论文总字数：132438字

摘 要

结晶釜是广泛应用于化工行业的物料混合、加降温等些过程的混合反应设备。随着各领域对搅拌器需求的提高，尤其是石油、化工和医药等领域，搅拌器技术上的提升对于其行业的发展都有其不可比拟的重要作用，本文对结晶釜进行结构设计，主要工作内容如下：

1. 在查阅大量国内外文献的基础上对结晶釜的优化设计进行了文献综述，对结晶釜的工作原理、结构形式、适用范围、未来进展进行学习与分析，为结晶釜的选型及结构设计提供重要依据。
2. 介绍了结晶釜的主要结构如：筒体、封头、接管、法兰、支座等，并对其选型进行详细分析。
3. 在GB150.1~150.4-2011《压力容器》、JB4712-2007《容器支座》、GB-T17395无缝钢管尺寸标准、过程装备设计教材等资料的基础上对结晶釜主要受压元件进行了强度计算,并且借助sw6软件对其进行强度校核，完成适用于工艺要求的反应设备的设计。
4. 在进行强度计算的基础上完成了结晶釜装配图及零部件图设计及图纸绘制。

关键词：结晶釜 结构设计 强度计算

Structural Design Of Large Crystallizer

Abstract

Crystallizer is a mixed reaction equipment widely used in chemical industry such as material mixing ，Rising or cooling and other processes.With the increase in the demand for stirrers in various fields, especially in the fields of petroleum, chemicals, and medicine. The improvement of stirrer technology has an incomparable important role for the development of its industry.This article has a structural design for the crystallization kettle，and the main work is as follows:

1.Based on a large number of domestic and foreign literature references, a literature review of the optimization design of the crystallization kettle is conducted. The working principle, structure, application scope, and future progress of the crystallization kettle are studied and analyzed. This provides an important basis for the selection and structural design of the crystallization kettle.

2. Introduced the main structure of the crystallization kettle such as: barrel, head, pipe, flanges, supports, etc., and a detailed analysis of its selection.

3. Based on GB150.1~150.4-2011 "Pressure Vessel", JB4712-2007 "Container Support", GB-T17395 seamless steel pipe size standard, process equipment design teaching materials, etc. Strength calculations，and use sw6 software to check its strength and complete the design of reaction equipment suitable for process requirements.

4.Based on the calculation of the strength, the design of the crystallization kettle's assembly and parts drawings are completed.

Key words: Crystallizer, structural design, Strength calculation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 本次设计内容 1

第二章 搅拌器优化的研究进展 2

2.1 CFD简介 2

2.2 数值模拟与流场分析 2

2.2.1 单双层涡轮式搅拌器的流场分析 2

2.2.2 流场分析现状 3

2.3 搅拌器优化设计研究现状 4

第三章 结晶釜结构设计 5

3.1 结构简图 5

3.2 筒体设计 6

3.3 封头的设计选取 6

3.4支座的设计选取 7

3.5法兰与接管 8

第四章 结晶釜强度计算 9

4.1 结晶釜结构设计计算 9

4.1.1 工况一：筒体1.8MPa，夹套1.8MPa. 9

4.1.1.1 内筒体内压计算 9

4.1.1.2 内筒体外压计算 10

4.1.1.3 内筒上封头内压计算 10

4.1.1.4 内筒下封头内压计算 11

4.1.1.5 内筒下封头外压计算 12

4.1.1.6 夹套圆筒体计算 13

4.1.1.7 夹套封头计算 13

4.1.2 工况二：筒体1.8MPa，夹套-0.1MPa. 14

4.1.2.1 内筒体内压计算 14

4.1.2.2 内筒体上封头内压计算 14

4.1.2.3 内筒下封头内压计算 15

4.1.2.4 夹套圆筒体计算 15

4.1.2.5 夹套封头计算 16

4.1.3 工况三：筒体-0.1MPa，夹套-0.1MPa. 16

4.1.3.1 内筒体外压计算 16

4.1.3.2 内筒体内压计算 17

4.1.3.3 内筒上封头外压计算 17

4.1.3.4 内筒下封头外压计算 18

4.1.3.5 内筒下封头内压计算 19

4.1.3.6 夹套圆筒体计算 19

4.1.3.7 夹套封头计算 20

4.1.4 工况四：筒体-0.1MPa，夹套1.8MPa. 20

4.1.4.1 内筒体外压计算 20

4.1.4.2 内筒上封头外压计算 21

4.1.4.3 内筒下封头外压计算 22

4.1.4.4 夹套圆筒体计算 22

4.1.4.5 夹套封头计算 23

4.2 结晶釜强度计算 23

4.2.1 工况一：筒体1.8MPa，夹套1.8MPa. 23

4.2.1.1 内筒体内压校核计算 23

4.2.1.2 内筒体外压校核计算 24

4.2.1.3 内筒上封头内压校核计算 25

4.2.1.4 内筒下封头内压校核计算 25

4.2.1.5 内筒下封头外压校核计算 26

4.2.1.6 夹套圆筒体校核计算 26

4.2.1.7 夹套封头校核计算 27

4.2.2 工况二：筒体1.8MPa，夹套-0.1MPa 27

4.2.2.1 内筒体内压校核计算 27

4.2.2.2 内筒上封头内压校核计算 28

4.2.2.3 内筒下封头内压校核计算 28

4.2.2.4 夹套圆筒体校核计算 28

4.2.2.5 夹套封头校核计算 29

4.2.3 工况三：筒体-0.1MPa，夹套-0.1MPa 29

4.2.3.1 内筒体外压校核计算 29

4.2.3.2 内筒体内压校核计算 30

4.2.3.3 内筒上封头外压计算 30

4.2.3.4 内筒下封头外压校核计算 30

4.2.3.5 内筒下封头内压校核计算 31

4.2.3.6 夹套圆筒体校核计算 31

4.2.3.7 夹套封头校核计算 32

4.2.4 工况三：筒体-0.1MPa，夹套1.8MPa 32

4.2.4.1 内筒体外压校核计算 32

4.2.4.2 内筒上封头外压校核计算 32

4.2.4.3 内筒下封头外压计算 33

4.2.4.4 夹套圆筒体校核计算 33

4.2.4.5夹套封头计算 34

4.3 开孔补强计算 34

4.3.1 不需另行补强计算 34

4.3.1.1 工况一：筒体1.8MPa，夹套1.8MPa 35

4.3.1.2 工况二：筒体1.8MPa，夹套-0.1MPa 35

4.3.1.3 工况三：筒体-0.1MPa，夹套-0.1MPa 36

4.3.1.4 工况四：筒体-0.1MPa，夹套1.8MPa. 36

4.3.2 等面积补强计算 37

4.3.2.1 工况一：筒体1.8MPa，夹套1.8MPa. 38

4.3.2.2 工况二：筒体1.8MPa，夹套-0.1MPa 39

4.3.2.3 工况三：筒体-0.1MPa，夹套-0.1MPa 39

4.3.2.4 工况四：筒体-0.1MPa，夹套1.8MPa 39

4.4 支座校核 40

4.4.1 水平风载荷 40

4.4.2 地震作用标准值 40

4.4.3 载荷的确定 40

4.4.4 支腿稳定性及强度校核计算 41

4.4.4.1 支腿稳定性计算 41

4.4.4.2 支腿剪切计算 41

4.4.4.3 支腿弯曲计算 41

4.4.4.4 支腿钢结构综合评价 42

4.4.5 地脚螺栓强度计算 42

4.4.5.1 地脚螺栓的拉应力 42

4.4.5.2 地脚螺栓剪切应力 42

4.4.6 基础班强度计算 42

4.4.7 支腿装配焊缝强度计算 43

第五章 经济成本预算 44

5.1 成本计算 44

结 语 45

参考文献 46

致 谢 48

附 录 49

第一章 引言

1.1 研究背景及意义

结晶釜是广泛应用于化工行业的物料混合、加降温等些过程的混合反应设备，其重要性引起了广大研究者对其进行研究，本文就众多文献的查阅，对搅拌器进行分析，对其优化进行研究。

通过充分利用搅拌桨叶的旋转，搅拌器向内流体输入机械能，从而给流体提供适宜的流动场。搅拌器的操作原理涉及的多个过程包括传质传热、化学反应、流体力学等^[1]，广泛应用于各种行业，比如医药、石油化工等。作为可以提供搅拌过程所需的能量及适宜流动状态^[2]的重要部件，其选用的选用合理与否，将会对化学反应的吸收率、转化率以及能耗等有很大的影响。

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