(完整word版)反應(yīng)釜設(shè)計

1、第一章 反應(yīng)釜釜體與傳熱裝置攪拌設(shè)備常被稱作攪拌釜（或攪拌槽），當(dāng)攪拌設(shè)備用作反應(yīng)器時，又被稱為攪拌釜式反應(yīng)器， 有時簡稱反應(yīng)釜。 釜體的結(jié)構(gòu)型式通常是立式圓筒形，其高徑比值主要依據(jù)操作容器的裝液高徑比以及裝料系數(shù)大小而定。傳熱方式有兩種：夾套式壁外傳熱結(jié)構(gòu)和釜體內(nèi)部蛇管聯(lián)合使用。 根據(jù)工藝需要，釜體上還需要安裝各種工藝接管。 所以，反應(yīng)釜釜體和傳熱裝置設(shè)計的主要內(nèi)容包括釜體的結(jié)構(gòu)和部分尺寸、傳熱形式和結(jié)構(gòu)、各種工藝接管的安設(shè)等。1.1 反應(yīng)釜釜體確定反應(yīng)釜釜體的直徑和高度在已知攪拌器的操作容積后，首先要選擇筒體適宜的長徑比（ H/D i ），以確定筒體直接和高度。選擇筒體長徑比主要考慮一下兩

2、方面因素： 長徑比對攪拌功率的影響：在轉(zhuǎn)速不變的情況下， P D5(其中 D：攪拌器直徑； P：攪拌功率）， P 隨釜體直徑的增大而增大很多，減小長徑比只能無謂的損耗一些攪拌功率。一次一般情況下，長徑比應(yīng)該大一點。 長徑比對傳熱的影響：當(dāng)容積一定時 H/D i 越高越有利于傳熱。長徑比的確定通常采用經(jīng)驗值。表 1-1種類罐體物料類型H/D i一般攪拌罐液 -固或液 -液相物料1-1.3氣 -液相物料1-2發(fā)酵罐類1.7-2.5在確定反應(yīng)釜直徑和高度時， 還應(yīng)該根據(jù)反應(yīng)釜操作時所允許的裝料程度-裝料系數(shù) 等予以綜合考慮，通常裝料系數(shù) 可取 0.6-0.85. 如果物料在反應(yīng)過程中產(chǎn)生泡沫或沸騰狀

3、態(tài)， 應(yīng)取較低值，一般為 0.6-0.7；若反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn)，可取0.8-0.85（物料粘度大時可取最大值）。因此，釜體的容積 V 與操作溶積 V 0 有如下關(guān)系：V=V 0/ （1.1 ）選取反應(yīng)釜裝料系數(shù)=0.8，由 V=V 0/ 可得設(shè)備容積：V0=V =1 0.8=0.8m3選取 H/D i =1.0，Di4V341.0H1.08m31.0由公式Di（ 1.2）將計算結(jié)果圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，選取筒體直徑 Di=1000mm，查化工設(shè)備機械基礎(chǔ)表 8-27， DN=1000mm 時的標(biāo)準(zhǔn)封頭曲面高度 h=250mm，直邊高度 h2，封頭容積h3 ，由手冊查得每一米高的筒體容積為=25mm

4、V =0.151 mV1 0.95m3 。由公式可知筒體高度VVh1 0.151Hm （ 1.3）V11.080.95筒體高度圓整為 H=1000mm。于是 H1000 /10001，復(fù)核結(jié)果符合原定范圍。Di確定反應(yīng)釜夾套的直徑和高度Dj 可根據(jù)罐體內(nèi)徑按下表推薦的數(shù)據(jù)選取。表 1.2 夾套直徑 Dj 與罐體直徑 Di 的關(guān)系（ mm）Di500600700180020003000DjDi+50Di+100Di+200對 于 筒 體 內(nèi) 徑 Di=7001800mm ， 夾 套 內(nèi) 徑 Dj=Di+100 ， 因 此Dj=1000+100=1100mm，符合壓力容器公稱直徑系列。按式H jV

5、 VhV0Vh0.8 1 0.198V10.634mm224Di1.1 （1.4）4取夾套 高度 Hj=800mm ，則 夾套 頂部與 釜體 法蘭 間應(yīng)留有足夠的距 離：H 0H H j1000800200mm 150 200mm 這樣便于筒體法蘭拆裝。驗算夾套傳熱面積：FF1 H j Fh3.460.7 1.163 3.585m23m2（查 化工設(shè)備基礎(chǔ)16-516-6 得 F13.46m2 , Fh 1.163m2）夾套傳熱面積符合傳熱要求。.1.3 夾套類型的選擇1U 型整體夾套t夾套的材料為Q345R，許用應(yīng)力345MPa由 GB150.2 查得在 135時許用應(yīng)力t189MPa選取夾

6、套的設(shè)計壓力為Pc 1.10.4 0.44 MPa夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫采用單面焊，局部無損檢測，焊縫系數(shù)=0.8，C 2 =2mmC1=0.3mm夾套的壁厚的計算Pc.DiC 20.41100dt2 1892 3.51mm2Pc0.8 0.44所以夾套圓筒的厚度圓整為6mm 。夾套圓筒的應(yīng)力計算夾套圓筒的有效厚度的計算enC1C26 0.32 3.7mm圓筒的應(yīng)力計算tPc Die0.44 1100 3.72265.625MPae3.7所以應(yīng)力強度符合要求。夾套試驗壓力夾套的水壓試驗PT1.25Pt1.250.440.55 MPa345345所以夾套水壓試驗壓力為0.55 MPa 。夾套壓力

7、試驗前的應(yīng)力校核壓力試驗前，應(yīng)按下式校核夾套應(yīng)力：PTDieT2 e0.55110062 650. 7MPa0.9s0.90.8345248.4MPa液壓試驗時，T滿足 T0.9s所以夾套試驗前得應(yīng)力校核滿足要求。當(dāng)夾套充壓時將使釜體受外壓作用， 因水壓試驗壓力值大于設(shè)計壓力， 可能使釜體在夾套水壓試驗壓力作用下外壓失穩(wěn)， 因此應(yīng)考慮在釜體內(nèi)適當(dāng)充壓。 由于夾套的水壓試驗壓力為 0.55MPa，小于釜體的許用外壓 0.61MPa，故不需要充壓。夾套橢圓形封頭的計算設(shè)計溫度下標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的計算厚度的計算Pc Di0.4411003.51mm2t2 189 0.80.50.5Pc0.44則夾套橢圓

8、形封頭厚度圓整為6mm 。有效厚度的計算0.15%11001.65mmenC1C260.323.7mm1.65mm所以夾套封頭厚度符合要求。1.2 確定反應(yīng)釜內(nèi)筒的材料和壁厚筒體材料的選用要根據(jù)所給相關(guān)數(shù)據(jù)來選取，材料Q345R，屈服極限s 345MPa內(nèi)壓圓筒壁厚的計算設(shè)計壓力 Pc1.10.10.11MPa內(nèi)壓圓筒的計算厚度Pc DiC 20.111000dt2 1892 2.3mm2Pc0.8 0.11取名義厚度為 6mm外壓圓筒的計算與校核DoDi2 n1000261012mme 6 2 0 4mm則 L7001250 25810mm3Lcr1.17D0D01.171012 1012

9、18833.3mme4LLcr筒體屬于短圓筒，則此釜體的臨界壓力Pcr為2.52.5e4Pcr2.59ED02.59510120.667MPaL2.1 10810D01012 PPcr0.667P 0.44MPam0.222MPa筒體的許用應(yīng)力3n8mm e6mm因此厚度取為6 不合適，現(xiàn)在取2.52.5e6D051012Pcr2.59ELD02.592.1 108101.84MPa1012 PPcr 1.840.61MPaP 0.44MPam3所以筒體n8mm ，此時筒體在承受內(nèi)壓和外壓時強度均能滿足要求。筒體橢圓形封頭的計算釜體的水壓試驗PT1.25Pt3451.250.113450.14

10、 MPa釜體水壓試驗壓力取為0.2 MPa 。釜體壓力試驗前的應(yīng)力校核壓力試驗前，應(yīng)按下式校核夾套應(yīng)力：PTDieT2 e0.2100042 425.1MPa0.9s0.90.8345248.4MPa液壓試驗時，T 滿足T0.9s所以釜體試驗前得應(yīng)力校核滿足要求。第二章反應(yīng)釜附件的選型及尺寸設(shè)計2.1 釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計設(shè)計內(nèi)容包括： 法蘭的設(shè)計、密封面形式的選型、 墊片設(shè)計、螺栓和螺母的設(shè)計。 法蘭的設(shè)計根據(jù) DN1000mm、P0.1MPa，由 JB/T 4700-2000 表 1 選擇甲型平焊法蘭，查 化 工設(shè) 備 機械 基礎(chǔ) 表 10-2 得 D=1130mm D1=1090mmD

11、2=1055mm D3=1045mm D4=1042mm d=23mm,法蘭厚度為 40mm，總質(zhì)量 65.1kg ，螺栓 M20,32個。采用平面密封墊片的選用GB/T 3985 石棉橡膠板，根據(jù)法蘭 DN=1000mm PN=0.25MPa，查表 10-12 得 D=1044mm d=1004mm。厚度取為 3mm。螺栓 、螺母的設(shè)計L2SH2h0.3 0.5 d2403256 1099 103mm螺栓螺母的尺寸選用見 畫法幾何與機械制圖 附錄 5，查 F.2 附表 5 公稱長度l=90mm， k=12.5mm墊圈采用標(biāo)準(zhǔn)彈簧墊圈h=5mm墊片、螺栓、螺母材料的選用由化工設(shè)備機械基礎(chǔ)表10

12、-15 確定甲型平焊法蘭 Q345R石棉橡膠板 GB/T 3985螺栓 GB/T 699 35螺母 Q235-A2.2 管口結(jié)構(gòu)反應(yīng)釜上設(shè)有各種工藝物料進(jìn)出管口、 溫度計和壓力表接口、 用于觀察釜內(nèi)攪拌反應(yīng)情況的視鏡、 直徑較大的反應(yīng)釜上封頭， 還設(shè)有檢修所需的人孔。 上述管口的結(jié)構(gòu)和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均與一般容器的管口相同，但對進(jìn)出口管需要另加注意。進(jìn)料管口進(jìn)料管一般都從釜頂引入， 液相進(jìn)料管需伸進(jìn)釜內(nèi)， 防止液料沿封頭內(nèi)壁流入法蘭密封面，對密封面和釜壁產(chǎn)生局部腐蝕。液相進(jìn)料管下端管口呈 45切口，可使小流量時液流集中，減少靜電。出料管口反應(yīng)釜的出料有上出料和下出料兩種方式。 當(dāng)需要將釜內(nèi)液料輸送到較

13、高位置的設(shè)備中去或釜內(nèi)液料有強腐蝕性或毒性而又無匹配的泵時， 可利用壓縮空氣或氮氣將液料經(jīng)壓料管從上部壓出， 這就是上出料。 為減小因攪拌而引起的壓料管晃動，可用管卡或擦板將其固定。下出料即在釜低中央開設(shè)一個卸料管口， 適用于需將釜內(nèi)物料放入另一個較低位置的設(shè)備2.3 接管墊片尺寸及材質(zhì)2.4 人孔的設(shè)計為了安裝、檢修操作的方便， 需在容器頂部封頭上開一個人孔或手孔， 根據(jù)文獻(xiàn)知當(dāng) Di1000mm時，需設(shè)一人孔2.5 視鏡的選擇視鏡主要用來觀察設(shè)備內(nèi)物料及其反應(yīng)情況， 也可以作為液面指示鏡。 常用的視鏡有三種：視鏡、帶頸視鏡和壓力容器視鏡（分別有帶頸與不帶頸兩種）。在選擇視鏡時，應(yīng)優(yōu)先選擇不

14、帶頸的視鏡，因為該視鏡結(jié)構(gòu)簡單，不易結(jié)料，窺視范圍大；當(dāng)視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較小時， 采用帶頸視鏡； 壓力容器視鏡用于公稱壓力較大的場合（ 0.6MPa）。由于釜內(nèi)介質(zhì)壓力較低，且考慮 DN=1000mm，由反應(yīng)釜設(shè)計條件單可知，本設(shè)計選用兩個 DN=125mm的不帶頸視鏡。該類視鏡具有結(jié)構(gòu)簡單，不易結(jié)料，窺視范圍大等優(yōu)點 .2.6 支座的選型及設(shè)計支座的選型及尺寸的初步設(shè)計夾套反應(yīng)釜多為立式安裝， 最常用耳式支座。標(biāo)準(zhǔn)耳式支座分為A 型和 B 型兩種。當(dāng)設(shè)備需要保溫或直接支承在樓板上是選B 型，否則選 A 型。支座載荷的校核計算第三章攪拌裝置的設(shè)計3.1 攪拌器的型式攪拌裝置由攪拌器、 攪

15、拌軸及其支撐組成。 電動機驅(qū)動攪拌軸上的攪拌器以一定的方向和轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，使靜止的流體形成對流循環(huán)，并維持一定的湍流強度，從而達(dá)到加強混合、提高傳熱和傳質(zhì)速率的目的。攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪， 是攪拌反應(yīng)器的關(guān)鍵部件， 其功能是提供過程所需的能量和適宜的流動狀態(tài)。其類型分為 :推進(jìn)式、漿式、渦輪式、錨式、框式、螺桿式、螺帶式等，攪拌器選型時，主要考慮 :具有顯著的攪拌效果，特別是對多相反應(yīng)。攪拌所消耗的能量應(yīng)盡可能小。保證從反應(yīng)器壁或侵入式熱交換裝置到反映混合物能有高的給熱系數(shù)。由表 18-47本設(shè)計的攪拌器選擇不帶擋板的直葉六葉開啟式渦輪攪拌器。Dj/ D i0.2 0.5Dj(0.2 0.5

16、) D i200 500mmDj/ Di取標(biāo)準(zhǔn)值 0.33，所以 Dj 330mmb / D j0.1 0.25b(0.1 0.25)D j33 82.5mm取 b 66mmh(0.2 1) Dj66 330mm取 h250mm3.2 攪拌軸直徑的設(shè)計攪拌功率的計算d2 n0.332 2950Re0.729 5由化工原理課程設(shè)備設(shè)計式2-41lg ReNg2352n dn d1查表 2-5 得：2140由 2-2 拉什頓Re 關(guān)系圖得4 ，代入上式得1lg ReNn 3 d 5g2110.7 Wn 2 d攪拌軸的強度設(shè)計反應(yīng)釜的攪拌軸承受扭轉(zhuǎn)和彎曲的聯(lián)合作用， 其中以扭轉(zhuǎn)作用為主。 在設(shè)計圓軸

17、直徑時， 假定軸發(fā)生純扭轉(zhuǎn)變形， 用強度條件進(jìn)行初步計算， 然后用增加安全系數(shù)，降低材料的許用應(yīng)力以彌補由于忽略彎曲等作用引起的誤差。選擇攪拌軸的材料為45 鋼。查化工設(shè)備設(shè)計表3-6 知 45 鋼的許用軸向應(yīng)力 30 40MPa由強度條件M T maxW6P9.549106 P得 W 9.549 10d 310.3mmn0.2n由表 18-33 取 d=50mm攪拌軸的剛度校核攪拌軸在運轉(zhuǎn)過程中不能產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形， 否則會引起振動，造成軸封失效，因此要將軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一定的許可范圍內(nèi)。 為此，需要對攪拌軸進(jìn)行剛度校核。maxM T ,max 180 1031.02 10 4 GJ攪拌

18、軸的支承條件L1 / d40 50L1/B4 5擋板和導(dǎo)流筒由于雷諾數(shù)較小，攪拌時處于層流區(qū)，不需要設(shè)置擋板和導(dǎo)流筒第四章反應(yīng)釜的傳動裝置反應(yīng)釜的傳動裝置包括電動機、減速機、機架、傳動軸、傳動軸聯(lián)軸器、攪拌釜內(nèi)聯(lián)軸器、活套法蘭、安裝底蓋、攪拌軸軸封等。反應(yīng)釜的傳動裝置通常設(shè)置在反應(yīng)釜的頂蓋 （上封頭）上，一般采用立式布置，電動機經(jīng)減速機將轉(zhuǎn)速減至工藝要求的攪拌轉(zhuǎn)速， 再通過聯(lián)軸器帶動攪拌軸轉(zhuǎn)速，從而帶動攪拌器轉(zhuǎn)動。電動機與減速機配套使用，減速機下設(shè)置一機架，安裝在反應(yīng)釜的封頭上。 考慮到傳動裝置與軸封裝置安裝時要求保持一定的同心度以及裝卸檢修的方便， 常在機架下安裝一個安裝底蓋， 還在上封頭的

19、開口處安裝一個凸緣法蘭。4.1 電動機的選用電動機功率Na N N m 1.1N 0.126kw0.96電機選用 Y80M1 ，功率為 0.55kwn=1500r/min由 JB/T 10391-2002 表 5 機座不帶底腳，端蓋上有凸緣D=19mm E=40mm F=6mm N=130mmL=290mm4.2 減速機的選用減速機主要形式：目前我國已頒布的標(biāo)準(zhǔn)釜用立式減速機， 有擺線針齒行星減速機、 兩級齒輪減速機、三角皮帶減速機和諧波減速機四種。a. 擺線針齒星減速機：減速比 879，轉(zhuǎn)速 16160r/min,功率 0.630kw。特點是傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，壽命長，承載能力高

20、，工作平穩(wěn)，允許正反轉(zhuǎn)。b. 兩級齒輪減速機：為兩級同中心距并流式斜齒輪減速傳動裝置。減速比11.65.63，轉(zhuǎn)速 125250r/min，功率 0.630Kw 。體積小，效率高，制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，裝配檢修方便，可以正反轉(zhuǎn)。c.三角皮帶減速機：單級三角皮帶傳動的減速裝置。減速比 4.532.9，轉(zhuǎn)速320550r/min，功率 0.65.5Kw。結(jié)構(gòu)簡單，過載打滑，起保護作用，允許反轉(zhuǎn)。d. 諧波減速機：減速比 35990，轉(zhuǎn)速 416r/min，功率 0.613Kw。結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，承載能力高，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，封閉性好，可用于有防爆要求的場合。表 4.1 釜用立式減速機的基本特性減速機類型特

21、性擺線針齒行星兩級齒輪減速三角皮帶減速諧波減速機減速機機機減速比范圍輸出軸轉(zhuǎn)速范圍 r/min ，(配用四級電動機 ) 功率范圍 kw效率主要特點特性參數(shù)應(yīng)用條件標(biāo)定符號標(biāo)準(zhǔn)圖號87-911-64.5-3360-9016-100125-250320-5004-160.6-300.6-300.6-5.50.6-130.9-0.950.930.91大于 0.83本機為利用少本機為兩級同本機為單級三本 NL 為利用行齒內(nèi)嚙合行星 中心距斜齒輪 角皮帶傳動的 星輪傳動的減速裝傳動的減速裝減速裝置，結(jié)構(gòu)為柔輪的少齒置，減速比大，置，傳動比準(zhǔn)簡單，過載時會差內(nèi)壽命長，故障確，壽命長。產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，嚙合行星傳動少，裝拆方便，因此能起安全的減結(jié)構(gòu)緊湊，重量保護作用，但由速裝置 ,減速輕，與同功率的于皮帶滑動不比可渦輪減速機相能保持精確的很大。比，效率高而體傳動比。積可小一半左右 : 有取代渦輪減速機的趨向。功率、按輸出軸中心距三角皮帶型號、柔輪分度圓直軸頸面分的機根數(shù)徑型號、減速