三氯化磷氯化釜的設(shè)計(jì)

1、三氯化磷氯化釜的設(shè)計(jì)姓名：彭媛媛學(xué)號： 指導(dǎo)老師：王治國、八 、亠前言帶攪拌的夾套反應(yīng)釜是化學(xué)、 醫(yī)藥及食品等工業(yè)中常用的典型反 應(yīng)設(shè)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(jìn)其反應(yīng) 的設(shè)備。一臺帶攪拌的夾套反應(yīng)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(shè)計(jì)而定；傳動裝置是為帶動攪拌裝置設(shè)置的， 主要由電機(jī)、減速器、 聯(lián)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(gòu)成完整的夾套反應(yīng)釜。磷化工業(yè)是 70 年代以來迅速發(fā)展起來的新興化工產(chǎn)業(yè)，以三氯 化磷為原材料的的磷系列產(chǎn)品成為我國農(nóng)藥開發(fā)和生產(chǎn)的主導(dǎo)工業(yè)， 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國磷化合物農(nóng)藥的總產(chǎn)量分別占我國當(dāng)年化學(xué)農(nóng)藥總產(chǎn)量 的 65.5%和 73.7%。由于有機(jī)磷農(nóng)藥具有高效低毒及廣譜性等優(yōu)點(diǎn)， 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都比較明顯， 深受廣大農(nóng)民歡迎， 其中以三氯化 磷為原料的有機(jī)磷化物農(nóng)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(jī)磷化物農(nóng)藥的重要原材料， 優(yōu)化三氯化磷的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)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(yīng)釜設(shè)計(jì)任務(wù)書比例于P :設(shè)計(jì)參數(shù)及要求容器內(nèi)夾套內(nèi)工作壓力/MPa0.30.4設(shè)計(jì)壓力/Mpa0.60.7工作溫度/C8585設(shè)計(jì)溫度/C< 100< 100介質(zhì)三氯化磷，磷混液和氯氣循環(huán)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(zhuǎn)速/（ r/mi n ）960軸功率/Kw4夾套反應(yīng)釜各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定和設(shè)計(jì)計(jì)算罐體幾何尺寸的計(jì)算確定筒體內(nèi)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(nèi)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(xiàn)二附表D-1，取D1=1200m。表1種類設(shè)備內(nèi)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(fā)酵罐類1.7 2.5查文獻(xiàn)二附表 D-1可知，當(dāng)D仁1200m時(shí)，反應(yīng)釜一米高的容積 V1m=1.131m3，罐體一 米高內(nèi)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(yīng)釜容積V通常按下封頭和筒體兩部分容積之和計(jì)算。則筒體高度H1按下式計(jì)算并進(jìn)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(xiàn)二附表 D-2）, m3；V1m 1米高筒體容積（見文獻(xiàn)二附表D-1）, m2。當(dāng)筒體高度確定后，應(yīng)按圓整后的筒體高度修正實(shí)際容積，則圓整后的釜體高度H1=1400mm。罐體的實(shí)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(jì)算夾套和筒體的連接常焊接成封閉結(jié)構(gòu)。夾套的結(jié)構(gòu)尺寸

6、常根據(jù)安裝和工藝兩方面的要求而定。夾套的內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)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(yīng)過程中產(chǎn)生泡沫，呈沸騰狀態(tài)，取裝料系數(shù)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(nèi)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(dāng)筒體與上封頭用法蘭連接時(shí)，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(jié)構(gòu)常用平密封面和凹凸密封面兩種。2.4夾套反應(yīng)釜的強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算的原則及依據(jù)強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)考慮以下幾種情況。（1）圓筒內(nèi)為常壓外帶夾套時(shí)：當(dāng)圓筒的公稱直徑 DNA600 mm時(shí)，被夾套包圍部分的筒體按外壓（指夾套壓力）圓筒 設(shè)計(jì)，其余部分按常壓設(shè)計(jì)；（2）圓筒

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

9、.7MPa，罐體內(nèi)設(shè)計(jì)溫度t1=100 C ,夾套內(nèi)設(shè)計(jì)溫度t2=100 C,由于夾套內(nèi)的介質(zhì)是冷卻水，對材料只有輕微腐 蝕，故推薦使用的設(shè)備材料為Q235-B,根據(jù)文獻(xiàn)一表9-4或9-5選取得Q235-B在設(shè)計(jì)溫度為100C時(shí)的許用應(yīng)力t=113MPa,從安全上考慮，夾套上所有焊縫均取焊縫系數(shù)=0.85,取壁厚附加量中的鋼板厚度負(fù)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(jì)算壓力 p1c=p1+p1h=0.3+0.0147=0.6137MPa計(jì)算壓力P2c=p2=0.7罐體筒

10、體計(jì)算厚度p1cD10.6137 12002 tp1c3.846mm2 113 0.850.6137夾套筒體計(jì)算厚2p2cD22 tP2c°.713004.754mm2 113 0.85 0.7罐體封頭計(jì)算厚度picDi20.5pic0.6137 12002 113 0.850.5 0.61373.840mm夾套封頭計(jì)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(shè)計(jì)厚度3 夾套筒體設(shè)計(jì)厚度3 罐體封頭設(shè)計(jì)厚度3 夾套封頭設(shè)計(jì)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(jìn)行強(qiáng)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(jì)算長度 L=H2+1/3 ( H-h) =800+1/3 X( 325-25) =900mm 系數(shù) L/D1O=900/1214=0.741根據(jù)這兩個(gè)系數(shù)查考文獻(xiàn)一第 釜設(shè)計(jì)溫度查考文獻(xiàn)一第十一章圖許用外壓力p義厚度BD1O/ 1e系數(shù) D1O/ 3 1e=1214/5.4=224.8章圖 11-5得系數(shù)A 0.00055，再根據(jù)系數(shù) A和反應(yīng)11-8 得系數(shù) B 78MPa亠0 35MPa V 0.7MPa，故需重新假設(shè)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(jì)算長度 L=Hb+1/3 ( H-h) =1100+1/3 X( 325-25) =900mm系數(shù) L/D1O=900/1224=0.735系數(shù) D1O/ 3 1e=1224/10.2=120根據(jù)這兩個(gè)系數(shù)查考文獻(xiàn)一第十一章圖11-5得系數(shù)A- 0.0015，再根據(jù)系數(shù)A和反應(yīng)釜設(shè)計(jì)溫度查考文獻(xiàn)一第一章圖11-8得系數(shù)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(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭當(dāng)量球殼外半徑R/1O=0.9D/1O=0.9 X 1224=1101.6mm系數(shù)A0.125(R/1O/1e)0.1251101.6/10.20.001根據(jù)系數(shù)A和反應(yīng)釜設(shè)計(jì)溫度查考文獻(xiàn)一第十一章圖11-8得系數(shù)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(shí)驗(yàn)校核計(jì)算由文獻(xiàn)一可知當(dāng)設(shè)計(jì)溫度<200 C時(shí)

15、,-t，已知材料的屈服點(diǎn)應(yīng)力cs值為235MPa,c tw 0.9 c s,故 c t=179.8MPa罐體實(shí)驗(yàn)壓力P1T1.25P站.250.6 10.75MPa夾套水壓實(shí)驗(yàn)壓力P2T 1.25 P2 t1.25 0.7 10.875MPa罐體圓筒應(yīng)力 仃夾套內(nèi)壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)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(jì)算參數(shù)一覽表確定幾何尺寸步驟項(xiàng)目及代號參數(shù)及結(jié)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(jié)構(gòu)1-5封頭形式橢圓形常用結(jié)構(gòu)1-6長徑比1.4按表1選取1-7初算筒體內(nèi)徑,m1.185按式1選取1-8圓整筒體內(nèi)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(jì)算1-12圓整釜體高度H1 ,mm1400選取1-13實(shí)際容積V=Vm XH1+V1封,m31.8379按式3計(jì)算1-14夾套筒體內(nèi)徑 D2,mm1300按表

17、2選取1-15裝料系數(shù) n刃操N或按n =0.60.85選取0.6計(jì)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(jì)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(nèi)表面積F1m,m23.77按附表1選取1-20實(shí)際總傳熱面積 F=FmXH+F1封，m24.6712>4.5按式5校核強(qiáng)度計(jì)算（按內(nèi)壓計(jì)算罐體及夾套厚度 ）步驟項(xiàng)目及代號參數(shù)及結(jié)果備注2-1設(shè)備材料Q235-B據(jù)工藝條件或腐蝕情況確定2-2設(shè)計(jì)壓力（罐體內(nèi)）P1,MPa0.6由工藝條件給定2-3設(shè)計(jì)壓力（夾套內(nèi)）

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

19、套筒體計(jì)算厚 S ?,mm4.754按參考文獻(xiàn)1第九早計(jì)算2-14罐體封頭計(jì)算厚度 S ?',mm3.840按參考文獻(xiàn)1第十章計(jì)算2-15夾套封頭計(jì)算厚度 S ?',mm4.746按參考文獻(xiàn)1第十章計(jì)算2-16鋼板厚度負(fù)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(jì)算2-19取最小厚度Sin作為計(jì)算厚度S ,mm6選取2-20罐體筒體設(shè)計(jì)厚度S 1d= S +C?,mm7按參考文獻(xiàn)1第九早計(jì)算2-21夾套筒體設(shè)計(jì)厚度 S 2d= S +C?,mm7按參考文獻(xiàn)1第九早計(jì)算2-22罐體圭寸頭設(shè)計(jì)厚度 S'

20、;d= S +C?,mm7按參考文獻(xiàn)1第十章計(jì)算2-23夾套封頭設(shè)計(jì)厚度 S'd= S +C?,mm7按參考文獻(xiàn)1第十章計(jì)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(wěn)定性校核（按外壓校核罐體厚度）序號項(xiàng)目及代號參數(shù)及結(jié) 果備注3-1罐體筒體名義厚度 S m,mm7假設(shè)3-2厚度附加量C=G+Q1.6按參考文獻(xiàn)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(xiàn)1第十一章計(jì)

21、算3-4罐體筒體外徑Do=D1+2 S 1n,mm1214按參考文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算3-5筒體計(jì)算長度L=f+1/3h1,mm900按參考文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算3-6系數(shù)L/D100.741按參考文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算3-7系數(shù)Do/ S 1e224.8按參考文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算3-8系數(shù)A0.0008查參考文獻(xiàn)1圖11-53-9系數(shù)B110查參考文獻(xiàn)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(jì)算長度L=H2+i/3h i,mm3

22、-16系數(shù)L/Dio3-17系數(shù) Die/ S 1e3-18系數(shù)A3-19系數(shù)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(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭當(dāng)量球殼外半徑R/ie=0.9D/io,mm方昨0.1253-26系數(shù)A:(R/ie/ie)3-27系數(shù)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(xiàn)1第十一章計(jì)算，失穩(wěn)，重設(shè)名義厚度 S12假設(shè)1.8按參考文獻(xiàn)1表9-10選取10.2按參考

23、文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算1224按參考文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算900按參考文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算0.735按參考文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算120按參考文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算0.002查參考文獻(xiàn)1圖11-5140查參考文獻(xiàn)1圖11-81.17>0.7按參考文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算，滿足要求12假設(shè)1.8按參考文獻(xiàn)1第九早計(jì)算10.2按參考文獻(xiàn)1第九早計(jì)算1224按參考文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算1101.6按參考文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算0.001按參考文獻(xiàn)1第十一章計(jì)算120查參考文獻(xiàn)1圖11-8選取1.1按參考文獻(xiàn)1第十早計(jì)算穩(wěn)疋1.8確定水壓實(shí)驗(yàn)校核序 號項(xiàng)目及代號參數(shù)及結(jié) 果備注4-1罐體實(shí)驗(yàn)壓力0.75按參考文獻(xiàn)1第九早計(jì)算4-2夾套水壓實(shí)驗(yàn)壓力0.88按參考文獻(xiàn)1第九早計(jì)算4-3材料屈服點(diǎn)應(yīng)力 d s,MPa235按參考文獻(xiàn)1第九早計(jì)算4-4d tW 0.9 d s,MPa179.8按參考文獻(xiàn)1第九早計(jì)算4-5罐體圓筒應(yīng)力44.49<179.8按參考文獻(xiàn)1第九早計(jì)算4-6夾套內(nèi)壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)力56.2<179.8按參考文獻(xiàn)1第九早計(jì)算表14V帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容和步驟步 驟設(shè)計(jì)項(xiàng)目單位公式及數(shù)據(jù)備注1傳動的額定功率PKW4(8 極電機(jī) Y132M1 6)已知電機(jī)功率2小皮帶輪轉(zhuǎn)速n1r/ min960已知電機(jī)轉(zhuǎn)速3大