3、夹套几何尺寸计算 （1）夹套内径
夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构。夹套的结构尺寸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=1800mm 表2 夹套直径D2 （mm）
D1 D2 500～600 D1+50 700～1800 D1+100 2000～3000 D1+200 夹套下封头型式同罐体封头，其直径D2与夹套筒体相同。 （2）夹套高度
夹套高H2由传热面积决定，不能低于料液高。通常由工艺给定装料系数η，或根据已知操作容积和全容积进行计算，即η=操作容积/全容积。装料系数没有给定，则应合理选用装料系数的值，尽量提高设备利用率。通常取=0.6～0.85。如物料在反应过程中要起泡或呈沸腾状态，应取低值，=0.6～0.7；如物料反应平稳或物料粘度较大时，应取大值，=0.8～0.85所以取0.8。夹套高H2按下式估算。
H2?(?V?V封）/V1m?(0.8?5?0.6999)/2.270?1.454m?1500mm 式4 式中V封——封头容积（见附表D-2），m3；
V1m——1米高筒体容积（见附表D-1），m3/m。
夹套所包围的罐体的表面积（筒体表面积F筒+封头表面积F封）一定要大于工艺要求的传热面积F，即
式中F筒——筒体表面积，F筒=H2×F1m=1.5×5.34=8.01㎡
F封——封头表面积（见附表D-2），F封=3.2662㎡ F1m——1m高内表面积（见附表D-1），㎡/m，
F=F封+F筒=3.2662+8.01=11.2762≥9满足要求。 式5
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。平密封面法兰见附图1。
4、夹套反应釜的强度计算 （1）强度计算的原则及依据
当夹套的反应釜几何尺寸确定后，则根据已知的公称直径、设计压力和设计温度进行强度计算，确定罐体及夹套和封头的厚度。
强度计算应考虑以下几种情况。 a.圆筒内为常压外带夹套时：
当圆筒的公称直径DN≥600㎜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；
b.圆筒内为真空外带夹套时：
当圆筒的公称直径DN≥600㎜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DN≤600㎜时，全部筒体按外压（指夹套压力+0.1MPa）圆筒设计；
c.圆筒内为正压外带夹套时： 当圆筒体的公称直径DN≥600㎜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DN≤600㎜时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。
（2）按内压对筒体和封头进行强度计算
由工艺条件及微弱的腐蚀情况，确定设备的材料为Q235R(3-16)，由工艺知罐体内的设计压力p1?0.2MPa，夹套内的设计压力p2=0.4MPa罐体的设计温度t1﹤120℃，夹套的设计温度t2<150℃。在设计温度下[σ]t=113MPa 液柱静压力p1H=10-6ρgH1=10-6×9.8×H1
= 10-6×9.8×103×1.9 =0.01862 MPa
液柱将压力P2H，由于小于设计压力的5%，故P2H可以忽略不计。
计算压力p1c=p1+p1h=0.2+0.01862=0.21862MPa 计算压力p2c=p2=0.4MPa
由单面焊接局部无损伤?=0.8
p1cD10.21862?1700??2.0581mm 罐体筒体计算厚度?1?2[?]t??p1c2?113?0.8?0.21862p2cD20.4?1800??3.9911mm 夹套筒体计算厚度?2?2[?]t??p2c2?113?0.8?0.4p1cD10.21862?1700??2.0569mm 罐体封头计算厚度?1'?t2[?]??0.5p1c2?113?0.8?0.5?0.21862p2cD20.4?1800??3.9867mm 夹套封头计算厚度?2/?t2[?]??0.5p2c2?113?0.8?0.5?0.41对碳素钢、低合金钢制容器，D1≤3800mm，δmin≥2D1/1000○
＞3800mm,δmin=D1/1000+4mm
2对高合金钢制容器δmin不小于2mm ○
且不小于3mm；D1
故取最小厚度作为计算厚度δ1=δ1’=δmin=2D1/1000=2×1700/1000=3.4mm δ2=δ2’=δmin=4.0+0.5=4.5mm 查文献[1]表9-10，得C1=0.50mm 查文献[1],取单面腐蚀，得C2=1mm
罐体筒体设计厚度δ1d=δ1+C2=3.4+1=4.4mm 夹套筒体设计厚度δ2d=δ2+C2=4.0+1=5mm 罐体封头设计厚度δ/1d=δ/1+C2=3.4+1=4.4mm 夹套封头设计厚度δ/2d=δ/2+C2=4.0+1=5mm
罐体筒体名义厚度δ1n=δ1d=4.4mm δmin-δ1 =3.4-2.06=1.34>0.5=C1 夹套筒体名义厚度δ2n=δ2d=5.5mm δmin-δ1’=4.5-4.0=0.5>0.5=C1 罐体封头名义厚度δ/1n=δ/1d=4.4mm δmin-δ2 =3.4-2.06=1.34>0.5=C1
//
夹套封头名义厚度δ2n=δ2d=5.5mm δmin-δ2’=4.5-4.0=0.5>0.5=C1 (3)按外压对筒体和封头进行强度校核 1罐体筒体名义厚度δ○
1n
=δ1d=4.4mm
厚度附加量C=C1+C2=0.50+1=1.50mm
罐体筒体有效厚度δ1e=δ1n-C=4.4-1.5=2.9mm 罐体筒体外径D0=D1-2δ1n=1700+2×4.4=1708.8mm 筒体计算长度L=H2+1/3h1=1500+1/3×450=1650mm 系数L/D0=1650/1708.8=0.966 系数D0/δe=1708.8/2.9=589 系数A=0.000095 系数B，无数据 许用外压
所以4.4mm的钢板不能用。
2假设名义厚度为12mm，由表可知 C○
10.0215<0.4
?0.8mm，则
厚度附加量C=C1+C2=0.80+1=1.80mm
罐体筒体的有效厚度δ1e=δ1n-C=12-1.8=10.2mm
罐体筒体外径D0=D1-2δ1n=1700+2×12=1724 mm 筒体计算长度L=H2+1/3h1=1500+1/3×450=1650mm 系数L/D0=1650/1724=0.957 系数D0/δe=1724/10.2=169 系数A=0.00066MPa 系数B=92MPa
B92??0.54?0.4MPa 许用外压[P]?D0/?e169故容器稳定性满足要求
3假设罐体封头的名义厚度为12mm，由表可知C○
1?0.8mm，则
厚度附加量C=C1+C2=0.80+1=1.80mm
罐体封头的有效厚度δ1e’=δ1n’-C=12-1.8=10.2mm
罐体封头外径D0’=D1’-2δ1n’=1700+2×12=1724 mm
标准椭圆封头当量球壳半径R0’=0.9DO’=0.9×1724=1552mm
0.1250.125??0.00082MPa 系数A?//(R1O/?1e)1552/10.2系数B=112MPa
B112许用外压[p]?/??0.736MPa?0.4MPa
RO/?/1e1552/10.2故椭圆形封头稳定性满足要求
罐体封头的最小厚度δmin=0.15?=0.15%×1700=2.55mm≤δe=10.2mm满足要求。 （4）水压试验校核计算
[?]罐体试验压力p1T?1.25p1t?1.25?0.2?0.25MPa
[?][?]?1.25?0.4?0.5MPa 夹套水压试验压力p2T?1.25p2t[?]查文献得σs=235MPa,σT≤0.9?σs=169.2MPa
p1T(D1??1e)0.25(1700?10.2)罐体圆筒应力?1T???20.96MPa<169.2MPa
2?1e2?10.2故筒体水压校核合格
p2T(D2??2e)0.5(1800?10.2)夹套内压试验应力?2T???44.37MPa<169.2MPa
2?2e2?10.2故夹套水压校核合格。
5、夹套反应釜设计计算数据一览表 （1）几何尺寸 确定几何尺寸 步骤 项目及代号 参数 1-1 全容积V,m^3 5 由工艺条件决定 1-2 操作容积V1,m^3 4 由工艺条件决定 1-3 传热面积F,m^2 7 由工艺条件决定 1-4 筒式型式 圆筒体 常用结构 1-5 封头型式 椭圆形 常用结构 1-6 长径比i=H1/D1 1.1 按表1选取 1-7 出算罐体筒体内径D1≈3√[(4V)/πi] ,m 1.7954 按公式1计算 1-8 圆整罐体筒体内径D1,mm 1700 按表D-1选取 1-9 1m高的容积V1m,m^3 2.27 按表D-1选取 1-10 罐体封头容积V1封，m^3 0.6999 按表D-2选取 1-11 罐体筒体高度H1=(V-V1封）/V1m,m 1.894 按公式2计算 1-12 圆整罐体筒体高度H1，mm 1900 选取 1-13 实际容积V=V1m×H1+V1封,m^3 5.0129 按公式3计算 1-14 夹套筒体内径D2,mm 1800 按表2选取 1-15 装料系数η=V操/V或按η=0.6~0.85选取 0.8 计算或选取 1-16 夹套筒体高度H2≥(ηV-V1封)/V1m,m 1.454 按公式4计算 1-17 圆整夹套筒体高度H2，mm 1500 选取 1-18 罐体封头表面积F1封，m^2 3.2662 按表D-2选取 1-19 1m高筒体内表面积F1m,m^2 5.34 按表D-1选取 1-20 实际总传热面积F=F1m×F2m+F1封,m^2 11.2762>9 按公式5计算 （2）强度计算 强度计算（按内压计算罐体及夹套厚度） 步骤 项目代号 参数及结果 备注 Q235R根据工艺条件或者腐蚀情2-1 设备材料 （3~16） 况确定 2-2 设计压力（罐体内）p1，MPa 0.3 由工艺条件决定 2-3 设计压力（夹套内）p2，Mpa 0.4 由工艺条件决定 2-4 设计温度（罐体内）t1，℃ <110 由工艺条件决定 2-5 设计温度（夹套内）t2，℃ <150 由工艺条件决定 液柱静压力p1H=10^-6ρ2-6 0.01862 根据文献[1]第九章计算 gh,MPa 2-7 计算压力p1c=p1+pH,MPa 0.21862 计算 2-8 液柱静压力p2H,MPa 0 忽略 2-9 计算压力p2c=p2 0.4 计算 2-10 罐体及夹套焊接接头系数φ 0.8 根据文献[1]表9-6选取 设计温度下材料许用应力根据文献[1]表9-4或表9-52-11 113 [σ]^t,MPa 选取 罐体筒体计算厚度δ2-12 2.06 根据文献[1]第九章计算 1=(pcD1)/(2φ[σ]^t-pc）,mm 夹套筒体计算厚度δ2-13 4.0 根据文献[1]第九章计算 1=(pcD2)/(2φ[σ]^t-pc）,mm 罐体封头计算厚度δ根据文献[1]第十章标准椭2-14 '1=(pcD1)/(2φ2.06 圆封头计算 [σ]^t-0.5pc）,mm 夹套封头计算厚度δ根据文献[1]第十章标准椭2-15 '2=(pcD2)/(2φ4.0 圆封头计算 [σ]^t-0.5pc）,mm 取最小厚度δmin作为计算厚不满足刚度条件，按照文献2-16 3.4 度δ,mm [1]第九章选取δmin 2-17 腐蚀裕量C2,mm 1.0 按单面腐蚀 罐体筒体设计厚度δ1d=δ+C2，2-18 4.4 根据文献[1]第九章计算 mm 夹套筒体设计厚度δ2d=δ+C2，2-19 5 根据文献[1]第九章计算 mm 2-20 罐体封头设计厚度δ'1d=δ4.4 根据文献[1]第十章计算
化工设备机械基础课程设计 夹套反应釜 - 图文
