反应器设计说明书

目 录概 论1第一章 设计目标2第二章 反应机理32.1 化学反应机理32.2 化学反应相关参数确定42.2.1 反应温度的确定42.2.2 pH的确定62.2.3 曝气深度的确定7第三章 反应器选择103.1 搅拌反应器介绍103.2 搅拌反应器的分类11第四章 反应器尺寸计算144.1 反应釜釜体的设计154.1.1 釜体计算154.1.2 夹套的几何尺寸计算164.1.3 夹套反应釜的强度计算164.1.4 反应釜釜体及夹套的压力试验184.2 反应釜的搅拌装置194.3 反应釜的传动装置与轴封装置204.3.1 常用电机及其连接尺寸204.3.3 机架的设计224.3.4 反应釜的轴封装置设计234.4 反应釜其他附件234.4.1 支座234.4.2 手孔和人孔254.4.3 微孔曝气装置284.5 釜体法兰联接结构的设计284.5.1 法兰的设计284.5.2 密封面形式的选型294.5.3 螺栓、螺母的尺寸规格294.5.4 法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料294.6工艺接管的设计304.6.1 进料口304.6.2 杂质出料口304.6.3 工艺水出口304.6.4 工艺水进口304.6.5 产品出料口304.6.6 废气出料口304.6.7 管法兰尺寸的设计304.6.8 垫片尺寸及材质314.7 人孔的开孔及补强计算324.7.1 封头开人孔后被削弱的金属面积A的计算3247.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算324.7.3 判断是否需要补强的依据334.8 进出口物料组成344.9 SW6强度校核结核344.11 设备条件图50辽宁新城热电100MW锅炉烟气镁法脱硫项目反应器设计说明书概 论反应器是工程设计中典型的非标设备，是整个项目的核心内容，故准确设计反应器尺寸等在工程设计中起着重要的作用，本次设计主要参考了化工原理、压力容器手册、过程设备设计与选型基础等相关资料，对反应器进行了筒体壁厚、封头壁厚、管板厚度、法兰复核、内构件设计、管口设计以及强度校核等方面的设计，并且列出了反应器的设计压力、设计温度、设备直径及计算长度。第一章 设计目标反应器为工艺流程中反应进行的场所，主要需要满足：（1）反应器有良好的传热能力；（2）反应器内温度分布均匀；（3）反应器有足够的壁厚，能承受反应压力；（4）反应器结构满足反应发生的要求，保证反应充分；（5）反应器材料满足反应物腐蚀要求；（6）保证原料有较高的转化率，反应有理想的收率。第二章 反应机理2.1 化学反应机理过程中化学反应为：SO32-+O2=SO42-亚硫酸镁是一种难溶物质，因此，对亚硫酸镁与水的混合液进行曝气氧化是一种涉及到气、液、固三相的反应，即液相中亚硫酸镁与溶解氧的化学反应，亚硫酸镁由固态进入液态的扩散过程，以及氧气从气态进入液态的吸收过程。因此亚硫酸镁的非催化氧化氧化速率受亚硫酸镁的固液传质速率、空气中氧气的气液传质速率，以及空气中氧气与亚硫酸镁的化学氧化速率，即亚硫酸镁的本征氧化速率限定。根据相关实验结果，在查阅大量文献的基础上，建立各条件影响下宏观反应动力学方程。动力学方程如下：当pH=4.55.5时：fnCj=k01.3710-5-0.1710-pHSO32-0.88Q0.26e-2018/RT1-0.13SO42-当pH=5.56.5时：fnCj=k02.38310-5-3.3310-pHSO32-0.88Q0.26e-2018/RT1-0.13SO42-当pH=6.57.5时：fnCj=k08.610-6+44.210-pHSO32-0.88Q0.26e-2018/RT1-0.13SO42-k0=6.76，浓度的单位mol/L ，温度单位K。Ea=100.4kJ/mol。参考文献1曾坤. 湿法烟气脱硫副产物亚硫酸盐的氧化动力学研究D.华东理工大学,2012. 2 Li Qiangwei, Wang Lidong, Zhao Yi.Oxidation Rate of Magnesium Sulfite Catalyzed by Cobalt Ions. Environmental Science & Technology201448(7), 4145-4152.2.2 化学反应相关参数确定2.2.1 反应温度的确定在实际脱硫过程中，由于SO2的溶解度随着温度的升高而降低，因此为保证较高的脱硫效率，温度被限制在一定范围内，有研究表明，在15-60内，SO2在溶液中的溶解度变化较小，但当温度超过60时，S02溶解度迅速降低，王辉曾对温度对曝气装置存在下的亚硫酸镁氧化做了相关研究。数据如下图2-1、2-2。图2-1 溶液温度与亚硫酸镁氧化率的关系图2-2 溶液温度与亚硫酸镁氧化反应速率的关系得到如下结论：温度主要通过以下几个方面对氧化反应产生影响:(1)根据阿伦尼乌斯方程1nK-1nA-Ea/RT可知，随着温度升高，化学反应速率常数K升高，因此升高温度可以促进本征反应速率。(2)温度会影响亚硫酸镁在溶液中的溶解度。当温度大于42时，亚硫酸镁溶解度降低，亚硫酸镁固液传质浓度梯度降低，不利于其向溶液中扩散，阻碍了氧化反应的进行。(3)随着温度的升高，氧气在溶液中的溶解度降低，氧气气液传质速率减小，不利于氧化反应的进行。亚硫酸镁氧化反应速率由以上三个因素共同作用，研究表明随着温度的升高(1)占主导地位，当温度超过50后，(2)和(3)作用逐渐显著。因此在实际脱硫工艺中，反应温度保持在50为宜。因此本工艺确定反应温度为50。2.2.2 pH的确定王辉也对pH对曝气装置存在下的亚硫酸镁氧化做了相关研究。数据如下图2-3、2-4。图2-3 溶液pH与亚硫酸镁氧化率的关系图2-4溶液pH与亚硫酸镁氧化反应速率的关系王辉得到以下结论：当pH值由7.0增至9.0时，亚硫酸镁的在水中的溶解度不断减小。再者，当pH值大于7.0时，并且相对于SO32-一而言，HSO3-更容易氧化为SO42-，即在浓度一定的亚硫酸镁溶液中，HSO3-越多溶液越容易被氧化。因此升高pH值不仅降低了亚硫酸镁的固液传质速率，而且造成溶液中SO42-所占比重升高，所以导致氧化率和反应速率降低。故本反应在反应过程中控制pH在7左右。2.2.3 曝气深度的确定王辉也对曝气深度对亚硫酸镁氧化做了相关研究。数据如下图2-5、2-6。图2-5 曝气深度与亚硫酸镁氧化率的关系图2-6 曝气深度与亚硫酸镁氧化速率的关系得到如下结论：亚硫酸镁氧化反应速率随着水深的增加呈增加趋势。充氧试验中KLas和充氧能力随着曝气水深的增大而增大，因此亚硫酸镁氧化反应速率随水深增大呈增大的趋势。根据以上结论本反应器的曝气装置设置为据上封头与筒体连接处2.6m，据页面高度1.5-2m左右。第三章 反应器选择3.1 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3-1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3-1 立式搅拌反应器的结构组成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。3.2 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3-2和图3-3所示。图3-2 平直叶桨式图3-3 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3-4 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。本反应器具有特点为：（1）产品出料口设置在反应釜壁连接有清液过滤及溢流管道，当釜内硫酸镁浓度达到规定浓度时通过溢流管道进行外派, 将反应釜底部出料口设置为杂质出料口。反应釜通过沉降方式自行清除脱硫副产品中的杂质，减少絮凝剂的投入，反应釜下设的杂质出料口定期对反应釜沉降的杂质进行清理。相较于传统由下部排出产品物料的设置，这种改进后的产品与杂质出口设置解决了传统亚硫酸镁氧化产生硫酸镁纯度不高、清除杂质困难的缺点，极大地提升了产品硫酸镁的纯度。（2）气体再分布装置在反应釜底设置气体再分布装置。可以有效地将空气均匀分布，而且增大了氧气与浆液接触面积， 提高了氧气的传质效率。其设置在搅拌器的下方，搅拌装置为立式搅拌器，搅拌器可以把曝气中的大气泡打散，通过机械力进一步提高浆液中的含氧量，亚硫酸镁的密度大于水，加入到反应釜后 会由于重力作用迅速沉淀到反应釜底部，该搅拌器可以将浆液充分搅动起来，避免亚硫酸镁直接沉淀外排，造成原料的浪费。（3）搅拌装置与曝气装置的结合曝气装置设置在搅拌器的下方，搅拌器可以把曝气中的大气泡打散，通过机械力进一步提高浆液中的含氧量。有关研究表明搅拌装置与曝气装置的结合使用使得测出的亚硫酸镁氧化的表观活化能由7.46KJ/mol降至2.02KJ/mol。引用专利CN201280436一种制备硫酸镁的曝气搅拌反应釜。第四章 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由Aspen plus V8.8模拟得到的数据原料处理量：Q0=13.393+1010.14= 27.533m3/h装料系数取0.85，将由Aspen plus V8.8模拟得到的数据进口：cA0=cso32-=1.1542kmol/m3，co2=0.7733kmol/m3，pH=4.96代入动力学方程。得到反应釜内的反应速率：rA=k08.610-6+44.210-pHSO32-0.88Q0.26e-2018/RT1-0.13SO42-=0.01511kmol/m3min 由出口： cA=cso32-=0.2323kmol/m3空时：61min 设计生产与生产后的操作时间和为12min。 T总=61+12=73min理论体积： Vr=Q0T总=27.5331.22=33.59m3 取装填系数为0.85，则反应釜的实际体积为： V=Vr0.85=33.590.85=38.856m3考虑单独设计一个38.856m3反应器设备直径较大，且内部搅拌效果受到影响，对搅拌器的功率要求更大。设计为多个反应器并联，建3个20m3的搅拌反应釜，其中一个反应釜备用，以应对紧急情况。通过Aspen物性模拟可以得到以下相关物性数据：（一台反应器为例）表4-1 反应器物性数据表基本参数操作温度()50操作压力(bar )2.5进料液体体积(m3/h)13.393空气气体体积(m3/h)33.975混合气体粘度(Pas )0.000515894进料液体密度(kg/m3)1092.651硫酸镁的处理量（kg/h)897.5进料液体pH4.954.1 反应釜釜体的设计4.1.1 釜体计算（1）确定筒体内径V=21m3D1=34Vi一般气液相物料长径比i i=H1/D1在12,取 i=1.3。 D1=34Vi=34211.3=2.74m将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径 D1=2800mm 。（2）确定筒体高度H=(V-Vh)/( D1)4=2905mm圆整为3000mm。则HD1=30002800=1.071，符合要求。（3）确认封头尺寸查标准封头参数资料得， Di=2.8m时，标准椭圆封头高度hi=740mm，直边高度h2=40mm，内表面积 Fn=8.85m2，容积 Vh=8.85m3。表4-2 封头尺寸公称直径DN/mm椎体高度H/mm圆弧半径r/mm直边高度h/mm厚度/mm内表面积A/m2容积Vm3质量m/kg3000271945025615.45127.13971182.614.1.2 夹套的几何尺寸计算（1）夹套内径Dj=D1+200=3000mm（2）夹套高度填料系数取0.85，V1=7.030m3Hj=（V-Vh）V1=2.393m圆整得H2=2400 mm则H0=H-HJ=3000-2400=600mm，此差距可以便于筒体法兰螺栓的装拆。4.1.3 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0.25 MPa，夹套内工作压力0.26 MPa。则夹套筒体和夹套封头为承受0.25 MPa内压；而内筒的筒体和下封头为既承受0.25 MPa内压，同时又承受0.26 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0.26 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=50（罐体内），t2=60（夹套内），设计压力P1=0.275 MPa（罐体内），P2=0.286 MPa（夹套内）。筒体计算压力P1c=P1=0.275 MPa，夹套计算压力P2c=P1=0.286 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=0.8，从安全计夹套上所有焊缝均取=0.8，下封头采用标准椭圆形封头。取钢板厚度负偏差C1=6mm，腐蚀裕量：罐体为2.0 mm，夹套C2=1.5mm，腐蚀裕量：夹套为1.0 mm厚度计算如下：筒体计算厚度：1=P1cD2t-P1c=0.25280021130.8-0.25=3.87mm 夹套计算厚度：2=P2cD2t-P2c=0.26300021130.8-0.26=4.32mm筒体封头计算厚度：=P1cD2t-0.5P1c=0.25280021130.8-0.50.25=3.67mm夹套封头计算厚度： =P2cD2t-0.5P2c=0.26300021130.8-0.50.26=4.31mm取钢板厚度负偏差C1=6mm，腐蚀裕量：罐体为2.0mm，夹套C2=1.5mm，腐蚀裕量：夹套为1.0mm则有： 筒体总厚度：1n=C1+1+2=6.47mm 夹套总厚度： 2n=C2+2+=6.82mm圆整后选取：筒体名义厚度：1n=7mm夹套名义厚度：2n=7mm筒体封头总厚度：1n=C1+1+2=6.88mm 夹套封头总厚度： 2n=C2+2+=6.92mm圆整后选取：筒体封头名义厚度：1n=7mm夹套封头名义厚度：2n=7mm故夹套和筒体的封头厚度采用与筒体相同的厚度7mm。4.1.4 反应釜釜体及夹套的压力试验4.1.4.1 釜体的水压试验（1） 水压试验压力的确定水压试验的压力：P1T=1.25P1t=1.250.250.8=0.25MPa（2） 水压试验的强度校核水压试验的应力：e=1n-C1=7-0.6=6.4mm1T=P1T(D1+e)2e=0.252806.426.4=54.81MPa0.9s=0.92350.8=169.2MPa 1T0.9s所以水压试验强度足够。（3） 压力表的量程、浆液温度的要求压力表的最大量J程：P表=2P1T=0.5MPa，浆液温度50 。4.1.4.2 夹套的水压试验（1）水压试验压力的确定水压试验的压力：P2T=1.25P2t=1.250.260.8=0.26MPa（2）水压试验的强度校核 水压试验的应力：e=2n-C2=6-1.5=4.5mm1T=P1T(D1+e)2e=0.263004.524.5=86.7MPa0.9s=0.92350.8=169.2MPa 1T0.9s所以水压试验强度足够。（3） 压力表的量程、工艺水温 压力表的最大量程：P表=2P2T=0.52MPa，工艺水温60 。4.2 反应釜的搅拌装置根据工艺条件要求，选取涡轮式搅拌器。查阅HG/T 3796.5-2005，公称容积VN为21000 L，容器Di为2800时，选用搅拌轴直径d1150 mm。涡轮式搅拌器外径d为1200 mm。标记为：搅拌器1200-150。图4-1 搅拌桨示意图轴的材料选取45钢。常用轴材料的T如表4-3所示。表4-3 几种常用轴材料的值轴的材料Q235,20Q275,354540Cr,35SiMn,40mNb,38SiMnMo,3Cr13T/ MPa1220203030404052轴强度校核：查资料可得，满足强度要求的所需的最小搅拌轴直径公式如下：d365.13PTn=29.9mm式中，P搅拌传递功率，KW n搅拌轴速率，r/min可知，所选取的轴完全符合。查阅标准搅拌传动装置联轴器,（HG/T 215701995）中夹壳式联轴器形式、尺寸、技术要求、选用立式夹壳联轴器。公称直径150 mm的联轴器的最大扭矩Mn=19000N/m。验算联轴器的扭矩：查表4-4，选取工作情况系数K1.5，联轴器的计算扭矩Mnj为：Mnj=KMn=1.5955301.485=236.015NmMn表4-4 工作情况系数K原动机工作机扭矩变化很小的机械扭矩变化很小的机械扭矩变化中等的机械扭矩变化和冲击载荷中等的机械扭矩变化和冲击载荷很大的机械电动机1.31.51.71.92.3夹壳联轴器的标记为：联轴器DN150。4.3 反应釜的传动装置与轴封装置4.3.1 常用电机及其连接尺寸Pd=P+Pm式中 Pd-电机功率，KW； P-搅拌器功率，KW； Pm-轴封系统的摩擦损失，KW； -传动系统的机械效率。Pd=(P+P_m)/=23/0.9=3KW最终选取电机型号为Y200L-4。其额定功率为4kW，满载转速为1500r/min。4.3.1.1 减速器的选型根据电机的功率P=4kW、搅拌轴的转速n80r/min、传动比i为1500/ 2007.5。选用摆线针齿行星减速机（标定符号BLD型号代号机型号减速比轴头型式，标准图号HG 574578）4.3.1.2 减速机的外形安装尺寸 图4-2 直连摆线针轮减速机表4-5 减速机的外形安装尺寸L1lPEMn-dDD2L132463415796-124526040D3D4hbD1H1B1CF23020048.514222461614.3.3 机架的设计选用WJ型单支点机架,机架代号WJ65。机架的公称直径DN250。图4-3 WJ型单支点机架图4.3.4 反应釜的轴封装置设计选用机械密封，202型标准机械密封。具体示意图见图4-4。图4-4 机械密封图表4-6 釜用机械密封的主要尺寸（mm）轴径DD1D2D3h1h2h3h4hHn- 螺柱d502452101751804.528142001903158-18M164.4 反应釜其他附件4.4.1 支座标准耳式支座（JB/T4725-92）采用型耳式支座表4-7 B型耳式支座的尺寸(mm)底板筋板垫板地脚螺栓支座重量l1b11S1l2b22b3d规格4803752802213043030016600480147036M3081.5每台反应釜常用4个支座，但承重计算时，考虑安装误差造成的受力情况变坏，应按照两个支座计算。耳式支座实际承受载荷是近似计算：Q=m0g+Gekn+4ph+GeSenG10-6式中 Q-支座实际承受载荷，kN； D-支座安装尺寸，mm； g-重心加速度，取g=9.8m/s； Ge-偏心载荷，N； h-水平力作用点至底板高度，mm； k-不均匀系数，安装3个支座时，取k=1，安装3个以上时，取k=0.83； m0-设备总质量（包括壳体及其附件，内部介质及保温层的质量），kg； n-支座数量； Se-偏心距，mm； P-水平力，取Pe和Pw的大值，N。 当容器高径比不大于5，且总高度不大于10m时，Pe和Pw可按照下式计算，超出此范围的容器不推荐使用耳式支座。水平地震力：Pe=0.5em0g式中 -地震系数。 Pe=0.5em0g=0.50.45100.39.8=221水平风载荷：Pw=0.95fiq0D0H010-6式中D0-容器外径，有保温层时取保温层外径，mm；-风压高度变化系数，按设备质心所处高度取；-10m高度处的基本风压值，N/m；-容器总高度，mm。Pw=0.95fiq0D0H010-6=947.3将已知值代入式（6.1），得Q=5.39.8+1.4710.834+4947.31.471+1.47150021533.210-6 =50.9KN因为Q=50.9KN900mm,因此需要在釜体的封头上设置人孔，以便于安装、维修、检查釜体的内部结构，本设计选用PN0.6、DN450不锈钢A型回转盖带颈平焊法兰人孔，其结构尺寸如图4-6所示。查得其尺寸见表4-10、材料见表4-11。1- 人孔接管；2-螺母；3-螺栓；4-法兰；5-垫片；6-手柄；7-法兰盖；8-销轴；9-开口销；10-垫圈；11、12、13、14-轴耳图4-6 A型回转盖带颈平焊法兰人孔结构表4-10 回转盖带颈平焊法兰人孔的尺寸（mm）公称压力（MPa）密封面形式公称直径DNd wSDD1AB螺栓规格数量0.6凸面4504806590550325150M207516LH1H2bb1b2d重量(kg)2002201022822262088.9表4-11 人孔PN0.6DN450的明细表件号名称数量材料件号名称数量材料1人孔接管10Cr18Ni10Ti8销轴1452螺母8259开口销2353螺栓83510垫圈2100HV4法兰11Cr18Ni9Ti11轴耳1Q235-A5垫片1耐油石棉橡胶板12轴耳1Q235-A6手柄1Q235-A13轴耳1Q235-A7法兰盖11Cr18Ni9Ti14轴耳1Q235-A4.4.3 微孔曝气装置采用聚乙烯材料的ECOPOLYMER管式曝气器（由外购买，尺寸按反应器相关尺寸确定规格），具有良好的化学稳定性能，耐酸碱，机械强度高，抗冲击能力强，能够承受搅拌桨启用后产生的水击作用。具体尺寸见图4-7。图4-7 微孔曝气装置示意图4.5 釜体法兰联接结构的设计设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。4.5.1 法兰的设计根据DN=2800mm,PN=0.25MPa法兰的选型：乙型平焊法兰法兰的标准代号：法兰GII6I-1300 JB/T4702-2000法兰的材料：Q235A表4-12 釜体法兰尺寸公称直径DNmm法兰，mm螺 栓DD1D2D3D4Ht1d规格数量30003160311530763056305310435516211827M24844.5.2 密封面形式的选型因为PN=0.25MPa1.6MPa,介质温度：150 密封面采用光滑面。 4.5.3 螺栓、螺母的尺寸规格本设计选用六角头螺栓（C级、GB/T5780-2000）、型六角螺母（C级、GB/T41-2000）平垫圈（100HV、GB/T95-2002）螺栓长度的计算：螺栓的长度由法兰的厚度（）、垫片的厚度（）、螺母的厚度（）、垫圈厚度（）、螺栓伸出长度确定。其中=104mm、=2 mm、=30 mm、=3 mm、螺栓伸出长度取=10 mm螺栓的长度L为L=2+S+H+h=2104+2+30+6+10=256mm取260 mm螺栓标记： GB/T5780-2000 螺母标记： GB/T41-2000 垫圈标记： GB/T95-2002 24-100HV 4.5.4 法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料表4-13 配用件材料垫片螺栓螺母法兰垫圈耐油橡胶石棉A级钢A级钢1Cr18Ni10Ti0Cr18Ni10Ti4.6工艺接管的设计4.6.1 进料口进料口b采用573.5无缝钢管，管的一端切成45，伸入罐内一定长度。配用法兰PN0.25，DN65，HG/T20592-2009。4.6.2 杂质出料口出料口e采用764无缝钢管，配法兰PN0.25，DN80，HG/T20592-12009。4.6.3 工艺水出口工艺水出口a采用323.5无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用法兰PN0.25，DN32，HG/T20592-2009。4.6.4 工艺水进口工艺水进口管d采用383.5无缝钢管，配法兰PN0.25，DN40，HG/T20592-2009。4.6.5 产品出料口产品出料口管c采用503.5无缝钢管，配法兰PN0.25，DN50，HG/T20592-2009。4.6.6 废气出料口产品出料口管f采用323无缝钢管，配法兰PN0.25，DN32，HG/T20592-2009。4.6.7 管法兰尺寸的设计4.6.7.1 管法兰的选型突面板式平焊法兰代号PL 标准号HG20593图4-8 管法兰4.6.7.2 管法兰的尺寸表4-14 管法兰尺寸接管名称公称直径DN连接尺寸法兰盖厚度C理论质量（kg）法兰盖外径D螺栓孔中心直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺纹Th手孔2503753351812M162420.2进料管口57140110144M12161.86杂质出料口76160130144M12162.45工艺水出口3210075114M10140.82工艺水进口3812090144M12160.96产品出料口50130100144M12140.904.6.8 垫片尺寸及材质4.6.8.1 垫片的结构工艺接管配用的突面板式平焊管法兰的垫片尺寸、材质如表所示。图4-9 管道法兰用软垫片4.6.8.2 密封面形式及垫片尺寸表4-15 密封面形式及垫片尺寸接管名称密封面型式垫片尺寸mm垫片材料外径D内径d厚度手孔RF2592112中压石棉橡胶板进料管口RF87572中压石棉橡胶板杂质出料口RF109762中压石棉橡胶板工艺水出口RF57272中压石棉橡胶板产品出料口RF57272中压石棉橡胶板工艺水进口RF65322中压石棉橡胶板废气出料口RF32252中压石棉橡胶板4.7 人孔的开孔及补强计算4.7.1 封头开人孔后被削弱的金属面积A的计算由于人孔的开孔直径较大，因此需要进行补强计算，本设计采用等面积补强的设计方法。釜体上封头开人孔后被削弱的金属面积为：A=dSo+2SoSet1-fr式中：d=di+2C=480-12+2（1+612.5%）=472mmSo=pcDi2t-0.5pc=0.31.1120021371.0-0.50.31.1=1.45mfr=ett=137137=1A=dSo+2SoSet1-fr=4721.45+0=684mm24.7.2 有效补强区内起补强作用的金属面积的计算4.7.2.1 封头起补强作用金属面积A1的计算A1=B-dSe-So-2SetSe-So1-fr式中：取两者中较大值，故B=944mmSe=Sn-C=6-1.25=4.75mmSet=Sm-C=6-1-61.25%=4.25mmfr=ett=137137=1A1=944-4724.75-1.45-0=1557.6mm2 4.7.2.2 接管起补强作用金属面积A2的计算A2=2h1Set-Stfr+2h2(Set-C2)fr其中： 取其中的较小值h1=53.22mSt=PcD2t-Pc=1.10.3(480-12)21371-1.10.3=0.56mmh2=0,C2=1.0A2=253.224.25-0.56=392.8mm24.7.2.3 焊缝起补强作用金属面积A3的计算A3=0.5K2=0.536=18mm24.7.3 判断是否需要补强的依据有效补强区内起补强作用的金属面积为：A1+A2+A3 =1557.6+392.8+18=1968.4mm2被削弱的金属面积为：=684mm2因为=684mm2 A1+A2+A3=1968.4mm2，所以不需要补强。4.8 进出口物料组成表4-16 进出口物料组成流股名称3034034Mass Flow（Kg/h） 14635.54319.98814955.52Volume Flow12.93011107.332477.5791Temperature()505050Pressure(Bar)1.22.52.5MASS FRAC3034034WATER0.796203200.8466629MG(OH)20.008936400SO20.019351302.56E-05CO20.00019299500.000188029N24.75E-0604.65E-06O26.42E-0710.00543108MG+0B00.0278968H3O+008.25E-07MGOH+004.09E-09HSO3-000.0235096HCO-001.16E-06OH-006.89E-11SO32-000.00041742CO32-003.86E-11MGSO3-010.054150600MGSO3-020.1211600MGSO3-03000MGCO3000MGSO4000.120215MGSO4-01000SO42-000.0958152H2SO4004.24E-18HSO4-004.65E-054.9 SW6强度校核结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 pMPa0.250.26设计温度 t C5060内径 Dimm28003000名义厚度 dnmm1113材料名称Q345RQ345R许用应力s 189189 s tMPa189189压力试验温度下的屈服点 s 345345钢材厚度负偏差 C1mm0.30.3腐蚀裕量 C2mm21厚度附加量 CC1C2mm2.31.3焊接接头系数 f0.80.8压力试验类型液压液压试验压力 pTMPa0.250.26筒体长度 Lwmm28003000内筒外压计算长度 Lmm1011.17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 dnmm131313材料名称Q345RQ345RQ345R设计温度下的许用应力 s tMPa189189189钢材厚度负偏差 C1mm0.30.30.3腐蚀裕量 C2mm221厚度附加量 CC1C2mm2.32.31.3焊接接头系数 f0.80.80.8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 kg2135.092897.81883.64883.641010.86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 0.28MPa设计温度 t 50.00 C内径 Di 2800.00mm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 189.00MPa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 0.80厚度及重量计算计算厚度 d = = 2.59mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.70mm名义厚度 dn = 11.00mm重量 2135.09Kg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 = 0.2500 (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 = = 50.44 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= = 0.93669MPa设计温度下计算应力 st = = 45.10MPastf 151.20MPa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