【《高纯氧化镁生产的酸浸反应容器的设计计算案例》2900字】

高纯氧化镁生产的酸浸反应容器的设计计算案例⑴罐体和封头的设计=1\*GB3①罐体公称直径的确定表2-6几种搅拌釜的长径比搅拌釜种类设备内物料类型长径比i值一般搅拌釜液-固相或液-液相物料发酵罐类气-液相物料此次设计的物料反应类型为液-固反应，此次设计取i=1.2，因为接管和传动装置安装对内径要求较大。将罐体当做筒体进行计算，则罐体长径比为由，又所以，经圆整，得，所以罐体的公称直径为②确定封头尺寸在封头内部使用中椭圆型封头，让封头与筒体内径一样。查阅《化工设备设计基础》了解到，反应釜釜体椭圆封头的直边高度为③确定筒体高度下封头的容积与筒体容积之和等于反应釜容积。查得，时的椭圆型封头容积是，筒体高度为其容积筒体高度由计算取，则式中，；；④夹套的尺寸计算在安装与工艺上，夹套结构尺寸要同时达到相应的要求。夹套的内径可根据内径由下表选取表2-7夹套的直径与釜体直径的关系500~600700~18002000~3000一般工艺的装料系数，由于该工艺是在80℃的条件下进行的，所以选取装料系数为选取夹套直径：由2-8表可知，夹套直径夹套封头直径与筒体相同且封头形状也为椭圆型确定夹套高度，圆整后，取⑵夹套反应釜釜体强度的计算①确定罐体公称压力由已知条件同时考虑工艺要求以及腐蚀等影响因素，根据GB25025-2010，本设计用于制造罐体和封头的材料为搪瓷钢板材料，且在100~150℃下其许用应力为在加压和工作状态下需考虑液柱的高度该储罐在夏季的最高温度为，在该温度下水的饱和蒸汽压为0.00594（绝对压力），所以操作压力为。即罐体的公称压力②罐体设计压力的确定：，取液体静压：，其中为出料液的平均相对密度计算压力：反应釜釜内设计温度，夹套的设计温度，夹套的设计压力为，据已知参数有焊缝系数ø：通过焊接的搪瓷反应釜，其焊缝中可能存在一定的缺陷，且在焊缝附近会因为受热而引起结构的变化从而造成环节的薄弱，所以在计算时根据《过程设备设计》选取焊缝系数ø=0.85（采用双面焊缝，进行局部无损探伤检测）[14]且夹套封头也均采用搪瓷钢板材料拼焊。罐体的筒体厚度计算：夹套筒体厚度的计算：罐体封头厚度的计算：夹套封头厚度的计算：根据《过程设备设计》，搪瓷钢板材料的厚度负偏差C1取C1=0.45mm，腐蚀裕量C2=3mm，热工减薄量C3=1.5mm（封头热加工C3=0.5mm），所以壁厚附加量则罐体筒体的设计厚度为夹套筒体的设计厚度为罐体封头的设计厚度为夹套封头的设计厚度为夹套筒体的名义厚度为夹套封头的名义厚度为通过查阅资料，根据GB25025-2010《搪瓷反应釜执行标准》中对设计要求：玻璃设备的瓷层厚度0.8-2.0mm，搪瓷玻璃设备附件的瓷层厚度0.6-1.8mm，有因为搪瓷反应釜属于承压容器，还要符合GB150《钢制压力容器》的设计要求，筒体规定的最小厚度不超过3mm且包括腐蚀裕量。钢板的标准规格名义厚度不得小于5mm[15]。所以，为便于筒体和封头的焊接，则夹套封头和筒体的厚度都取5mm。设反应釜釜体的名义厚度为：厚度附加量为：罐体筒体有效厚度为：罐体筒体外径为：筒体计算长度为：系数系数通过查找《过程设备设计》得到参数系数，系数则许用外压所以壁厚能够满足外压稳定性要求，且圆整到搪瓷钢板厚度规格为⑶计算罐体封头壁的厚度：①按照内压计算时，封头壁的厚度代入上式得为便于封头与筒体的焊接，则封头壁应与筒体厚相等，那么②按外压计算：根据图算法算得，封头壁的厚度椭圆封头的计算当量半径，查阅资料有关设计可知，所以系数经查得，则许用压力大于水压操作压力，所以满足外压稳定性要求⑷水压实验校核：确定试验水压Pr,按照设计规定要求可知：罐体水压取夹套水压取①内压试验时：釜体筒壁内压应力：封头壁内压应力：夹套筒壁内压应力：夹套封头壁内压应力：因为在常温下，钢材料Q235-A其屈服应力，且水压试验安全条件为。由上可知筒壁以及封头内应力小于，所以满足实验条件，水压试验安全。②外压水压试验：罐体筒体外压校核：参考资料《过程设备设计》查出相应的参数系数，系数则许用外压。为了保证反应釜的釜体以及筒体的平稳，在0.4MPa外界压力下水压试验时应向釜体内增加压力。釜体下封头进行外压校核：因为其允许外压[P]=0.503MPa>0.4MPa，所以安全。计算结果如下表：表2-8容器尺寸表名称罐体夹套筒体8mm5mm封头8mm5mm⑸鞍座的设计鞍座的负荷的粗算公式为：各个所代表的物理意义为：—罐体的总质量—罐体的质量；—水压试验或液氨的质量满水质量；—封头的质量；—附件的质量。=1\*GB3①罐体质量：有，的筒节，质量，那么=2\*GB3②封头的质量：有管程，直边高度的椭圆形封头，它的质量，那么=3\*GB3③液氨的质量：据《固定式压力容器安全技术监察规程》，装量系数取0.85，则贮罐体积为：液氨在-20℃下的密度是665,那么水在常温常压下的密度为1000，那么经以上计算可知，进行满水水压试验时，质量较好。=4\*GB3④附件的质量：人孔的质量为，其他接管总和约为，所以：则罐体的总质量M：按照《压力容器设计》的鞍式支座标准，根据计算出的各个鞍座承受约为的负荷可知，可选用150°较大包角的鞍座的带垫板，对减小鞍座平面处的轴向应力、切向剪应力和周向应力有利。即鞍座鞍座=7\*GB2⑺人孔的设计=1\*GB3①设计人孔的作用人孔是方便工作人员对设备进行维护工作的开孔装置，同时也是应急通气装置，一般会放在储罐顶部，使用时与呼吸阀、灭火器等配合作业。人孔是设备中必不可少的安全保护装置，能够防止反应釜内有部分真空情况的应急作业，或者反应出现错误导致储罐因罐内压力突然急剧增加产生的破坏，并且其还有一定的阻燃作用，。=2\*GB3②人孔的选择在储罐的设计温度，最高工作压力的前提下，选取公称压力为0.6，公称直径为600mm的A型回转盖板平焊法兰人孔，根据标准HG21516—95，此次设计中可选用的人孔为：人孔MFMAGV（A）600—0.6HG21516—2008其中MFMAG指密封面为凹凸型，V指的是第V类材料，垫片材料为XB450石棉橡胶板，600—0.6指公称直径为600mm，公称压力为0.6MPa。表2-9人孔的尺寸（HG20592—2009）名称规格公称压力/MPa0.6凹凸面密封面600公称直径/mm640D3000A365B38螺栓50030047394444⑻工艺接管及配套法兰的选用据国内常用管法兰标准《钢制管法兰、垫片紧固件》[5]，本次设计中的储罐接管均为20MnR的无缝钢管，又根据标准，选用与其配套的法兰的材质为为20MnR[16]。具体接管及配套法兰的规格如下。=1\*GB3①硫酸进料管硫酸进料管采用的是不锈钢衬四氟管，规格为。进料管的一端成角。选用凸密封面长颈对焊法兰，法兰规格如下：20592法兰选用的法兰与的不锈钢衬四氟管接口焊接在一起，用螺栓使该法兰和法盖紧固在一起，的不锈钢衬四氟管压出管穿过该法兰盖，并使两者焊牢在一起。其联接厚度和尺寸都与以上法兰相同，但是其内径变为45mm[17]。所以硫酸压出管的端部法兰采用20592法兰M。=2\*GB3②排污管在储罐的最右边装备一个排污管，排污管的规格为的不锈钢衬四氟管，在管端装上一个凸密封面带颈对焊法兰：20592法兰。=3\*GB3③液面计接口管液面计接口管选用的是的不锈钢衬四氟管，储罐内接管必须要与筒体内表面磨平，选用的是凹密封面带颈对焊法兰：20592法兰。=4\*GB3④放空阀接口管放空阀接口管用的不锈钢衬四氟管规格为，其法兰为凹面密封形式带颈对焊：20592[18]法兰。=5\*GB3⑤安全阀接口管安全阀接口管采用的是的不锈钢衬四氟管，储罐内接管与筒体内表面磨平，选用的是凹密封面带颈对焊法