设备内处于一定 的正压和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 色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 反应釜搅拌轴处的密封 属于动密封 常用的有填料密封和机械密封两种 形式 填料密封结构简单 易于制造 在搅拌设备上广泛应用 一般用于常压 低压 低转速及允许定期维护的搅拌设备 机械密封是一种功耗小 泄露率低 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高压和真空设备 根据已知工况 选用机械密封 查文献附图 5 8 和附表 5 14 资料 2 选取 3 6 反应釜的其他附件反应釜的其他附件 3 6 1 人孔人孔 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收能方便 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形两 种 圆形手孔制造方便 应用较为广泛 人孔的大小及位置应以人进出设备方 便为原则 对于反应釜 还有考虑搅拌器的直径 以便搅拌轴及搅拌器能通过 人孔放入罐体内 本设计未设手孔 设有回转盖带颈对焊法兰人孔一个 查 资料 1 表 3 4 5 图 3 4 3 得选取回转盖带颈对焊法兰人孔 从 HG 21518 2005 标准中选取标准号为 HG 21518 2005 16 的人孔 具体尺寸见 资料 1 表 3 4 5 图 3 4 3 3 6 2 支座支座 本夹套反应釜为立式安装 采用支承式支座 标准支承式支座 JB T 4725 92 分为 A 型和 B 型两种 本设计中选用 B 型支承式支座 其结构见 资料 1 808 页 估算设备总重量 设备总重量 1234 mmmmm 式中为罐体和夹套总重 为传动装置与搅拌装置总重 为物料重 1 m 2 m 3 m 为冷却水重 4 m 1 的计算 圆筒重量计算公式 HDDm 4 1 22 1 m 计算得 mmdmmD nN 54 3800 1 的筒体质量为 tHDDm n 721 116 485 7 8 3 054 0 8 3 4 1 4 1 22 1 2 1 2 11 筒 mmdmmD nN 34 4000 1 的夹套筒节质量为 tHDDm n 736 6 0 485 7 0 4 034 0 0 4 4 1 4 1 22 2 2 2 2 22 夹 标准椭圆形封头计算公式 7 24 51 8 0 2 hDDG mmdmmD nN 54 3800 1 的封头的质量为 thDDG nnn 083 7054 0 05 0 054 0 8 3 7 24 054 0 8 3 51 8 7 24 51 8 2 1011 2 11 筒 mmdmmD nN 34 4000 1 的封头的质量为 thDDG nnn 878 4034 0 05 0 034 00 4 7 24 034 0 0 4 51 8 7 24 51 8 2 2022 2 22 夹 查 资料 1 表 3 4 5 得 DN 600mm MFM 型 的人孔重 人孔 G 673 查文献 14 得 pa0 4 mm4000MPD NN 的平面甲型平焊法兰的质量为 法兰 G 500kg 其他接管取 接管 G 500kg 计 则 kg36969500500673248787083673611721 2mmm1 接管法兰人孔夹筒夹筒 GGGGG 2 的计算 2 m 查 资料 2 表 16 2 177 得安装底盖重 kgG500 底盖 查 资料 3 表 16 2 169 得减速机重 kgG2800 减速器 查文献附表 4 6 2 得 DN 900mm 的凸缘法兰重 kgG417 凸缘 密封装置及其他附属件约为 kgG100 密封 查 资料 3 表 16 2 182 得联轴器重 kg6004150 联轴器 G 查 资料 3 表 17 1 29 得电动机重 kgG1600 电机 由网络中查得 kg2 201 搅拌器 G 则 kg2 63015002 20110060050028001600 2 底盖搅拌密封联轴器凸缘减速器电机 GGGGGGGm 3 的计算 3 m 取装填系数 85 0 则操作容积为 3 60mV 有 kg494706085 0970m3 V 4 的计算 夹套中冷却水的计算 4 m kg VVHDD n 4732 757 88 80 4 054 08 3 0 4 4 1 997 4 1 997m 22 2 2 11 2 24 筒夹 故设备总重量为 kg 2 97472473249470 2 630136969 4321 mmmmm 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 2 个支座计算 故每个支座承受载荷 KN mg 61 477 2 8 92 97472 2 Q 按支座允许负荷大于实际负荷的原则选用支座 JB T4724 1992 支撑Q允 Q 式座 B8 材料为 Q235 AF 支座本体允许载荷 KN61 477Q550KN Q 则 4 个 B8 支座能满足支座自身的承载要求 3 6 3 设备接口设备接口 化工容器及设备 往往由于工艺操作等原因 在筒体和封头上需要开一些各 种用途的孔 设备各个接管的选取如下表 表表 3 1 反应釜各接管规格反应釜各接管规格 序号公称规格接管外径和壁厚标准号用途或名称 1PN4DN100f100 4HG20593 97蒸汽出口 2PN4DN50f57 3 5HG20593 97蒸汽入口 3PN4DN200f300 12 5HG20593 97压料管套管 4PN4DN150f150 4 5HG20593 97压料管 5PN4DN200f219 9 5HG20593 97放料口 6PN4DN100f100 4HG20593 97冷凝水出口 7PN4DN250f100 4HG20593 97温度计管口 8PN4DN100f100 4HG20593 97加料口 结束语结束语 近几年国内 PVC 工业的快速发展 引发了行业内的竞争加剧 生产厂商为 了提高竞争能力 对于大型化的聚合釜及其关键设备和成套工艺技术提出了更 高的要求 聚合釜是 PVC 聚合生产过程中最关键的设备 当 PVC 生产装置能 力超过 2 万吨 年 小型釜的配置 便明显地不经济 聚合釜的大型化是生产规 模扩大和生产全部自动化的需要 但具体采用多大容积的聚合釜 还受到配套 的工艺技术 电器和自控仪表等技术水平的限制 以及设备制造 设备运输条 件和土建投资的制约 但毫无疑问的是 我国 PVC 行业采用大型聚合釜生产装 置成为近年来一个明显的发展趋势 本设计正是基于这种发展现状而来 根据设计任务书给定的设计参数 我查阅了大量化工设备设计资料 尤其 是各类设计标准 完成了以下设计任务 1 反应釜的总体结构设计 根据工艺要求并考虑制造 安装和维护检修的