反应釜设计——10m3发酵罐设计(共19页).doc

精选优质文档-----倾情为你奉上毕业设计说明书 题 目： 反应釜设计——10m3发酵罐设计 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 专 业 年 级： 所在学院和系： 完 成 日 期： 答 辩 日 期： 2 反应釜设计-10m3发酵罐设计摘要本次设计的反应设备为机械搅拌发酵罐，其结构采用夹套式设计方法采用压力容器的常规设计方法，设计内容主要包括设计方案的选择，釜体（内筒和夹套）强度、结构的设计、校核和水压试验；搅拌装备的设计与校核；传动装置设计以及反应釜其他零部件设计等 关键词：发酵罐，强度设计，填料密封THE REACTION DESIGN-10m3 FERMENTATION TANK DESIGNAbstractThe design involves the mixing equipment is stirred tank reactor, whose the structure used jacket. The design method uses conventional design methods for pressure vessels.The design content mainly includes the selection of design schemes; Kettle (tube and jacket) strength, the designing and verification of the design , and the hydraulic pressure test; the design and check of the mixing equipment; the design of transmission device and other parts of the reactor .Key words: Fermentation tank, Strength design, Packing seal目录专心---专注---专业1.概述1.1发酵罐的基本结构反应器，是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能力。

釜式搅拌反应器更是普遍应用的设备反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器，例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等；材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔、因康镍）合金及其它复合材料发酵罐属于众多反应设备中的的一员，发酵罐是工业发酵常用设备中最重要、应用最广泛的设备，是连接原料和产物的桥梁，也是多种科学的交叉点在发酵罐中，通过产物的合成，廉价的原料升值了，因此可以说发酵罐是发酵行业的心脏随着生化技术的提高和生化产品需求量的不断增加，对发酵罐的大型化、节能和高效提出了越来越高的要求大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势[1]搅拌发酵罐的结构常主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些其他附件等组成其结构示意图大致如下图1-1所示： 图1-1 发酵罐结构图搅拌容器分筒体与夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设计的，主要由电动机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为东密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成了完整的夹套反应釜。

搅拌反应设备的作用一般有如下几点：1.使物料混合均匀；2.使气体在液体中很好地分散；3.使固体颗粒（如催化剂）在液相中均匀地悬浮；4.使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；5.加强相间传质（如吸收等）；6.强化传热（维持反应或反应产生的热量）搅拌反应设备在工业生产中应用范围很广，尤其是石油化工中，很多化工生产中都应用搅拌操作，石油化工工艺过程中的很多化学变化是一参加反应物的充分混合为前提的，对于加热、冷却、液体的萃取以及气体的吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到良好的效果，搅拌反应设备在许多场合时作为反应器来应用的在化工生产中，制造乙烯、丙乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺染料等工艺过程，都采用各种型式的搅拌反应设备其他如染料、医药、农药、油漆等行业，搅拌反应设备的应用亦相当广泛[2]1.2搅拌发酵罐设备设计的基本要求1.2.1安全可靠要求生产过程苛刻的操作条件决定了设备必须可靠运行为了保证其安全运行，防止事故的发生，化工设备应具有足够的能力来承受使用寿命内可能遇到的各种外来载荷要求所使用的设备具有足够的强度、刚度和韧性，以及良好的密封性和耐腐蚀性化工设备是由不同的材料制造而成的，其安全性与材料本身的强度密切相关。

在相同的设计条件下，提高材料强度无疑可以保证设备具有较高的安全性但满足强度要求并非是选用材料的强度等级越高越好，而是要选择合适的材料无原则地选用高强度材料，结果只会导致材料和制造成本提高以及设备抗脆断性能力降低另外，除了保证所有零部件选用的材料具有足够的强度外，还要考虑设备各零部件的连接结构形式因为化工设备多数是以焊接方式进行连接的，其应力集中现象比较严重，存在缺陷的可能性也比较大特别是设备比较薄弱的环节所以化工设备的设计和制造必须足够重视由于选材、焊接和使用条件等各种原因，化工设备不可避免地会产生各种各样的缺陷，如果在选材时充分考虑材料的破坏前吸收变形能量的能力水平（即材料的韧性），并注意材料的强度和韧性的合理搭配，最大限度地降低化工设备对缺陷的敏感程度，对于保证设备的安全运行也是一个非常有效的措施刚度是保证化工设备安全运行的另一个重要方面刚度不足是过程设备过度变形的原因之一，失稳是化工设备常见的失效形式之一，因此，化工过程设备应具有足够的抗失稳能力密封性是指化工过程设备防止介质或空气泄漏的能力泄漏分为内泄漏和外泄漏内泄漏可能会引起产品污染，严重时还会引起爆炸事故化工设备内的介质往往具有危害性，外泄漏不仅仅有可能引起中毒、燃烧和爆炸等事故，而且还会造成环境污染。

因此，密封是化工设备安全操作的必要条件耐腐蚀性是保证化工设备安全运行的一个基本要求特别是处理化工生产中的介质，由于它们具有不同程度的腐蚀性，一方面，可能使设备的厚度减薄，使用寿命缩短；另一方面，还会在应力集中及两种材料或构件焊接处等区域造成更为严重的腐蚀，结果引起泄漏或爆炸为此，选择合理的耐蚀材料或采用相应的防腐措施，将大大提高化工设备的使用寿命和安全可靠性1.2.2工艺条件要求工艺条件要求主要应包括功能要求和寿命要求化工设备是为工艺过程服务的，其功能要求是为满足一定的生产需要提出来的如果功能要求不能得到满足，会影响整个过程的生产效率1.综合经济性在保证化工设备安全运行和满足工艺条件的前提下，要尽量做到经济合理因为经济性是否合理是衡量化工设备优劣的一个重要指标化工过程设备的综合经济性主要体现在以下几个方面：Ⅰ. 生产效率高、消耗低；Ⅱ. 结构合理、制造简便；Ⅲ. 易于运输和安装易于操作、维护和控制化工设备除了要满足安全可靠性、工艺条件和考虑经济性能外，使设备操作简单、便于维护和控制也是一个十分重要的方面2.环境保护要求随着社会的进步，人们的环保意识日益加强，产品的竞争趋向国际化，化工过程设备失效的外延也在不断扩大，它不仅仅是指爆炸、泄漏、生产效率降低等功能失效，还应包括环境失效。

如有害物质泄漏至环境中、噪声、设备服役期满后无法清除有害物质、无法翻新或循环利用等也应作为设计考虑的因素泄漏检测是发现泄漏源、控制有害物质浓度和保护环境的有效措施有的发达国家已制定出强制性的规范标准，要求一些化工设备必须设有泄漏检测装置1.3发酵罐的工程应用反应器，是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能力釜式搅拌反应器更是普遍应用的设备反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器，例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等；材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔、因康镍）合金及其它复合材料发酵罐属于众多反应设备中的的一员，发酵罐是工业发酵常用设备中最重要、应用最广泛的设备，是连接原料和产物的桥梁，也是多种科学的交叉点在发酵罐中，通过产物的合成，廉价的原料升值了，因此可以说发酵罐是发酵行业的心脏随着生化技术的提高和生化产品需求量的不断增加，对发酵罐的大型化、节能和高效提出了越来越高的要求大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势2设计方案的选择及设计参数的确定2.1 发酵罐类型的选择搅拌反应釜是化工生产中常用的典型设备，一台搅拌反应设备大致由釜体、换热元件、搅拌装置、传动装置以及密封装置等组成。

搅拌容器的作用是为物料反应提供合适的空间搅拌筒体基本上是圆筒形，封头常采用椭圆形封头、锥形封头和平盖，其中以椭圆形封头应用最为广泛根据工艺要求容器上装有各种接管，以满足进料、出料等要求为了加热或取走反应热量，常设置外夹套或内盘管，上封头上焊有凸缘法兰，用于搅拌容器与机架的连接，为了在操作中对物料进行控制，还必须在容器上设有温度、压力等传感器搅拌反应设备可以从不同的角度进行分类，其中按搅拌装置的安装型式可分为以下几类：立式容器中心搅拌、偏心式搅拌、倾斜式搅拌、底搅拌、卧式容器搅拌、旁入式搅拌等现将立式容器中心搅拌型式具体一些特点列出：立式容器中心搅拌设备，是将搅拌装置安装在立式设备筒体的中心线上，驱动方式一般为皮带传动或齿轮传动，用普通电机直联或减速器直联，功率为0.1kW，在实际应用中0.2～22kW比较常见由于设备的大型化，超过400kW的大型设备也出现了，一般认为功率3.7kW以下为小型，5.5～22kW为中型，转速低于100r/min为低速，100～400r/min为中速，大于400r/min为高速中、小型立式容器搅拌反应设备，转速为300～360r/min，电机功率大约为0.4～15kW的范围，用皮带或齿轮一级减速。

桨叶的形状，根据用途可以考虑各种各样的组合方式，以三叶推进式、涡轮式为主体本次设计为夹套反应釜发酵罐，鉴于以上立式容器中心搅拌的一些特点，及考虑到设备的安全性、合理性和经济性，并遵循搅拌设备设计要求，故本次设计就选用立式搅拌设备2.2 设计参数的确定2.2.1 设计压力的确定设计压力是指设定的容器顶端部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力实际计算时。