1、144/144HYPERLINK / 1緒論1.1工藝概述1.1.1促進(jìn)劑的進(jìn)展促進(jìn)劑2-巰基苯并噻唑(以下簡稱)是一種橡膠通用型硫化促進(jìn)劑，是一種淡黃色粉末或顆粒,具有令人不愉快的氣味。熔點(diǎn)在173. 0以上;相對密度為1.411.48;難溶于水和正己烷,易溶于丙酮,可溶于乙醇,微溶于苯。2-巰基苯并噻唑呈酸性,硫化促進(jìn)性強(qiáng),硫化曲線比較平坦,且污染性小。該品低毒,刺激皮膚和粘膜,能引起皮炎及難以治療的皮膚潰瘍, 可致敏。硫化促進(jìn)劑是能夠加快橡膠與硫化劑反應(yīng)速率的物質(zhì)，簡稱促進(jìn)劑。促進(jìn)劑1既可提高硫化速率 降低硫化溫度、減少硫化劑用量，同時也能使硫化橡臟的物理機(jī)械性能得到相應(yīng)的改善,具有硫化

2、促進(jìn)作用快、硫化平坦性低以及混煉時無早期硫化等特點(diǎn)，廣泛用于橡膠加工工業(yè)。1.1.2 的苯胺法合成工藝合成方法的合成方法工業(yè)上大多采納鄰硝基氯苯法、苯胺法、硝基苯和苯胺混合法這3種方法。其中鄰硝基氯苯法生產(chǎn) 由于原料價格高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，故國內(nèi)大多數(shù)助劑生產(chǎn)企業(yè)均不采納此法。硝基苯和苯胺混合不但生產(chǎn)成本低，而且可使反應(yīng)產(chǎn)生的比苯胺法降低13，但由于存在著反應(yīng)難以操縱和對反應(yīng)器材質(zhì)要求高的問題，目前國內(nèi)僅南京化工廠一家利用此法生產(chǎn)。苯胺法合成是我國各助劑廠普遍采納的方法。苯胺法生產(chǎn)的特點(diǎn)是原料來源穩(wěn)定，操作難度小，對反應(yīng)器材質(zhì)要求低，其缺點(diǎn)是由于該法生產(chǎn)的粗中的含量較低(85)，焦油量大，收率較

3、低。因此，如何完善高壓合成生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品收率，綜合利用輕組分(要緊是苯并噻唑)一直是國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)研究的重要課題。1合成原理苯胺法合成是以苯胺、和硫磺為原料,在 200300 ,9.010.0 MPa 條件下反應(yīng),生成的粗再經(jīng)精制得到成品的生產(chǎn)方法。其原理2是苯胺和硫磺先反應(yīng)生成2,2-二氨基二苯基二硫,再經(jīng)?；饔蒙?, 2- 二巰基二苯硫脲,最后轉(zhuǎn)化為。也確實(shí)是反應(yīng)方程式:原料規(guī)格：苯胺含量不小于 99.3%,水分含量不大于0.5%。硝基苯含量不大于 0.015%, 含量不小于98.5%。H2S含量不大于0.9%,殘?jiān)坎淮笥?.02%。硫磺含量不小于98.5%,水分含量不大于0.3

4、%,灰分含量不大于0.1%。1.2機(jī)械設(shè)計(jì)方案對比1.2.1材料選用針對促進(jìn)劑的生產(chǎn)，對反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)，材料選擇上應(yīng)考慮其物料性質(zhì)對釜體的阻礙。在反應(yīng)過程中有生成，同時反應(yīng)過程壓力較大，溫度較高，對其進(jìn)行綜合性的考慮。1.2.2 攪拌裝置選用 驅(qū)動方案對比磁力驅(qū)動是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成磁能， 再由磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過程， 是利用磁體與磁體之間能通過空氣或非磁性材料的磁力作用，可非接觸地進(jìn)行力傳遞。使軸在被密封介質(zhì)和大氣之閥不用連接而形成無密封的攪拌，以達(dá)到絕對無泄漏。目前國內(nèi)已定型的標(biāo)準(zhǔn)釜用機(jī)械密封產(chǎn)品,由于其設(shè)計(jì)壓力等參數(shù)的限制, 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求;從防止污染及安全、節(jié)能等角度動身,對軸封裝置的可

5、靠性、壽命、泄漏量和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求也越來越高。3要緊技術(shù)難點(diǎn)有:1） 由于反應(yīng)器的工藝特點(diǎn),壓力、溫度、物料的形態(tài)等都隨時刻而變化, 在壓力循環(huán)和冷熱循環(huán)的作用下,密封端面易變形,導(dǎo)致密封失效;2） 由于反應(yīng)器操作溫度較高,機(jī)械密封在運(yùn)轉(zhuǎn)時,摩擦面發(fā)熱及釜內(nèi)的熱傳導(dǎo),將使密封腔內(nèi)溫度進(jìn)一步上升,從而引起摩擦面液膜汽化,產(chǎn)生“干運(yùn)轉(zhuǎn)”,并加速腐蝕、磨損,加快密封圈老化,致使密封專門快失效;3） 該反應(yīng)器操作壓力接近10MPa , 密封介質(zhì)壓力是引起密封環(huán)變形的要緊作用力, 其變形也是密封失效的要緊因素之一;4） 反應(yīng)器攪拌軸的擺動量和振動必定較大, 因而容易使摩擦副間隙內(nèi)流體液膜厚度產(chǎn)生變化

6、, 摩擦副之間不能專門好地貼合,有時還會將石墨環(huán)撞壞;5） 間歇操作、頻繁啟動造成端面比壓、摩擦力矩反復(fù)變化,易使密封失效,壽命降低。另外,由于用戶的維修技術(shù)水平不高,安裝不良也專門容易造成釜用機(jī)械密封的失效。因此設(shè)計(jì)時應(yīng)從便于安裝、檢修方面加以考慮。對傳統(tǒng)的填料密封4,盡管能夠通過改進(jìn)各種填料和填料函的結(jié)構(gòu)提高其密封性能,但泄漏是不可幸免的。因?yàn)閿嚢栎S都存在一定量的徑向跳動和偏心,而起密封作用的潤滑油膜不總是處在理想的粘著狀態(tài),因此填料只能對泄漏起節(jié)流作用而不能完全杜絕泄漏。反應(yīng)釜使用機(jī)械密封可使通過動、靜環(huán)接觸面的泄漏減小到最小,但其制造技術(shù)復(fù)雜,安裝要求高,檢修工作量大,阻礙了釜用機(jī)械密

7、封在危險介質(zhì)中的應(yīng)用。無泄漏釜用磁力傳動確實(shí)是為實(shí)現(xiàn)零泄漏而設(shè)計(jì)、制造的。其最大特點(diǎn)確實(shí)是把攪拌軸的動密封改成隔離套的靜密封,從而達(dá)到不泄漏的目的。內(nèi)磁鋼襯在鋼套上,鋼套與攪拌軸相連,攪拌軸由2個軸承進(jìn)行軸向固定。在內(nèi)磁鋼不處是隔離套,隔離套與容器相連承受容器內(nèi)壓力。隔離套外是外磁鋼,外磁鋼與減速機(jī)輸出軸相連,支承軸的兩軸承固定在釜蓋上。由于取消了填料函軸封,因此可節(jié)能約10 %。磁力傳動部分使用狀況良好, 減少了環(huán)境污染, 保證了安全。由于空氣被隔絕于釜外, 這關(guān)于空氣氧化敏感的物料具有專門意義, 能夠因此提高產(chǎn)品收率和其它理化指標(biāo)。由于磁力傳動的專門優(yōu)點(diǎn),可在條件適合的反應(yīng)釜上應(yīng)用,但不是

8、所有反應(yīng)釜上都能使用。如在反應(yīng)過程中有較多固體產(chǎn)物時則不能應(yīng)用,因?yàn)楣腆w產(chǎn)物可能對攪拌產(chǎn)生較大的負(fù)載而使內(nèi)磁鋼滑脫。在介質(zhì)溫度太高時也不能使用,現(xiàn)在會產(chǎn)生退磁現(xiàn)象。 攪拌器設(shè)計(jì)方案攪拌過程有賴于攪拌器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此攪拌器的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度液是不容忽視的問題。由于攪拌操作的多樣性，使攪拌器存在著多種型式。各種攪拌器在配備各種可操縱流淌狀態(tài)的附件后，能使流淌狀態(tài)以及供給能量的情況出現(xiàn)多種變化，更有利于強(qiáng)化不同的攪拌過程。典型的攪拌器型式有槳式，渦輪式，推進(jìn)式，錨式，框式，螺帶式，螺桿式等。下面對幾種攪拌器進(jìn)行簡單的介紹： 5 槳式攪拌器 槳式攪拌器又可分為平直葉和折葉攪拌器兩種。這類攪拌器的結(jié)構(gòu)和加工

9、都比較簡單。攪拌器直徑d 與釜徑D 之比d/ D 為0.350.8 , 其運(yùn)轉(zhuǎn)速度為10 100r/ min , 為大型低速攪拌器,適用于低、中等粘度物料的混合及促進(jìn)傳熱, 可溶固體的混合與溶解等場合。運(yùn)轉(zhuǎn)時以剪切力為主。就平直葉和折葉兩種相比較而言, 由于折葉槳式攪拌器的葉片與旋轉(zhuǎn)平面形成夾角, 因此在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的軸向流要大于平直式, 其宏觀混合效果更好些。在實(shí)際生產(chǎn)中, 會遇到釜深液高的情況, 現(xiàn)在單層槳式攪拌器難以攪拌均勻, 通常采納的方法是裝幾層槳葉, 相鄰二層槳葉間成90角交錯安裝。由于槳式攪拌器制造和更換方便, 因此常用于化工生產(chǎn)中有防腐蝕和金屬污染要求的工況。 渦輪式攪拌器渦輪式

10、攪拌器又可分為開啟渦輪式和圓盤渦輪式兩類, 每類又可分為平直葉、折葉、后彎葉三種。渦輪式攪拌器外形結(jié)構(gòu)上與槳式攪拌器類似, 只是葉片較多。攪拌器直徑d 與釜徑D 之比d/ D 為0117015 , 轉(zhuǎn)速為30500r/ min。旋轉(zhuǎn)時有較高的局部剪切作用, 能得到高分散度微團(tuán), 適用于氣液混合及液液混合或強(qiáng)烈攪拌的場合, 常用于低中等粘度物料( 5 104cP) 。就開啟式和圓盤式相比較而言, 其構(gòu)造上差異造成開啟式比圓盤式循環(huán)流量更大, 軸向混合效果更好。渦輪式攪拌器的葉片形狀除了有平直葉和折葉外, 還有一種彎葉, 在攪拌中, 此種葉片受損程度、消耗功率都低, 適用于固體懸浮、固體溶解等攪拌

11、場合。 推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器也常被稱為旋槳式攪拌器。顧名思義, 其葉片形式類似于輪船上的螺旋槳。攪拌器直徑d 與釜徑D 之比d/ D 為012015 , 轉(zhuǎn)速較高, 為100800r/ min。運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生較大的軸向循環(huán)流量, 宏觀混合效果較好, 適用于均相液體混合等攪拌不是特不強(qiáng)烈的以宏觀混合為目的的攪拌場合, 常用于低粘度料液( 渦輪式 槳式。反之, 高粘度料液混合時的流淌形式通常是層流。由于料液高粘度這一特性, 使得攪拌時不能象低粘度料液那樣依靠慣性力, 因此攪拌葉輪直徑d 與釜徑D 之比d/ D 盡量大, 因此應(yīng)先選擇錨式和框式攪拌器, 也可選螺帶式。攪拌目的：均相液體混合均相低粘度

12、液體混合流淌狀態(tài)為湍流, 即循環(huán)流量起決定性因素。按此特點(diǎn)選擇的攪拌器依次為: 推進(jìn)式 渦輪式 槳式。非均相液體混合為了使其中一相以盡可能小的液滴狀均勻分散到另一相中去, 就要求液體被攪拌時有較大的剪切力和循環(huán)流量, 以此來選擇的優(yōu)劣依次為:渦輪式 推進(jìn)式 槳式。固液混合固液混合要求讓固體懸浮于液體中需要容積循環(huán)好。如固體比重與液體比重差小時, 可選用推進(jìn)式攪拌器。因?yàn)榇祟悢嚢杵鳛檩S流型, 循環(huán)速率高。當(dāng)固體比重與液體比重差大時, 則應(yīng)選用開啟式渦輪攪拌器, 此類攪拌器工作時會把沉降的固體顆粒浮起來而推進(jìn)式則正好相反。氣液混合與液液互不相溶混合相似, 在剪切力作用下盡可能將大氣泡打碎成小氣泡以

13、增大接觸面積,使之均勻分散至液相, 剪切力起決定作用, 應(yīng)優(yōu)先選用渦輪式攪拌器, 又以平直葉圓盤渦輪攪拌器最為合適。因?yàn)榇藬嚢杵髦虚g的圓盤可將氣泡(一般由容器底部通入) 壓至其下, 而后均勻分散至液相, 幸免了氣泡直接由攪拌軸短路。強(qiáng)化液體與器壁的傳熱此類操作的總體循環(huán)流量和換熱面積上的高速流淌起要緊作用, 可優(yōu)先選用渦輪式攪拌器1.2.3加熱方案的對比水蒸汽加熱方式水蒸汽加熱包括直接加熱(與反應(yīng)物混合) 和間接加熱(預(yù)熱器預(yù)熱) 兩種方式。一般情況下,一般的小型工廠專門難能將反應(yīng)物升溫至280 的飽和蒸汽。因此,不能電加熱方式以反應(yīng)器內(nèi)需要提供的熱量為1333kW為例 ,如此,僅預(yù)熱器需要的

14、配電容量就已達(dá)1333kVA ,故公司電力需要增容,增加固定資產(chǎn)投資;同時每天用于生產(chǎn)的耗電量將高達(dá)24 1333 = 32000kWh ,即每天的電費(fèi)將高達(dá)1. 6 萬元(按0. 5 元/ kWh) 。因此,從經(jīng)濟(jì)性角度來講,采納電加熱方式也不合適。有機(jī)介質(zhì)加熱方式6由于有機(jī)介質(zhì)在預(yù)熱器中存在相變化,傳熱系數(shù)K 較大;同時,在傳熱過程中,傳熱的平均推動力tm 也較大。如此,需要的預(yù)熱器的傳熱面積A( Q = KA tm) 較小,則預(yù)熱器的體積較小,設(shè)備費(fèi)用也較少。導(dǎo)熱油加熱方式導(dǎo)熱油具有較高的比熱、導(dǎo)熱系數(shù)和傳熱系數(shù),在正常運(yùn)轉(zhuǎn)下可不加氮封。同時,液相導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)還具有無毒、無味,對設(shè)備無

15、腐蝕,不需要采取防腐措施,粘度適中,泵輸送性能較好,不易堵塞管線或設(shè)備等特點(diǎn)。2苯胺法制M促進(jìn)劑的工藝計(jì)算2.1最佳反應(yīng)條件的確定：2.1.1投料比對促進(jìn)劑 收率的阻礙在反應(yīng)溫度：,壓力：,反應(yīng)時刻 ：時,投料比對促進(jìn)劑 收率的阻礙見下表：7 表(2-1）投料比對促進(jìn)劑 收率的阻礙編號收率 / %11.0：0.9：0.51.421.0：1.2：0.535.531.0：1.3：1.280.241.0：1.4：1.395.051.0：1.5：1.487.7能夠看出,投料比對促進(jìn)劑收率有較大的阻礙。當(dāng)苯胺用量相對過量時,促進(jìn)劑 的收率較低；當(dāng)苯胺用量相對減少時,促進(jìn)劑 的收率顯著提高；苯胺用量進(jìn)一步

16、減少時,促進(jìn)劑的收率反而減小,這可能是由于副反應(yīng)增加的緣故。因此,選擇投料比為： =1.0：1.4：反應(yīng)溫度及時刻對促進(jìn)劑 收率的阻礙合成反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其溫度與時刻成反比關(guān)系，即反應(yīng)溫度越低，則所需時刻越長。8在投料比 =1.0：1.4：1.3時，反應(yīng)釜內(nèi)壓力的條件下，反應(yīng)溫度及時刻對促進(jìn)劑 收率的阻礙見下表7表(2-2） 反應(yīng)溫度及時刻對促進(jìn)劑收率的阻礙編號收率 / %12202402.016.322202402.535.732402602.567.242402603.076.152402603.571.862602802.083.472602802.589.382602803.095.0

17、92602803.587.5102803002.581.7能夠看出,反應(yīng)溫度較低，反應(yīng)時刻較短時,合成反應(yīng)不完全,促進(jìn)劑的收率專門低；當(dāng)溫度在,反應(yīng)3h時,促進(jìn)劑的收率達(dá)到95.0%;進(jìn)一步提高反應(yīng)溫度或者延長反應(yīng)時刻,促進(jìn)劑的收率反而降低,這要緊是因?yàn)?進(jìn)一步提高反應(yīng)溫度或延長反應(yīng)時刻時,副反應(yīng)增多,而且溫度較高時,壓力操縱難度增加 ,容易發(fā)生爆破現(xiàn)象。 因此 ,適宜的反應(yīng)溫度為,反應(yīng)時刻為3h。2.1.3攪拌強(qiáng)度對促進(jìn)劑收率的阻礙在投料比 =1.0：1.4：1.3時，反應(yīng)釜內(nèi)壓力的條件下，攪拌強(qiáng)度對促進(jìn)劑 收率的阻礙見下表：表(2-3）攪拌強(qiáng)度對促進(jìn)劑收率的阻礙編號攪拌強(qiáng)度 收率 / %1

18、086.726088.339092.3414094.5518095.0由表中數(shù)據(jù)能夠看出：隨攪拌強(qiáng)度對增加，促進(jìn)劑的收率從86.7%提高到90%以上并趨于穩(wěn)定，這可能是因?yàn)榱蚧潜戎叵鄬^大,投料后,容易沉在反應(yīng)釜底部,不能完全溶解在二硫化碳和苯胺中,在沒有攪拌時,反應(yīng)的傳熱和傳質(zhì)效果相對較差 ,局部區(qū)域反應(yīng)不充分,從而阻礙促進(jìn)劑 的收率。因此,選擇攪拌強(qiáng)度為 90r/min。2.1.4促進(jìn)劑的最佳工藝條件確定以反應(yīng)溫度(因素A) ,反應(yīng)時刻（因素B）, (因素C)為考察對象，對促進(jìn)劑收率進(jìn)行測試，結(jié)果見下表。7表(2-4）正交試驗(yàn)結(jié)果編號ABC收率 / %12402602.51.00：1.35

19、：1.2571.422402603.01.00：1.40：1.3076.132402603.51.00：1.45：1.3571.542602802.51.00：1.40：1.3088.652602803.01.00：1.45：1.3594.162602803.51.00：1.35：1.2587.572803002.51.00：1.45：1.3581.782803003.01.00：1.35：1.2584.392803003.51.00：1.40：1.3082.9能夠看出,阻礙收率效果大小的次序是A B C,最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度：,壓力：,反應(yīng)時刻 ：，投料比：=1.00：1.40：1.30

20、。在此條件下,選擇固定攪拌強(qiáng)度90做了 5次平行試驗(yàn),結(jié)果分不為: 93.7%, 93.0%,92.2%,94.5%和 92.3%,工藝條件比較穩(wěn)定 ,每次促進(jìn)劑的收率都達(dá)到 90%以上。2.2物料衡算各種物料的投料質(zhì)量：物料：苯胺， , 硫磺。投料比：7溫度取25查得：苯胺在25時的密度； 與的混合物在25時代密度。由文獻(xiàn)7中可知最佳投料比為：由此可得出苯胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：混合液的平均密度： （2-1）式中：混合液的平均密度； 苯胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； 苯胺的密度； 與的混合物密度。得出：由機(jī)械設(shè)計(jì)部分可知本設(shè)計(jì)的投料系數(shù)，即投料體積為：釜內(nèi)的總投料量： （2-2）由此得出各個物料的投量：苯胺：；：硫磺

21、：2.3各物質(zhì)的黏度以及混合黏度的計(jì)算2.3.1基團(tuán)貢獻(xiàn)法9對應(yīng)狀態(tài)法的優(yōu)點(diǎn)是通用和簡捷，一般講，又有一定的可靠性，也便于計(jì)算機(jī)使用。它的不足之處是過于依靠臨界性質(zhì)，當(dāng)估算值不可靠時，將使隨后的對應(yīng)狀態(tài)法處于危險的基礎(chǔ)上。還要指出，有許多類型的化合物，幾乎所有的多基團(tuán)化合物，單基團(tuán)化合物中的芳香酸，芳香醛，二烯烴等，至今難于估算其臨界性質(zhì)，因而能夠講對應(yīng)狀態(tài)法也難于估算這些類型化合物的所有物性?；鶊F(tuán)貢獻(xiàn)法（簡稱基團(tuán)法）是把物性與分子的基團(tuán)結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的方法，其差不多假定是純物質(zhì)或混合物的物性，關(guān)于構(gòu)成此物質(zhì)或混合物的各種基團(tuán)關(guān)于此物質(zhì)貢獻(xiàn)值的總和，也確實(shí)是講，基團(tuán)法假定在任何體系中，同一種某種基

22、團(tuán)對某個物性的貢獻(xiàn)值差不多上相同的。基團(tuán)法定優(yōu)點(diǎn)是具有最大的通用性。以周期表中100多個元素所組成的雙原子分子就能超過3000種，三原子分子有幾十萬種，只以C和H組成的有機(jī)烴類化合物有工業(yè)意義的就超過萬種，由這些分子構(gòu)成的混合物更是難以計(jì)數(shù)，要通過實(shí)驗(yàn)取得這么多純物質(zhì)或混合物的全部物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)幾乎是不可能的。然而，構(gòu)成常見有機(jī)物的基團(tuán)僅100多種，因此若能利用已有一些物性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定為數(shù)不多的基團(tuán)對各種物質(zhì)的貢獻(xiàn)值，就能夠再利用它們?nèi)ヮA(yù)測無實(shí)驗(yàn)值物系的物性值。由以上分析可知，基團(tuán)法要緊用于計(jì)算有機(jī)化合物的物性。大多數(shù)基團(tuán)法不依靠于任何其他物性，但也有一些關(guān)系式中需要其他物性參數(shù)，例如在

23、計(jì)算時時常引入值，計(jì)算相平衡時，要引入基團(tuán)的表面積參數(shù)和體積參數(shù)等微觀參數(shù)。物性估算：定溫：280 定壓：10MPa2.3.2對促進(jìn)劑的估算：估算促進(jìn)劑的沸點(diǎn)：沸點(diǎn)一般指“常壓沸點(diǎn)”，即純物質(zhì)蒸氣壓是101.325kPa所對應(yīng)的平衡溫度。數(shù)據(jù)手冊上也常常見到壓力下的平衡溫度，例如有些物質(zhì)沸點(diǎn)測定時，壓力不是101.325kPa，如此的沸點(diǎn)要注明壓力，許多有機(jī)物在接近常壓沸點(diǎn)前差不多分解，為了表達(dá)該物質(zhì)揮發(fā)的難易，也要表明低壓下的平衡溫度。9在20世紀(jì)80年代，Joback提出的方法能夠估算各種有機(jī)物的，平均誤差12.9K。 （2-3）由其分子結(jié)構(gòu)可知M有4個環(huán)，3個環(huán)，一個,一個，一個。查文獻(xiàn)

24、9表2-5可得：估算促進(jìn)劑的臨界參數(shù)臨界參數(shù)包括臨界溫度，臨界壓力，臨界體積，臨界密度和臨界壓縮因子。早在1822年就發(fā)覺了氣液相臨界現(xiàn)象，然而當(dāng)時對此現(xiàn)象的認(rèn)識尚專門模糊，到1869年，Andrews發(fā)覺，在溫度高于31.1時，即使在3040Mpa壓力下也不能被液化。通過一系列的后續(xù)研究，逐漸形成了如下較清晰的臨界點(diǎn)概念：每種氣體都有如此一個溫度，在該溫度以上，不管加多大的壓力，氣體也不能被液化。該溫度就叫臨界溫度，在下使氣體液化的壓力稱臨界壓力，在和下單位量流體的體積稱臨界體積，若用單位質(zhì)量表示則為臨界密度，那個定義只適用于純物質(zhì)。9熱力學(xué)關(guān)系式為： （2-4-1）或簡化為： （2-4-2

25、）那個定義可適用于純物質(zhì)，也能夠用于混合物。臨界點(diǎn)是流體能分成兩相和不能分成兩相的分界點(diǎn);或者講，在臨界點(diǎn)，處于平衡兩相的熱力學(xué)性質(zhì)趨于一致。 臨界參數(shù)是最重要的物性參數(shù)之一，專門多估算方法和計(jì)算公式都以臨界參數(shù)作為物性計(jì)算的參照點(diǎn)，例如估算各種物性廣為應(yīng)用的對應(yīng)狀態(tài)法以臨界參數(shù)為基礎(chǔ)，使用狀態(tài)方程法時也離不開臨界參數(shù)。臨界參數(shù)準(zhǔn)確與否阻礙許多計(jì)算方法的成敗。由于臨界參數(shù)的重要性，它一直是熱力學(xué)的重要研究內(nèi)容之一。9用Joback法估算M的臨界參數(shù)（臨界溫度：，臨界壓力，臨界體積：）Joback法基團(tuán)為：4個環(huán)，3個環(huán)，一個,一個一個。 由式： （2-5）得：計(jì)算促進(jìn)劑的偏心因子偏心因子和臨界

26、壓縮因子是在對應(yīng)狀態(tài)法中被廣泛應(yīng)用的第三參數(shù)，在化工熱力學(xué)計(jì)算中占有專門重要的地位。的定義是： （2-6）式中，是為0.7時的對比飽和蒸汽壓。球形非極性氣體的為0，值隨分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和極性的增加而增加，因此值反映了組分的形狀，也反映了分子的極性。值一般小于1，大部分在00.5之間。除外，值差不多上正的。假如在手冊上未找到值，可自行按定義進(jìn)行估算，即先估算，然后查找合適的（實(shí)驗(yàn)的或估算的）關(guān)系，利用沸點(diǎn)及臨界點(diǎn)關(guān)系，可把轉(zhuǎn)化為關(guān)系。因此每一個的溫度關(guān)系式都能夠?qū)?yīng)一個的估算關(guān)系，由Clapeyrou式，可得Edmister方程：9 （2-7） 式中 ；：臨界壓力。計(jì)算M的偏心因子得：估算促進(jìn)

27、劑常壓下553K的黏度 用Przezdziecki-Sridhar法9，此方法是在Hildebrand方程的基礎(chǔ)上，提出一個對應(yīng)狀態(tài)為基礎(chǔ)的方法。 （2-8） （2-9） （2-10）式中，是熔點(diǎn)（K），是下的液體摩爾體積（），而是所求溫度下的液體摩爾體積（），的單位分不為K,MPa，。本法所用的數(shù)據(jù)中，是專門難找到實(shí)驗(yàn)值的，有時也缺少值，為此原作者建議配合Gunn-Yamade法，使用一已知的值（對應(yīng)溫度為），求取任意溫度下的。 （2-11）或 （2-12） (2-13)原作者處理27個化合物，當(dāng)已知時，平均誤差為8.7%，最大為40%。下面將用此方法對M常壓下553K的黏度進(jìn)行估算：在29

28、3K時，由式(2-13)： 得： 在553K時， 同理計(jì)算得：在453.2K（M的熔點(diǎn)）時，同理計(jì)算得：依照式 (2-14)得：由式:式中：代入式中得：由式： (2-15)得：促進(jìn)劑的黏度： (2-16)計(jì)算得：估算促進(jìn)劑在553K，100bar時的黏度在石油，機(jī)械和化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域中都需要不同壓力下的液體黏度，即不同壓力下過冷液體黏度。過冷液體黏度大于飽和液體的黏度，但在低，中壓下改變專門小，即壓力與飽和相差不大時，將無明顯的變化。當(dāng)壓力專門高時，將有較大的增加，在數(shù)百M(fèi)Pa下，會有數(shù)量級的增加。壓力的阻礙還與溫度有關(guān)，溫度較低，壓力阻礙越大。關(guān)聯(lián)的方法以經(jīng)驗(yàn)式為主，其中要緊的有： (2-17)

29、 (2-18)以上關(guān)系式中大都以壓力為變量，也有點(diǎn)以密度為變量。上式還以低壓下的黏度為參照量。這些關(guān)系式都用來關(guān)聯(lián)等溫下不同壓力的黏度值，若還要關(guān)聯(lián)不同溫度下的實(shí)驗(yàn)值，還要加上溫度項(xiàng)。10Dymond等的關(guān)聯(lián)方程是有一定的理論基礎(chǔ)的。 (2-19)此式有三個待定參數(shù)。它們又與溫度有關(guān)。分不為液體摩爾體積和分子緊密堆積摩爾體積，單位均為，前者需要輸入，后者需要回歸求出。此方程要緊用與烴類。10張建侯等在前面的基礎(chǔ)上，組合模型，提出關(guān)聯(lián)式： (2-20)式中有三個與壓力無關(guān)的參數(shù)，在一定溫度范圍內(nèi)，對溫度也不敏感，因而此法可同時關(guān)聯(lián)溫度，壓力都變化的實(shí)驗(yàn)值。本模型用34種純物質(zhì)的1049個數(shù)據(jù)點(diǎn)（

30、壓力范圍為），平均誤差為2.64%，作為對比，明顯好于法的15.8%。1981年提出了經(jīng)驗(yàn)性三參數(shù)對應(yīng)估算方程： (2-21)式中，是飽和液液體黏度，是偏心因子，是蒸汽壓。原作者用55個極性和非極性液體考核了本法，平均誤差小于10%。本法只要及，而不要加壓下液體的黏度，因此這是一個估算方法，液是唯一有用的不需要加壓下數(shù)據(jù)的估算方法。加壓下的還可用等的方法，該法是絕對速度理論的修正，結(jié)合關(guān)系和蒸發(fā)內(nèi)能可同時考慮溫度和壓力的阻礙，有如下關(guān)聯(lián)式： (2-22)式中，與為兩個物質(zhì)的特性參數(shù)，需要試驗(yàn)值回歸而得。用本法于106個物質(zhì)，1473個點(diǎn)，平均誤差為1.51%，明顯優(yōu)于張建侯等的關(guān)聯(lián)式，但也明顯

31、更復(fù)雜。本法也可用于常壓附近，因而可列入前面討論，但需要的數(shù)據(jù)有一定難度，若無必要不便使用，還要注意它僅僅是一種關(guān)聯(lián)方法。10 利用方程計(jì)算M在553K,100bar時的黏度已知在553K時M的黏度為。 式中： 得：依照式：得： M在553K,100bar時的黏度：得：2.3.3對CS2的估算對CS2的基團(tuán)分析 由CS2的結(jié)構(gòu)可知：其由1個,2個非環(huán)。 用法估算CS2的臨界參數(shù)（其中臨界溫度=558K11）1）法：基團(tuán)為1個,2個非環(huán)。則有：由式：得： 計(jì)算的偏心因子9 式中：; ：臨界壓力。 得：估算常壓下553K的黏度 由于0.70，因此用法進(jìn)行估算91）求： (2-23) 代入得： 2）

32、依照式： (2-24) 得：在553K,100bar時的黏度估算 已知在553K時，飽和液體黏度為，其物性常數(shù)： 利用方程計(jì)算在553K時的飽和蒸氣壓：10 得：依照式： (2-25)得：在553K,100bar下的黏度：得: 2.3.4對苯胺的估算對苯胺的基團(tuán)分析：由苯胺的結(jié)構(gòu)可知其含有5個環(huán)，1個環(huán)，1個9用Joback法估算苯胺的物性常數(shù)（臨界溫度，臨界壓力，臨界體積） 1）Joback法，基團(tuán)為：5個環(huán)，1個環(huán)，1個。由式：得：計(jì)算苯胺的偏心因子9 式中：; ：臨界壓力。得：估算苯胺常壓，553K的黏度苯胺在553K時的 在低下，估算方法常是基于的直線關(guān)系，這種直線關(guān)系在（相應(yīng)帶壓）時

33、要發(fā)生偏離。在接近處，有幾種對應(yīng)狀態(tài)是可被選擇的，其中法三參數(shù)對應(yīng)狀態(tài)法最常用9 （2-26）在不同的下，的值見文獻(xiàn)9表（9-11）。此外也可用下式求得： （2-27）將代入上式得：苯胺常壓，553K下的黏度：估算苯胺在100bar，553K下的黏度由（2-4）的計(jì)算可知，苯胺的飽和液體黏度為，相關(guān)的物性常數(shù)：。 利用Lee-Kesler方程計(jì)算M在553K時的飽和蒸汽壓：10 （2-28）得：依照式：得：苯胺在553K,100bar下的黏度：得：2.3.5對硫磺的估算2.3.5 用法進(jìn)行估算：S的物性參數(shù)：在時：。由式：得：在385.8K（的熔點(diǎn)）時，。同理可得：在553K時，。同理可得：得

34、：由式： 得：由式：得：S在常壓，553K在的黏度：得：估算硫磺在100，553K下的黏度 已知在533時硫磺的黏度為。其物性常數(shù)為：，。利用方程計(jì)算在553K時的飽和蒸氣壓： 得：依照式(2-25)： 得：硫磺在553K,100bar下的黏度：得: 2.3.6通過上述計(jì)算可知各物料在100bar，500K下的黏度分不為：經(jīng)比較發(fā)覺，M的黏度值遠(yuǎn)大于其他物料。由此可推測：反應(yīng)釜中混合物料的最大黏度值應(yīng)當(dāng)是收率達(dá)到最高時，即M占比例最大的時候。為了方便計(jì)算，取反應(yīng)立即結(jié)束，即苯胺全部反應(yīng)完時的狀態(tài)作為參考。設(shè)這一時刻為。當(dāng)反應(yīng)到時，理想狀態(tài)下，物料中含有。下面采納兩兩混合的方法進(jìn)行混合黏度的計(jì)算

35、。計(jì)算混合物的黏度：依照坎貝爾（Kandall）和莫諾爾（Monroe）指出二元液體混合物的黏度的立方根是組成的線性函數(shù)即：11 （2-29）式中：混合物黏度，cp； A組分的黏度，cp； B組分的黏度，cp； 混合物中A組分的分子分?jǐn)?shù)。得：則有：計(jì)算的混合物與M混合后的黏度：同理可得：則有：2.4各物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)以及混合物導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算2.4.1方案概述由于理論上對液體導(dǎo)熱系數(shù)的推演難于成功，目前所有的估算方法都只是經(jīng)驗(yàn)性的，方法盡管許多，但誤差較大，其分類也難于嚴(yán)謹(jǐn)。關(guān)于指定溫度下的的估算，沸點(diǎn)下導(dǎo)熱系數(shù)可用于估算其他溫度下的 ，其估算方法是法。9 （2-30-1）式中，M是相對摩爾質(zhì)量。

36、下導(dǎo)熱系數(shù)可用下式： （2-30-2）式中是下液體密度和比熱容,是相對摩爾質(zhì)量，是分子中原子數(shù)。式中的常數(shù)還可改用0.0084. 早在上一世紀(jì)就曾提出用同樣的溫度下的液體比熱容和密度估算，以后有多種修正式，其總結(jié)可見蒔田董的專著或等的專著，這些公式例子如下： （2-31） （2-32） （2-33） （2-34）式中的單位,，。在后兩個式子中，除和外，又引入了和，這些數(shù)據(jù)未必是齊全的。 常用的還有對應(yīng)狀態(tài)法，下面對幾種方法進(jìn)行簡要的介紹。10 1）的沸點(diǎn)法（也稱法）它是在自身的基礎(chǔ)上與溫度關(guān)聯(lián)式結(jié)合而得的。 （2-35） 2)法 基于的方法，得出： （2-36）在中含有及作為參數(shù)，因此此法是型

37、方程的進(jìn)展。 3）雙參考流體法 作為對應(yīng)狀態(tài)法的一種進(jìn)展，等提出不固定參考流體的雙參考流體法。此類方法除可用于估算熱力學(xué)性質(zhì)外，還能夠用于估算傳遞性質(zhì)，其中包括導(dǎo)熱系數(shù)。差不多關(guān)系式為： （2-37） （2-38）式中，是摩爾質(zhì)量，是臨界溫度,是臨界體積。2.4.2 在下的導(dǎo)熱系數(shù)用的沸點(diǎn)法估算在下的導(dǎo)熱系數(shù)。由式： 式中： 則有：2.4.3 在一個大氣壓，下的導(dǎo)熱系數(shù)用的沸點(diǎn)法估算在一個大氣壓，下的導(dǎo)熱系數(shù)。由式：式中： 則有：2.4.4 苯胺在一個大氣壓，下的導(dǎo)熱系數(shù)用的沸點(diǎn)法估算苯胺在一個大氣壓，下的導(dǎo)熱系數(shù)。由式：式中： 則有：2.4.5 硫磺在一個大氣壓，下的導(dǎo)熱系數(shù)用的沸點(diǎn)法估算硫

38、磺在一個大氣壓，下的導(dǎo)熱系數(shù)。由式：式中： 則有：2.4.6混合物的導(dǎo)熱系數(shù)10方案概述估算混合物的導(dǎo)熱系數(shù)，考慮實(shí)際生產(chǎn)情況，取反應(yīng)的最初狀態(tài)。即當(dāng)物料處于一個大氣壓，時的狀態(tài)。液體混合物導(dǎo)熱系數(shù)的估算方法專門多，下面介紹其中常用的幾種，以便作出比較，選擇其中適合的方法進(jìn)行下一步的計(jì)算。1）方程： （2-39）式中，是組元1，2的質(zhì)量分率，而是純組元的導(dǎo)熱系數(shù)，而組元排列是。當(dāng)已有一些實(shí)驗(yàn)值時，式中0.72可改為回歸參數(shù)，即此式又可變?yōu)榛貧w方程使用。式中的還可用摩爾分率代替。2）等方法： （2-40）式中，可回歸求得，無實(shí)驗(yàn)值時，可取為1，本法誤差大致在7%以內(nèi)。3）等的方法： （2-41）

39、式中，是組元的摩爾分率，而式中的是基于法的，式中，而。此法曾對50對二元物系（包括高極性物系）的600個數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，平均誤差3%。經(jīng)比較，最適合本設(shè)計(jì)的方法是方程。9采納兩兩混合的方法進(jìn)行計(jì)算。 與的混合物導(dǎo)熱系數(shù)首先計(jì)算與的混合物導(dǎo)熱系數(shù)，在前面物料衡算中可知投入料量：1363.40，：535.6.用方程：式中：的質(zhì)量分率； ：的質(zhì)量分率； ：的導(dǎo)熱系數(shù)； ：的導(dǎo)熱系數(shù)。得： 苯胺與的混合物混合后的導(dǎo)熱系數(shù)估算苯胺與的混合物混合后的導(dǎo)熱系數(shù)，參考前面的物料衡算可知：苯胺的投入量為1193.36.用方程：式中：苯胺的質(zhì)量分率； ：混合物的質(zhì)量分率； ：苯胺的導(dǎo)熱系數(shù)； ：混合物的導(dǎo)熱系數(shù)。

40、得：2.5反應(yīng)熱的估算2.5有關(guān)CHL，298的估算運(yùn)用Cardozo法，參考文獻(xiàn)10184頁 式（6-1b）、式（6-2）、式（6-3）及表6-1。CHL，298=-196.98-610.13N （2-42）N=Nc+式中，N是當(dāng)量鏈長，Nc是化合物中碳原子總數(shù)，Ni是各種結(jié)構(gòu)的和相態(tài)的修正系數(shù)（表2-1）。式（2-42）是與氣態(tài)水相照顧的燃燒熱。與氣態(tài)水相照顧的生成焓可由下式求得：fH298=-393.78Nc-121.00(NH-NX)-271.81NF-92.37NCL-36.26NBr+24.81NI-297.26NS-CHL，298 （2-43）式中，Nc、NH、NF、NCL、NB

41、r、NI 和NS分不是化合物中碳、氫、氟、氯、溴、碘和硫的個數(shù)，而NX是鹵原子總數(shù)。那么與液態(tài)水照顧的生成焓應(yīng)加上1mol該物質(zhì)燃燒生成的水的汽化熱。水的汽化熱為：44.01KJ/mol如下表格摘自Cardozo法計(jì)算燃燒熱修正系數(shù)表，得：（表 2-1）燃燒熱修正系數(shù)表物質(zhì)種類修正結(jié)構(gòu)Ni（l）Y1苯環(huán)-1.173M1伯胺+0.21S硫基-0.27U硫醚+0.535M3叔胺+0.33D11-烯烴-0.189W伯硫醇+0.5242.5從表 2-1查得苯胺的各種結(jié)構(gòu)和相態(tài)的修正系數(shù)，N=Nc+=6+0.21-1.173=5.037將N代入式（2-42）得苯胺與氣態(tài)水相照顧的燃燒熱:CHL，298=

42、-196.98-610.13N=-196.98-610.132.037=-3270.205KJ/mol苯胺與液態(tài)水相照顧的燃燒熱:CHL，298=-3270.205-44.017/2=-3424.24 KJ/mol代入式（2-43）得苯胺與液態(tài)水相照顧的生成焓：fH298=-393.78Nc-121.00(NH-NX)-271.81NF-92.37NCL-36.26NBr+24.81NI-297.26NS-CHL，298=-393.78Nc-121.00NH -CHL，298=-393.786-121.007 -(-3424.24) =214.56 KJ/mol 從表 2-1查得的各種結(jié)構(gòu)和相

43、態(tài)的修正系數(shù),N=Nc+=7+0.535+0.33-0.189+0.524-1.173=7.027將N代入式（2-42）得與氣態(tài)水相照顧的燃燒熱:CHL，298=-196.98-610.13N=-196.98-610.137.027=-4485.556KJ/mol與液態(tài)水相照顧的燃燒熱:CHL，298=-4485.556-44.015/2=-4594.389 KJ/mol代入式（2-43）得與液態(tài)水相照顧的生成焓：fH298=-393.78Nc-121.00(NH-NX)-271.81NF-92.37NCL-36.26NBr+24.81NI-297.26NS-CHL，298=-393.78Nc

44、-121.00NH -CHL，298=-393.787-121.005 -(-4594.389) =1232.929 KJ/mol2.5.2苯胺生成查得以下物質(zhì)在298.15K時的生成焓(表 2-2) 物質(zhì)生成焓物質(zhì)CS2(g)S（s）H2S(g)CO2(g)fH298（KJ/mol）115.270-20.146-393.514查文獻(xiàn)12附錄，可得以下物質(zhì)的比熱容Cp,mCp,m=a+bT+cT2 （KJ/mol）ab 103c 106CO2(g)28.6635.702H2S(g)29.3715.40O2(g)36.1620.845CS2(g)52.096.69H2O(g)30.0010.71

45、N2(g)27.874.27S(s,斜)14.9826.11Cp,m（苯胺，l）=190.8（KJ/mol）Cp,m（硝基苯,l）=185.8（KJ/mol）苯胺生成的反應(yīng)熱：2（l）+ 2 CS2（g）+ S （s）2 （l）+ H2S（g）298K時，苯胺生成的反應(yīng)熱為：rHm(298K)= fHmi =-20.146+21232.929-2115.27-2214.56 =1786.052 KJ/mol運(yùn)用文獻(xiàn)9153頁式（5-27）及表5-7，如下：Cpl=+（）T+（）T2 基團(tuán)aibi(K-1)di(K-2)M中包含的數(shù)目CB-（H）2.2609-0.250000.125924CB-

46、（C）1.5070-0.133060.0117992CB-（CN）1.93893.0269-0.472761S-(C)29.2306-3.00870.456251S-(H)(C)10.994-3.21130.473680.473681將上表各基團(tuán)值代入式，得：=+（）T+（）T2=（42.2609+21.5070+1.9389+9.2306+10.994）+（-40.25000-20.13306+3.0269-3.0087-3.2113）T+（40.12592+2 0.011799-0.47276+0.45625+0.47368）T2=34.2211-4.45922 T+0.984448T2

47、（）=(產(chǎn)物)-(反應(yīng)物) =34.2211-4.45922 T+0.984448T2+29.37+15.4010-3T-190.8-(52.09+6.6910-3T)-(14.98+26.1110-3T) =-194.279-4.47662T+0.984448T2 （）從而，可由298K時的反應(yīng)熱計(jì)算其他溫度下的反應(yīng)熱533K（加熱到2600 由上述計(jì)算可推知整個反應(yīng)所需的熱量 理想情況下，反應(yīng)至533K時需汲取的熱量為：59058 （15.05+2.12）103-396.2362.12103=2.5對生產(chǎn)促進(jìn)劑進(jìn)行的總傳熱量的計(jì)算，由于反應(yīng)較復(fù)雜，上述的估算方法存在專門大的偏差問題。采納另

48、一種方案進(jìn)行計(jì)算，即使用鶴壁山城區(qū)康博聯(lián)合制劑廠的1.5反應(yīng)釜加熱數(shù)據(jù)作為參考，以大致計(jì)算本設(shè)計(jì)反應(yīng)釜加熱所需熱量。由生產(chǎn)數(shù)據(jù)可知：電壓：，電流：，通電加熱時刻：。由式：計(jì)算中電壓采納平均值原則，即：。以苯胺為基準(zhǔn)，投料中，1.5反應(yīng)釜投苯胺為440，本設(shè)計(jì)反應(yīng)釜苯胺的投量為1193.36，即為1.5反應(yīng)釜的2.7倍，則所需熱量也應(yīng)大致為1.5反應(yīng)釜的2.7倍。即：3 機(jī)械部分設(shè)計(jì)3.1反應(yīng)釜筒體設(shè)計(jì)3.1.1反應(yīng)釜的操作容積反應(yīng)釜的全容積，由設(shè)計(jì)要求來確定，即： （3-1）參考文獻(xiàn)13，取裝料系數(shù)，則反應(yīng)釜的操作容積為： （3-2）3.1.2筒體的差不多尺寸本設(shè)計(jì)的釜體形式采納常用的圓筒形，

49、依照生產(chǎn)及設(shè)計(jì)的需求，封頭形式采納橢圓形。筒體內(nèi)徑的計(jì)算，取高徑比。14 （3-3）式中：筒體內(nèi)徑，； 反應(yīng)釜的全容積，； 筒體高徑比。得出： （3-4）經(jīng)圓整后14筒體高度的計(jì)算： （3-5）式中：釜體筒體的高度，； 反應(yīng)釜的全容積，； 釜體下封頭容積14， ； 反應(yīng)釜一米高的容積14，。則有：經(jīng)圓整后，反應(yīng)釜的實(shí)際容積計(jì)算： （3-6）式中：反應(yīng)釜的實(shí)際容積，； 反應(yīng)釜一米高的容積，=1.131；釜體筒體的高度，； 釜體下封頭容積，=0.255。將其代入式中可得：反應(yīng)釜的實(shí)際總傳熱面積計(jì)算： （3-7）式中：反應(yīng)釜的實(shí)際總傳熱面積，；一米高的筒體內(nèi)表面積14，； 筒體加熱高度，； 罐體下封

50、頭表面積14，。得出：3.1.3罐體筒體厚度計(jì)算：極限應(yīng)力的取法依照專門的反應(yīng)性質(zhì)，本設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜筒體采納設(shè)計(jì)。同時依照生產(chǎn)要求，操作壓力，操作溫度。由此得出下列參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力：,圓整后取15；設(shè)計(jì)溫度：15；液注靜壓力：，其中為罐體裝滿水所承受的靜壓力，即：差不多上水的參數(shù)。計(jì)算得出： 計(jì)算壓力： 筒體厚度的計(jì)算： （3-8）式中：筒體厚度，； 計(jì)算壓力，； 筒體內(nèi)徑，；材料的許用應(yīng)力；焊接系數(shù)。許用應(yīng)力的選擇是強(qiáng)度計(jì)算的關(guān)鍵，是容器設(shè)計(jì)的一個要緊參數(shù)，許用應(yīng)力以材料的極限應(yīng)力為基礎(chǔ)，并選擇合理的安全系數(shù)，即：16 選用哪一個強(qiáng)度指標(biāo)作為極限應(yīng)力來確定許用應(yīng)力，與部件的使用條件及失效準(zhǔn)則有關(guān)

51、，依照不同的情況，極限應(yīng)力能夠是和。關(guān)于由塑料材料制造的承壓件，應(yīng)保證其在工作時可不能發(fā)生全面的塑性變形，即大面積屈服，以防止材料發(fā)生應(yīng)變硬化，強(qiáng)度升高，塑性，韌性和耐腐蝕性降低。一般都已屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度作為確定許用應(yīng)力的基礎(chǔ)。關(guān)于脆性材料或沒有明顯屈服點(diǎn)的塑性材料，常以抗拉強(qiáng)度來確定許用應(yīng)力，即以材料的斷裂來作為限制條件。關(guān)于鍋爐和壓力容器的承壓部件，其最大的不安全性是斷裂，而且以來確定許用應(yīng)力有悠久的歷史，已成適應(yīng)。因此，關(guān)于工作壁溫為常溫時，其許用應(yīng)力應(yīng)滿足上述塑性變形和以斷裂為限制這兩個條件，即許用應(yīng)力 （3-9-1）特不是關(guān)于高強(qiáng)度鋼制的承壓部件，以為基準(zhǔn)確定許用應(yīng)力就更為必要。關(guān)于

52、工作壁溫高于常溫而低于高溫的中溫容器承壓部件，其許用應(yīng)力： （3-9-2）關(guān)于高溫條件下（達(dá)到材料蠕變溫度，即對碳鋼和低合金鋼，絡(luò)鉬合金鋼，奧氏體不銹鋼）的承壓部件，一方面要考慮高溫蠕變，另一方面還要考慮材料的長期高溫指標(biāo)。因此，高溫承壓部件的許用應(yīng)力： （3-9-3）其中：常溫下材料的抗拉強(qiáng)度，屈服點(diǎn)和屈服強(qiáng)度，；設(shè)計(jì)溫度下材料的抗拉強(qiáng)度，屈服點(diǎn)和屈服強(qiáng)度，；抗拉強(qiáng)度，屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度），蠕變極限和持久強(qiáng)度的安全系數(shù)。安全系數(shù)及其取法16安全系數(shù)的合理選擇是設(shè)計(jì)中一個比較復(fù)雜和關(guān)鍵的問題，因?yàn)樗c許多因素有關(guān)，其中包括：計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，可靠性和受力分析的精確程度；材料的質(zhì)量，焊接檢驗(yàn)等制造

53、技術(shù)水平；容器的工作條件，如壓力，溫度和溫壓波動及容器在生產(chǎn)中的重要性和危險性等。安全系數(shù)是一個不斷進(jìn)展變化的參數(shù)，按照科學(xué)技術(shù)進(jìn)展的總趨勢，安全系數(shù)將逐漸變小。目前我國推舉的中低壓容器用材和螺栓的安全系數(shù)見下表：（表3-1）鋼材的安全系數(shù)材料安全系數(shù)常溫下最低抗拉強(qiáng)度常溫或設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)設(shè)計(jì)溫度下經(jīng)10萬h斷裂的持久強(qiáng)度的平均值設(shè)計(jì)溫度下經(jīng)10萬h蠕變率為1%的蠕變極限碳素鋼，低合金鋼3.01.61.51.0高合金鋼3.01.51.51.0（表3-2）螺栓的安全系數(shù)材料螺栓直徑/熱處理狀態(tài)許用應(yīng)力/（取下列各值中的最小值）碳素鋼熱軋，正火低合金鋼馬氏體高合金鋼調(diào)質(zhì)奧氏體高合金鋼固溶*補(bǔ)充

54、：對奧氏體高合金鋼，當(dāng)部件的設(shè)計(jì)溫度不再蠕變溫度范圍內(nèi)，且同意有微量的永久變形時，可適當(dāng)提高許用應(yīng)力至0.9，但不超過/1.5。此規(guī)定不適用于法蘭或其他有微量永久變形就產(chǎn)生泄漏或故障的場合。應(yīng)該指出的是，關(guān)于材料的許用應(yīng)力，有關(guān)技術(shù)部門已依照上述原則將其計(jì)算出來，設(shè)計(jì)者能夠依照所用材料的種類，型號，尺寸規(guī)格及設(shè)計(jì)溫度直接查取。焊接接頭系數(shù)13焊縫區(qū)是容器上強(qiáng)度比較薄弱的地點(diǎn)。焊縫區(qū)強(qiáng)度降低的緣故在于焊接時可能出現(xiàn)缺陷而未被發(fā)覺；焊接熱阻礙區(qū)往往形成粗大晶粒區(qū)；結(jié)構(gòu)鋼性約束造成焊接內(nèi)應(yīng)力過大等。焊縫區(qū)的強(qiáng)度要緊取決于熔焊金屬，焊縫結(jié)構(gòu)和施焊質(zhì)量。設(shè)計(jì)所需焊接接頭系數(shù)的大小要緊依照焊接接頭的形式和

55、無傷檢測的長度比率確定。具體按下表選?。海ū?-3）焊接接頭系數(shù)焊接接頭結(jié)構(gòu)焊接接頭系數(shù)100%無傷檢測局部無傷檢測雙面焊點(diǎn)對接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透的對接接頭1.00.85單面焊點(diǎn)對接接頭（沿焊縫根部全長有鋼板）0.900.80厚度附加量容器厚度附加量包括鋼板厚度的負(fù)偏差和介質(zhì)的腐蝕余量，即 （3-10）鋼板的厚度負(fù)偏差不大于0.25，且不超過名義厚度的6%時，鋼板的厚度負(fù)偏差能夠忽略不計(jì)。為防止容器元件由于腐蝕，機(jī)械磨削而導(dǎo)致厚度減薄削弱，關(guān)于工作介質(zhì)接觸的筒體，封頭，接管，人（手）孔及內(nèi)部構(gòu)件等，應(yīng)考慮腐蝕余量。對有腐蝕或磨削的元件，應(yīng)依照預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對金屬材料的腐蝕速度來確

56、定腐蝕余量，即 （3-11）式中，為腐蝕速度，可有材料腐蝕手冊查得或由實(shí)驗(yàn)確定；為容器的設(shè)計(jì)壽命。容器的設(shè)計(jì)壽命除有專門要求外，對塔，反應(yīng)器等要緊容器一般不應(yīng)少于15年。13腐蝕余量的選取原則和方法：介質(zhì)為壓縮空氣，水蒸氣或水的碳素鋼或低合金鋼制容器，其腐蝕余量不得小于1.0；關(guān)于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐蝕性極微時，可取.除上述情況以外的其他情況，筒體和封頭的腐蝕余量按下表確定。（表3-4）筒體和封頭的腐蝕余量腐蝕程度腐蝕速度/腐蝕余量/腐蝕程度腐蝕速度/腐蝕余量/不腐蝕2輕微腐蝕0.050.131嚴(yán)峻腐蝕0.25鋼板厚度鋼板厚度是一個標(biāo)準(zhǔn)化的問題，設(shè)計(jì)所需的容器厚度須符合冶金產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。下表是常用的

57、鋼板厚度尺寸系列。13（表3-5）鋼板常用厚度2.02.53.03.54.04.55.06.07.08.09.010111214161820222528303234363840424650556065707580859095100105110115120125130140150160165170180185190195200材料的許用應(yīng)力本設(shè)計(jì)使用的材料為，對其進(jìn)行許用應(yīng)力的計(jì)算：查文獻(xiàn)13P305可知：在300時，=400。 （3-12）得出：，即 關(guān)于鋼板的厚度附加量，首先依照相關(guān)規(guī)定，鋼板的厚度負(fù)偏差取2。由于選用的材料和反應(yīng)釜的工作環(huán)境，關(guān)于腐蝕余量能夠忽略不計(jì),則： 焊接系數(shù)依照上述

58、規(guī)定，取。則筒體的計(jì)算厚度為：可知筒體的設(shè)計(jì)厚度與計(jì)算厚度相同，名義厚度，經(jīng)圓整后，筒體的名義厚度。壓力試驗(yàn)及其強(qiáng)度校核15水壓試驗(yàn)： （3-13）式中：水壓試驗(yàn)應(yīng)力，； 水壓試驗(yàn)使用壓力，； 筒體內(nèi)徑，； 筒體的有效厚度，； 的屈服強(qiáng)度，得：即水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠，筒體厚度能夠使用。3.2 封頭設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1罐體下封頭厚度計(jì)算筒體的上下封頭均采納橢圓封頭，上封頭與筒體間采納法蘭連接，下封頭與筒體采納焊接。上封頭需依照法蘭尺寸確定，因此先確定下封頭的尺寸。為幸免下封頭與筒體在切線處產(chǎn)生額外的彎曲應(yīng)力，應(yīng)盡量使封頭和筒體的中性層在切線相交。因此封頭的中性層半徑應(yīng)接近筒體中性層的半徑：17R=60

59、0+85/2=642.5mm則封頭半徑應(yīng)接近為r=600+85=685mm封頭與筒體材料相同，則 （3-14）得出：，即 （3-15）式中：筒體厚度，； 計(jì)算壓力，； 筒體內(nèi)徑，；材料的許用應(yīng)力；焊接系數(shù)。得出：罐體下封頭設(shè)計(jì)厚度： （3-16）得：經(jīng)圓整后，罐體下封頭的名義厚度。上封頭采納同樣的計(jì)算方法，初步定為與下分頭的壁厚相同，即依照要求為補(bǔ)償加在封頭接管上的未定外部載荷，連接處須增加約30%的壁厚，上封頭壁厚方能夠滿足要求。封頭無法整體制造，必須制造一段球冠形過渡段與筒體過渡。3.2.2法蘭的密封設(shè)計(jì)依照文獻(xiàn)17介紹，此反應(yīng)器宜采納雙錐密封。雙錐密封是一種半自緊式密封，其結(jié)構(gòu)形式如圖所

60、示。在密封錐面上放有1左右厚的金屬軟墊片靠主螺栓壓緊，使軟墊片產(chǎn)生塑性變形，以達(dá)到初始密封。常用金屬軟墊為鋁。為了增加密封的可靠性，雙錐環(huán)密封面上開有23條半徑為11.5，深為1的半圓形溝槽。雙錐環(huán)置于筒體與頂蓋之間，借助托環(huán)將雙錐環(huán)托住，以便于裝拆，托環(huán)用螺釘固定在端蓋的底部。操作時，介質(zhì)壓力使頂蓋向上抬起而導(dǎo)致雙錐環(huán)向外回彈，這和強(qiáng)制密封的平墊片回彈原理是相似的。雙錐密封的優(yōu)點(diǎn)為： 結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，加工精度要求不太高，因而生產(chǎn)周期較短； 這種密封結(jié)構(gòu)能夠用于較高的壓力、溫度和較大直徑范圍內(nèi)； 由于雙錐環(huán)的徑向自緊作用，故在壓力和溫度波動不大情況下，密封性能仍然良好。 主螺栓預(yù)緊力比平墊