1、三氯化磷氯化釜的設計姓名：彭媛媛學號： 指導老師：王治國、八 、亠前言帶攪拌的夾套反應釜是化學、 醫藥及食品等工業中常用的典型反 應設備之一。 它是一種在一定壓力和溫度下， 借助攪拌器將一定容積 的兩種（或多種） 液體以及液體與固體或氣體物料混勻，促進其反應 的設備。一臺帶攪拌的夾套反應釜。 它主要由攪拌容器、 攪拌裝置、 傳動 裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管和一些附件組成。攪拌容器分罐體和夾套兩部分， 主要由封頭和筒體組成， 多為中、 低壓壓力容器； 攪拌裝置由攪拌器和攪拌軸組成， 其形式通常由工藝 設計而定；傳動裝置是為帶動攪拌裝置設置的， 主要由電機、減速器、 聯軸器和傳動軸等組成

2、；封頭裝置為動密封；它們與支座、人孔、工 藝接管等附件一起，構成完整的夾套反應釜。磷化工業是 70 年代以來迅速發展起來的新興化工產業，以三氯 化磷為原材料的的磷系列產品成為我國農藥開發和生產的主導工業， 據統計，我國磷化合物農藥的總產量分別占我國當年化學農藥總產量 的 65.5%和 73.7%。由于有機磷農藥具有高效低毒及廣譜性等優點， 經濟效益和社會效益都比較明顯， 深受廣大農民歡迎， 其中以三氯化 磷為原料的有機磷化物農藥就站 42 種之多，如甲胺磷，敵敵畏和敵 百蟲等，由此可見，三氯化磷是合成有機磷化物農藥的重要原材料， 優化三氯化磷的生產工藝，生產出合格的三氯化磷具有重要意義。簡圖與

3、說明蘇訂j'm ,夾套反應釜設計任務書比例于P :設計參數及要求容器內夾套內工作壓力/MPa0.30.4設計壓力/Mpa0.60.7工作溫度/C8585設計溫度/C< 100< 100介質三氯化磷，磷混液和氯氣循環水全容積/m31.83操作容積/m31.1傳熱容積/m34.5腐蝕情況中度腐蝕推薦材料Q235-B攪拌器形式框式攪拌軸轉速/（ r/mi n ）960軸功率/Kw4夾套反應釜各部分結構尺寸的確定和設計計算罐體幾何尺寸的計算確定筒體內徑由工藝條件給出的條件有：全容積V=1.83m3，操作面積Vi=i.im3，傳熱面積F=4.5怦,常用的釜體形式為圓筒形，常用的封頭形

4、式為橢圓形一般由工藝條件給定容積V、筒體內徑Di按式1估算：Di341-83, 3.14 1.4式中V工藝條件給定容積,1.185 mm；IH 1i長徑比，i，對氣-液相類型選取i=1.4 （見表1）D1將D1估算值圓整到公稱直徑系列，參考文獻二附表D-1，取D1=1200m。表1種類設備內物料類型I一般攪拌釜液-固相或液-液相物料1 1.3氣-液相物料12發酵罐類1.7 2.5查文獻二附表 D-1可知，當D仁1200m時，反應釜一米高的容積 V1m=1.131m3，罐體一 米高內表面積F1m=3.77 m2,釜體封頭容積 V 封=0.2545m3,罐體封頭表面積 R封=1.6552 m2,

5、橢圓封頭總深度 H=325mm,直邊高度h仁25mm確定筒體高度H1反應釜容積V通常按下封頭和筒體兩部分容積之和計算。則筒體高度H1按下式計算并進行圓整。H1（V V1 封）/V1m （1.830.2545）/1.1311.393m式 2式中V1封封頭容積（見文獻二附表 D-2）, m3；V1m 1米高筒體容積（見文獻二附表D-1）, m2。當筒體高度確定后，應按圓整后的筒體高度修正實際容積，則圓整后的釜體高度H1=1400mm。罐體的實際容積3V V1m H1 V封 1.131 1.4 0.25451.8379m3式 32.3夾套的幾何尺寸計算夾套和筒體的連接常焊接成封閉結構。夾套的結構尺寸

6、常根據安裝和工藝兩方面的要求而定。夾套的內徑D2可根據筒體內徑D1 選取 D2=D1+100=1300mm （見表 2）表2夾套直徑D2mmD1500600700180020003000D2D1+50D1+100D1+200夾套高H2由傳熱面積決定，不能低于料液高。由于物料在反應過程中產生泡沫，呈沸騰狀態，取裝料系數取0.6。夾套高H2按下式估算：H 2（ V V封）/Vim （0.6 1.83 0.2545）/1.1310.746m式 4夾套所包圍的罐體的表面積（筒體表面積F筒+圭寸頭表面積F 封）定要大于工藝要求的傳熱面積F,即F封 F筒 F 4.5式5式中F筒筒體表面積， F筒=H2X

7、F1m=0.8X 3.77=3.016 m2F封一一封頭表面積（見附表2）, F封=1.6552 mF1m1m 高內表面積（見附表 1）, m /m , F=F封+F 筒=3.016+1.6552=4.6712 > 4.5 滿足 要求。當筒體與上封頭用法蘭連接時，常采用甲型平焊法蘭連接， 這是壓力容器法蘭中的一種，甲型平焊法蘭密封面結構常用平密封面和凹凸密封面兩種。2.4夾套反應釜的強度計算強度計算的原則及依據強度計算應考慮以下幾種情況。（1）圓筒內為常壓外帶夾套時：當圓筒的公稱直徑 DNA600 mm時，被夾套包圍部分的筒體按外壓（指夾套壓力）圓筒 設計，其余部分按常壓設計；（2）圓筒

8、內為真空外帶夾套時：當圓筒的公稱直徑 DN>600 mm時，被夾套包圍部分的筒體按外壓（指夾套壓力+0.1MPa）圓筒設計，其余部分按真空設計；當圓筒的公稱直徑 DNW 600 mm時，全部筒體按外壓（指夾套壓力+0.1MPa）圓筒設計；（3）圓筒內為正壓外帶夾套時：當圓筒體的公稱直徑 DN>600 m時，被夾套包圍部分的筒體分別按內壓圓筒和外壓圓 筒計算，取其中較大值；其余部分按內壓圓筒設計。當圓筒的公稱直徑 DNW 600 mm時，全部筒體按內壓圓筒和外壓圓筒計算，取其中最大值。按內壓對筒體和封頭進行強度計算由工藝條件給定罐體內設計壓力p仁0.6MPa，夾套內設計壓力 p2=0

9、.7MPa，罐體內設計溫度t1=100 C ,夾套內設計溫度t2=100 C,由于夾套內的介質是冷卻水，對材料只有輕微腐 蝕，故推薦使用的設備材料為Q235-B,根據文獻一表9-4或9-5選取得Q235-B在設計溫度為100C時的許用應力t=113MPa,從安全上考慮，夾套上所有焊縫均取焊縫系數=0.85,取壁厚附加量中的鋼板厚度負偏差6= 0.6mm,單面腐蝕取腐蝕裕量C2=1mm。液柱靜壓力 P1h=10-6p gh=10-6x 9.8 X 1000 X 1.4= 0.0137 MPa計算壓力 p1c=p1+p1h=0.3+0.0147=0.6137MPa計算壓力P2c=p2=0.7罐體筒

10、體計算厚度p1cD10.6137 12002 tp1c3.846mm2 113 0.850.6137夾套筒體計算厚2p2cD22 tP2c°.713004.754mm2 113 0.85 0.7罐體封頭計算厚度picDi20.5pic0.6137 12002 113 0.850.5 0.61373.840mm夾套封頭計算厚度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 需滿足：3 min- 3 1>Cl, S min- 3 1 'Cl, S min- 3

11、2>Cl, S min- S 2>C1，故取 3罐體筒體設計厚度3 夾套筒體設計厚度3 罐體封頭設計厚度3 夾套封頭設計厚度3 罐體筒體名義厚度3 夾套筒體名義厚度3 罐體筒體名義厚度3 罐體筒體名義厚度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按外壓對筒體和封頭進行強度校核罐體筒體有效厚度31e= 3 1n-C=7-1.6=5.4mm罐體筒體外徑 D1o=D1+2 3 1n=1

12、200+2X 7=1214mm筒體計算長度 L=H2+1/3 ( H-h) =800+1/3 X( 325-25) =900mm 系數 L/D1O=900/1214=0.741根據這兩個系數查考文獻一第 釜設計溫度查考文獻一第十一章圖許用外壓力p義厚度BD1O/ 1e系數 D1O/ 3 1e=1214/5.4=224.8章圖 11-5得系數A 0.00055，再根據系數 A和反應11-8 得系數 B 78MPa亠0 35MPa V 0.7MPa，故需重新假設罐體筒體名224.8罐體筒體有效厚度3 1e=3 1n-C=12-1.8=10.2mm罐體筒體外徑 D1o=D1+2 3 1n=1200+

13、2X 12=1224mm筒體計算長度 L=Hb+1/3 ( H-h) =1100+1/3 X( 325-25) =900mm系數 L/D1O=900/1224=0.735系數 D1O/ 3 1e=1224/10.2=120根據這兩個系數查考文獻一第十一章圖11-5得系數A- 0.0015，再根據系數A和反應釜設計溫度查考文獻一第一章圖11-8得系數B 130MPa許用外壓力p一B一 130 1 08MPa > 0.7MPa,故罐體筒體名義厚度確定為3DO/ 1e 1201n=12mm罐體封頭有效厚度 3/1e= 3 /1n-C=12-1.8=10.2mm罐體封頭外徑 Df1O=D/1+2

14、 3 /1n=1200+2 X 12=1224mm標準橢圓封頭當量球殼外半徑R/1O=0.9D/1O=0.9 X 1224=1101.6mm系數A0.125(R/1O/1e)0.1251101.6/10.20.001根據系數A和反應釜設計溫度查考文獻一第十一章圖11-8得系數B- 120MPa120B1.1MPa > 0.7MPa，故罐體封頭名義厚度1101.6/10.2許用外壓力p/ B /Ro/ 1e確定為3 1n=12mm罐體封頭最小厚度3min=0.15%D1=0.15%X 1200=1.8 <3 1e成立，滿足要求水壓實驗校核計算由文獻一可知當設計溫度<200 C時

15、,-t，已知材料的屈服點應力cs值為235MPa,c tw 0.9 c s,故 c t=179.8MPa罐體實驗壓力P1T1.25P站.250.6 10.75MPa夾套水壓實驗壓力P2T 1.25 P2 t1.25 0.7 10.875MPa罐體圓筒應力 仃夾套內壓實驗應力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成立計算參數一覽表確定幾何尺寸步驟項目及代號參數及結果備注1-1全容積V, m31.83r由工藝條

16、件決定:1-2操作面積V1,m31.1由工藝條件決定1-3傳熱面積F,m24.5由工藝條件決定1-4釜體形式圓筒形常用結構1-5封頭形式橢圓形常用結構1-6長徑比1.4按表1選取1-7初算筒體內徑,m1.185按式1選取1-8圓整筒體內徑D1,伽1200按附表1選取1-9一米高的容積V1m,m31.131按附表1選取1-10釜體封頭容積V1封,m30.2545按附表2選取1-11釜體高度 H1=（vV1 封）/V1m,m1.393按式2計算1-12圓整釜體高度H1 ,mm1400選取1-13實際容積V=Vm XH1+V1封,m31.8379按式3計算1-14夾套筒體內徑 D2,mm1300按表

17、2選取1-15裝料系數 n刃操N或按n =0.60.85選取0.6計算或選取1-16夾套筒體咼度 H2（n V-V 封）/V 1m,m0.746按式4計算1-17圓整夾套筒體咼度 H2,mm800選取1-18罐體土寸頭表面積 F1封,m21.6552按附表2選取1-19米咼筒體內表面積F1m,m23.77按附表1選取1-20實際總傳熱面積 F=FmXH+F1封，m24.6712>4.5按式5校核強度計算（按內壓計算罐體及夾套厚度 ）步驟項目及代號參數及結果備注2-1設備材料Q235-B據工藝條件或腐蝕情況確定2-2設計壓力（罐體內）P1,MPa0.6由工藝條件給定2-3設計壓力（夾套內）

18、P2,MPa0.7由工藝條件給定2-4設計溫度（罐體內）t1,C< 100由工藝條件給定2-5設計溫度（夾套內）t2,C< 100由工藝條件給定2-6液柱靜壓力P1H=10-6 p gh,MPa0.0137按參考文獻1第八章計算2-7計算壓力 P1c=p1+p1h,MPa0.6137計算2-8液柱靜壓力 P2H,MPa0忽略2-9計算壓力P2c=P20.7計算2-10罐體及夾套焊接接頭系數$0.85那參考文獻1表9-6選取2-11設計溫度下材料許用應力d t,MPa113按參考文獻1表9-4或9-5選取2-12罐體筒體計算厚度 S ?,mm3.846按參考文獻1第九早計算2-13夾

19、套筒體計算厚 S ?,mm4.754按參考文獻1第九早計算2-14罐體封頭計算厚度 S ?',mm3.840按參考文獻1第十章計算2-15夾套封頭計算厚度 S ?',mm4.746按參考文獻1第十章計算2-16鋼板厚度負偏差 C1,mm0.6按鋼板厚度7mm選取2-17腐蝕裕量G,mm1.0按單面腐蝕2-18厚度附加量C=G+Q1.6計算2-19取最小厚度Sin作為計算厚度S ,mm6選取2-20罐體筒體設計厚度S 1d= S +C?,mm7按參考文獻1第九早計算2-21夾套筒體設計厚度 S 2d= S +C?,mm7按參考文獻1第九早計算2-22罐體圭寸頭設計厚度 S'

20、;d= S +C?,mm7按參考文獻1第十章計算2-23夾套封頭設計厚度 S'd= S +C?,mm7按參考文獻1第十章計算2-24罐體筒體名義厚度 S 1n= S 1d,mm7圓整選取2-25夾套筒體名義厚度S 2n,mm7圓整選取2-26罐體封頭名義厚度 S'n,mm7圓整選取2-27夾套封頭名義厚度 S' 2n,mm7圓整選取穩定性校核（按外壓校核罐體厚度）序號項目及代號參數及結 果備注3-1罐體筒體名義厚度 S m,mm7假設3-2厚度附加量C=G+Q1.6按參考文獻1表9-10選取3-3罐體筒體有效厚度S 1e= S 1n-C,mm5.4按參考文獻1第十一章計

21、算3-4罐體筒體外徑Do=D1+2 S 1n,mm1214按參考文獻1第十一章計算3-5筒體計算長度L=f+1/3h1,mm900按參考文獻1第十一章計算3-6系數L/D100.741按參考文獻1第十一章計算3-7系數Do/ S 1e224.8按參考文獻1第十一章計算3-8系數A0.0008查參考文獻1圖11-53-9系數B110查參考文獻1圖11-83-10許用外壓力3-11罐體筒體名義厚度 S 1n,mm3-12厚度附加量C=G+C23-13罐體筒體有效厚度S 1e= S 1n-C,mm3-14罐體筒體外徑 D1o=D1+2 S 1n,mm3-15筒體計算長度L=H2+i/3h i,mm3

22、-16系數L/Dio3-17系數 Die/ S 1e3-18系數A3-19系數B3-20許用外壓力3-21圭寸頭名義厚度Sin,mm3-22厚度附加量C=G+G23-23罐體封頭有效厚度Sie= S in-C,mm3-24罐體圭寸頭外徑D/ie=D/i+2 S in,mm3-25標準橢圓封頭當量球殼外半徑R/ie=0.9D/io,mm方昨0.1253-26系數A:(R/ie/ie)3-27系數BB許用外壓力p ,mm-28R O/1e3-29罐體圭寸頭名義厚度Sin,mm0.49<0.7按參考文獻1第十一章計算，失穩，重設名義厚度 S12假設1.8按參考文獻1表9-10選取10.2按參考

23、文獻1第十一章計算1224按參考文獻1第十一章計算900按參考文獻1第十一章計算0.735按參考文獻1第十一章計算120按參考文獻1第十一章計算0.002查參考文獻1圖11-5140查參考文獻1圖11-81.17>0.7按參考文獻1第十一章計算，滿足要求12假設1.8按參考文獻1第九早計算10.2按參考文獻1第九早計算1224按參考文獻1第十一章計算1101.6按參考文獻1第十一章計算0.001按參考文獻1第十一章計算120查參考文獻1圖11-8選取1.1按參考文獻1第十早計算穩疋1.8確定水壓實驗校核序 號項目及代號參數及結 果備注4-1罐體實驗壓力0.75按參考文獻1第九早計算4-2夾套水壓實驗壓力0.88按參考文獻1第九早計算4-3材料屈服點應力 d s,MPa235按參考文獻1第九早計算4-4d tW 0.9 d s,MPa179.8按參考文獻1第九早計算4-5罐體圓筒應力44.49<179.8按參考文獻1第九早計算4-6夾套內壓實驗應力56.2<179.8按參考文獻1第九早計算表14V帶輪的設計計算內容和步驟步 驟設計項目單位公式及數據備注1傳動的額定功率PKW4(8 極電機 Y132M1 6)已知電機功率2小皮帶輪轉速n1r/ min960已知電機轉速3大