【導(dǎo)讀】我國是全世界公認(rèn)的鎢資源大國，也是全球鎢生產(chǎn)和出口的第一大國。鎢冶煉技術(shù)有了很大的發(fā)展。本設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計一個年產(chǎn)20xx噸仲鎢酸銨。的工廠，其工藝設(shè)計采用目前國內(nèi)外較為先進(jìn)的離子交換工藝。根據(jù)在畢業(yè)實(shí)習(xí)中所收。集的基本數(shù)據(jù)和有關(guān)資料，進(jìn)行了各項(xiàng)冶金計算，并對如何處理三廢作了簡要介紹。時對建廠進(jìn)行了簡單的經(jīng)濟(jì)評價，最后繪制了有關(guān)圖紙。

　　

【正文】 高度圓整為 H1＝ 1700 mm 于是 H1/Di＝ 1700/1800＝ ≈ 1 （ 4）確定夾套直徑 查表得： Dj=Di+100=1800+100=1900mm。 夾套封頭也采用橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑。 （ 5）確定夾套高度 夾套高度的計算公式如下： mV VVH hi 82 ?????? ? 取 iH 為 （ 6）校核傳熱面積 F 工藝要求傳熱面積為 11 m2，查表得封頭表面積 Fh＝ m2， 1 米高筒體表面積F1＝ m2， 則實(shí)際傳熱面積： F＝ Fh+ F1 H2＝ + ＝ m2 符合原定范圍 三、釜體的強(qiáng)度計算 （ 1）選擇設(shè)備材料，確定設(shè)計壓力 根據(jù)工藝要求并分析腐蝕因素，釜體材料選取 16MnR，查手冊 [18]：板厚 17~25mm 時，16MnR 的許用應(yīng)力 t][? ＝ 147 MPa（設(shè)計溫度為 250℃） 設(shè)計壓力確定：筒體受內(nèi)壓，取設(shè)計壓力 P＝ ＝ ＝ MPa，設(shè)計溫度250℃。 （ 2）釜體的筒體壁厚計算 釜體壁厚的計算公式 如下： 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計 主體設(shè)備的選型與計算 26 CPPDt i ??? ??? ][2 式中： P— 釜體的設(shè)計壓力， MPa Di— 筒體的內(nèi)徑， mm t][? — 材料的許用應(yīng)力， MPa φ — 焊縫系數(shù) C— 壁厚附加量， mm 則筒體的壁厚為： CPPDt i ??? ??? ][2 = 4 72 1 8 0 ????? ? 根據(jù)鋼板規(guī)格，取 δ＝ 24 mm。 （ 3）釜體封頭壁厚的計算： CPPDt i ??? ][2 ??? 式中： P— 釜體的 設(shè)計壓力， MPa Di— 筒體封頭的內(nèi)徑， mm t][? — 材料的許用應(yīng)力， MPa φ — 焊縫系數(shù) C— 壁厚附加量， mm 則釜體封頭的壁厚為： CPPDt i ??? ][2 ??? ?????? ?? 按鋼板規(guī)格取 δ＝ 24 mm，工程上筒體和封頭往往取同厚，這樣便于焊接。釜體封頭選取 16MnR，釜體的上下封頭壁厚保持一致。 計算結(jié)果如表 34 所示。 表 34 釜體的主要參數(shù) 筒體壁厚 封頭壁厚 筒體內(nèi)徑 筒體高度 24mm 24mm 1800mm 1700mm 板框壓濾機(jī) 取板框壓濾機(jī)每天放一次渣，其中固相質(zhì)量： 取濾餅比重 ，則每一循環(huán)所獲得的濾餅體積為 ＝ L （ 1）確定設(shè)備類型 所處理的水懸浮液，其濾液無揮發(fā)性，也無毒性，故采用明流式手動板框壓濾機(jī)（ BMS）。查表選過濾面積為 25 m2的規(guī)格，其型號： BMS25/650UK 其主要的參數(shù)如表 35 所示： 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計 主體設(shè)備的選型與計算 27 表 35 BMS25/65025 型板框壓濾機(jī)主要參數(shù) 型號 過濾 面積 m2 框外 尺寸 mm 板 厚 mm 板數(shù) (塊 ) 框數(shù) （塊） 濾室 容積 L 額定過 濾壓力 Mpa 外形尺寸 （ mm）長 寬 高 整機(jī)質(zhì)量 （ kg） BMS25/650UK 25 650 650 30 50 51 400 40881050 1025 1710 （ 2）確定 BMS25/650UK 型板框壓濾機(jī)臺數(shù)： 則需要 BMS25/650UK 型板框壓濾機(jī) 8 臺。 粗 Na2WO4 溶液貯槽 日濾出液 ，則體積為： 考慮到過濾洗水和較大的伸縮量 ,取裝料系數(shù) Kc＝ ；高徑比 Kg＝ ，則采用 A3 鋼制圓柱形貯槽，規(guī)格： Ф2500 3000 洗水計量槽 每批處理洗水： ＝ L 故取規(guī)格 Ф1500 1800 的 A3 鋼制圓柱形計量槽 4 個。 泵 選用 YL4032160 型 3 臺，其揚(yáng)程為 32m，流量為 。主要參數(shù)如表 56 所示。 表 56 YL4032160 型的主要參數(shù) 流量 (m3/h) 揚(yáng)程 (m) 吸入口徑 (mm) 吐出口徑 (mm) 最大排出壓 力 (Mpa) 功率 (kw) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 效率 32 40 32 3 2900 47 稀釋工序設(shè)備的選擇與計算 濃液槽 采用 A3 鋼制作，具體尺寸為 Ф20xx 2400 稀釋槽 依生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計容積約 7 m3；采用 A3 鋼制圓柱形容器；規(guī)格 Ф20xx 2400； 泵 選用 YL4032160 型 2 臺，其揚(yáng)程為 32m，流量為 。 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計 主體設(shè)備的選型與計算 28 板框壓濾機(jī) 根據(jù)操作條件選用 BMYJ20/810UK1 型壓濾機(jī)，其主要的參數(shù)如表： 表 37 BMYJ20/810UK1 型壓濾機(jī)的主要參數(shù) 型號 過濾 面積 m2 濾室總 容量 L 濾板外 框尺寸 mm 濾板 厚度 mm 濾室 數(shù)量 pcs 濾餅 厚度 mm 外形 尺寸 長 寬 高 mm 電機(jī) 功率 kw 過濾 壓力 Mpa 整機(jī) 質(zhì)量 kg BMYJ20/810UK1 20 320 810x810 30 20 32 3586x1276x1270 2180 交前液貯槽 日進(jìn)料： + 每批： 取裝料系數(shù) Kc= ；高徑比 Kg= 則采用 A3 鋼制圓柱形貯槽，規(guī)格： Ф3000 3600 離子交換工序的設(shè)備選擇與計算 離子交換柱的設(shè)計 本設(shè)計中是用固定床離子交換法對粗鎢酸鈉溶液進(jìn)行凈化除雜，其過程的主體設(shè)備是固定床離子交換柱，鎢工業(yè)中應(yīng)用的離子交換柱是由鋼板焊接而成，在主體的上下端設(shè)有液體分布板和水帽，以使溶液能夠均勻的通過柱體，而離子交換樹脂堆積在柱體內(nèi) 。 離子交換柱的設(shè)計計算包括交換柱填料樹脂的高度、塔徑計算，柱體的厚度、高度計算以及液體分布裝置的設(shè)計計算等。 一、樹脂量的計算 本設(shè)計采用 P201 7 強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。 P201 7 樹脂對 WO3 的全交換容量約為 360mg WO3/g 干樹脂，在交換柱內(nèi)動態(tài)交換時，其操作交換容量與料液中 WO3 濃度， NaOH 濃度、 Cl濃度及線速度有關(guān)。取其操作交換容量為 220mgWO3/g 干樹脂。則離子交換所需要干樹脂的量為： M= 106/220=26480000g=26480 kg 取濕樹脂 的含水率為 45%，密度為 。則濕樹脂的量為： 106/（ 55% ） = 二、交換柱外形尺寸的計算 所用離子交換柱選用工業(yè)生產(chǎn)中常用離子交換柱的外形尺寸，取交換柱柱體內(nèi)徑 Di取 1200mm,高徑比 H/Di 取 5。則離子交換柱體高度為： H=1200 5=6000mm 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計 主體設(shè)備的選型與計算 29 三、確定離子交換柱的臺數(shù) 離子交換操作過程中，交換柱內(nèi)樹脂的填充率一般為 65%～ 70%，本設(shè)計取填充率為 65%，則單個交換柱內(nèi)濕樹脂的體積為： 322i %???????? ?單V 取離 子交換過程的操作周期為 12h，則每天離子交換過程能操作 2 個周期。 由此計算所需離子交換柱的個數(shù)為： 個單樹脂 ????? VN 設(shè)計中取離子交換柱的個數(shù)為 18 個。 四、離子交換柱筒體壁厚計算 由于交換柱的總高度小于 10m,其結(jié)構(gòu)按鋼制壓力容器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，其設(shè)計壓力按 Pc= 計算，設(shè)計溫度為 40℃ ，交換柱材料選用 16MnR 鋼。 CPPDt id ??? ??? ][2 式中： δd— 筒體厚度， mm P— 計算壓力， MPa Di— 圓筒內(nèi)徑， mm t][? — 材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力， MPa Φ— 焊縫系數(shù) C— 附加量， mm,(C=C1+C2,C1 為厚度負(fù)偏差 ,C2 為腐蝕余量 ) 交換柱的設(shè)計壓力 P 為 ，圓筒內(nèi)徑 Di 為 1200mm，材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 [σ]t 為 170MPa，焊縫系數(shù) Φ為 ，取鋼板的厚度負(fù)偏差和腐蝕余量均為1mm,C=1+1=2mm,則由以上公式計算交換柱筒體厚度為： CPPDt id ??? ??? ][2 = mmd ????? ??? 考慮到交換柱比較高 和剛度的要求，應(yīng)適當(dāng)增加厚度，現(xiàn)假設(shè)交換柱筒體壁 厚 δn 為 12mm，則假設(shè)的交換柱的有效厚度為： mmCne 10212 ????? ?? 五、交換柱封頭的計算 離子交換柱封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其材料為 16MnR 鋼。 （ 1）封頭厚度的計算 封頭厚度計算公式為： 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計 主體設(shè)備的選型與計算 30 CPPDt id ??? ][2 ??? 式中： δd— 筒體厚度， mm P— 計算壓力， MPa Di— 圓筒內(nèi)徑， mm t][? — 材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力， MPa Φ— 焊縫系數(shù) C— 附加量 ， mm,(C=C1+C2,C1 為厚度負(fù)偏差， C2 為腐蝕余量 ) 交換柱的設(shè)計壓力 P 為 ，圓筒內(nèi)徑 Di 為 1200mm，材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 [σ]t 為 170MPa，焊縫系數(shù) Φ為 ，取鋼板的厚度負(fù)偏差和腐蝕余量均為 1mm,即C=1+1=2mm,則由以上公式計算封頭厚度為： CPPDt id ??? ][2 ??? = mmd ?????? ??? 為便于焊接，取封頭與筒體等厚，即 δn=12mm。 （ 2）封頭高度計算： 封頭高度的計算公式如下： 2)(2 ??hHDi 式中： Di— 圓筒內(nèi)徑， mm H— 封頭高度， mm h— 封頭豎直部分高度， mm 則封頭橢圓部分的高度 Hh=Di/4=1200/4=300mm 查表得豎直部分的高度： h=25mm 則封頭的總高度 H=325mm 離子交換柱的主要參數(shù)如表 38 所示： 表 38 離子交換柱的主要參數(shù) 筒體高度（ mm） 筒體壁厚（ mm） 封頭高度（ mm） 封頭壁厚（ mm） 總高度（ mm） 6000 12 325 12 6650 六、法蘭的選擇與計算 由于離子交換柱的操作壓力不高，溫度也不高，本設(shè) 計采用甲型平焊法蘭。 查表得該法蘭的參數(shù)如表 39 所示： 表 39 甲型平焊法蘭的主要參數(shù) 公稱直徑 DN（ mm） D（ mm） D1(mm) D2(mm) D3(mm) D4(mm) δ(mm) D(mm) 重慶科技學(xué)院本科生課程設(shè)計 主體設(shè)備的選型與計算 31 1200 1330 1290 1255 1241 1238 58 23 法蘭螺柱的規(guī)格為 M27，數(shù)量為 48 個。 法蘭墊片采用耐油橡膠石棉板，采用光面。 七、視鏡的設(shè)計與計算 根據(jù)操作條件選用不帶頸的視鏡結(jié)構(gòu)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、不易結(jié)料、便于窺視等優(yōu)點(diǎn)。視鏡材料選用碳素鋼，型式為 A 型，公稱直徑為 DN100。 八、分布板及水帽的設(shè)計與計算 為防止樹脂流失和使液體能夠均勻分布，在交換柱底部和上部需要放置分布板和排水水帽，常用的裝置是多孔板排水帽式分布裝置，它具有溶液分布均勻性好、水流阻力小等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計采用傘狀水帽，并將其按正三角形排列均勻分布在篩板上。其篩板需要承受住內(nèi)樹脂和溶液的重量，厚度取 20 mm,傘狀水帽錐底直徑取 80 mm,下部螺釘直徑取 27 mm,螺釘中心水孔直徑取 10 mm。 九、支座的設(shè)計與計算 先確定支座的工作載荷： （ 1）筒體的質(zhì)量 Q1：查表得鋼制筒體一米高的鋼板質(zhì)量為 358 kg，則 Q1=3586=2148 kg （ 2）封頭的質(zhì)量 Q2：查表得 EHA 橢圓形封頭的質(zhì)量為 kg，則 Q2=2= kg （ 3）介質(zhì)的質(zhì)量 Q3：（ +21970） /14=19290 kg （ 4）附件的質(zhì)量 Q4：附件的總質(zhì)量約為 100 kg 則離子交換柱的總質(zhì)量 Q 為： Q1+Q2+Q3+Q4=2148++19290+100= kg 根據(jù)條件選用 B 型支承式支座，其支座本體的允許載荷是 15000 kg，則交換柱用三個 B 型支承式支座， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工作載荷，也就不必校核了。其