5-设备选型与设计说明书

年产5000吨抗氧剂168及DTBP综合利用 设备选型与设计说明书武汉虹鑫精细化工有限公司年产5000吨抗氧剂168及DTBP综合利用项目2018“东华科技-陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛设计团队：武汉工程大学设计团队：IBE-Breaker参赛成员：孟森垚 范雪研 陈汝嘉 苏泽军 李威青指导老师：张林锋 杨犁 金放设备选型与设计说明66目 录第一章 反应器选择11.1 搅拌反应器介绍11.2 搅拌反应器的分类11.3 反应器尺寸计算31.4 搅拌釜详细设计41.4.1 搅拌釜尺寸设计41.4.2 夹套反应釜的强度计算51.4.3 反应釜釜体及夹套的压力试验61.4.4 搅拌桨形式及尺寸确定71.4.5 搅拌釜强度校核13第二章 塔设备设计242.1 设计规范242.2 设计要求242.3 塔的选型242.3.1精馏塔的选型原则242.3.2精馏塔的类型252.3.3 精馏塔选型312.4 塔设备设计步骤312.5 塔设备设计举例312.5.1 2,4-二叔丁基苯酚精馏塔T0202312.5.2精馏塔强度校核5第三章 换热器选型193.1 换热器设计依据193.2 换热器简介193.3 换热器选用原则213.3.1 基本要求213.3.2 介质流程213.3.3 终端温差223.3.4 流速223.3.5 压力降223.3.6 传热膜系数233.3.7 污垢系数233.3.8 换热管243.4 换热器型号表示方法253.5 换热器选型示例（以E0201为例）253.5.1 选型用软件一览253.5.2 工艺参数确定253.5.3 换热器结构参数的确定273.5.4 换热器结构校核333.5.4.1 圆整后结构参数333.6 换热器机械强度校核363.7 换热器计算与校核小结513.8 换热器装配图523.9 换热器选型一览表52第四章 泵选型534.1 泵类型和特点534.2 泵选型原则554.3 泵选型（以P0203为例）564.4 泵选型一览表58第五章 储罐选型595.1 选型依据595.2 储罐类型595.3 储罐系列595.4 选型原则605.5 原料储罐615.5.1 C4抽余液615.5.2异丁烯615.5.3甲苯625.5.4 甲醇635.5.5异丙醇635.6 产品储罐645.6.1 对叔丁基苯酚645.6.2 2,4,6-三叔丁基苯酚655.6.2.3655.6.3 2,4-三叔丁基苯酚655.7 储罐选型一览表66第一章 反应器选择1.1 搅拌反应器介绍搅拌反应器由搅拌器和釜体组成。搅拌器包括传动装置，搅拌轴（含轴封），叶轮（搅拌桨）;釜体包括筒体，夹套和内件，盘管，导流筒等。立式搅拌反应器的结构组成如图1-1所示。工业上应用的搅拌反应器有成百上千种，按反应物料的相态可分成均相反应器和非均相反应器两大类。非均相反应器包括固-液反应器,液-液反应器,气-液反应器和气-液-固三相反应器。 图1-1 立式搅拌反应器的结构组成反应釜是通过对物料在反应器内混合与流动状况的研究，利用研究所得的经验公式设计出来的,十分适合中小型化工企业生产的需要。研究表明，超过50%的化工过程是在搅拌反应器中进行的间歇操作，在中小型化工企业中这个比例还要更高，因此混合器设计和操作水平的提高对化工生产的生产过程、安全、产品质量和能耗有重大影响。搅拌反应器的应用之所以这样广泛，是因为其既可以应用于均相反应，又可以应用于多相反应，既可以间歇操作，又可以连续操作，而且搅拌反应器结构简单，加工方便，传质效率高，温度分布均匀，搅拌桨结构多样，操作条件（如温度、浓度、停留时间等）可控范围宽，操作灵活性大，设计技术成熟，能够适应多样化的生产。另外，对牛顿型和非牛顿型的流体都可采用搅拌操作，所以搅拌反应器在这些领域内始终占着主导地位。1.2 搅拌反应器的分类（1）桨式搅拌器桨式搅拌反应器是一种结构比较简单的一种搅拌反应器，一般以扁钢加工制成。材料可以采用碳钢、合金钢、有色金属或碳钢外包橡胶、环氧玻璃等。其结构有平直叶式和折叶式两种形式，分别如图1-2和图1-3所示。图1-2 平直叶桨式图1-3 折叶桨式（2）涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器有多种形式：开启直叶式，开启弯叶式，开启折叶式，圆盘平直叶式，圆盘弯叶式和闭式弯叶式。实际上开启式涡轮搅拌器和桨式搅拌器并无严格区别。习惯上把桨叶数少于4，圆周速度小于3m/s的开启式涡轮搅拌器称为桨式搅拌器。（3）推进式搅拌器推进式搅拌器的机构如同船舶的推进器，叶片数通常是3个，如图3所示。它的直径与涡轮式一样，通常比筒体的内径要小得多，其直径与筒体的比一般为0.250.5，但是其外缘圆周速度较高，一般是515m/s。这种搅拌器主要造成液体轴向运动，引起循环，它所造成的液体剪切作用较小。推进式搅拌器通常用整体铸造，加工方便。采用焊接时，需模锻后再与轴套焊接，加工较困难。图1-4 推进式搅拌器（4）锚式和框式搅拌器锚式和框式搅拌器的特点是旋转部分的外直径仅仅稍小于筒体的内径，其外形是由反应器的形状来决定的。对于大直径的反应器的或搅拌液体粘度很大时，通常横梁加强，这就成了框式搅拌器。（5）螺带式搅拌器螺带式搅拌器主要是由一定螺距的螺旋带、轴套和把两者联接的支撑杆组成。螺杆外径尽量与筒体内壁靠近，有时间距仅几毫米。搅动时液体呈复杂的螺旋运动，至上部再沿轴而下。螺带式搅拌器常用于高分子化合物的聚合反应器内，也可用于高粘度物料。由于搅拌过程种类繁多，介质情况千差万别，所以搅拌的型式也是多种多样。在典型的搅拌器基础上，还出现了许多改型。另外还有组合式搅拌器，可适用粘度有变化的搅拌全过程，改善搅拌效果。本反应是气固液反应，查询相关资料与专利之后，确定反应器类型为带搅拌的反应釜，设计选用间歇式涡轮搅拌反应器。1.3 反应器尺寸计算本反应是一个气液固三相反应，考虑气体在液体中的溶解以及气液快速反应，实际反应并不是一个恒容反应，反应体积要比进料体积有所缩小实际体积会有所减少将由Aspen plus V8.8动力学模拟得到的数据（以反应器R0201为例）。图1-5 Aspen plus V8.8动力学模拟反应釜数据由Aspen plus V8.8模拟得到的数据原料处理量：装料系数取0.65，故理论体积为： 取装填系数为0.65，则反应釜的实际体积为： 考虑单独设计一个4.33m3的搅拌釜，通过Aspen物性模拟可以得到以下相关物性数据：（以反应器R0201为例）。以上可知反应釜的操作参数，如表1-1表1-1 反应器物性数据表项目数值工作温度/120工作压力/bar6.5设计压力/bar7.13设计温度/140设备直径/m内径1.7设备高度/m直筒段2.4m，加有两侧标准EHA椭圆封头注：直径与直筒段高度在本章第四节中搅拌釜尺寸设计中说明。 1.4 搅拌釜详细设计以全混流为理想模型，确定了停留时间及液相体积之后，对搅拌釜反应器进行诸如搅拌釜直径、搅拌釜高度、搅拌桨型号、气体分布器位置等参数进行详细设计，同时利用SW6进行强度校核。1.4.1 搅拌釜尺寸设计（1）高径比可以由液相停留时间、液相体积流量来确定液相停留体积，并结合装液高径比确定直径。对于搅拌釜，一般液层高度与釜径的比值 。不妨取装液高径比为1.2进行设计计算。根据模拟结果，所需液相反应体积为4.33m3，则有：计算得， 向上取整为1700mm。此时选择标准椭圆封头进行设计，椭圆封头长径为1700mm，深度为425mm。则椭圆封头体积为：从而有液体高度为：装液高径比为：满足装液高径比1.0-2.0的要求。同时，装填系数为0.65，则直筒段高度：（2）夹套夹套内径：夹套高度填料系数取0.65，V1=4.33m3圆整得H2=1000mm1.4.2 夹套反应釜的强度计算（1）内筒及夹套的受力分析全部按内压圆筒强度计算原则进行计算。工艺提供的条件为：釜体内筒中工作压力为0.65MPa，夹套内工作压力0.7 MPa。则夹套筒体和夹套封头为承受0.65 MPa内压；而内筒的筒体和下封头为既承受0.65 MPa内压，同时又承受0.65 MPa外压，其最恶劣的工作条件为：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0.66 MPa外压。（2）计算反应釜厚度罐体和夹套材料选用Q345-R,设计温度t1=140（罐体内），t2=200（夹套内），设计压力P1=0.715 MPa（罐体内），P2=0.73 MPa夹套内筒体计算压力P1c=P1=0.715 MPa套计算压力P2c=P1=0.73 MPa。查表可知设计温度下Q345-R的许用应力为t =189 MPa。夹套筒体与内筒的环焊缝，因无法探伤检查，故查取，从安全计夹套上所有焊缝均取，下封头采用标准椭圆形封头。取钢板厚度负偏差C=0.5mm，腐蚀裕量： 2.0 mm，：筒体计算厚度：夹套计算厚度：筒体封头计算厚度：夹套封头计算厚度：取钢板厚度负偏差C1=0.3mm,腐蚀裕量：2.0mm筒体总厚度：，夹套总厚度：圆整后选取，筒体名义厚度：；夹套名义厚度：1.4.3 反应釜釜体及夹套的压力试验（1）釜体的水压试验a.水压试验压力的确定 水压试验的压力：b.水压试验的强度校核 水压试验的应力：所以水压试验强度足够，c.压力表的量程、浆液温度的要求压力表的最大量程：（2）夹套的水压试验a.水压试验压力的确定 水压试验的压力：b.水压试验的强度校核 水压试验的应力：所以水压试验强度足够c.压力表的量程、浆液温度的要求压力的最大量程：1.4.4 搅拌桨形式及尺寸确定有文献表明，在搅拌鼓泡釜中通常采用的桨叶是直液涡轮式，用标准的六叶或者四叶。在涡轮桨圆盘的下方，设有进气管，这种形式的搅拌桨能产生高度湍流并击碎气泡，并且当时需要采用两层或多层桨。因此氢化反应器中采用的是六叶圆盘涡轮，由于反应器设计的装液高径比小于1.8，因此只需要一层搅拌桨。如图1-6圆盘涡轮搅拌器示意图。图1-6 圆盘涡轮搅拌器示意图桨叶中圆盘的作用可以防止气体沿轴短路上升。气体从分布器的孔口喷出，就能立刻被转动的桨叶刮碎并卷入叶片后面的涡流中，被涡流粉碎的气泡又同时沿半径方向甩出，到达器壁之后又折而向上、下两处循环并旋转，若遇到挡板，则再一次发生扰动。但由于气泡本身的浮力，它的行径并不与液流完全一致。在桨叶吐出处附近区域，是传质最强区域，局部的气含量也最大，反应釜内的传质，主要靠此区域。其余部分的空间，传质效果大减。当然，对于慢反应，为了保证必要的反应时间，还要继续在那里进行反应。涡轮式搅拌桨叶直径d与釜直径D的最佳比值视不同情况而有所差别，对于良好的传质要求，传热为0.35，粘度增高则该比值增加，有固体颗粒悬浮时，若过程同时要求满足良好的传质、传热及固体颗粒悬浮的要求，则取。氢化反应是一个气液反应，但同时也在体系中加入镍硼固体作为催化剂，为保证良好的化学反应速度，应当使固体颗粒悬浮，同时保证良好的传质效果，综合而言，取是恰当的。参考HG3796.5-2005圆盘涡轮式搅拌器标准，选择下表中红框内型号。表1-2 圆盘涡轮搅拌器尺寸根据文献，取叶轮距釜底距离 1.4.4.1 搅拌功率的确定搅拌是一个通过机械传动装置，将电能转变为机械能，从而达到强化传热和传质效果的过程。单位体积所提供的搅拌功率越大，意味着传热和传质的增强效果更好。但是搅拌所带来的传递效果的优化，会随着转速增加而变得昂贵，因此无原则地提高搅拌功率是不可取的。流体雷诺系数大于一万，故为完全湍流，所以KT为一个与桨叶形式相关的量。对于所选的六直叶圆盘涡轮，KT为6.5。从而在不通气时的搅拌功率为：1.4.4.2 搅拌釜配件选型根据需要输入功率为7.976W，同时作为一个反应搅拌釜，需要根据产品质量对转速进行控制，因此需要选择可调速的电机。根据JB/T 7123-2010YCT系列电磁调速电动机技术条件，选择机座号为225-4A的YCT系列电机。具体尺寸为：图1-7 YCT电机示意图及型号根据HG/T3139.1-2001釜用立式减速机形式和基本参数标准，根据功率为7.976kw，转速为150r/min，选择单级LC系列摆线针轮减速机。不同类型减速机性能对比表1-3。表1-3 不同类型减速机性能对比图单级LC系列摆线针轮减速机示意图如图1-7。图1-8 LC齿轮减速机示意图单级LC系列摆线针轮减速机的机型号如表1-4。表1-4 CL摆线针轮减速机型号表由于CL系列减速机输出轴轴承为深沟轴轴承，只能承受不大的轴向力，一般应配上带支点的机架，由机架的轴承室来承受轴向力。因此选择WJ65型机架：图1-9 WJ单支点机架结构图1.4.5 搅拌釜强度校核立式搅拌容器校核计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所筒体设计条件内 筒夹 套设计压力 pMPa0.7150.8设计温度 t C155180内径 Dimm17001800名义厚度 dnmm208材料名称Q345RQ345R许用应力s 185189 s tMPa181.7185.4压力试验温度下的屈服点 s 325345钢材厚度负偏差 C1mm0.30.3腐蚀裕量 C2mm22厚度附加量 CC1C2mm2.32.3焊接接头系数 f0.850.85压力试验类型液压液压试验压力 pTMPa0.80.85筒体长度 Lwmm24001700内筒外压计算长度 Lmm1000封 头 设 计 条 件筒体上封头筒体下封头夹套封头封头形式椭圆形椭圆形椭圆形名义厚度 dnmm10158材料名称Q345R12Cr2Mo1RQ345R设计温度下的许用应力 s tMPa188.4175.8185.4钢材厚度负偏差 C1mm0.30.30.3腐蚀裕量 C2mm222厚度附加量 CC1C2mm2.32.32.3焊接接头系数 f0.850.850.85主 要 计 算 结 果内圆筒体夹套筒体内筒上封头内筒下封头夹套封头校核结果校核合格校核合格校核合格校核合格校核合格质 量 m kg2035.99606.38957.971442.74815.88搅拌轴计算轴径mm 悬臂轴(刚性轴)校核合格备 注内筒体内压计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.72MPa设计温度 t 155.00 C内径 Di 1700.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 185.00MPa设计温度许用应力 st 181.70MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 3.97mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.70mm名义厚度 dn = 20.00mm重量 2035.99Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.8000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 45.67 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 3.18295MPa设计温度下计算应力 st = = 34.89MPastf 154.45MPa校核条件stf st结论 合格内筒体外压计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件圆筒简图计算压力 Pc -0.80MPa设计温度 t 180.00 C内径 Di 1700.00mm材料名称 Q345R (板材)试验温度许用应力 s 185.00MPa设计温度许用应力 st 175.20MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25Pc = 0.8000 MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 45.67 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格厚度及重量计算计算厚度 d = 10.95mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.70mm名义厚度 dn = 20.00mm外压计算长度 L L= 1000.00 mm筒体外径 Do Do= Di+2dn = 1740.00mmL/Do 0.57Do/de 98.31A 值 A= 0.0024973B 值 B= 144.92重量 2035.99 kg压力计算许用外压力 P= = 1.47419MPa结论 合格内筒上封头内压计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.71MPa设计温度 t 155.00 C内径 Di 1700.00mm曲面深度 hi 425.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 188.40MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.8000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 104.13MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 3.80mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 957.97 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.44740MPa结论 合格内筒下封头内压计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.71MPa设计温度 t 155.00 C内径 Di 1700.00mm曲面深度 hi 425.00mm材料 12Cr2Mo1R (板材)设计温度许用应力 st 179.30MPa试验温度许用应力 s 193.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.8000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 279.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 63.23MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 3.99mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 12.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 15.00mm结论 满足最小厚度要求重量 1442.74 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.26864MPa结论 合格内筒下封头外压计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc -0.80MPa 设计温度 t 180.00 C内径 Di 1700.00mm曲面深度 hi 425.00mm材料 12Cr2Mo1R (板材)试验温度许用应力 s 193.00MPa设计温度许用应力 st 175.80MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.8000MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 279.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 63.23MPa校核条件sT sT校核结果合格厚 度 计 算计算厚度 dh = 11.65mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 12.70mm名义厚度 dnh = 15.00mm外径 Do Do= Di+2dnh = 1730.00系数 K1 K1 = 0.8856A 值A= = 0.0010373B 值B= 108.92重量 1442.74Kg压 力 计 算许用外压力 P= = 0.90384MPa结论 合格夹套圆筒体计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.80MPa设计温度 t 180.00 C内径 Di 1800.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 185.40MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 4.58mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 5.70mm名义厚度 dn = 8.00mm重量 606.38Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.8500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 158.39 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 0.99492MPa设计温度下计算应力 st = = 126.72MPastf 157.59MPa校核条件stf st结论 合格夹套封头计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.80MPa设计温度 t 180.00 C内径 Di 1800.00mm曲面深度 hi 425.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 185.40MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.8500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 170.89MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0807计算厚度 dh = = 4.94mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 5.70mm最小厚度 dmin = 5.40mm名义厚度 dnh = 8.00mm结论 满足最小厚度要求重量 815.88 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 0.92216MPa结论 合格开孔补强计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所接 管: N1, 15025计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.7191MPa设计温度155壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di1700mm壳体开孔处名义厚度n20mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t181.7MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 300mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 12Cr2Mo1接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 2mm补强圈材料名称 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 mm补强圈厚度 mm接管厚度负偏差 C1t 2.5mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 162.4MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 109mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 3.9669mm接管计算厚度t 0.2219 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.8938开孔补强计算直径 d 109mm补强区有效宽度 B 218 mm接管有效外伸长度 h1 52.202mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 450mm2壳体多余金属面积 A1 1437 mm2接管多余金属面积 A2 1892mm2补强区内的焊缝面积 A3 125 mm2A1+A2+A3= 3454mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格搅 拌 轴 设 计计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算条件简 图轴支承情况悬臂轴传动侧轴承搅拌侧轴承搅拌桨轴计算类型刚性轴电动机额定功率 PNkW7.976轴设计转速 nr/min150设备内设计压力 p MPa0.715轴安装形式上插式轴轴材料名称12Cr2Mo1轴材料抗拉强度 s bMPa280轴材料压缩屈服强度 ssMPa269轴材料弹性模量 EMPa201700轴材料剪切模量 GMPa77576.9轴材料密度 rskg/m37800平衡精度等级6.3传动装置效率 h10.9许用扭转角 g/m0.35程序取值，用户对扭转变形无要求轴封处许用径向位移 dlomm0.24用户定义值悬臂轴轴端许用径向位移mm-用户对轴端径向位移无要求轴结构类型实心轴空心轴内径与外经之比 N o-两轴承之间长度 mm100悬臂端与两轴承间轴径差mm-轴封至轴承距离mm100流体径向力系数 K 11.2轴封形式单端面机械密封 填料密封圈总高度mm-轴承 A 形式滚动轴承轴承 B 形式滚动轴承轴线与安装垂直线夹角 a0搅拌物料密度 rkg/m31009.9搅拌介质类型液体-固体搅拌介质特性危险物料搅拌器数量1搅拌器类型直叶圆盘蜗轮式搅 拌 器 数 据搅拌器 1搅拌器 2搅拌器 3搅拌器 4搅拌器 5搅拌器至轴承距离 L imm1600-搅拌器直径 D Jimm600-搅拌器叶片倾斜角 q i90-搅拌器叶片宽度 h imm120-搅拌器及附加质量 m ikg1-搅拌器附加质量系数 hk15.7-物料对搅拌器轴向推力方向压力-计 算 结 果备 注搅拌轴最终计算轴径 dmm140校核值，校核结果:校核合格轴径为d的计算轴扭转角 g /m0.01用户对扭转变形无要求轴临界转速 n kr /min2091.14设计转速与临界转速比值 n / nk0.072按抗振条件校核合格轴封处的总位移 d lomm0.083按轴封处径向位移校核合格悬臂轴轴端总位移 d l1mm1.712用户对轴端径向位移无要求按扭转变形计算的轴径 d1mm56按强度计算的轴径 d2mm109.6输入轴径按强度校核合格按轴封处许用挠度计算的轴径 d3 lomm63.6按悬臂轴轴端许用挠度计算的轴径 d3 le-按临界转速计算的轴径 dnkmm21.1悬臂轴两轴承间轴径 d amm-注： 按标准选取的抗振条件 n/nk 0.7(除0.450.55) 轴承A径向游隙数取0.05mm 轴承B径向游隙数取0.05mm 第二章 塔设备设计2.1 设计规范化工设备设计基础规定 HG/T 20643钢制化工容器强度计算规定 20583-1998钢制化工容器结构设计规定 20581-1998石油化工塔型设备设计规范 SH 3030-19972.2 设计要求（1）分离效率高达到一定分离程度所需塔的高度低。（2）生产能力大单位塔截面积处理量大。（3）操作弹性大对一定的塔器，操作时气液流量的变化会影响分离效率。若将分离效率最高时的气液负荷作为最佳负荷点，可把分离效率比最高效率下降15%的最大负荷与最小负荷之比称为操作弹性，易于稳定操作。（4）气体阻力小可使气体的输送功率消耗小。对真空精馏来说，降低塔器对气流的阻力可减小塔顶、塔底间的压差，降低塔底操作的压强，从而可降低塔底溶液泡点，降低对塔釜加热剂的要求，还可防止塔底物料的分解。（5）结构简单，设备取材面广便于加工制造与维修，价格低廉，适用面广。2.3 塔的选型2.3.1精馏塔的选型原则精馏塔选型时需要考虑多方面的因素，如物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔的制造、安装、运转和维修等。对于真空精馏和常压精馏，通常填料塔塔效率优于板式塔，应优先考虑选用填料塔，其原因在于填料充分利用了塔内空间，提供的传质面积很大，使得汽液两相能够充分接触传质。而对于加压精馏，若没有特殊情况，一般不采用填料塔。这是因为填料塔的投资大，耐波动能力差。同样，吸收过程也分为液膜控制、气膜控制和介于两者之间的共同控制吸收三种类型。气膜控制的吸收与真空精馏相似，应优先考虑选用高效规整填料塔；液膜控制的吸收与加压精馏相似，往往选用板式塔或汽液湍动大、持液量高的散装填料塔；介于两者之间的，宜采用比表面积大、持液量高、液相湍动大的填料塔，一般多采用散装填料塔。具体来讲，应着重考虑以下几个方面：（1）与物性有关的因素：a. 易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。b. 具有腐蚀性的介质，可选用填料塔。如必须用板式塔，宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔盘、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。c. 具有热敏性的物料须减压操作，以防过热引起分解或聚合，故应选用压力降较小的塔型。d. 粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率太差。e. 含有悬浮物的物料，应选择液流通道大的塔型，以板式塔为宜。f. 操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。（2）与操作条件有关的因素:若气相传质阻力大，宜采用填料塔。大的液体负荷，可选用填料塔。液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔。操作弹性，板式塔较填料塔大，其中以浮阀塔最大，泡罩塔次之。（3）其他因素:a. 一般填料塔比板式塔重。b. 大塔以板式塔造价较廉。c. 对于多数情况，塔径大于800mm时，宜用板式塔，小于800mm时，则可用填料塔。但也有例外，鲍尔环及某些新型填料在大塔中的使用效果可优于板式塔。e. 填料塔用于吸收和解吸过程，可以达到很好的传质效果，它具有通量大、阻力小、传质效率高等性能。因此实际过程中，吸收、解吸和气体洗涤过程绝大多数都使用填料塔。2.3.2精馏塔的类型工业上使用的精馏塔塔类型主要是填料塔和板式塔两种，对于填料塔和板式塔的比较和选择见下表。表 2-1 板式塔和填料塔的比较项目填料塔板式塔塔径适宜于小塔径的塔，但对大塔要解决液体再分布的问题一般推荐塔径大于800mm的大塔压力降压力较小，较适于要求压力降小的场合压力降一般比填料塔大空塔气速空塔气速较大空塔气速大塔效率分离效率高，塔径1.5m以下效率高，随着塔径增大，效率常会下降效率较稳定，大塔板效率比小塔板有所提高液气比对液体喷淋量有一定要求适用范围较大持液量较小较大安装检修较困难较容易材料可用非金属耐腐蚀材料一般用金属材料造价直径800mm以下，一般比板式塔便宜，直径增大，造价显著增加直径大时一般比填料塔造价低重量较重较轻2.3.2.1 板式塔板式塔是在塔内有多层塔板，传热传质过程基本上在每层塔板上进行，塔板的形状、塔板结构或塔板上气液两相的表现，就成了命名这些他的依据，诸如筛板塔、舌形板塔、斜孔板塔、波纹形板塔、泡罩塔、浮阀塔、喷射板塔、波纹传流塔、浮动喷射塔。下面简单介绍一下几种常见的板式塔性能。（1）浮阀塔生产能力大，弹性大，分离效率高，雾沫夹带少，液面梯度较小，结构较简单，是新发展的一种塔。目前很多专家正力图对此改进提高，不断有新的浮阀类型出现。（2）泡罩塔泡罩塔是工业上使用最早的一种板式塔，气液接触有充分的保证，操作弹性大，但其分离效率不高，金属消耗量大且加工较复杂，应用逐渐减少。筛板塔是一种有降液管、板形式结构最简单的板式塔，孔径一般为4-8 mm，制造方便，处理量大，清洗、更换、修理均较容易，但操作范围较小，适用于清洁的物料，以免堵塞。（3）波纹穿流板塔波纹穿流板塔是一种新型板式塔，气液两相在板上穿流通过，没有降液管，加工方便，生产能力大，雾沫夹带小，压降小，除污容易且不易堵塞，甚至在除尘、中和、洗涤等方面应用更为广泛。国内常用浮阀有3种：F1型、V-4型和T型。三种浮阀中，F1型浮阀最简单，该类型浮阀已被广泛使用，我国已有颁布标准（JB1118-68）。F1型阀又分重阀与轻阀两种，重阀用厚度2 mm钢板冲成，阀质量约33 g，轻阀用厚度1.5 mm钢板冲成，质量约25 g。阀重则阀的惯性大，操作稳定性好，但气体阻力大。一般采用重阀，只有要求压降很小的场合，如真空精馏时才使用轻阀。3种阀的主要尺寸见下表2-2。表 2-2 种阀主要尺寸项目F1型（重阀）V-4型T型筛孔直径/mm393939阀片直径/mm484850阀片厚度/mm21.52最大开度/mm8.58.58静止开度/mm2.52.51.0-2.0阀片质量/mm32-3435-2630-32表 2-3 各类塔板性能比较指标溢流式穿流式F形浮阀十字架形浮阀条形浮阀筛板舌形板浮动喷射塔板圆形泡罩条形泡罩S形泡罩栅板筛孔板波纹板液体和气体负荷高444444213444低555233333233弹性(稳定操作)555334434112压力降233324000433雾沫夹带量334343112444分离效率554433434444单位设备体积的处理量444444213444制造费用334443213553材料消耗444454223554安装和拆修434443113553维修333333213554污垢物料对操作的影响232123100244注：0不好；1尚可；2合适；3较满意；4很好