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聚丙烯工段设计_化学工程毕业论文
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技术交流帖
副标题（可选）:
本帖最后由 lijianhuai 于
21:00 编辑
液相本体法聚丙烯装置的设计内容很多，本章只对聚合釜工艺设计计算、阀门管道的选择用、主要设备、装置投资、装置定员等几方面的内容进行讨论，并着重对装置最主要的设备聚合釜的工艺设计计算问题进行讨论。
聚合釜的工艺设计计算
聚合釜是液相本体法聚丙烯生产中最关键的设备，也可以说是液相本体法聚丙烯装置
的心脏。聚合釜的设计是否先进合理对聚丙烯的生产起着决定作用，它不但关系到装置能否正常进行，而且影响装置的生产能力、传热和氢调效果，进而影响产品质量和装置的各项技术经济指标。另外，由于液相本体法聚丙烯装置的聚合釜是在3.5MPa的中压条件下和本体聚合反应比较激烈的条件下操作，因此，聚合釜的安全操作和使用是本装置的突出问题，这也要以优良的设计来保证。
本节主要对间歇式液相本体法聚丙烯装置聚合釜的有关工艺设计进行讨论，如聚合釜的容积、高径比以及外型尺寸的确定，聚合釜的内构件、搅拌型式、搅拌转速、搅拌轴封的选定，聚合反应的动力学特征，聚合釜传热面积、搅拌功率计算等。另外，对聚合釜的主要设计单位和制造单位简要给以介绍。
聚合釜容积的确定
聚合釜的容积主要取决于装置单红设计生产能力和装料系数。
根据试验和工业生产实践，液相本体法聚丙烯装置聚合釜有关工
艺参数为：
丙烯转化率 ～70%
75℃时液相丙烯密度
4～6h，单釜操作周期（包括加料、出料）为8h；
年工作日按300天计，年操作时数
聚合釜容积的计算
聚合釜设计容积可按下式计算：
V=E&v:shape id=_x style=&WIDTH: 42.75 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12鈭?/m:t&&w:rFonts w:ascii=&Cambria Math& w:h-ansi=&CPT鈭機鈭檇鈭橩' type=&#_x0000_t75&&
式中V——聚合釜设计容积，m3 ；
E——装置单线年生产能力，t/a；
P——单釜操作周期，h；
T——年操作时数，h/a；
C——丙烯转化率，%；
d——最高操作温度（75℃）时液相丙烯的密度，t/m3 ；
K——聚合釜最高操作温度条件下的设计装料系数，%。
下面以单线（即每台聚合釜）生产能力2500t/a为例计算聚合釜的设计容积。
取最高操作温度时装料系数为90%，则
V=E&v:shape id=_x style=&WIDTH: 42.75 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12鈭?/m:t&&w:rFonts w:ascii=&Cambria Math& w:h-ansi=&CPT鈭機鈭檇鈭橩' type=&#_x0000_t75&&
=2500&v:shape id=_x style=&WIDTH: 123.75 HEIGHT: 46.5pt& equationxml=' 12脳87200脳70%脳0.381sz脳90%' type=&#_x0000_t75&&
可取V=12 m3 。所以2500t/a 装置聚合釜设计容积取12m3
，两台12m3
聚合釜的装置、其生产能力为5000t/a。
在计算聚合釜容积时，也有用常温（25℃）时液相丙烯的密度与常温时液相丙烯加料系数来计算的，例如，25℃时液相密度为0.506t/ m3 ，这时，常温液相丙烯加料系数应相应取小，以保证达到最高操作温度时不致满釜并留有适当空间。加料系数K应取70%以下。当K取70%时，聚合釜容积为：
V=E&v:shape id=_x style=&WIDTH: 42.75 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12鈭?/m:t&&w:rFonts w:ascii=&Cambria Math& w:h-ansi=&CPT鈭機鈭檇鈭橩' type=&#_x0000_t75&&
=2500&v:shape id=_x style=&WIDTH: 123.75 HEIGHT: 46.5pt& equationxml=' 12脳87200脳70%脳0.506sz脳70%' type=&#_x0000_t75&&
最高操作温度（75℃）时的满釜容积为：
V =2500&v:shape id=_x style=&WIDTH: 129.75 HEIGHT: 46.5pt& equationxml=' 12脳87200脳70%脳0.381sz脳100%' type=&#_x0000_t75&&
根据两种方法的计算结果可以看出，前一种（按最高温度时加料系数）比较科学、安全，后一种必须把K值取在70%以下，以取65%为宜。
目前，不少装置因采用缩短反应时间和单釜操作周期，提高丙烯转化率等措施，装置实际生产能力比设计能力高。例如有的已将单釜操作周期由设计的8h缩短到6h，12m3
聚合釜的实际生产能力达到：
E=&v:shape id=_x style=&WIDTH: 66.75 HEIGHT: 25.5pt& equationxml=' 12VP鈭橳鈭機鈭?/m:t&d鈭橩' type=&#_x0000_t75&&
=&v:shape id=_x style=&WIDTH: 2 HEIGHT: 23.25pt& equationxml=' 1脳70%脳0.381脳90%' type=&#_x0000_t75&&
实际生产能力比设计能力提高30%以上。
聚合釜外形尺寸的设计
聚合釜高径比的选择
聚合釜的容积确定后，还要确定高与直径的关系（高径比），才能确定釜的直径和其
他外形尺寸。
聚合釜高径比的选取主要考虑三个方面的需要：
（1）有利于聚合釜撤热
聚合反应热主要靠釜外夹套冷却水撤热，所以要保证较大的高径比才能保证足够的比传热面（即单位釜容积的夹套传热面积）。
（2）有利于氢调
为了改善氢调效果，应扩大气液界面，保证有足够的比界面（即单位釜容积的界面面积）。为此，聚合釜的高径比不能选取过大。
（3）考虑对搅拌功率的影响
根据后面将叙述到的可知，搅拌功率与釜内物料的高度有密切关系。高径比越大，搅拌功率越大，消耗的动力越大，因此高径比也不宜过大。
根据对传热面积、搅拌功率的计算和氢调效果的试验以及有关设计和生产单位的经验，
聚合釜的高径比选取2.15（H=2.15D），可以满足以上三个方面的要求。
在设计上、下椭圆封头时，一般可以取短轴直径d与釜直径D的比为0.6（d=0.6D）。
内构件及搅拌轴封的设计
搅拌器设计
搅拌器设计主要是要保证良好的搅拌效果。搅拌效果的好坏关系到釜内反应是否均
匀，反应热能否顺利撤除，气液界面能否及时更新以保证氢调效果。
间歇式液相本体法聚丙烯装置的聚合釜内物料的相态是随时间而变化的。开始反应时釜内全部是液相丙烯，随着反应时间的延长，液相丙烯中悬浮的聚丙烯固体颗粒逐渐增多，到“干锅”反应结束特别是丙烯回收后，釜内几乎全部是聚丙烯颗粒，液相物料已消失。在固体颗粒浓度大或全部适宜的。经过大量的试验研究和生产实践的摸索表明，螺带式搅拌器对于聚丙烯固体颗粒物料的搅拌效果较好，而且所消耗的功率也比较小。国内所有液相本体法聚丙烯装置的聚合釜全部都采用螺带式搅拌器，且基本上都采用单螺带。
螺带式搅拌器的工艺设计，主要是确定螺带外径D1、内径D2 （从而确定螺带宽度b）、螺距s。
螺带结构简图如图7-2所示。
螺带外径D1
螺带外径的设计要考虑搅拌效果、搅拌功率和内冷却水管设置的需要。对于搅拌效果
来说，螺带外径选大一些好，即与釜内壁的间隙适当小一些为好。但间隙过小搅拌效果也不好，物料无法返混。另外螺带外径越大，搅拌轴功率越大（轴功率与螺带外径的关系后面还要讨论）。螺带外径太大会给冷却水管的布置带来困难。因此螺带外径要选取适中。一般选取螺带外径D1 =（0.7～0.8）D 。
例如，4 m3 聚合釜的釜径D=1.4m，螺带外径D1 =0.98～1.12m(实际为1.0m，D1 /D=0.71)，螺带与釜内壁的间隙0.2m。12m3
聚合釜的釜径D=2.0m，螺带外径D1 =1.4～1.6m(实际为1.5m，D1 /D=0.75)，螺带与釜内壁的间隙0.25m。
螺带外径D2
螺带内径由螺带外径和螺带叶片宽度（b）决定。螺带叶片宽度影响搅拌效果。一般
来说，叶片宽度大一些，搅拌效果好些，但叶片太宽，使叶片与轴的间隙过小，也会影响物料的返混下落。如果螺带叶片与釜内壁及轴的间隙部很小，就会变成螺带提升机，物料堆在螺带上部下不来，显然失去了搅拌的意义。另外，螺带叶片宽度在一定范围内对搅拌功率有一定影响，但影响不十分显著。
4m3 聚合釜搅拌螺带宽度b一般选取0.2m，12m3
聚合釜搅拌螺带宽度一般选取0.25～0.28m。
螺距对搅拌效果和搅拌功率有一定影响。同样的搅拌转速，螺距越大，物料的上升速
度越快，搅拌效果好，但搅拌功率相应也大。搅拌功率与螺距s0.22成正比。另外，当螺距大于物料高度时，功率与物料高度的平方成正比；而螺距小于物料高度时，功率与物料高度成直线关系。因此，一般情况下，螺距应小于釜内物料高度。4m3
聚合釜螺带螺距与物料高度的比为0.3，为釜直筒高度的0.25倍。例如4m3
聚合釜直筒高度约为2.0m，物料高度约1.58m，螺带螺距s=0.50m。12m3
聚合釜直筒高度为3.1m，物料高度为2.34m，螺带螺距s=0.72m。
釜底小搅拌的设置
聚合釜釜底下料管上球阀不管安装得与聚合釜如何接近，总会有一段短管搅拌不到，
形成死角。而催化剂的密度比液相丙烯大，易于沉积在此下料管中。此处催化剂浓度大，而且没有冷却夹套，加上没有搅拌，聚合热传不出去，易于发生局部过热和爆聚，产生聚丙烯塑化块而堵塞下料管。这是液相本体法聚丙烯生产中经常出现的问题。为了减少下料管的堵塞，可在螺带搅拌的底部设置一个小搅拌（片状或麻花状），一直插到下料管中，以不接触下料球阀为准。小搅拌设计得好，对防止聚合釜底部的堵塞有很好的效果。但在设置小搅拌时，要特别注意防止小搅拌刮壁。因为聚合釜搅拌轴是悬吊式的，而且长达数米，轴下部没有支撑，启动时轴的罢动较大，而下料管的管径只有150～200mm如果小搅拌设计不好，就会发生刮壁现象。小搅拌一旦刮壁，由于摩擦热会使局部温度过高，使下料管内塑化结块。因此，应尽可能减小搅拌轴的摆动，小搅拌的宽度适当小一些并在运转中随时进行调整。目前，在4m3
聚合釜中基本上都设计了小搅拌，各装置在实际生产中已积累不少经验，对防止釜底下料管的堵塞起到了很好的效果。
搅拌转速的选定
搅拌转速是影响搅拌效果最重要的因素之一。搅拌转速越高，传质传热效果越好，对
氢调和产品熔体流动速率指标控制有利。但是搅拌速度高，搅拌消耗的功率大，对搅拌器的要求也高，此外，还对聚丙烯物料有粉碎作用。因此，在选择搅拌转速时应综合考虑。
在聚合釜放大设计中，引入三项流体运动相似准数。对于两个大小不同几何形状相似的聚合釜，存在以下关系：
&v:shape id=_x style=&WIDTH: 22.5 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12dsns2gs' type=&#_x0000_t75&&=&v:shape id=_x style=&WIDTH: 24 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12dbnb2gb' type=&#_x0000_t75&& =Fr
&v:shape id=_x style=&WIDTH: 33.75 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12NsPsns3ds5' type=&#_x0000_t75&&=&v:shape id=_x style=&WIDTH: 36 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12NbPbnd3dd5' type=&#_x0000_t75&& =P
&v:shape id=_x style=&WIDTH: 33 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12ds2ns蟻s畏s' type=&#_x0000_t75&&=&v:shape id=_x style=&WIDTH: 36 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12dd2nb蟻b畏b' type=&#_x0000_t75&& =Re
Fr ——费鲁特准数；
η——流体粘度；
P ——鲍尔准数；
N——搅拌器输入功率；
Re ——雷诺准数；
g——重力常数；
d——聚合釜直径；
s ——小型聚合釜（下角注）；
n——搅拌转速；
b——大型聚合釜（下角注）；
& && &&v:shape id=_x style=&WIDTH: 7.5 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12蟻' type=&#_x0000_t75&&——流体密度；
式（7-7）、（7-8）、（7-9）中，小釜的各参数是已知的，大釜db、gb、&v:shape id=_x style=&WIDTH: 7.5 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12蟻' type=&#_x0000_t75&& b、ηb都已定，只有两个参数Nb和nb是变量。因此，只要把其中一个常数改成变量，就能求解。最适当的方法是选择粘度
ηb 作为变量。由此可求得这三个方程式的解。
ηb &v:shape id=_x style=&WIDTH: 62.25 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12=畏sdbds' type=&#_x0000_t75&&1.5
按照上述公式1.5m3聚合釜搅拌转速数据计算结果，选择4m3
聚合釜搅拌转速及相当的线速如表7-1所示。
聚合釜搅拌转速及线速
实践证明，4m3
釜选用以上的搅拌转速其搅拌效果良好。从表7-1数据可见，12m3
釜搅拌转速低于4m3
釜搅拌转速，但因为12m3
釜的搅拌器外径大于4m3
釜搅拌外径，所以12m3
釜搅拌叶外缘线速大于4m3
釜。在聚合釜放大设计中，为了解决放大效应问题，按大釜搅拌器线速高于小釜搅拌器线速的原则来选取搅拌器转速。但是，又没有必要使大釜搅拌转速高于小釜搅拌转速。
闪蒸釜与挤出机
闪蒸去活釜的设计
闪蒸去活釜的操作条件
闪蒸去活操作时压力是不断变化的，聚合釜向闪蒸去活釜喷料时的压力最高，一般控
制在0.5MPa以下。闪蒸时釜内保持真空状态，真空度约为65kPa～80kPa。置换与去活时压力约0.2～0.3MPa。
闪蒸去活操作时最高温度约70℃。
闪蒸去活时，聚丙烯粉料会放出少量腐蚀性气体HCI，对碳钢设备有一定腐蚀。
闪蒸去活釜的设计条件
设计压力稍高于操作压力，闪蒸去活釜的设计压力一般为0.8MPa。
考虑到防止设备腐蚀，闪蒸去活釜最好采用不锈钢或碳钢内涂防腐层。采用内涂防腐
层时，应考虑防止釜内静电积累，最好使用能导电的防腐层。
闪蒸去活釜的容积确定
间歇式液相本体法聚丙烯生产中，一个闪蒸去活釜对应接受一个聚合釜的物料。为了
减少设备、节省投资，一般两台聚合釜只设一台闪蒸去活釜，因为聚合釜操作周期为6～8h，闪蒸去活操作周期只有1～2h。只要把聚合釜投料的时间错开，一台闪蒸去活釜可以适应与两台聚合釜配套的要求。
为了使闪蒸和去活达到良好的效果，闪蒸去活釜的装料系数要比一般设备选得小一些，以保证有较大的空间。在闪蒸釜设计中，一般装料系数应小于0.6。例如，与12m3
聚合釜配套的闪蒸去活釜的装料系数可取0.6，此时，闪蒸去活釜的容积V可按下式求取：
V=&v:shape id=_x style=&WIDTH: 12.75 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 12Wd鈭檉' type=&#_x0000_t75&&
V——闪蒸去活釜所需容积，m3；
W——聚合釜单釜聚丙烯产量，t；
d——聚丙烯粉料表观密度，t/ m3 ；
f——装料系数。
聚合釜单釜产量为3.0t，聚丙烯粉料表观密度为0.44/ m3 ，装料系数取0.6，则
V=&v:shape id=_x style=&WIDTH: 34.5 HEIGHT: 31.5pt& equationxml=' 123.00.4脳0.6' type=&#_x0000_t75&& =12.5m3
应取V=13 m3 ，一般取14 m3
闪蒸去活釜的搅拌
闪蒸去活釜采用粑式搅拌器，粑式搅拌叶可多层分布，搅拌转速低，一般只有5r/min，
搅拌功率相应也低，13～14m3闪蒸去活釜的搅拌配用电机功率为10～11kw ，这样的功率对于正常物料来说是够用的，但当物料发粘或塑化结块时，不但配用电机功率不够，而且搅拌器的强度也会受到影响，有可能使搅拌器发生扭曲。
& & 闪蒸去活釜的结构简图（14m3闪蒸釜）如图7-9所示。
阀门与管道的选用
阀门的选用
间歇式液相本体法聚丙烯生产中，阀门开关极其频繁。每生产一釜聚丙烯，需要几十
个操作步骤，开关几十个阀门，有的阀门在一个操作周期中要开关多次。经常开闭对阀门损伤厉害，特别是容易产生内漏。另外，本装置的操作压力较高，选用阀门时应充分注意。
丙烯精制系统的阀门
丙烯精制系统操作压力为1.8～2.0MPa，操作介质为易燃易爆物丙烯，选用阀门的耐
压级别应高于操作压力，应选用4.0MPa级的阀门。丙烯精制系统有高温氮气（活化、再生时热氮温度约500℃）通过的地方，应选用耐高温阀门，阀体和阀心材质为不锈钢。碳钢阀门的型号可选用Z41H-40、J41H-40，不锈钢阀门可选用J41W-40P等。
聚合系统阀门
聚合釜操作压力为3.5MPa，聚合釜设计压力为3.92MPa。加上聚合反应可能超压的情
况，聚合釜上应选用压力级别较高的阀门，至少应在4.0MPa以上，最好选用6.3MPa级的阀门。聚合釜上所用安全阀的耐压级别应为A42H-40。注油系统及氢气系统宜采用15.7MPa级的阀门，如J13W-160P、J23H-160P。
固体物料及催化剂系统的阀门
有固体物料通过的阀门（如聚合釜釜底阀、闪蒸进料与出料阀、催化剂加料阀等）和
需要快开快关的阀门（如活化剂加料系统、丙烯加料系统）都应选用球阀。型号可选Q41SA-40P、Q43SA-40P、Q41SA-16等。以上球阀均匀不锈钢球阀。
活化剂系统阀门
活化剂对碳钢有一定腐蚀，宜选用不锈钢阀门，如Z41W-16P、J41W-16P、J13W-16P
其它系统阀门
其它系统如水、蒸汽、空气、氮气等可以按照不同需要选用不同型号的阀门。水系统
可选用J41T-16、Z45T-10、J11T-16、J41T-10；蒸汽系统可选用Z41H-25、J41H-25、Z41H-16；氮气、空气系统可选用Z41H-16C、Z41H-25、J41H-16。
阀门的安装与使用
阀门在安装前应有产品出厂合格证，并经强度和气密试验合格。安装前还应对阀门进
行清洗，阀杆填料应进行调整或更换。设备及管道吹扫时应逐段进行，防止机械杂质停留在阀心密封面上，以免损坏密封面。使用时不宜用力过猛，特别是发现有内漏时不宜过度用力开关阀门，可以采用轻开轻关方法将阀心内机械杂质冲走，从而消除内漏。
二、管道的选用
液相本体法聚丙烯装置的物料管线均应采用无缝钢管。高温部分（热氮系统）和活化剂系统宜采用1Cr18Ni9Ti不锈钢无缝管。活化剂系统中需要移动的设备及需要称重的设备，其连接管道可采用不锈钢金属软管（材质为1Cr18Ni9Ti
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公式看不清。能有DOc版或PDF版的吗？
(577638号)
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本帖最后由 lijianhuai 于
21:10 编辑
聚合釜的工艺设计计算节选自《天津化工》 2003年03期 &新型聚合釜在丙烯聚合中的应用&作者刘问香&&
以下看不清可以看#
& &&&6 釜设计 6.1 设计任务 选择釜及夹套材料，确定聚合釜和夹套的几何尺寸，并对聚合釜及夹套进行强度计算。 6.2 设计依据 …… 6.3 釜几何尺寸的确定 选定罐体高/径比 i= （1.1～1.3） 由估算公式： D 3 4V 计算结果， πi 例如：初步选取公称直径为 Dg2600 的筒体，封头选取 Dg2600 的标准椭圆封头。查表 得封头的尺寸如下： 曲边高度 h1=650mm ，直边高度 h2=50mm 内表面积 Fh=7.6545m2 ，容积 Vh=2.5131m3 查表得 Dg2000 的筒体的有关数据如下： 一米高容积 V1=5.309m3 ； 一米高内表面积 F1=8.17m2 则筒体高度计算为： H=（V－V 封）/V1=（20-2.5131）÷5.309=3.29 m 按材料规格求整为： H=3.2 m 长径比 H/D==1.23， 釜的实际体积为： V 实际 = HV1+V 封 = 3.2×5.309+2.m3 釜的实际装料系数为： η 实际=V 物/V 实际=15.98÷19.50=0.82 1 由此可见，聚合釜的尺寸合理。 釜设计最大生产量为： 19.50×0.85=……m3 6.4 夹套几何尺寸的确定 取公称直径为 Dg2800 的夹套，夹套封头也采用标准椭圆封头，并取与夹与筒体相同的 直径。 查表得 Dg2800 的标准椭圆封头的有关尺寸如下： 直边高度 h2=700mm ； 内表面积 Fh=8.8503m2 ； 容积 Vh=3.1198m3 聚合釜筒体部分物料的高度： H 物=（V 物-V 封）/V1=（16-2.5131）÷5.309=2.54m 液面高度 H 液=H 物+h1+h2==3240mm 夹套包围的筒体高度：H 包=H 物+△=2.54+0.18=2.72m 夹套筒体的高度：H 夹=H 包+50=0mm 聚合釜内传热面积 A=H 包 F1+Fh=2.72×8.80+7.m2 由《化工设备机械基础》式 4-5 校核：…… 传热面积合适。 6.5 釜壁厚的计算 聚合釜采用 0Cr19Ni10 与 16MnR 不锈钢复合钢板制造。可以 16MnR 钢来进行强度计 算。 设计压力？1.1；设计温度？180 聚合釜计算厚度为： δ= PcDi/（2φ〔σ〕t－Pc） =1.1×2600/（2×0.85×180－1.1）=9.38mm δn =δ+C+△ 其中 C = C1+C2 C1 为钢板负偏差，取 0.8mm,C2 为腐蚀裕度，取 1mm, 则壁厚附加量 C=1.8mm δn=9.38+1.8+△=12.5mm δe =δn－C=12.5－1.8=10.7mm D0/δe=（Di +2δn）/δe 其中 D0 为聚合釜外径，Di 为聚合釜内径。则 D0/δe=（×2）/10.7=245.33 计算长度 L=H+h2+1/3h1 ， 其中 H 为筒体高度，h2 为封头直边高度，h1 为封头曲边高 度。则 L=/3×650=3559.67mm=3560mm L/D0=.27 查《外压或轴向受压圆筒几何参数计算图》 ，得到系数 A=0.00018 然后查图《外压圆筒和球壳厚度计算图（16MnR 钢） 》,A 点位于曲线左边，用公式〔P〕 =2AEt/3(D0/δe) 在操作温度下，钢板 Et=1.86×105 MPa 〔P〕=2×0.0×109/（3×245.33）=0.1 MPa〈0.7 MPa 所以 10 mm 厚钢板不适合。 当 δn =26mm 时，D0/δe =（×2）/26.2=100.19 查《外压或轴向受压圆筒几何参数计算图》 ，得到系数 A=0.0005，然后查图《外压圆筒和球 壳厚度计算图（16MnR 钢） 》B=68MPa 则计算许用外压力〔P〕 2 〔P〕=B/（D0/δe）=68/100.19=0.68MPa 设计外压 P=0.7MPa ，小于〔P〕且比较相近。则所选取的 δn=26 mm 符合要求。 即筒体厚度 δn=26mm 封头厚度取与筒体相同的厚度 26mm 6.6 夹套厚度的计算 夹套选用 15MnVR 钢板制造。 夹套计算厚度为：δ= Pc Di/（2φ〔σ〕t－Pc） 式中：Pc 为计算压力；取 0.75MPa；Di 为夹套内径；2800mm；φ 为焊缝系数，取 0.85（双 面对接焊，局部无损探伤）〔σ〕t 为材料许用应力，查表得 180MPa ； 则 δ=0.75×2800/（2×0.85×180－0.75）=6.88mm 钢板名义厚度 δn=δ+C+△ 其中 C = C1+C2 ，C1 为钢板负偏差，取 0.6mm,C2 腐蚀裕度 取 2mm,则壁厚附加量 C 等于 2.6mm 那么，δn=6.88+2.6+△=9.68mm =10mm 夹套封头厚度取与夹套筒体相同的厚度 10mm 6.7 水压试验应力校核 筒体水压试验应力校核 水压试验压力 PT =1.25P=1.25×1.1=1.65MPa 水压试验时的薄膜应力为 σT =PT（Di+δe）/2δe 考虑到液柱压力，代入计算时 PT 取 1.70MPa σT =1.70×（）/2×26.2=34.40MPa 查表得 16MnR 的屈服极限 σs=325MPa 故 0.9φσs = 0.9×0.85×325=248.63MPa ＞34.40MPa =σT 则筒体厚度满足水压试验时强度要求。 夹套水压试验应力校核 夹套水压试验压力为 PT =1.25P〔σ〕/〔σ〕T =1.25×0.75×180/180=0.94MPa 水压试验时的薄膜应力为 σT = PT（Di+δe）/2δe ，考虑到夹套液柱压力，代入计算时 PT 取 1.00MPa 有效厚度 δe=δn- C = 10 – 2.6 = 7.4mm 故 σT = 1.00×（）/2×7.4=189.69MPa 查表得 20R 的屈服极限 σs=390MPa 故 0.9φσs=0.9×0.85×390=298.35MPa ＞189.69MPa =σT 所以夹套厚度满足水压试验时强度要求。 水压试验的顺序是先做聚合釜水压试验， 试验合格后再焊上夹套。 然后做夹套水压试验。 夹套水压试验压力时，聚合釜内至少要保持 0.3MPa 的压力。 釜有关数据 查表直径为 2600mm，厚度为 26mm 的筒体一米高的质量为 1684 ㎏，聚合釜封头质量 为 1548.6 ㎏。 直径为 2800mm，厚度为 10mm 的夹套筒体一米高的质量为 644 ㎏，夹套封头质量为 678.0 ㎏。 则聚合釜质量 m1=＋=8637.56 ㎏ 夹套质量 m2=644×2.8＋678.0=2481.2 ㎏ 聚合釜总质量 m = 81.2 = 11118.76 ㎏ 表 6-1 聚合釜有关数据表 3 项 目 釜 体 夹 套 直 径 （mm）
高 度 （mm）
厚 度 （mm） 26 10 封头直径 （mm）
材 质 （mm） 复合钢板 15MnVR 质 量 （㎏） 1.2 支座的选型 有上面的计算可以知道，聚合釜装满物料的时候总重为： m=27.39=26949.15 ㎏ 所以支座的型号可以选 B 型悬挂式支座：支座 B10 JB1165-81.每个支座重 32.4 ㎏ 7 搅拌器的设计 7.1 设计任务 确定搅拌器的型式、几何尺寸、转速、轴功率以及电动机、减速机的选型。 7.2 设计依据 搅拌器型式及转速 7.3 搅拌器型式及转速 7.4 搅拌器轴功率 取 D/T=0.5 ，其中 D—搅拌器直径 则 D=0.5×mm 液体的平均密度 ρ 1 T—釜的直径， =( x1 + ρ x2 ρ + xρ3 +……), (X1+X2+X3+……=1) 代入数据得： ρ = 1.21g/cm3 搅拌器的材料，用不锈耐酸钢 有雷诺数 Re= D2 Nρ × = 1.3×1.3×1.00 =1.5×104 0. 查表得：Np=1.8 有轴功率公式：P= NpρN3D5 式中：P—轴功率，kw； N—搅拌器转速，r/min； D—叶轮直径，m； ρ—流体密度，g/cm3。 则 P=1.8×1.21×103×（1.42）3×（1.3）5=23.1kw 7.5 釜的传动装置 聚合釜的搅拌器由传动装置来带动， 传动装置通常设置在釜顶封头的上部。 聚合釜传动 装置的设计内容一般包括：电机、减速机的选型等。 7.5.1 常见电机及其连接尺寸 电机功率必须满足搅拌器运转功率与传动系统、 轴封系统功率损失的要求， 还要考虑到 有时在搅拌操作中会出现不利条件造成功率过大。 电机功率可按下式计算：Pd=（P+ P ′ ） /n=(23.1+23.1×5%)/0.95=25.5kw 4 P—电机功率，kw；P—搅拌轴功率，kw； P ′ —轴封系统的摩擦损失，kw； η—转动系统的机械效率。本工艺选用 Y180L-25 型三相异步电动机。 釜用减速机类型、 7.5.2 釜用减速机类型、标准及其选用 反应釜用的立式减速机，主要的类型有谐波减速机、摆线针轮行星减速机、二级齿轮减 速机和 V 带传动减速机。本工艺选用的是 LC 系列减速机，型号 LC200A-25 电机，额定功 率 2.2kw，转速 750r/min，搅拌轴转速 150r/min。 7.5.3 凸缘法兰 选用 M 型凹面凸法兰 7.5.4 安装底座 安装底座采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅 拌传动装置与容器连接的主要接件。安装底盖公称直径 500mm，机架公称直径 320 mm。 7.5.5 机架 机架是安放减速机用的，它与减速机底座尺寸应匹配。 7.6 轴封装置 轴封是搅拌设备的一个重要组成部分， 其任务是保证搅拌设备内处于一定的正压和真空 状态以及防止反应物料逸出和杂质的的渗入。 搅拌轴处的密封属于动密封，常用的有填料密封和机械密封两种。机械密封功耗小， 泄露率低，密封性能可靠，使用寿命长。本设计主要选用的是 202 型标准机械密封，其搅拌 轴直径为 85mm。参考文献 [1] 上海化工设计院编.化工工艺设计手册(上、下册)（第二版）．化学工业出版社，1996. [2] 汤善甫,朱思明.化工设备机械基础(第二版).华东理工大学出版社，2004. [3] 陈声宗.化工设计.化学工业出版社，2004. [4] 魏崇光,化学工业部属五院校.化工工程制图.化学工业出版社，1992. [5] 赵国方.化工工艺设计概论.原子能出版社，1990. [6] 聂清德.化工设备设计.化学工业出版社，1989. 附录 1 重要符号表符号 V Φ n ρ H 意义 釜体积 装料系数 釜个数 密度 高度 SI 单位 m 3 工程单位 立方米 —— —— —— —— Kg/m m 3 千克/立方米 米 5 D P 〔σ〕 σT σs μ T P λ NRe NPr Cp Cs CL Δtm m Q q 直径 压力 许用应力 水压试验筒体压力 屈服极限 粘度 筒径 功率 导热系数 雷诺数 普兰特准数 比热 物料比热 水的比热 平均温度差 质量 热量 传热速率 m N/m N/m N/m 2 2 米 千克力/平方米 千克力/平方米 千克力/平方米 千克力/平方米 2 2 N/m 2 N S/m m J/S 千克力秒/平方米 米 瓦特 J/(m S℃) —— —— KJ /（Kg℃） KJ /（Kg℃） KJ /（Kg℃） ℃ Kg KJ KJ/s —— —— 千卡/千克力℃ 千卡/千克力℃ 千卡/千克力℃ ℃ 千克 千卡 千卡/秒 附录 2 设备一览表序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 设备名称 袋式卸料器 输送泵 接收罐 预混合罐 输送泵 聚合釜 聚合釜 过滤器 兑稀罐 分水器 真空泵 回流泵 接收罐 位号 V-0101 P-0101 V-0101 V-0201 P-0102 R-0101 R-0201 M-0101 V-101 E-102 P-0103 P-0104 E-103 WI—690 型 φ2600 20 φ2600 φ 12 规格型号 容积（m ） 材质 不锈钢 钢 钢 不锈钢 不锈钢 16MnR 钢 16MnR 钢 不锈钢 普通碳钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢 不锈钢
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