三氯化磷氯化釜的设计.doc

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1、三氯化磷氯化釜的设计姓名：彭媛媛学号： 指导老师：王治国、八 、亠前言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。 它主要由搅拌容器、 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， 主要由封头和筒体组成， 多为中、 低压压力容器； 搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成， 其形式通常由工艺 设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的， 主要由电机、减速器、 联轴器和传动轴等组成

2、；封头装置为动密封；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。磷化工业是 70 年代以来迅速发展起来的新兴化工产业，以三氯 化磷为原材料的的磷系列产品成为我国农药开发和生产的主导工业， 据统计，我国磷化合物农药的总产量分别占我国当年化学农药总产量 的 65.5%和 73.7%。由于有机磷农药具有高效低毒及广谱性等优点， 经济效益和社会效益都比较明显， 深受广大农民欢迎， 其中以三氯化 磷为原料的有机磷化物农药就站 42 种之多，如甲胺磷，敌敌畏和敌 百虫等，由此可见，三氯化磷是合成有机磷化物农药的重要原材料， 优化三氯化磷的生产工艺，生产出合格的三氯化磷具有重要意义。简图与

3、说明苏訂j'm ,夹套反应釜设计任务书比例于P :设计参数及要求容器内夹套内工作压力/MPa0.30.4设计压力/Mpa0.60.7工作温度/C8585设计温度/C< 100< 100介质三氯化磷，磷混液和氯气循环水全容积/m31.83操作容积/m31.1传热容积/m34.5腐蚀情况中度腐蚀推荐材料Q235-B搅拌器形式框式搅拌轴转速/（ r/mi n ）960轴功率/Kw4夹套反应釜各部分结构尺寸的确定和设计计算罐体几何尺寸的计算确定筒体内径由工艺条件给出的条件有：全容积V=1.83m3，操作面积Vi=i.im3，传热面积F=4.5怦,常用的釜体形式为圆筒形，常用的封头形

4、式为椭圆形一般由工艺条件给定容积V、筒体内径Di按式1估算：Di341-83, 3.14 1.4式中V工艺条件给定容积,1.185 mm；IH 1i长径比，i，对气-液相类型选取i=1.4 （见表1）D1将D1估算值圆整到公称直径系列，参考文献二附表D-1，取D1=1200m。表1种类设备内物料类型I一般搅拌釜液-固相或液-液相物料1 1.3气-液相物料12发酵罐类1.7 2.5查文献二附表 D-1可知，当D仁1200m时，反应釜一米高的容积 V1m=1.131m3，罐体一 米高内表面积F1m=3.77 m2,釜体封头容积 V 封=0.2545m3,罐体封头表面积 R封=1.6552 m2,

5、椭圆封头总深度 H=325mm,直边高度h仁25mm确定筒体高度H1反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度H1按下式计算并进行圆整。H1（V V1 封）/V1m （1.830.2545）/1.1311.393m式 2式中V1封封头容积（见文献二附表 D-2）, m3；V1m 1米高筒体容积（见文献二附表D-1）, m2。当筒体高度确定后，应按圆整后的筒体高度修正实际容积，则圆整后的釜体高度H1=1400mm。罐体的实际容积3V V1m H1 V封 1.131 1.4 0.25451.8379m3式 32.3夹套的几何尺寸计算夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构。夹套的结构尺寸

6、常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套的内径D2可根据筒体内径D1 选取 D2=D1+100=1300mm （见表 2）表2夹套直径D2mmD1500600700180020003000D2D1+50D1+100D1+200夹套高H2由传热面积决定，不能低于料液高。由于物料在反应过程中产生泡沫，呈沸腾状态，取装料系数取0.6。夹套高H2按下式估算：H 2（ V V封）/Vim （0.6 1.83 0.2545）/1.1310.746m式 4夹套所包围的罐体的表面积（筒体表面积F筒+圭寸头表面积F 封）定要大于工艺要求的传热面积F,即F封 F筒 F 4.5式5式中F筒筒体表面积， F筒=H2X

7、F1m=0.8X 3.77=3.016 m2F封一一封头表面积（见附表2）, F封=1.6552 mF1m1m 高内表面积（见附表 1）, m /m , F=F封+F 筒=3.016+1.6552=4.6712 > 4.5 满足 要求。当筒体与上封头用法兰连接时，常采用甲型平焊法兰连接， 这是压力容器法兰中的一种，甲型平焊法兰密封面结构常用平密封面和凹凸密封面两种。2.4夹套反应釜的强度计算强度计算的原则及依据强度计算应考虑以下几种情况。（1）圆筒内为常压外带夹套时：当圆筒的公称直径 DNA600 mm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；（2）圆筒

8、内为真空外带夹套时：当圆筒的公称直径 DN>600 mm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 DNW 600 mm时，全部筒体按外压（指夹套压力+0.1MPa）圆筒设计；（3）圆筒内为正压外带夹套时：当圆筒体的公称直径 DN>600 m时，被夹套包围部分的筒体分别按内压圆筒和外压圆 筒计算，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 DNW 600 mm时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。按内压对筒体和封头进行强度计算由工艺条件给定罐体内设计压力p仁0.6MPa，夹套内设计压力 p2=0

9、.7MPa，罐体内设计温度t1=100 C ,夹套内设计温度t2=100 C,由于夹套内的介质是冷却水，对材料只有轻微腐 蚀，故推荐使用的设备材料为Q235-B,根据文献一表9-4或9-5选取得Q235-B在设计温度为100C时的许用应力t=113MPa,从安全上考虑，夹套上所有焊缝均取焊缝系数=0.85,取壁厚附加量中的钢板厚度负偏差6= 0.6mm,单面腐蚀取腐蚀裕量C2=1mm。液柱静压力 P1h=10-6p gh=10-6x 9.8 X 1000 X 1.4= 0.0137 MPa计算压力 p1c=p1+p1h=0.3+0.0147=0.6137MPa计算压力P2c=p2=0.7罐体筒

10、体计算厚度p1cD10.6137 12002 tp1c3.846mm2 113 0.850.6137夹套筒体计算厚2p2cD22 tP2c°.713004.754mm2 113 0.85 0.7罐体封头计算厚度picDi20.5pic0.6137 12002 113 0.850.5 0.61373.840mm夹套封头计算厚度p2cD22 t0.5p2c0.7 13002 113 0.850.5 0.74.746mm厚度附加量 C=G+C2=0.6+1.0=1.6最小厚度 3 min 需满足：3 min- 3 1>Cl, S min- 3 1 'Cl, S min- 3

11、2>Cl, S min- S 2>C1，故取 3罐体筒体设计厚度3 夹套筒体设计厚度3 罐体封头设计厚度3 夹套封头设计厚度3 罐体筒体名义厚度3 夹套筒体名义厚度3 罐体筒体名义厚度3 罐体筒体名义厚度31d= 3 +G2=6+1=7mm2d= 3 +C2=6+1=7mm/1d= 3 +C2=6+仁7mm/2d= 3 +C2=6+1=7mm1n= 3 1d=7mm/ /1n= 3 1d=7mm2n= 3 2d=7mm/ /2n= 3 2d=7mm按外压对筒体和封头进行强度校核罐体筒体有效厚度31e= 3 1n-C=7-1.6=5.4mm罐体筒体外径 D1o=D1+2 3 1n=1

12、200+2X 7=1214mm筒体计算长度 L=H2+1/3 ( H-h) =800+1/3 X( 325-25) =900mm 系数 L/D1O=900/1214=0.741根据这两个系数查考文献一第 釜设计温度查考文献一第十一章图许用外压力p义厚度BD1O/ 1e系数 D1O/ 3 1e=1214/5.4=224.8章图 11-5得系数A 0.00055，再根据系数 A和反应11-8 得系数 B 78MPa亠0 35MPa V 0.7MPa，故需重新假设罐体筒体名224.8罐体筒体有效厚度3 1e=3 1n-C=12-1.8=10.2mm罐体筒体外径 D1o=D1+2 3 1n=1200+

13、2X 12=1224mm筒体计算长度 L=Hb+1/3 ( H-h) =1100+1/3 X( 325-25) =900mm系数 L/D1O=900/1224=0.735系数 D1O/ 3 1e=1224/10.2=120根据这两个系数查考文献一第十一章图11-5得系数A- 0.0015，再根据系数A和反应釜设计温度查考文献一第一章图11-8得系数B 130MPa许用外压力p一B一 130 1 08MPa > 0.7MPa,故罐体筒体名义厚度确定为3DO/ 1e 1201n=12mm罐体封头有效厚度 3/1e= 3 /1n-C=12-1.8=10.2mm罐体封头外径 Df1O=D/1+2

14、 3 /1n=1200+2 X 12=1224mm标准椭圆封头当量球壳外半径R/1O=0.9D/1O=0.9 X 1224=1101.6mm系数A0.125(R/1O/1e)0.1251101.6/10.20.001根据系数A和反应釜设计温度查考文献一第十一章图11-8得系数B- 120MPa120B1.1MPa > 0.7MPa，故罐体封头名义厚度1101.6/10.2许用外压力p/ B /Ro/ 1e确定为3 1n=12mm罐体封头最小厚度3min=0.15%D1=0.15%X 1200=1.8 <3 1e成立，满足要求水压实验校核计算由文献一可知当设计温度<200 C时

15、,-t，已知材料的屈服点应力cs值为235MPa,c tw 0.9 c s,故 c t=179.8MPa罐体实验压力P1T1.25P站.250.6 10.75MPa夹套水压实验压力P2T 1.25 P2 t1.25 0.7 10.875MPa罐体圆筒应力 仃夹套内压实验应力P1T(D11e)2 1eP2T( D22T0.75(1200 10.2)2e2 10.2)0.875(130010.2)44.9MPa <179.8MPa 成立2 2e2 10.256.2MPa <179.8MPa成立计算参数一览表确定几何尺寸步骤项目及代号参数及结果备注1-1全容积V, m31.83r由工艺条

16、件决定:1-2操作面积V1,m31.1由工艺条件决定1-3传热面积F,m24.5由工艺条件决定1-4釜体形式圆筒形常用结构1-5封头形式椭圆形常用结构1-6长径比1.4按表1选取1-7初算筒体内径,m1.185按式1选取1-8圆整筒体内径D1,伽1200按附表1选取1-9一米高的容积V1m,m31.131按附表1选取1-10釜体封头容积V1封,m30.2545按附表2选取1-11釜体高度 H1=（vV1 封）/V1m,m1.393按式2计算1-12圆整釜体高度H1 ,mm1400选取1-13实际容积V=Vm XH1+V1封,m31.8379按式3计算1-14夹套筒体内径 D2,mm1300按表

17、2选取1-15装料系数 n刃操N或按n =0.60.85选取0.6计算或选取1-16夹套筒体咼度 H2（n V-V 封）/V 1m,m0.746按式4计算1-17圆整夹套筒体咼度 H2,mm800选取1-18罐体土寸头表面积 F1封,m21.6552按附表2选取1-19米咼筒体内表面积F1m,m23.77按附表1选取1-20实际总传热面积 F=FmXH+F1封，m24.6712>4.5按式5校核强度计算（按内压计算罐体及夹套厚度 ）步骤项目及代号参数及结果备注2-1设备材料Q235-B据工艺条件或腐蚀情况确定2-2设计压力（罐体内）P1,MPa0.6由工艺条件给定2-3设计压力（夹套内）

18、P2,MPa0.7由工艺条件给定2-4设计温度（罐体内）t1,C< 100由工艺条件给定2-5设计温度（夹套内）t2,C< 100由工艺条件给定2-6液柱静压力P1H=10-6 p gh,MPa0.0137按参考文献1第八章计算2-7计算压力 P1c=p1+p1h,MPa0.6137计算2-8液柱静压力 P2H,MPa0忽略2-9计算压力P2c=P20.7计算2-10罐体及夹套焊接接头系数$0.85那参考文献1表9-6选取2-11设计温度下材料许用应力d t,MPa113按参考文献1表9-4或9-5选取2-12罐体筒体计算厚度 S ?,mm3.846按参考文献1第九早计算2-13夹

19、套筒体计算厚 S ?,mm4.754按参考文献1第九早计算2-14罐体封头计算厚度 S ?',mm3.840按参考文献1第十章计算2-15夹套封头计算厚度 S ?',mm4.746按参考文献1第十章计算2-16钢板厚度负偏差 C1,mm0.6按钢板厚度7mm选取2-17腐蚀裕量G,mm1.0按单面腐蚀2-18厚度附加量C=G+Q1.6计算2-19取最小厚度Sin作为计算厚度S ,mm6选取2-20罐体筒体设计厚度S 1d= S +C?,mm7按参考文献1第九早计算2-21夹套筒体设计厚度 S 2d= S +C?,mm7按参考文献1第九早计算2-22罐体圭寸头设计厚度 S'

20、;d= S +C?,mm7按参考文献1第十章计算2-23夹套封头设计厚度 S'd= S +C?,mm7按参考文献1第十章计算2-24罐体筒体名义厚度 S 1n= S 1d,mm7圆整选取2-25夹套筒体名义厚度S 2n,mm7圆整选取2-26罐体封头名义厚度 S'n,mm7圆整选取2-27夹套封头名义厚度 S' 2n,mm7圆整选取稳定性校核（按外压校核罐体厚度）序号项目及代号参数及结 果备注3-1罐体筒体名义厚度 S m,mm7假设3-2厚度附加量C=G+Q1.6按参考文献1表9-10选取3-3罐体筒体有效厚度S 1e= S 1n-C,mm5.4按参考文献1第十一章计

21、算3-4罐体筒体外径Do=D1+2 S 1n,mm1214按参考文献1第十一章计算3-5筒体计算长度L=f+1/3h1,mm900按参考文献1第十一章计算3-6系数L/D100.741按参考文献1第十一章计算3-7系数Do/ S 1e224.8按参考文献1第十一章计算3-8系数A0.0008查参考文献1图11-53-9系数B110查参考文献1图11-83-10许用外压力3-11罐体筒体名义厚度 S 1n,mm3-12厚度附加量C=G+C23-13罐体筒体有效厚度S 1e= S 1n-C,mm3-14罐体筒体外径 D1o=D1+2 S 1n,mm3-15筒体计算长度L=H2+i/3h i,mm3

22、-16系数L/Dio3-17系数 Die/ S 1e3-18系数A3-19系数B3-20许用外压力3-21圭寸头名义厚度Sin,mm3-22厚度附加量C=G+G23-23罐体封头有效厚度Sie= S in-C,mm3-24罐体圭寸头外径D/ie=D/i+2 S in,mm3-25标准椭圆封头当量球壳外半径R/ie=0.9D/io,mm方昨0.1253-26系数A:(R/ie/ie)3-27系数BB许用外压力p ,mm-28R O/1e3-29罐体圭寸头名义厚度Sin,mm0.49<0.7按参考文献1第十一章计算，失稳，重设名义厚度 S12假设1.8按参考文献1表9-10选取10.2按参考

23、文献1第十一章计算1224按参考文献1第十一章计算900按参考文献1第十一章计算0.735按参考文献1第十一章计算120按参考文献1第十一章计算0.002查参考文献1图11-5140查参考文献1图11-81.17>0.7按参考文献1第十一章计算，满足要求12假设1.8按参考文献1第九早计算10.2按参考文献1第九早计算1224按参考文献1第十一章计算1101.6按参考文献1第十一章计算0.001按参考文献1第十一章计算120查参考文献1图11-8选取1.1按参考文献1第十早计算稳疋1.8确定水压实验校核序 号项目及代号参数及结 果备注4-1罐体实验压力0.75按参考文献1第九早计算4-2

24、夹套水压实验压力0.88按参考文献1第九早计算4-3材料屈服点应力 d s,MPa235按参考文献1第九早计算4-4d tW 0.9 d s,MPa179.8按参考文献1第九早计算4-5罐体圆筒应力44.49<179.8按参考文献1第九早计算4-6夹套内压实验应力56.2<179.8按参考文献1第九早计算表14V带轮的设计计算内容和步骤步 骤设计项目单位公式及数据备注1传动的额定功率PKW4(8 极电机 Y132M1 6)已知电机功率2小皮带轮转速n1r/ min960已知电机转速3大皮带轮转速n2r/ min205已知搅拌机转速4工况系数Ka1.313-3由参考文献 1表选出5设

25、计功率PdkWPd=KAX P=1.3X 4=5.2计算6选V带型号根据Pd和n1选取A型带根据参考文献13-11选取1图7速比1n1960i14.68n2 205计算8小皮带轮计mm120按参考文献1表13-2算直径d1初选9验算带速vm/sd1 n13.14 120 96060 1000 6010006.03Vmin10滑动率£0.0033选取11大皮带轮计mmD2=iD1=561.6计算后按参考文献1算转速dz圆整，取d2=560表13-4圆整12初定中心距mm0.7(d1+d2)<a0<2(d1 +d2)可根据结构要求定ao0.7 (120+560)<a0&

26、lt;2(120+560)476< a0<1360取 a0=70013带的基准长mm计算后按参考文献1度LioLd02a0 (d1d2)表13-1圆整2(d2 如 2536.7 4a0圆整取Ld=250014确定中心距ammLdLd0a a。ami n=a-0.015Ld=644.15amax=a+0.03 Ld=756.65确定安装 V 带时所需最22500 2536.7681.65700小中心距amin和最大中心距2amax15小皮带轮包角a 1(o)d2 d111802157.3a560 1201180 57.3143681.651 12016单根V带额定功率P1kW1.3由参考文献 1表13-7 选取17片1时，单 根V带额定 功率增量厶P1kW0.11由参考文献1表13-8 选取18包角修正系数Ko0.91由参考文献 1表13-5 选取19带长修正系数Kl1.09由参考文献1表13-6选取20V带根数zPdz3.72 取 z=4(RR)Ka Kl计算后圆整