预缩聚合釜设计及其ANSYS有限元分析(3)
椭圆形封头，如图所示，是由半个椭球面和一个短圆筒组成，由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压和成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。受内压椭圆形通体封头中的应力，包括由内压引起的薄膜应力和封头与圆筒连接处不连续应力，都与椭圆封头长轴与短轴的比例有关。目前，工程上一般都采用限制椭圆形封头最小厚度的方法，如GB150规定标准椭圆封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15%，非标准椭圆形封头的有效厚度应不小于0.30%。
碟形封头，如图所示，是带折边的球面封头，由半径为RI球面体、半径为r的过渡环壳和短圆筒等三部分组成。在工程中使用并不理想。但过渡环壳的存在降低了封头的深度，方便了成型加工，且压制碟形封头的钢模加工简单，因此，在某些场合仍可以代替椭圆形封头的使用。
碟形封头当r=0时，即成为球冠形封头，它是部分球面与圆筒直接相连，因而结构简单、制造方便，常用于容器中两独立受压室的中间封头，也可用作端盖。由于球面与圆筒连接部分没有转角过渡，所以在连接处附近的封头和圆筒上都存在相当大的不连续应力。
（a）半球形封头 （b）椭圆形封头 （c）碟形封头
图 2.1 几种不同形式的封头
本次课题的封头选用椭圆封头，型号是JB/T 4746-2002。封头的主要尺寸见下表。
表 2.2 封头主要尺寸
公称直径
总深度H/mm 内表面积
容积V/
直边高度
1400 375 1.9340 0.397 25
2.2.4确定筒体高度
反应釜容积V按照封头和筒体两部分容积之和计算，筒体高度 按式(4-2)计算，并进行圆整：
(2.1)
式中 （ ——封头容积 —— 高筒体容积 ）
，圆整筒体高度
按照圆整后筒体高度修正实际容积 。
2.3 夹套几何尺寸计算
2.3.1 夹套的选择
夹套类型有整体夹套、半圆管夹套、型钢夹套和蜂窝夹套。本次课题根据《化工设备设计全书 搅拌设备设计》选择整体式夹套。
由《化工设备设计手册》，夹套封口设计有封口锥和封口环两种，本次设计选择封口锥封口，封口锥的结构如下图所示结构：
图 2.2 夹套的封闭结构
选用夹套封头为椭圆形封头，封头与夹套采用全焊接对接焊，夹套封头与容器封头的连接结构如下图：
图2.3 夹套封头与容器封头的连接结构
2.3.2 夹套内径计算
取装料系数 ，夹套高度 按式
圆整夹套筒体高度 ；
夹套筒体内径
罐体封头表面积 ，一米高筒体内表面积
实际传热面积 ，符合要求。
表2.3 夹套直径D2
D1 500～600 700～1800 2000～3000
D1 Di+50 Di+100 Di+200
2.3.3 夹套反应釜的强度计算
按内压计算筒体及夹套厚度：
由工艺条件及微弱的腐蚀情况，确定设备的材料为20R，由工艺知罐体内的设计压力 ，夹套内的设计压力 ，罐体的设计温度 ，夹套的设计温度 。