1、2.4 m3攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì)攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì) 摘摘 要要 本文設(shè)計(jì)的攪拌設(shè)備是攪拌反應(yīng)釜，反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)采用夾套式。內(nèi)筒介質(zhì)是染料 及有機(jī)溶劑，設(shè)計(jì)壓力為 0.7MPa；夾套內(nèi)介質(zhì)為冷卻水或蒸汽，設(shè)計(jì)壓力為 0.9MPa； 主體材質(zhì)為 Q345R，攪拌速度為 50r/min，反應(yīng)釜體積為 2.4m3，操作體積為 2.0m3，軸 功率為 1.4KW。 攪拌反應(yīng)釜主要由筒體和夾套組成，多為中、低壓壓力容器；攪拌裝置由攪拌器 和攪拌軸組成；傳動(dòng)裝置是為攪拌裝置設(shè)置的，主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器和傳 動(dòng)軸等組成；軸封裝置為動(dòng)密封，一般采用機(jī)械密封或填料密封；它們與支座、人孔、 工藝接管等附件一起，構(gòu)成完整

2、的攪拌反應(yīng)釜。 設(shè)計(jì)方法采用壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)方法，遵循化工設(shè)備要求，按照 GB150- 98鋼制壓力容器等技術(shù)法規(guī)執(zhí)行，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括釜體（內(nèi)筒與夾套）強(qiáng)度、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、校核和水壓試驗(yàn)；攪拌裝置設(shè)計(jì)與校核；傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)以及反應(yīng)釜其他零 部件設(shè)計(jì)等。 反應(yīng)釜作為攪拌設(shè)備的一種，其應(yīng)用前景廣泛，尤其在石油與化工行業(yè)中更是得 到了廣泛的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 反應(yīng)釜；釜體；攪拌裝置；傳動(dòng)裝置；附件 Abstract This design of mixing equipment is stirred tank reactor with jacket. Inner tube is a dye and

3、an organic solvent medium and the design pressure is 0.7Mpa.jacket cooling medium is water or steam and the design pressure ois 0.9MPa; The main material is Q345R, stirring speed is 50r/min, reactor volume is 2.4m3, operating volume is 2.0m3 and shaft power is 1.4KW。 stirred tank reactor is mainly c

4、omposedof the cylinder and the jacket ，mostly in medium and low-pressure vessels.The mixing device composed by a stirrer and agitator shaft.The gearing is set for the stirring device, mainly consists of motor, reducer, couplings and shafts and other components; seal device is dynamic seal, generally

5、 use mechanical seal or packing.All of them with support, manholes, and other accessories with the takeover process constitute a complete stirred tank reactor. Pressure vessel design using conventional design methods, follow the chemical equipment requirement, according to GB150-98 steel pressure ve

6、ssel and other technical enforcement.The designed mainly includes kettle body (inner tube and jacket) strength, structural design, school nuclear and hydraulic test, stirring device design and checking, gear design and other reactor components design. Reactor as a stirring device has broad applicati

7、on prospects, especially in the oil and chemical industry it has been even more widely used. Keywords reactor；kettle；stirring device；gearing；attachment 目錄目錄 引言.- 1 - 第 1 章 緒論.- 3 - 1.1 反應(yīng)釜研究的背景及意義.- 3 - 1.2 反應(yīng)釜的研究現(xiàn)狀.- 3 - 1.3 反應(yīng)釜的發(fā)展趨勢(shì).- 4 - 第 2 章 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì).- 6 - 2.1 釜體 、的確定.- 6 -DNPN 2.2 釜體筒體壁厚的設(shè)計(jì).-

8、6 - 2.3 釜體封頭的設(shè)計(jì).- 7 - 2.4 筒體長(zhǎng)度的設(shè)計(jì).- 7 -H 2.5 外壓筒體壁厚的設(shè)計(jì).- 8 - 2.6 外壓封頭壁厚的設(shè)計(jì).- 8 - 第 3 章 反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì).- 10 - 3.1 夾套的、的確定.- 10 -DNPN 3.2 夾套筒體的設(shè)計(jì).- 10 - 3.3 夾套封頭的設(shè)計(jì).- 10 - 3.4 傳熱面積的校核.- 11 - 第 4 章 反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗(yàn).- 12 - 4.1 釜體的水壓試驗(yàn).- 12 - 4.2 釜體的氣壓試驗(yàn).- 12 - 4.3 夾套的液壓試驗(yàn).- 13 - 第 5 章 反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計(jì).- 15 - 5.1 釜體

9、法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).- 15 - 5.2 工藝接管的設(shè)計(jì).- 16 - 5.3 接管墊片尺寸及材質(zhì).- 18 - 5.4 人孔的設(shè)計(jì).- 19 - 5.5 視鏡的選型.- 20 - 5.6 支座的選型及設(shè)計(jì).- 21 - 第 6 章 攪拌裝置的設(shè)計(jì).- 23 - 6.1 攪拌軸直徑的初步計(jì)算.- 23 - 6.2 攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算.- 23 - 6.3 聯(lián)軸器的選擇.- 23 - 6.4 攪拌器的設(shè)計(jì).- 24 - 6.5 攪拌軸尺寸的設(shè)計(jì).- 26 - 第 7 章 傳動(dòng)裝置的選型和尺寸計(jì)算.- 27 - 7.1 電動(dòng)機(jī)的選型.- 27 - 7.2 減速器的選型.- 27 - 7.3 機(jī)

10、架的設(shè)計(jì).- 27 - 7.4 底座的設(shè)計(jì).- 28 - 7.5 凸緣法蘭的選型.- 29 - 7.6 密封形式的選擇.- 29 - 7.7 安裝底蓋與密封箱體、機(jī)架的配置.- 30 - 第 8 章 焊縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算.- 31 - 8.1 釜體上的主要焊縫結(jié)構(gòu).- 31 - 8.2 夾套上的焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).- 32 - 8.3 封頭開人孔后被削弱的金屬面積的計(jì)算.- 33 - 8.4 有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)起補(bǔ)強(qiáng)作用的金屬面積的計(jì)算.- 33 - 8.5 判斷是否需要補(bǔ)強(qiáng)的依據(jù).- 34 - 結(jié)論與展望.- 35 - 致謝.- 36 - 參考文獻(xiàn).- 37 - 附錄.- 38 - 附錄 A：主

11、要參考文獻(xiàn)摘要及題錄.- 38 - 附錄 B：英文原文及翻譯.- 40 - 插圖清單插圖清單 圖 2-1 橢圓型封頭結(jié)構(gòu)9 圖 3-1 夾套下封頭的結(jié)構(gòu) 11 圖 3-2 夾套上封頭的結(jié)構(gòu) 11 圖 5-1 乙型平焊法蘭結(jié) 構(gòu)15 圖 5-2 墊片結(jié) 構(gòu)15 圖 5-3 蒸汽入口結(jié) 構(gòu)17 圖 5-4 突面板式平焊法蘭結(jié) 構(gòu)17 圖 5-5 墊片結(jié)構(gòu)形 式18 圖 5-6 人 孔19 圖 5-7 視 鏡21 圖 6-1 聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)形式及尺 寸24 圖 6-2 C 型凸緣聯(lián)軸器軸頭24 圖 6-3 攪拌器型 式25 圖 6-4 槳式攪拌器的結(jié) 構(gòu)25 圖 7-1 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及安裝尺 寸27 圖

12、7-2 機(jī)架結(jié)構(gòu) 28 圖 7-3 底座的型式及尺寸 29 圖 7-4 凸緣法蘭結(jié)構(gòu)型式及尺寸 29 圖 7-5 填料密封結(jié)構(gòu)型式 30 圖 7-6 安裝底蓋與密封箱體、機(jī)架的配置結(jié) 構(gòu)30 表格清單表格清單 表 2-1 幾種攪拌設(shè)備筒體的高徑比6 表 3-1 封頭尺寸 11 表 5-1 法蘭結(jié)構(gòu)尺寸 15 表 5-2 墊片的尺寸 16 表 5-3 法蘭、墊片、螺栓、螺母材料 16 表 5-4 板式平焊法蘭的尺寸 18 表 5-5 各法蘭墊片尺寸明細(xì)表 19 表 5-6 回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔的尺寸 20 表 5-7 PN1.0DN400 人孔的明細(xì)表20 表 5-8 視鏡材料 21 表 5-

13、9 B 型耳式支座的尺寸22 表 6-1 漿式攪拌器的尺寸 25 表 7-1 機(jī)架尺寸 28 引言引言 反應(yīng)釜的廣義理解即有物理或化學(xué)反應(yīng)的容器，通過(guò)對(duì)容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)配 置，實(shí)現(xiàn)工藝要求的加熱、蒸發(fā)、冷卻及低高速的混配功能。由于反應(yīng)過(guò)程中的壓力 不同對(duì)容器的設(shè)計(jì)要求也不盡相同。不銹鋼反應(yīng)釜廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng) 藥、染料、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)型用戶和各種科研實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究，用來(lái)完成水解、中 和、結(jié)晶、蒸餾、蒸發(fā)、儲(chǔ)存、氫化、烴化、聚合、縮合、加熱混配、恒溫反應(yīng)等工 藝過(guò)程的容器。反應(yīng)釜是綜合反應(yīng)容器，根據(jù)條件對(duì)反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)功能及配置附件的設(shè) 計(jì)。從開始的進(jìn)料到出料均能夠以較高的自動(dòng)化程

14、度完成預(yù)先設(shè)定好的步驟要求，對(duì) 反應(yīng)過(guò)程中的溫度、壓力等重要參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)整。 1.反應(yīng)釜常見的類型 反應(yīng)釜根據(jù)材質(zhì)可大致分為一下幾種類型： 不銹鋼反應(yīng)釜 不銹鋼反應(yīng)釜由釜體、夾套、攪拌器、傳動(dòng)裝置、軸封裝置和其他附件等組成。 材質(zhì)一般有碳鋼、不銹鋼以及其他合金或復(fù)合材料；根據(jù)反應(yīng)釜的制造機(jī)構(gòu)可分為開 式平蓋式反應(yīng)釜、開式對(duì)焊法蘭是反應(yīng)釜和閉式反應(yīng)釜三大類。攪拌形式一般有錨式、 漿式、渦輪式、推進(jìn)式或框式等，攪拌裝置在高徑比較大時(shí)，可采用多層攪拌槳葉， 也可根據(jù)用戶要求任意匹配。密封形式可分為：填料密封、機(jī)械密封和磁力密封。加 熱方式有電加熱、熱水加熱、導(dǎo)熱油循環(huán)加熱、外（內(nèi)）盤管加熱等；冷

15、卻方式為夾 套冷卻和釜內(nèi)盤管冷卻。廣泛應(yīng)用于石油、化工、食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、科研等行業(yè)， 是用業(yè)完成聚合、縮合、硫化、烴化、氫化等化學(xué)工藝過(guò)程，出及有機(jī)染料和中間體 許多工藝過(guò)程的反應(yīng)設(shè)備。 搪玻璃反應(yīng)釜 搪玻璃反應(yīng)釜是將含高二氧化硅的玻璃，襯于鋼制容器的內(nèi)表面，經(jīng)高溫的灼燒 而牢固的密著于金屬表面上成為復(fù)合材料制品。因此搪玻璃反應(yīng)器具有玻璃的穩(wěn)定性 和金屬?gòu)?qiáng)度的雙層優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的耐腐蝕設(shè)備。技術(shù)規(guī)范：使用壓力：0.2- 0.8Mpa；耐酸性：對(duì)各種有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸、有機(jī)溶劑均有較好的抗蝕性；耐堿性：對(duì) 堿性溶液抗蝕性較酸溶液差。操作溫度：設(shè)備加熱或冷卻時(shí)，應(yīng)緩慢進(jìn)行。瓷層厚度： 玻璃設(shè)備的瓷

16、層厚度 磁力攪拌反應(yīng)釜 磁力攪拌反應(yīng)釜的關(guān)鍵部件磁力耦合傳動(dòng)器是一種利用永磁材料進(jìn)行耦合傳動(dòng)的 傳動(dòng)裝置，改變了傳統(tǒng)機(jī)械密封和填料密封的那種能過(guò)軸套或填料密封攪拌軸的動(dòng)密 封結(jié)構(gòu)為靜密封結(jié)構(gòu)，釜內(nèi)介質(zhì)完全處于由釜體與密封罩體構(gòu)成的密封腔內(nèi)，徹底解 決了填料密封和機(jī)械密封因動(dòng)密封而造成的無(wú)法克服的泄露問(wèn)題，使反應(yīng)介質(zhì)絕無(wú)任 何泄露和污染。是國(guó)內(nèi)目前進(jìn)行高溫、 高壓下的化學(xué)反應(yīng)最為理想的裝置，特別是進(jìn) 行易燃、易爆、有毒介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，更加顯示出它的優(yōu)越性。 不飽和聚酯樹脂全套設(shè)備 不飽和聚酯樹脂全套設(shè)備由立式冷凝器、臥式冷凝器、反應(yīng)釜、儲(chǔ)水器、分餾柱 五部分組成，適用范圍：用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂

17、、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、ABS 樹脂、 油漆的關(guān)鍵設(shè)備。 電加熱反應(yīng)釜 電加熱反應(yīng)釜具有加熱迅速、耐高溫、耐腐蝕、衛(wèi)生、無(wú)環(huán)境污染、無(wú)需鍋爐自 動(dòng)加溫、使用方便等特點(diǎn)。用電熱棒加熱夾套里面的導(dǎo)熱油，使導(dǎo)熱油溫度升到所需 要的溫度，然后有測(cè)溫控制儀控制電熱棒使其斷電恒溫。是在吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的 基礎(chǔ)上研制成功的新型產(chǎn)品，廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、食品、天然調(diào)味品、食品添 加劑、輕工等行業(yè)。 2.攪拌反應(yīng)釜 攪拌反應(yīng)釜是化學(xué)、醫(yī)藥及食品等工業(yè)中常用的典型反應(yīng)設(shè)備之一。他是一種在 一定壓力和溫度下，借助攪拌器將一定容積的兩種（或多種）液體與液體及液體與固 體或氣體物料混均，促使其化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備，通常伴

18、有熱效應(yīng)，有換熱裝置將所需的 熱量輸入或?qū)⑸傻臒崃恳瞥?。攪拌反?yīng)釜按攪拌裝置的安裝形式可分為立式、臥式、 傾斜式和底攪拌等；按攪拌形式可分為漿式、框式、錨式和推進(jìn)式、渦輪式等。本文 所設(shè)計(jì)的攪拌反應(yīng)釜為漿式攪拌反應(yīng)釜。 漿式攪拌反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，它的攪拌葉一般以扁鋼制造，當(dāng)釜內(nèi)物料對(duì) 碳鋼有顯著腐蝕性時(shí)，可用合金鋼或有色金屬制成，也可以用鋼制外包橡膠或環(huán)氧樹 脂，酚醛玻璃布等方法。槳葉安裝形式分為平直葉和折葉兩種。平直葉是頁(yè)面與旋轉(zhuǎn) 方向互相垂直；折葉則是與旋轉(zhuǎn)方向成一斜角度。平直葉主要使物料產(chǎn)生切向方向的 流動(dòng)，加攪拌擋板后可產(chǎn)生一定的軸向攪拌效果。折葉與直葉相比軸向分流略多。漿 式

19、攪拌器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度較慢，一般為 10-100r/min,圓周速度在 1.5-3m/s 范圍內(nèi)比較合適。 廣泛應(yīng)用于促進(jìn)傳熱可溶固體的混合與溶解以及需在慢速攪拌情況下，如攪拌被混合 的液體及帶有固體顆粒的液體都是很有效果的。 第第 1 章章 緒論緒論 1.1 反應(yīng)釜研究的背景及意義 隨著中國(guó)的發(fā)展越來(lái)越快，反應(yīng)釜化工產(chǎn)品的出口量逐漸增加。全球?qū)Ω咝?，?質(zhì)化工產(chǎn)品的需求也日益增長(zhǎng)，隨著企業(yè)產(chǎn)生對(duì)科學(xué)研究技術(shù)的需求，強(qiáng)力渴望生產(chǎn) 技術(shù)，生產(chǎn)設(shè)備的提高、進(jìn)步和需求，進(jìn)行國(guó)際間交流，將是中國(guó)成為全球化工制造 業(yè)中心，為化工設(shè)備帶來(lái)巨大的市場(chǎng)潛力。 同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)生活環(huán)境的要求逐漸提高，

20、 ，化工產(chǎn)業(yè)所制造 出的產(chǎn)品在我們的日常生活當(dāng)中也隨處可見，為了能夠制造出更好的化工產(chǎn)品，不僅 對(duì)加工工藝提出了新的要求，也對(duì)其生產(chǎn)設(shè)備有了更新的要求，而反應(yīng)釜作為精細(xì)化 工當(dāng)中必不可缺的設(shè)備，更是成為重中之重。 鑒于攪拌反應(yīng)釜是化工行業(yè)當(dāng)中普遍使用的釜類設(shè)備，因此，如何能夠?qū)F(xiàn)有的 攪拌反應(yīng)釜類設(shè)備進(jìn)行新的改進(jìn)和加工，對(duì)于化工產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)具有非常重要的意義，而 且它可以應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科技活動(dòng)、國(guó)防建設(shè)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)還可以 擴(kuò)化工設(shè)備的出口，促進(jìn)對(duì)外貿(mào)易和交流，因而對(duì)于振興我國(guó)的化工機(jī)械工業(yè)具有重 大的作用，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也具有極為深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意 義。 1.

21、2 反應(yīng)釜的研究現(xiàn)狀 反應(yīng)釜自 1912 年發(fā)明以來(lái)取得迅猛發(fā)展，至今全球仍以每年 35%的速度遞增。 我國(guó)也正處于快速發(fā)展當(dāng)中，所以對(duì)其生產(chǎn)以及各類型的消費(fèi)應(yīng)用也保持在非常高的 水平。但是由于科學(xué)技術(shù)的限制，我國(guó)研制的反應(yīng)釜以及在應(yīng)用上跟國(guó)外相比，還是 有一定差距的。 首先，國(guó)外所制造的反應(yīng)釜，除了燃料行業(yè) 20000-40000L，其他的均可達(dá)到 120m3；而我國(guó)多在 6000L 以下。因?yàn)榉磻?yīng)釜的容積小大與產(chǎn)量，批量生產(chǎn)中的質(zhì)量誤 差以及降低產(chǎn)品成本都有著密切相關(guān)的關(guān)系，所以這也限制了我國(guó)化工產(chǎn)品的質(zhì)量， 成本以及銷量。其次，國(guó)外的自動(dòng)化水平高，在大工廠當(dāng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電腦自動(dòng)化生 產(chǎn)，

22、而我國(guó)的設(shè)備操縱還是普遍存在手工操作，這影響了產(chǎn)品的產(chǎn)量以及質(zhì)量，同時(shí) 對(duì)人身體的健康也有一定的影響。再者，在反應(yīng)釜的構(gòu)成上，已經(jīng)由單一攪拌器發(fā)展 到雙攪拌器或外加泵的強(qiáng)制循環(huán)，而國(guó)外更是除了裝有攪拌器外，還使釜體沿水平線 旋轉(zhuǎn)，從而提高反應(yīng)速度。 雖然我國(guó)跟國(guó)外在反應(yīng)釜的研制與應(yīng)用上還有一定差距，但我國(guó)在這一領(lǐng)域上也 一直處于高速增長(zhǎng)期，反應(yīng)釜生產(chǎn)和消費(fèi)應(yīng)用的已廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工、食 品、釀酒、制藥、家電、水電、機(jī)械、建筑、市政和各種民用器具中。 1990 年我國(guó)反應(yīng)釜消費(fèi)量為 26 萬(wàn)噸，1999 年為 153 萬(wàn)噸，2000 年為 173 萬(wàn)噸， 2001 年為 225 萬(wàn)噸，2

23、004 年反應(yīng)釜消費(fèi)量達(dá)到 447 萬(wàn)噸左右，居全世界第一位，2006 年反應(yīng)釜消費(fèi)量達(dá)到 600 萬(wàn)噸以上，其中鉻鎳奧氏體反應(yīng)釜的消費(fèi)量占反應(yīng)釜總消費(fèi) 量的 75%80%。反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)調(diào)整和含鎳生鐵的使用也使人們看淡鎳的需求前景。近 年來(lái)，為降低鎳消耗量，反應(yīng)釜生產(chǎn)商從生產(chǎn)常規(guī)的奧氏反應(yīng)釜（含 8%的鎳）轉(zhuǎn)向生 產(chǎn)低鎳（含 1-2%的鎳及 8-10%的錳）或無(wú)鎳反應(yīng)釜，今年我國(guó)鐵素體反應(yīng)釜的產(chǎn)量有 望達(dá) 200 萬(wàn)噸。此外，不銹鋼反應(yīng)釜含鎳生鐵的應(yīng)用替代了金屬鎳的部分需求，今年 我國(guó)從東南亞等地進(jìn)口了大量鎳礦，反應(yīng)釜廠含鎳生鐵的使用量將達(dá)到 200 萬(wàn)噸左右， 占反應(yīng)釜行業(yè)鎳用量的 35。從而

24、可見中國(guó)在這一領(lǐng)域發(fā)展的快速。 隨著近年來(lái)全球氣候變暖，在化工行業(yè)的發(fā)展的同時(shí)，對(duì)其產(chǎn)生的污染控制也越 來(lái)越嚴(yán)格，所以，從大的趨勢(shì)上來(lái)看，未來(lái)反應(yīng)釜的發(fā)展，將從節(jié)能，環(huán)保以及更高 的工藝操作，材料等方面著手，以滿足市場(chǎng)與發(fā)展潮流的變化。 1.3 反應(yīng)釜的發(fā)展趨勢(shì) 對(duì)于攪拌反應(yīng)釜的研究，除功率問(wèn)題外，有關(guān)攪拌的流體力學(xué)研究具有重要意義。 這方面已做了許多工作，但尚需擴(kuò)大和深入。在液體中進(jìn)行攪拌時(shí)，攪拌器的功能不 僅引起液體的整個(gè)運(yùn)功，而且要在液體中產(chǎn)生湍動(dòng)，湍動(dòng)程度與攪拌器使液體旋轉(zhuǎn)而 產(chǎn)生的旋渦現(xiàn)象有密切關(guān)系。這些旋渦因經(jīng)常地互相撞擊和破裂，使液體受到劇烈的 攪拌。由此可見在攪拌操作中，對(duì)于流

25、體力學(xué)理論的研究是極其重要的。 近代化學(xué)工業(yè)中，流動(dòng)的物料不再只是一些低粘度的牛頓型流體，許多高粘度流 體也常常遇到，尤其是各種各樣的高分子溶液以及混有催化劑粒子的漿狀流體等非牛 頓型流體的應(yīng)用日益廣泛。它們與通常的牛頓型流體具有不同的流動(dòng)特性，所以對(duì)于 非牛頓型液體的研究是當(dāng)今的一個(gè)重要課題。對(duì)高粘度液休，特別是非牛頓型流體的 攪拌傳熱的研究，也是近年來(lái)的一個(gè)方向。聚合釜的傳熱特性與其中所用的攪拌器的 型式關(guān)系甚大。對(duì)于各種常用攪拌器型式的反應(yīng)釜之傳熱，前人給出了許多方程式， 近年來(lái)在一些文章中也補(bǔ)充丁有關(guān)反應(yīng)釜的傳熱系數(shù)的推算公式。 關(guān)于攪拌器，除非遇有特殊的任務(wù)，需要特殊設(shè)計(jì)之外，現(xiàn)有的

26、各種攪拌器，尤 其常用的框式、平漿式、推進(jìn)式和渦輪式等已足夠應(yīng)用。而且這些攪拌器已有相應(yīng)的 標(biāo)準(zhǔn)，所以對(duì)已有攪拌器性能的深刻了解。應(yīng)予以更多的注意，以便使它們?cè)谑褂弥?能夠充分發(fā)揮作用。渦輪式攪拌器現(xiàn)正被廣泛使用，因?yàn)檫@種攪拌器在工業(yè)上適應(yīng)性 是很大的，它幾乎能有效地完成所有的攪拌任務(wù)，并能處理那些特別是化學(xué)工業(yè)中經(jīng) 常遇到的各種粘度的物料。 反應(yīng)釜的軸封多是用填料密封和機(jī)械密封。一百多年前，初期的密封都是采用一 些天然材料如皮革和浸油繩等作為軸封。以后油浸繩密封逐漸發(fā)展成為今天的軟填料 密封。由于石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，易燃易爆物質(zhì)比較多，對(duì)密封性能要求較嚴(yán)， 19351945 年間在英美等國(guó)均

27、開始研究和應(yīng)用機(jī)械密封，并得到到較快發(fā)展。機(jī)械密 封較填料密封有很多優(yōu)點(diǎn)：泄漏量極少。機(jī)械密封的泄漏量是填料密封的 1%。 摩擦功率損失相當(dāng)小。由于接觸面的摩擦系數(shù)很小，因此，機(jī)械密封的功率損失約為 填料密封的 l015%。使用壽命長(zhǎng)。一般質(zhì)量好的機(jī)械密封可用 25 年，在正常工 作條件下不需要維護(hù)調(diào)整。對(duì)軸的精度和光潔度的要求沒(méi)有填料密封那樣嚴(yán)格，耐振 性能好。當(dāng)軸擺動(dòng)較大時(shí)，機(jī)械密封也能良好工作。同時(shí)，軸對(duì)密封腔孔的偏斜也不 十分敏感，減少了軸或軸套的磨損。在軸有防腐蝕涂層時(shí)(噴，涂、襯、搪、包等)，能 克服填料密封將防腐層磨損或破壞的缺點(diǎn)。機(jī)械密封的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝拆不便， 對(duì)動(dòng)環(huán)和靜

28、環(huán)的表面光潔度及平直度要求高，不易加工，成本較高。但和優(yōu)點(diǎn)相比只 占次要地位。因而機(jī)械密封已日益得到廣泛應(yīng)用。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備有大型化發(fā)展的趨勢(shì)，也要求攪拌設(shè)備大型化。如國(guó) 外聚合釜的容積已由最初的 840m3擴(kuò)大到 60100m3，最大的已達(dá)到 140m3。采用大 型聚合釜可大大減少操作和檢修人員，有利于自動(dòng)化，減少投資，提高生產(chǎn)率，穩(wěn)定 產(chǎn)品質(zhì)量。隨著容積的大型化，釜型逐漸由細(xì)長(zhǎng)型向矮胖型發(fā)展，而且采用底部攪拌 的方式越來(lái)越多。 總的來(lái)說(shuō)，隨著設(shè)備行業(yè)的發(fā)展，反應(yīng)釜要求越來(lái)越高。化工生產(chǎn)對(duì)反應(yīng)釜的具 體要求和發(fā)展趨勢(shì)如下： 1、大容積化，這是增加產(chǎn)量、減少批量生產(chǎn)之間的質(zhì)量誤差、

29、降低產(chǎn)品成本的有 效途徑和發(fā)展趨勢(shì)。染料生產(chǎn)用反應(yīng)釜國(guó)內(nèi)多為 6000L 以下，其它行業(yè)有的達(dá) 30m； 而其它行業(yè)可達(dá) 120 m。 2、反應(yīng)釜的攪拌器，已由單一攪拌器發(fā)展到用雙攪拌器或外加泵強(qiáng)制循環(huán)。國(guó)外， 除了裝有攪拌器外，尚使釜體沿水平線旋轉(zhuǎn)，從而提高反應(yīng)速度。 3、以生產(chǎn)自動(dòng)化和連續(xù)化代替笨重的間隙手工操作，如采用程序控制，既可保證 穩(wěn)定生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加收益，減輕體力勞動(dòng)，又可消除對(duì)環(huán)境的污染。 4、合理地利用熱能，選擇最佳的工藝操作條件，加強(qiáng)保溫措施，提高傳熱效率 使熱損失降至最低限度，余熱或反應(yīng)后產(chǎn)生的熱能充分地綜合利用。熱管技術(shù)的應(yīng)用 將是今后的發(fā)展方向。 第第 2 章

30、章 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì)反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì) 2.1 釜體 、的確定DNPN 2.1.1 釜體的確定DN 由文獻(xiàn)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)表 8-5 可知幾種攪拌設(shè)備筒體的高徑比如表 2-1： 表 2-1 幾種攪拌設(shè)備筒體的高徑比 種類筒體內(nèi)物料類型高徑比 反應(yīng)釜、混合槽液-液或液-固體系1-1.3 反應(yīng)釜、分散槽氣液體系1-2 聚合釜懸浮液、乳化液2.08-3.85 攪拌發(fā)酵罐氣-液體系1.7-2.5 由給定參數(shù)：反應(yīng)釜內(nèi)介質(zhì)為染料和有機(jī)溶劑，由表選取高徑比 i=1.3 將釜體視為筒體，由 V=(/4)，L=1.3則， 2 i D L i D （2-1） 3 4 i i D H V D Di=1330mm 圓整

31、Di=1400mm 2.1.2 釜體 PN 的確定 因設(shè)計(jì)壓力 p0.7，故：1.0MPaPNMPa 2.2 釜體筒體壁厚的設(shè)計(jì) 2.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 設(shè)計(jì)壓力：0.7MPa；pp 計(jì)算壓力： = = 0.7； c p c ppMPa 設(shè)計(jì)溫度 ： t110；t 焊縫系數(shù)： 0.85（面焊全焊透對(duì)接接頭，局部無(wú)損檢測(cè)） ； 材料選擇：Q345R（熱處理下高強(qiáng)度，韌性好，焊接性能與成型性能良好， 耐腐蝕性能優(yōu)良） ； 許用應(yīng)力：根據(jù)材料 Q345R、設(shè)計(jì)溫度 55，由文獻(xiàn)1表 D-1 知189 t t ；MPa 鋼板負(fù)偏差：由文獻(xiàn)2 表 14-6 得0.25 （GB6654-96） 1 C

32、 1 C 腐蝕裕量：1.0（雙面腐蝕） 。 2 C 2 Cmm 2.2.2 筒體壁厚的設(shè)計(jì) 由公式設(shè)計(jì)壁厚 得： 2 2 ci d t c p D SC p mmSd06 . 4 1 7 . 085 . 0 1892 4 . 17 . 0 考慮，則=+=4.31， 1 C n S d S 1 Cmm 經(jīng)圓整并考慮鋼板常用規(guī)格，取故筒體的壁厚取 Sn=6mm 2.3 釜體封頭的設(shè)計(jì) 2.3.1 封頭的選型 由文獻(xiàn)2316 頁(yè)表 16-3 選釜體的封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球型，代號(hào) EHA、標(biāo)準(zhǔn) JB/T47462002。 1.3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 Pc=0.7MPa 1.0（整板沖壓） ； 0.25（GB

33、6654-96） ；1.0。 1 Cmm 2 Cmm 2.3.3 封頭的壁厚的設(shè)計(jì) 由公式 21 5 . 02 cc p Dp c t ic n 得 mm n 49 . 4 0 . 125 . 0 24 . 3 圓整得 mm n 6 根據(jù)規(guī)定，封頭壁厚與筒體壁厚一致，所以封頭壁厚為 6mm。 2.3.4 封頭的直邊尺寸、體積及重量的確定 根據(jù) DN=1400mm，由文獻(xiàn)2318 頁(yè)表 16- 5 知： 直邊高度： 25 體積： 0.398 1 hmm F V 3 m 曲邊深度： 350 內(nèi)表面積 A： 2.2346 2 hmm 2 m 質(zhì) 量 m: 102.9kg 2.4 筒體長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)H 2

34、.4.1 筒體長(zhǎng)度 H 的設(shè)計(jì) ， TF VVV TF VVV 2 4 iF D HVV =1299mm 2 4 F i VV H D 圓整得: H =1300mm 2.4.2 釜體長(zhǎng)徑比的復(fù)核/ i L D 196. 1 1400 350251300 21 i iD hhH D L 在 1.01.3 之間，滿足要求。 2.5 外壓筒體壁厚的設(shè)計(jì) 2.5.1 設(shè)計(jì)外壓的確定 由設(shè)計(jì)條件可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的壓力為 0.9MPa，取設(shè)計(jì)外壓=0.9。pMPa 2.5.2 圖算法設(shè)計(jì)筒體的壁厚 設(shè)筒體的壁厚12，則：=12-2= 10， n Smm e S n SCmm2 oin DDS =1420，

35、 4 .142 10 1424 0 e S D mm 筒體的計(jì)算長(zhǎng)度： = H+2h1L =1300+225 =1350()mm 948.0 1424 1350 0 D L 在文獻(xiàn)2中圖 15- 4 的坐標(biāo)上找到 0.948 的值，由該點(diǎn)做水平線與對(duì)應(yīng)的/ o L D 線相交，沿此點(diǎn)再做豎直線與橫坐標(biāo)相交，交點(diǎn)的對(duì)應(yīng)值為：948. 0 0 DL 0.0001。A 由文獻(xiàn)2中選取圖 15-6，在水平坐標(biāo)中找到=1.010-4點(diǎn)，由該點(diǎn)做豎直線與對(duì)A 應(yīng)的材料溫度線相交，沿此點(diǎn)再做水平線與右方的縱坐標(biāo)相交，得到系數(shù)的值為：B 130。BMPa 根據(jù)=得： =130/142.4=0.913（） p

36、/ oe B DS pMPa 因?yàn)?.9 0.913，所以假設(shè)12合理，取筒體的壁厚pMPa pMPa n Smm 12。 n Smm 2.6 外壓封頭壁厚的設(shè)計(jì) 2.6.1 設(shè)計(jì)外壓的確定 封頭的設(shè)計(jì)外壓與筒體相同，即設(shè)計(jì)外壓=0.9。pMPa 2.6.2 封頭壁厚的計(jì)算 設(shè)封頭的壁厚=12，則: = 12-2= 10（） ，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢球形封 n Smm e S n SCmm 頭=0.9，0.91400=1260（） ， =1260/10= 126K ii RKDmm/ e Ri S 計(jì)算系數(shù)：。 4 1092 . 9 126 125 . 0 125 . 0 S R A i 由文獻(xiàn)2中圖 1

37、5- 6 中選取，在水平坐標(biāo)中找到=9.9210-4點(diǎn)，由該點(diǎn)做豎直A 線與對(duì)應(yīng)的材料溫度線相交，沿此點(diǎn)再做水平線與右方的縱坐標(biāo)相交，得到系數(shù)的B 值為值為：130。BMPa 根據(jù)=得： =1.03（） p / ie B RS pMPa 因?yàn)?.9 1.03，所以假設(shè)12合理， ，取封頭的壁厚pMPa pMPa n Smm 為 12。mm 由在文獻(xiàn)2表 16-5 釜體封頭的結(jié)構(gòu)如圖 1-1，封頭質(zhì)量：208.0（）kg 圖 2-1 橢圓型封頭 m V VV F 04 . 1 1 0 第第 3 章章 反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì)反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì) 3.1 夾套的、的確定DNPN 3.1.1 夾套的確定DN 由

38、夾套的筒體內(nèi)徑與釜體筒體內(nèi)徑之間的關(guān)系可知： 1400+100=1500（）100 ji DDmm 故取=1500mmDN 3.1.2 夾套的確定PN 由設(shè)備設(shè)計(jì)條件單知，夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為 0.9，取1.0PNMPa 3.2 夾套筒體的設(shè)計(jì) 3.2.1 夾套筒體壁厚的設(shè)計(jì) 由公式 （3-C p Dp c t jc n 2 1） 得： mm n 74 . 5 25 . 1 49. 425 . 1 9 . 085 . 0 1892 15009 . 0 經(jīng)圓整及考慮標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，筒體壁厚取8。 n Smm 3.2.2 夾套筒體長(zhǎng)度的初步設(shè)計(jì) j H 根據(jù)筒體 DN=1400mm，由文獻(xiàn)2表 16-

39、3 可知單位高容積 V1=1.54m3 由條件可知，操作容積 V0=2.0m3，總?cè)莘e V=2.4m3故裝料系數(shù) 83 . 0 0 V V 故筒體長(zhǎng)度的估算值Hj 圓整后取 1.1m 3.3 夾套封頭的設(shè)計(jì) 3.3.1 封頭的選型 夾套的下封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球型，內(nèi)徑與筒體相同（Dj1500） 。代號(hào) EHA，標(biāo)準(zhǔn)mm JB/T47462002。夾套的上部與筒體的連接選帶折邊錐形封頭，且半錐角。 45 3.3.2 橢球形封頭壁厚的設(shè)計(jì) 由公式 （3-C p Dp c t jc n 5 . 0 2 2） mm n 71. 525 . 1 9 . 05 . 00 . 11892 15009 . 0 經(jīng)圓

40、整，并考慮焊接方便取 。mm n 8 3.3.3 橢球形封頭結(jié)構(gòu)尺寸的確定 由文獻(xiàn)2表 165 可得封頭尺寸，見表 3-1： 表 3-1 封頭尺寸 直邊高度 h1總深度 h2容積 Vjf質(zhì) 量 m 25mm400mm0.486m3157.4kg 封頭的下部結(jié)構(gòu)如圖 3-1： 圖 3-1 夾套下封頭的結(jié)構(gòu) 3.3.4 帶折邊錐形封頭壁厚的設(shè)計(jì) 考慮到封頭的大端與夾套筒體對(duì)焊，小端與釜體筒體角焊，因此取封頭的壁厚 與夾套筒體的壁厚一致，即8。結(jié)構(gòu)及尺寸如圖 2-2。 n Smm 圖 3-2 夾套上封頭的結(jié)構(gòu) 3.4 傳熱面積的校核 由文獻(xiàn)2表 16-3 可得： DN=1400mm 釜體下封頭的內(nèi)表

41、面積 Fh=2.2346 2 m DN=1400mm 筒體（1高）的內(nèi)表面積 F1= 4.396 2 mm 夾套包圍筒體的表面積= =4.3961.1=4.8356（ 2） S F 1 F j H m +=2.2346 + 4.8356=7.0702 h F S F)( 2 m 本設(shè)計(jì)要求的傳熱面積為 A=7m2，所以經(jīng)核算夾套的高度符合要求。 第第 4 章章 反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗(yàn)反應(yīng)釜釜體及夾套的壓力試驗(yàn) 4.1 釜體的水壓試驗(yàn) 4.1.1 水壓試驗(yàn)壓力的確定 水壓試驗(yàn)壓力： （4-1） t T pp 25 . 1 （4-2）MPappT) 1 . 0( 取兩者較大值作為最終水壓試驗(yàn)壓

42、力。 由公式（4-1）得 875 . 0 17 . 025 . 1 T p MPa 由公式（4-2）得 MPapT8 . 0 所以應(yīng)取 PT=0.875MPa 4.1.2 液壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核 由 得： max () 2() Tin n pDSC SC 775.61 )212(2 )2121400(875. 0 max 0.9 =0.91890.85=144.58（） s MPa 由61.775 (+0.1)， 取=1.125 T pp T pMPa 4.3.2 液壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核 由 得： max () 2() Tin n pDSC SC = 79.3（） max MPa 79.3 0.9 =

43、0.91890.85=263.925（） max MPa s MPa 液壓強(qiáng)度足夠 4.3.3 壓力表的量程的要求 壓力表的量程： = 2=21.125=2.25P 表T pMPa 或 1.5PT 4PT 即 1.875MPa 4.5MPa P 表 P 表 4.3.4 液壓試驗(yàn)的操作過(guò)程 操作過(guò)程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內(nèi)的空氣排空，再 將水的壓力緩慢升至 1.125，保壓不低于 30，然后將壓力緩慢降至MPamin 0.9，保壓足夠長(zhǎng)時(shí)間，檢查所有焊縫和連接部位有無(wú)泄露和明顯的殘留變形。MPa 若質(zhì)量合格，緩慢降壓將釜體內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質(zhì)量不合格， 修補(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓試驗(yàn)。 第第 5 章章 反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計(jì)反應(yīng)釜附件的