夹套容器计算
夹套反应釜设计
0.95m 3夹套反应釜设计计算说明书一、罐体和夹套设计计算1.1 罐体几何尺寸计算1.1.1 选择筒体和封头的形式 选择圆柱筒体及椭圆形封头。
1.1.2 确定筒体内径已知设备容积要求0.95m 3，按式（4-1）初选筒体内径：式中，V=0.95m 3，根据【2】38页表4-2，常反应物料为液-液类型， i =H 1/D 1=1～1.3，取 i =1.3，代入上式，计算得1D ≅将D 1的估算值圆整到公称直径系列，取D 1=1100mm ，1.1.3 确定封头尺寸标准椭圆形封头尺寸查附表4-2，DN=1100mm ，选取直边高度h 2=25mm 。
1.1.4 确定筒体高度当D 1=1100mm, h 2=25mm 时，由【2】附表D-2查得椭圆形封头的容积V 封=0.1980 m 3，由附表D-1查得筒体1m 高的容积V 1m =0.950 m 3，按式（4-2）:H 1=(V-V 封)/V 1m =（0.950-0.198）/0.95=0.7916m考虑到安装的方便，取H 1=0.9m ，则实际容积为V= V 1m ×H 1+ V 封=0.950×0.9+0.198=1.053 m31.2 夹套几何尺寸计算 1.2.1 选择夹套结构选择【2】39页图4-4 (b)所示结构。
1.2.2 确定夹套直径查【2】表4-3, D 2= D 1+100=1100+100=1200mm 。
套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同直径。
1.2.3 确定夹套高度装料系数η=操作容积/全容积=0.9/0.95=0.85 按式4-4计算夹套高度：H 2≥(ηV- V 封)/ V 1m =(0.85×1.053-0.198)/0.95=0.734 m 取H 2=750mm 。
选取直边高度h 2=25mm 。
1.2.4 校核传热面积查【2】附表D-2，由D 1=1100mm ，得罐体封头表面积F 1封=1.3980 m 2查【2】附表D-1，一米高筒体内表面积F 1m =3.46 m 2314iV D π≅罐体结构示意图校核传热面积：实际总传热面积F=F 筒+ F 1封=F 1m ×H 2 +F 1封=3.46×0.75+1.398=3.99 m 2>3.8 m 2，可用。
夹套容器的设计要点
３ 结语
（ １） ６Ｍ５０ － ３４０／３２０ － Ⅱ － ＢＸ 氢氮气压缩机组电动机噪声较大 且声音异常， 主机振动和噪声均较 大 ， 一 、二 级 连 杆 大 头 瓦 快 速 失 效 的根本原因是轴系的扭转振动。
（ ２） 在 轴 系 上 加 装 配 重 体 ， 使轴系运行时带着配重体一起转 动， 以适度增大轴系的转动惯量， 改变轴系的固有频率， 可有效消 减轴系的扭转振动， 从而大幅度 减小机组的振动和噪声， 提高连
缝应进行 １００％射线探伤检查， 且 容器与封闭件焊接后再进行热处 理； 对于容器有热处理要求的， 应该将容器与封闭件焊接完毕再 进行热处理。
ｅ、在夹套容器设计中， 常采 用带圆弧过渡的封口锥， 锥角一 般 取 ４５°， 过 渡 部 分 圆 弧 半 径 为 Ｒ３０～４０ ｍｍ （ 当 δ＝６～１０ ｍｍ） ； 对 于封口环结构则很少采用； 为了 减少夹套封闭件制造难度， 也可 以在容器筒体与夹套筒体间采用 法兰连接， 但相应制造成本也增 加了。
（ ２） 容器为真空 和夹套内都 为内压
容器设计压力按无夹套真空 容 器 选 取 Ｐ１＝０．１ＭＰａ （ 外 压 ） ， 夹 套设计压力按内压容器选取。在 正常操作情况下， 容器计算外压 力 为 ＰＣ１＝ Ｐ２ ＋０．１ （ 有 夹 套 包 容 ） 和 ＰＣ１＝ ０．１ＭＰａ （ 无夹套包容） ； 夹 套计算压力为 ＰＣ２ ＝ Ｐ２
夹套封口锥计算
0 Mpa Mpa Mpa Mpa 170 170 0 0.4 0.8 0.722136747 0.752120619 1.722136747 2.701323562 1.925642297 2.380681818 0.6 2.723269453 1 6.515072579 Mpa kg 50000 -490500 0.576119578 310.2063829
夹套封口锥重力作用承载能力
F W
N t
2723833.501 277.6588686
册P958)
计算结果 判定
对于用封口环的,封口环壁后应>=1.5*S2 (对于U型) 满足 1.08 0.6666667 0.899369 88 0.5106278 0.7221367 16MnR 16MnR 满足 满足
4.448427
0.5289629
支座设在夹套上
满足要求 满足
满足
夹套容器计算(化工设备设计手册P958)
计算内容 数据符号或公式 适用条件 容器内径 D1 夹套内径 D2 容器壁厚 S1 夹套壁厚 S2 夹套封口锥半顶角角度 α 夹套封口锥过渡区转角内半径要求 ro≤ 夹套内设计压力 p2 筒体内设计压力 p1 夹套封头与筒体封头连接圆直径 d1 腐蚀余量 C 直径比≤1.2 D2/D1 壁厚比≤1.2 S2/S1 夹套封口锥的计算 轴向力系数 A=（D1.D2-d12)/D22 eo=0.5[(D2+S2)-(D1+2S1)] 容器外壁至夹套壁中面距离 容器壳体与夹套壳体的间距系数 ε =eo/(D2(S2-C))1/2 夹套封口锥过渡区转角内半径系数 ρ 夹套封口锥连接长度系数 λ =21/2*ε 设计温度下容器壳体材料许用应力[σ ]1 设计温度下夹套壳体材料许用应力[σ ]2 容器内设计压力 p1 夹套内设计压力 p1 容器壳体与夹套壳体的强度比系数 χ 见p386(3-6-5) 焊缝系数 ψ 夹套封口锥相对有效承载长度系数 μ μ 1=ε /sinα μ 2=ψ /(2*cosα ) 夹套封口锥连接系数 B f1=λ +1 X1 f2=0.71+ε z z=1+(ε o/ε )^2 ε =0.6 X2 f3 f4 X3 夹套封口锥的许用内压力 [p2] 夹套封口锥重力作用载荷强度校核 校核条件 夹套封口锥的强度评定 G1 F=-G1 3-6-26 3-6-27 单位 数据输入 mm mm mm mm mm Mpa Mpa mm 2500 2700 18 12 0.785398163 279.9655121 0.4 0 440 1
半圆管夹套容器设计计算方法
·22 ·
化工设备与管道
第 39 卷
半圆管夹套容器设计计算方法
梁征宇
周贵七
(浙江工程设计有限公司 ,衢州 324004) (巨化工程有限公司 ,衢州 324000)
力按公式 (1) 校核 。
σ = KPj + ( PsDi) / ( 4δs) ≤1. 5[σ] t
( 1)
其中 ,引入的系数 K为根据半圆管外径 ,内筒壳
体厚度 ,壳体内径由相应图表查得 。
而对于半圆管夹套的计算厚度 , 在总结以往经
验的基础上 , 将强度削弱系数固定化 。按公式 2 求
得。
δj = PjR/ ( 0. 85[σ] t - 0. 6 Pj)
In t his article , t he properties of t he filter medium used in titanium dioxide industry - concentrated waste acid , t hin waste acid was re2 searched. Then , t he problems existed in t he application of t he organic micro film filter equipment in titanium dioxide industry was analyzed , and t he improvement direction of t he t his equipment was presented. Keywords : medium property , organic micro film , titanium dioxide pro2 duction
基于ANSYS Workbench的某夹套容器主要部件设计计算
第 57 卷第 1 期2020 年 2 月化 工 设 备 与 管 道PROCESS EQUIPMENT & PIPINGV ol. 57 No. 1Feb. 2020基于ANSYS Workbench 的某夹套容器主要部件设计计算李俊儒（中石化宁波工程有限公司上海分公司，上海 200030）摘 要：鉴于规则设计方法的局限性，在某夹套容器几个主要部件的设计中，借助有限元软件ANSYS Workbench 完成了计算，包括：与夹套和内筒同时连接的内筒外压加强圈，计及附件载荷的螺栓连接平盖，支持板布置“特殊”的U 形换热管束的固有频率。
目前，该设备已制造完成，并经试验、检验合格出厂。
关键词：夹套容器；加强圈；平盖；U 形换热管；ANSYS Workbench中图分类号：TQ 050.3；TH 123 文献标识码：A 文章编号：1009-3281（2020）01-0009-007收稿日期：2019-10-24作者简介： 李俊儒（1987—），男，工程师。
主要从事压力容器设计工作。
图1所示为某装置的夹套容器，两种介质在内筒中受机械搅拌进行混合反应，夹套和U 形管束内通入循环水，将反应产生的热量及时排出。
为提高传热效率，夹套内设有螺旋导流板与内筒焊接。
8个U形换热管束和搅拌装置架设在平盖上，U 形管束延伸至容器底部，并沿圆周均布。
设备的主要部件、尺寸、材质及管口见图1，图中尺寸单位均为mm ，主要设计、操作参数见表1。
图1 设备简图Fig.1 Equipment diagram除搅拌装置外，设备的详细设计主要依据化工工艺的需求，以及GB/T 150—2011 [1]、GB/T 151—2014 [2]、HG/T 20569—2013 [3]（附录B ）等标准的规则设计方法进行。
但在几个主要部件的设计中，因为第 57 卷第 1 期· 10 ·化 工 设 备 与 管 道结构或载荷的原因，规则设计方法难以适用，需要借助有限元软件ANSYS Workbench 进行分析设计，包括：内筒外压加强圈的稳定性，螺栓连接平盖的挠度，U 形换热管束的自振频率。
反应釜夹套设计
反应釜夹套的设计概述：夹套一般是立式圆筒形容器，有顶盖、筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。
罐底通常为椭圆形封头，对于常压或操作压力不大而直径较大的设备，顶盖可采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设型钢制的横梁，用以支承搅拌器及其传动装置。
顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种筒体内径D 1≤1200mm ，宜采用可拆连接。
当要求可拆时做成法兰连接。
工艺设计：1.1传热面积的校核（传热面积）DN =1200mm 釜体下封头的内表面积h F = 1.65522mDN =1200mm 筒体（1m 高）的内表面积1F = 4.77m 2夹套包围筒体的表面积S F =1F ×j H = 4.77×0.836=3.9878（m 2）h F +S F =1.6552 + 3.9878=5.6429 )(2m由于釜内进行的反应是放热反应，产生的热量不仅能够维持反应的不断进行，且会引起釜内温度升高。
为防止釜内温度过高，在釜体的上方设置了冷凝器进行换热，因此不需要进行传热面积的校核。
如果釜内进行的反应是吸热反应，则需进行传热面积的校核，即：将h F +S F = 5.6429 m 2与工艺需要的传热面积F 进行比较。
若h F +S F ≥F ，则不需要在釜内另设置蛇管；反之则需要蛇管。
机械设计：1.2 夹套的DN 、PN 的确定（刚度和强度的设计） 1.2.1夹套DN 的确定由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知：100j i D D =+＝1200+100=1300（mm ）考虑到1300一般不在取值范围，故取DN =1400mm1.2.2 夹套PN 的确定由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力为常压，取PN ＝0.25MPa 1.3 夹套筒体的设计 1.3.1 夹套筒体壁厚的设计因为W p 为常压＜0.3MPa ，所以需要根据刚度条件设计筒体的最小壁厚。
∵ j D ＝1400mm ＜3800mm ，取S min ＝2i D /1000且不小于3 mm 另加2C ，∴S min ＝3+1=4（mm ），圆整n S =5mm 。
夹套容器计算压力取值
夹套容器内筒设计参数的选取
工况内筒工
作压力
夹套工
作压力
被夹套包围的内筒部分的设计参数选取
1 常压正压
按常压容器考虑壁厚；以夹套设计压力作为外压计算压力；以夹套水压试验压力作为外压校核的计算压力，计算结果应分别合格。
但通常是外压校核难以通过，此时，如因内筒是敞开结构等原因，不能采取内筒保压者，可采取设加强圈结构或增加内筒壁厚等措施，一般采用前者
2 正压正压
如不能保证在任何情况下两侧同时受压，以内筒设计压力作为计算压力，并确定壁厚；按夹套设计压力作为外压计算的计算压力；以夹套水压试验压力作为外压校核的计算压力，计算结果应分别合格。
但通常是外压校核难以通过，此时，可采取设加强圈结构或要求夹套试压时，内筒保压等措施。
如能保证任何情况下两侧同时受压，则以设计压差作为计算压力进行计算，并确定壁厚，当内筒压力比夹套压力大时，按内压计算；当内筒压力比夹套压力小时按外压计算；以夹套水压试验压力作为外压校核的计算压力。
计算结果应分别合格。
但通常是外压校核难以通过，此时，可采取设加强圈结构或要求夹套试压时内筒保压等措施
3 真空正压
以设计压差作为外压计算的计算压力，并确定壁厚；按夹套水压试验压力作为外压校核的计算压力，如不能通过，可采取设加强圈结构或夹套试压时内筒保压等措施
4 常压真空
按常压容器考虑壁厚；按设计压差作为外压计算的计算压力；按夹套水压试验压力作为外压校核的计算压力，如不能通过，可采取设加强圈结构或夹套试压时内筒保压等措施。
夹套式反应釜设计
一·反应釜的总体设计首先对工艺要求进行分析，以便能确定反应釜设计的总体方案。
1．确定筒体的直径和高度①选取反应釜装料系数η=0.8，由V=V 0/η 可得操作容积：V 0=η·V=0.8*4=3.2 m3 对于液-液相类型选取长径比H/D i =1.1D i =3)/(4D H V π=31.1*4*4π=1666.98 mm 将此结果圆整至公称标准系列，选取筒体直径D i =1600 mm②确定封头。
选取标准椭圆形封头（JB/T 4746-2002），查 教材 表8-27 DN=1600mm 时的标准椭圆形封头封头容积V F =0.586 m 3 ， 曲面高度h1=300 mm ，直边高度h2=25 mm ，表面积Fh=2.901 m 2计算1米高的筒体容积V 1=42Di π=46.1*14.32=2.0096 m 3 ③确定筒体高度H=1V V V F -=0096.2586.04-=1.698 m 筒体高度圆整为H=1.7m=1700mm于是H/D=1700/1600=1.0625,复合结果基本符合原定范围。
2． 确定夹套的直径和高度①确定夹套的直径夹套内径Dj 与釜体的内径Di 有关，如下关系：Di/mm 500-600 700-1800 2000-3000Dj/mm Di+50 Di+100 Di+200因此，Dj=1600+100=1700 mm ，符合压力容器公称直径系列。
②确定夹套的高度 Hj=1V V V F-η=0096.2586.04*8.0-=1.30076 m 圆整夹套高度Hj=1300 mm验算夹套的总传热面积 F=10.21 m 2. 〉8 m 2夹套传热面积符合设计要求。
3． 选择釜体法兰根据筒体操作压力0.2MPa ，温度110℃和筒体直径1600mm ，查 教材—表10-1初选甲型平焊法兰，再查标准JB 4701-2000 甲型平焊法兰《过程设备机械设计》标11 和 教材—表10-10，在110℃工作范围内Q235-B 的最大允许工作压力为0.4MPa ，大于筒体设计压力，所选甲型平焊法兰合适。