搅拌釜式反应器设计.docx

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1、1.8m3搅拌釜式反应器设计搅拌釜式反应器由搅拌器和釜体组成。搅拌器包括传动装置，搅拌轴（含轴封），搅拌桨；釜体包括筒体，夹 套和内件，盘管，导流筒等。工业上应用的搅拌釜式反应器有成百上千种，按反应物料的相态可分成均相反应器和非 均相反应器两大类。非均相反应器包括固-液反应器，液-液反应器，气-液反应器和气-液-固三相反应器。本次设 计的釜式反应器适用性广操作弹性大，是工业生产中最广泛使用的反应器。1前言1.1反应器的现状及发展前景反应釜的广义理解即有物理或化学反应的不锈钢容器，通过对容器的结构设计与参 数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混合功能。随之，反应过程中的压力要求 对容

2、器的设计要求也不尽相同。生产必须严格按照相应的标准加工、检测 并试运行。不锈钢反应 釜根据不同的生产工艺、操作条件等不尽相同，反应釜的设计结构及参数不同，即反应釜的结构 样式不同，属于废标的容器设备。不锈钢反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等生产型用户和各种 科研实验项目的研究，用来完成水解、中和、结晶、蒸镭、储存、氢化、煌化、聚合、缩合、加 热混配、恒温反应等工业过程的容器。反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进 料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、 压力、力学控制（搅拌、鼓风等）、

3、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。搅拌釜式反应器，这种反应器是工业生产中最广泛采用的反应器形式，适用于各种 相态物 料的反应。反应釜中设有各种不同型式的搅拌、传热装置，可适应不同性质的 物料和不同热效应 的反应，以保持反应物料在釜内合理地流动、混合和料号的传热。搅拌釜式反应器既可间隙操作 也可连续操作或半连续操作，既可单釜操作，又可多釜串联操作。搅拌釜式反应器的使用性广， 操作弹性大，浓度容易控制。它通常由釜体、换热装置。搅拌器和传动装置等构件组成。ilo图2封头下部结构Fig.2 Head lower part structure4.4传热面积的校核DN=1300釜体下封头的内表面积

4、Fh= 1.9340m2DN =1300筒体(1m高)的内表面积R=4.09m2夹套包围筒体的表面积Fs=Fi XH = 4.09 X 1.2=4.908 (m。(17)Fh+Fs= 1.9340+ 4.908 = 6.842( m)由于釜内进行的反应是放热反应，产生的热量不仅能够维持反应的不断进行，且 会引起釜 内温度升高。为防止釜内温度过高，在釜体的上方设置了冷凝器进行换热，因此不需要进行传热 面积的校核。如果釜内进行的反应是吸热反应，则需进行传热面积的校核，即：将Fh+Fs = 6.842 m与工艺需要的传热面积F=6.8mf进行比较。A + FsF ,所以不需要在釜内另设置蛇 管。5反

5、应釜釜体及夹套的压力试验5.1 釜体的水压试验5.1.1 水压试验压力的确定水压试验的压力：PT 1.25p4且不小于(p+0.1) MPa，(18)0当T1.8时取1.8。Pt=1.25 1.10.58 1=0.80MPaPT=0.80MPaP+0.1=0.68MPaPT=0.80MPa5.1.2 液压试验的强度校核1.2搅拌式反应釜结构设计及其工作原理示意图图1反应釜结构及原理图Fig.1 the reactor structure and schematic diagram2设计条件及设计内容分析由设计条件单可知，设计的反应釜可操作容积为1.8m3、搅拌装置配置的电动机功率为1.8 KW

6、搅拌轴的转速为60r/min、搅拌桨的形式为框式；加热的方式为用夹套内的导热油 进行电加热：装置上设有8个工艺接管、1个视镜、4个耳式支座、1个人孔（或固体物料进 口）。2.1反应釜设计的内容主要有：釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计夹套的强度、刚度计算和结构设计；设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰；人孔的选型及补强计算；支座选型及验算；视镜的选型：焊缝的结果与尺寸设计；电机、减速机的选型；搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计；选择联轴器；设计机架结构及尺寸:设计底盖结构及尺寸;选择轴圭寸形式；绘总装配图及搅拌轴零件图等。3反应釜釜体的设计3.1 釜体DN的确定3.1.1 釜体DN的确定选取

7、反应釜装料系数n =0.8，由V=W n，可得设备体积V=也T8=2.25 盂(1n 0.8)对于液一液相类型选取H/D=12由此，估算筒体的内径为4V 宅二 237nl将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径 D=1400mm3.2 釜体筒体壁厚的设计3.2.1 设计参数的确定取 P=1.1 Pw(3)P=1.1Pw=1.1 0.33=0.33MPa液体静力压力：1 1 1300 由于 Pl=0.1 =0.0143P则Sn=6mm设计合理。3.5.3 图算法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚 S = 6mm 贝 U： Se= =6-1.25 = 4.75 mm ,Do Di2Sn=1212 ,

8、 DVSe 1212/4.75 255.16L7 Do 1265/12121.043在文献【2】305页中图15- 4中的L / D。坐标上找到1.102的值，由该点做水平线与 对应的 D4Se255.16线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应为： A (00029。由文献307页中图15- 7中选取，在水平坐标中找到A=2.9 X 10-4点，由该点做竖线与 对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数B的值为：B 37MPaE =1.900 X 05MPaoB37根据p =得：网=0.145( MPa ).(10)Do/Se1212/4.75因为p=0.1

9、MPa p=0.145MPa，所以假设&二6mm合理，取封头的壁厚& =6 M。由文献0316页表16-3知，DN 1200、&二6 mm的筒体1 m高筒节钢板的质量约178kg，则筒体质量为:178X1.360=242.08 ( kg )又知1m高的内表面积Fi 4.77m2故筒体的内表面积：Fs = F1.425 4.77 1.425 6.80 m2(11)3.6外压封头壁厚得设计3.6.1 设计外压得确定Pc=0.1MPa 362封头壁厚得计算设封头的壁厚为S=6mm S=S-C=4.75mm对于标准椭球形封头K=0.9 ,R=KD=0.9 1200=1080mm(12)R/Se=108

10、0/4.75=227.4计算系数 A=0.125/(Ri/Se)= 5.500 W4由 A=5.500 10-4可确定 B查表 15-7 得 B=63MPa E=1.91 =1.91105MPa2由P=B/(R i/Se)得P=63 心 080/4.75)=0.2770Mpa=2.770Kgf/cmP=1.0Kgf/cm2P=2.770Kgf/cm 2彳段设 S=6mn 合理。4反应釜夹套得设计4.1 夹套釜体DNPN得确定4.1.1 夹套釜体DN得确定Di=D i+100=1300+100=1400mm所以 DN=1400mm4.1.2 夹套釜体PN得确定Pw=0.4MPa P=1.1 Pw

11、=0.44MPa4.2 夹套筒体的设计4.2.1 设计参数的确定因为釜体内反应物浓度与水相近，故按水计算反应物静压，即：液=9八=1.0 103 9.8 1.265 1O-6=o oi24MPa( 13)小P液0.0124八0100%100% 11% 5%( 14)P0.1 1.1P液不能忽略Pc=p+P 液=0.1 1.1+0.0124=0.1224MPa,由于夹套内的温度为125c150c故取 t=150 C,查 Q235-A 的=113MPa4.2.2 夹套筒体壁厚的设计按强度条件设计由公式 S=PcD/2 r-Pc+C(15)得 Sd=(0.1224 1400)/(2 113 0.6-

12、0.1224)+1.0+0.6=2.8642mm圆整 Sd=3mm S=S因此假设合理由Pc=o.1 MPa0.3MPa按强度设计的壁厚不能满足刚度要求,需按刚度条件重新计D=15003800mm Sin=2D/1000+C2 =4mm所以Sn=4mm对于碳钢制造的筒体壁厚取423 夹套局体日勺身度确定 u Vvh Vo Vh 1.8 Hj= ySn= 6mm选取夹套高度4j=D200mm,则 -H=200mm这样是便于筒(16)体法兰螺栓拆装的。4.3 夹套封头的设计4.3.1 封头的选型由所给题目可得封头采用椭球封头，类型是 EHA4.3.2 设计参数的确定因为釜体内反应物浓度与水相近，故

13、按水计算反应物静压，即：P 液=9卜=1.01 039.8 1.265 1 0 6=0.0124MPaQAP液100% 4 100% 11% 5%P液不能忽略P0.1 1.1Pc=P+P 液=0.1 1.1+0.0124=0.1224MPa4.3.3 封头的壁厚的设计设夹套圭寸头的壁厚S=3mm t=113MPa C=0.6mm C=1 mm由公式 S=PcD/2卜0 5P c+c得 S=(0.1224 1400)/(2113 0.6-0.50.1224)+1.6=2.864mm圆整 Sd=3mm S=S因此假设合理与筒体取一致，故S=4mm因为Sn=4mm EH为了便于生产，所以夹套筒体厚度和封头厚度为6mm4.3.4 封头的直边尺寸、体积与重量的确定表1封头的尺寸Table 1 the size of head公称直DN/mm总深度H/mm内表面积A/m容积V/m314003752.23460.39774.3.5封头结构的设计封头的下部结构如图2-1。由设备设计条件单知：出料口的DN=65mm，封头下部结构的主要结构尺寸Dmin=180D2