反应釜设计.docx

第一章 反应釜釜体与传热装置搅拌设备常被称作搅拌釜（或搅拌槽），当搅拌设备用作反应器时，又被称为 搅拌釜式反应器，有时简称反应釜釜体的结构型式通常是立式圆筒形，其高径 比值主要依据操作容器的装液高径比以及装料系数大小而定传热方式有两种： 夹套式壁外传热结构和釜体内部蛇管联合使用根据工艺需要，釜体上还需要安 装各种工艺接管所以，反应釜釜体和传热装置设计的主要内容包括釜体的结构 和部分尺寸、传热形式和结构、各种工艺接管的安设等1.1 反应釜釜体1.1.1 确定反应釜釜体的直径和高度在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择筒体适宜的长径比（H/Di），以确 定筒体直接和高度选择筒体长径比主要考虑一下两方面因素：① 长径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，P* D5（其中D：搅拌 器直径；P：搅拌功率），P随釜体直径的增大而增大很多，减小长径比只能无 谓的损耗一些搅拌功率一次一般情况下，长径比应该大一点② 长径比对传热的影响：当容积一定时H/Di越高越有利于传热 长径比的确定通常采用经验值表 1-1种类罐体物料类型H/D.i一般搅拌罐液-固或液-液相物料1-1.3气-液相物料1-2发酵罐类1.7-2.5在确定反应釜直径和高度时，还应该根据反应釜操作时所允许的装料程度--- 装料系数n等予以综合考虑,通常装料系数n可取0.6-0.85.如果物料在反应过程 中产生泡沫或沸腾状态，n应取较低值，一般为0.6-0.7；若反应状态平稳，可取 0.8-0.85 （物料粘度大时可取最大值）。

因此，釜体的容积V与操作溶积V0有如 下关系：v=v0/n （1.1）选取反应釜装料系数n=0.8，由v=v0/n可得设备容积：V0=VXn=1X0.8=0.8 m 3选取 H/Di=1.0，D 二i由公式:亍—：4 X 1.0'丽—3 兀 X1.0 3沪=1.08m1.2)将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径Di=1000mm，查《化工设 备机械基础》表8-27，DN=1000mm时的标准封头曲面高度h=250mm，直边高 度h2=25mm，封头容积 Vh=0.151 m 3，由手册查得每一米高的筒体容积为 V = 0.95m31由公式可知筒体高度H =匕工 =1 — 0.151 = 1.08m （1.3）V 0.951筒体高度圆整为 H=1000mm于是= looo/iooo二1，复核结果符合原定范围1.1.2 确定反应釜夹套的直径和高度Dj 可根据罐体内径按下表推荐的数据选取 表1.2夹套直径Dj与罐体直径Di的关系（mm）Di500~600700~18002000~3000DjDi+50Di+100Di+200对于筒体内径 Di=700〜1800mm， 夹套内径 Dj=Di+100， 因此 Dj=1000+100=1100m m,符合压力容器公称直径系列。

按式nV -V V -V 0.8X1 — 0.198H = h = h = = 0.634mmj V1 lx D 2 乙 1.124 i 4 （1.4）取夹套高度 Hj=800mm， 则夹套顶部与釜体法兰间应留有足够的距离： H = H - H = 1000 - 800 = 200mm > 150 ~ 200mm 这样便于筒体法兰拆装0j验算夹套传热面积：F = FH + F = 3.46x0.7 +1.163 = 3.585m2 > 3m21 j h（查 化工设备基础 16-5 16-6 得 F1 = 3.46m2, Fh =1.163m2 ） 夹套传热面积符合传热要求1.1.3 夹套类型的选择U 型整体夹套夹套的材料为Q345R，许用应力匚I = 345MPa由GB150.2查得在135 °C时许用应力口 =189MPa选取夹套的设计压力为Pc =1>1X0-4 = 0.44 "Pa夹套筒体与内筒的环焊缝采用单面焊，局部无损检测，焊缝系数° =0.8, C2=2mmC1=0.3mm夹套的壁厚的计算P . D-P■i0.4 x 11002 x 189 x 0.8 - 0.44+ 2 = 3.51mm所以夹套圆筒的厚度圆整为6mm。

1.1.4夹套圆筒的应力计算夹套圆筒的有效厚度的计算8 =6 — C — C = 6 — 0.3 — 2 = 3.7 mm en12圆筒的应力计算P（D +8）0.44xG100 + 3.7）一“…Gt = c i 一 = = 65.625MPa28 2 x 3.7e所以应力强度符合要求1.1.5 夹套试验压力夹套的水压试验P = 1.25PT345=1.25 x 0.44 x —345= 0.55 MPa 所以夹套水压试验压力为 0.55 MPa 夹套压力试验前的应力校核 压力试验前，应按下式校核夹套应力P(D +8 )G = i e-T 28e=0.55 x(1100 + 6)2^6= 50.7 MPa0.9 忙 =0.9 x 0.8 x 345 = 248.4MPa s液压试验时，G T满足GT - 0.9^Gs 所以夹套试验前得应力校核满足要求当夹套充压时将使釜体受外压作用，因水压试验压力值大于设计压力，可能 使釜体在夹套水压试验压力作用下外压失稳，因此应考虑在釜体内适当充压由 于夹套的水压试验压力为0.55MPa，小于釜体的许用外压0.61MPa，故不需要充 压夹套椭圆形封头的计算设计温度下标准椭圆封头的计算厚度的计算” PD2^] 0.5Pc0.44 X1100 * =3.51mm 2 x 189 x 0.8 — 0.5 x 0.44则夹套椭圆形封头厚度圆整为6mm。

有效厚度的计算0.15% x 1100 = 1.65mm5 =5 -C 一C = 6一0.3一2 = 3.7mm> 1.65mmen12所以夹套封头厚度符合要求1.2 确定反应釜内筒的材料和壁厚 筒体材料的选用要根据所给相关数据来选取， 材料 Q345R， 屈服极限 b s = 345MPa内压圆筒壁厚的计算 设计压力 P = 1.1X0.1 = 0.11MPac5dPD一 P■i内压圆筒的计算厚度°11X 1000 + 2 = 2.3mm2 x 189 x 0.8 一 0.11取名义厚度为 6mm外压圆筒的计算与校核D =D +25 =1000+2X6=1012mmoin5 =6一2一0= 4mmeLcr=1.17 X1012葺? = 18833.3mm贝 V L = 700 +1 x 250 + 25 = 810mmL < Lcr筒体属于短圆筒，则此釜体的临界压力Pcr为Dr r/ 4 、2.5P = 2.59E0 丿 =2.59 x 2.1x105 x 巴12 丿=0.667MPacr L 810P[P ] = cr = m筒体的许用应力響=0-222MPa < p=044MPa因此厚度取为6 不合适，6 = 8mm 6 = 6mm现在取 n eI1012丿P = 2.59E v o 丿 =2.59 x 2.1x 105 x 丄 丿——=1.84MPacr L 810D o 1012P 1.84[P] = cr = = 0.61MPa > P = 0.44MPam3所以筒体6 n = 8mm ，此时筒体在承受内压和外压时强度均能满足要求筒体椭圆形封头的计算釜体的水压试验P = 1.25PTD 0 1012345=1.25 x 0.11 x345= 0.14 MPa 釜体水压试验压力取为 0.2 MPa 。

釜体压力试验前的应力校核 压力试验前，应按下式校核夹套应力P(D +6 )O = i —t 26e=0.2 x(1000 + 4)2^4= 25.1MPa0.9 忙 =0.9 x 0.8 x 345 = 248.4MPas液压试验时，O T满足OT - °.舛0s所以釜体试验前得应力校核满足要求第二章 反应釜附件的选型及尺寸设计2.1釜体法兰联接结构的设计设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计 2.1.1法兰的设计根据DN=1000mm、P = 0.1MPa，由JB/T 4700-2000表1选择甲型平焊法兰， 查《化工设备机械基础》表 10-2 得 D=1130mm D1=1090mm D2=1055mmD3=1045mm D4=1042mm d=23mm,法兰厚度为 40mm，总质量 65.1kg,螺栓 M20,32 个2. 1. 2采用平面密封2.1.3垫片的选用GB/T 3985石棉橡胶板，根据法兰 DN=1000mm PN=0.25MPa，查表10-12得 D=1044mm d=1004mm厚度取为 3mm2.1.4螺栓 、螺母的设计L = 26 + S + H + 2H +（0.3 〜O.5）D = 2 x 40+3 + 2 x 5 +（6 〜10 ） = 99 〜103 mm螺栓螺母的尺寸选用见《画法几何与机械制图》附录5,查F.2附表5公称长度 l=90mm，k=12.5mm垫圈采用标准弹簧垫圈h=5mm2.1.5垫片、螺栓、螺母材料的选用 由《化工设备机械基础》表10-15确定 甲型平焊法兰 Q345R石棉橡胶板 GB/T 3985螺栓 GB/T 699 35螺母 Q235-A2. 2管口结构 反应釜上设有各种工艺物料进出管口、温度计和压力表接口、用于观察釜内 搅拌反应情况的视镜、直径较大的反应釜上封头，还设有检修所需的人孔。

上述 管口的结构和有关标准均与一般容器的管口相同，但对进出口管需要另加注意2.2.1进料管口 进料管一般都从釜顶引入，液相进料管需伸进釜内，防止液料沿封头内壁流入法兰密封面，对密封面和釜壁产生局部腐蚀液相进料管下端管口呈 45°切 口，可使小流量时液流集中，减少静电2.2.2出料管口反应釜的出料有上出料和下出料两种方式当需要将釜内液料输送到较高位 置的设备中去或釜内液料有强腐蚀性或毒性而又无匹配的泵时，可利用压缩空气 或氮气将液料经压料管从上部压出，这就是上出料为减小因搅拌而引起的压料 管晃动，可用管卡或擦板将其固定下出料即在釜低中央开设一个卸料管口，适用于需将釜内物料放入另一个较 低位置的设备2.3接管垫片尺寸及材质2.4人孔的设计为了安装、检修操作的方便，需在容器顶部封头上开一个人孔或手孔，根据文献 知当 Di>1000mm 时，需设一人孔2.5 视镜的选择 视镜主要用来观察设备内物料及其反应情况，也可以作为液面指示镜常用的视 镜有三种：视镜、带颈视镜和压力容器视镜（分别有带颈与不带颈两种）在选 择视镜时，应优先选择不带颈的视镜，因为该视镜结构简单，不易结料，窥视范 围大；当视镜需要斜装或设备直径较小时，采用带颈视镜；压力容器视镜用于公 称压力较大的场合（>0.6MPa）。

由于釜内介质压力较低，且考虑DN=1000mm，由反应釜设计条件单可知，本设计 选用两个DN=125mm的不带颈视镜该类视镜具有结构简单，不易结料，窥视范 围大等优点.2.6 支座的选型及设计2.6.1 支座的选型及。