化工設(shè)備反應(yīng)釜課程設(shè)計

化工設(shè)備反應(yīng)釜課程設(shè)計第1頁/共103頁緒論一、化工設(shè)備課程設(shè)計的目的和要求(1)課程設(shè)計的目的化工設(shè)備課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在教師指導(dǎo)下，通過課程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生獨立地運用所學(xué)到的基本理論并結(jié)合生產(chǎn)實際的知識，綜合地分析和解決工程實際問題的能力。當(dāng)學(xué)生完成課程設(shè)計后，應(yīng)達到下列目的：1)通過課程設(shè)計，能夠?qū)⒒ぴO(shè)備課程和有關(guān)先修課程所學(xué)的知識，在設(shè)計中綜合地加以運用，使學(xué)到的知識得到鞏固、加深和提高。第2頁/共103頁2)初步培養(yǎng)學(xué)生獨立進行工程設(shè)計的工作能力，樹立正確的設(shè)計思想，掌提化工容器及設(shè)備設(shè)計的基本方法和程序，為今后從事工程設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。3)使學(xué)生能夠熟悉和運用設(shè)計資料，如有關(guān)國家（部頒）標(biāo)準(zhǔn)，以完成作為工程技術(shù)人員在機械設(shè)計方面所必備的基本訓(xùn)練。(2)化工設(shè)備課程設(shè)計的要求通過課程設(shè)計應(yīng)達到以下要求：1)樹立正確的設(shè)計思想能夠結(jié)合生產(chǎn)實際綜合地考慮先進、安全、經(jīng)濟、可靠和實用等方面的要求，嚴(yán)肅認(rèn)真地進行設(shè)計。2)具有積極主動的學(xué)習(xí)態(tài)度第3頁/共103頁在課程設(shè)計中遇到的問題，要隨時查閱有關(guān)教科書或文獻，通過積極思考，提出個人見解盡可能自己解決，不要太多地依靠指導(dǎo)老師幫助解決問題。3)正確處理好幾個關(guān)系

①繼承和發(fā)展的關(guān)系強調(diào)獨立思考，并不等于設(shè)計者憑空假想，不依靠設(shè)計資料和繼承前人經(jīng)驗，這樣是得不出高質(zhì)量設(shè)計的。對于初學(xué)設(shè)計的人來說，學(xué)會收集、理解、熟悉和使用各種資料，正是培養(yǎng)設(shè)計能力的重要方面。因此正確處理好繼承和發(fā)展條件下的抄、搬、套問題，正是設(shè)計能力強的重要表現(xiàn)。

②正確使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化工設(shè)備設(shè)計非常強調(diào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。但是并不是限制設(shè)計的創(chuàng)造和發(fā)展，因此遇到與設(shè)計要

第4頁/共103頁求有矛盾時，經(jīng)過必要的手續(xù)可以放棄標(biāo)準(zhǔn)而服從設(shè)計要求。但非標(biāo)準(zhǔn)件中的參數(shù)，一般仍宜按標(biāo)準(zhǔn)選用。③學(xué)會統(tǒng)籌兼顧、抓主要矛盾ⅰ)計算結(jié)果要服從結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求：對初學(xué)設(shè)計者，最易把設(shè)計片面劃解為就是理論上的強度、剛度、穩(wěn)定性等計算，認(rèn)為這些計算結(jié)果不可更改，實際上，對一個合理的設(shè)計，這些計算結(jié)果只對零件尺寸提供某一個方面的依據(jù)。而部件實用尺寸一定要符合結(jié)構(gòu)等方面的要求。ⅱ)按幾何等式關(guān)系計算而得的尺寸，一般不能隨意圓整變動；按經(jīng)驗公式得來的尺寸一般應(yīng)圓整使用。

ⅲ)處理好計算與繪圖的關(guān)系：設(shè)計中要求算、畫、選、

第5頁/共103頁改同時進行，但零件的尺寸以最后圖樣確定的為準(zhǔn)。對尺寸作出修改后，有時并不一定要求再對零件強度等進行計算，可以據(jù)修改幅度、計算準(zhǔn)確程度等來判斷是否有必要再行計算。二、化工設(shè)備課程設(shè)計的內(nèi)容和步驟(1)

課程設(shè)計的內(nèi)容根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求和設(shè)計條件單的內(nèi)容，在二周的時間內(nèi)，完成一種典型鋼制容器或設(shè)備(如貯罐、反應(yīng)釜)

的機械設(shè)計。繪制設(shè)備總裝圖一張、重要部件圖一張；書寫設(shè)計說明書一份。

(2)課程設(shè)計的一般步驟第6頁/共103頁1)準(zhǔn)備階段①設(shè)計前應(yīng)準(zhǔn)備好有關(guān)的設(shè)計資料、手冊、圖冊。②認(rèn)真研究設(shè)計條件單，分析設(shè)計條件單中的技術(shù)特性參數(shù)、接管表中各接管的規(guī)格和用途、設(shè)備示意圖，明確設(shè)計要求和設(shè)計內(nèi)容。③設(shè)計前應(yīng)認(rèn)真復(fù)習(xí)教科書的內(nèi)容、熟悉有關(guān)的設(shè)計資料和設(shè)計步驟。④結(jié)合實驗室的現(xiàn)有實驗設(shè)備（如列管式換熱器、填料塔、精餾塔、反應(yīng)釜等），熟悉典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)，為設(shè)計做準(zhǔn)備。2)機械設(shè)計階段

化工容器及設(shè)備的機械設(shè)計是在設(shè)備的工藝設(shè)計后進行的。其內(nèi)容和任務(wù)是根據(jù)設(shè)備的工藝條件（如工作壓力、第7頁/共103頁溫度、介質(zhì)腐蝕性、結(jié)構(gòu)形式和尺寸、接管方位標(biāo)高等），圍繞著確定殼體壁厚這一尺寸進行的強度、剛度和穩(wěn)定性的設(shè)計或校核計算；對設(shè)備內(nèi)、外附件進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和選型。這一過程往往通過“邊算、邊選、邊畫、邊改”的作法來實現(xiàn)，沒有一次成功完成整個設(shè)計的做法。①選材當(dāng)設(shè)計條件單中沒有提供使用的材料牌號時，通常先按壓力因素進行選材。當(dāng)操作溫度高于200℃或低于一40℃時，溫度就是選材的決定因素；在腐蝕強烈或?qū)ξ锪系奈廴居刑囟ㄒ蟮?，腐蝕因素是選材的主要依據(jù)。當(dāng)設(shè)計條

第8頁/共103頁件單中提供了使用的材料牌號時，按要求使用，不需要另行選材。②外載荷的計算外載荷的計算包括內(nèi)壓、外壓、設(shè)備自重，零部件的偏載、風(fēng)載載、地震載荷等，常用列表法，分項統(tǒng)計的方法來進行。③強度、剛度、穩(wěn)定性設(shè)計或校核計算

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、受力條件和材料的力學(xué)性能、耐腐性能等進行強度、剛度和穩(wěn)定性計算，最后確定出合理的結(jié)構(gòu)尺寸。④選用零部件設(shè)備的附件結(jié)構(gòu)，一般由工藝設(shè)計確定，附件的結(jié)構(gòu)形式

第9頁/共103頁在滿足工藝要求的條件下，由受力條件、制造、安裝等因素決定。如法蘭、支座、人孔、視鏡、液面計等附件。⑤傳動裝置的選型與計算對帶有機械傳動、液壓傳動的設(shè)備，這部分零部件大都標(biāo)準(zhǔn)化、可參考有關(guān)手冊（如機械零件設(shè)計手冊）進行計算、選型。三、繪制設(shè)備裝配圖

(1)選擇主視圖

根據(jù)設(shè)備設(shè)計條件單中的圖示特點，采用全剖視的表達方法，用以表達設(shè)備上各零部件之間的裝配關(guān)系。(2)確定其它視圖

主視圖確定后，選擇俯視（或側(cè)視）圖，以表達設(shè)備上各第10頁/共103頁接管周向方位及支座的數(shù)量、外形及周向方位，補充了主視圖對這些部分表達的不足。(3)選擇輔助圖及各種表達方法根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點，采用局部放大圖等表達方法來補充基本視圖的不足，可用若干個局部放大圖，分別表達設(shè)備與工藝接管、筒體與封頭等連接情況和焊縫結(jié)構(gòu)。(4)提出技術(shù)要求對設(shè)備制造、裝配、檢驗和試車等工序提出合理的要求，以文字的形式標(biāo)注在總裝圖上。四、繪制零部件圖對于標(biāo)準(zhǔn)零部件，有專門廠家生產(chǎn)的，可以不繪制零部件圖；對于具有獨立結(jié)構(gòu)的零部件需要繪圖，以便加工制造。

第11頁/共103頁五、設(shè)計計算說明書設(shè)計計算說明書是圖紙設(shè)計的理論依據(jù)，是設(shè)計計算的整理和總結(jié)，是審核設(shè)計的技術(shù)文件之一。其內(nèi)容一般有以下部分：(1)設(shè)計任務(wù)書；(2)前言；(3)目錄；(4)設(shè)計條件單；(5)設(shè)計方案的分析和擬定；(6)各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定和設(shè)計計算；(7)設(shè)備裝配圖；(8)設(shè)備部件圖；(9)鳴謝；(10)參考文獻設(shè)計計算說明書要求計算結(jié)果正確，論述清楚、文字精練，插圖簡明，體式符合學(xué)校的有關(guān)規(guī)定，裝訂成冊

。第12頁/共103頁第13頁/共103頁立式帶夾套的反應(yīng)釜設(shè)計

帶有攪拌裝置的釜式反應(yīng)器是化工、醫(yī)藥、染料、涂料等行業(yè)生產(chǎn)中常用的典型設(shè)備，它們的機械設(shè)計除涉及到化工設(shè)備機械基礎(chǔ)教材中化工容器設(shè)計的內(nèi)容外，還有不同的設(shè)計和計算要求。右圖為一臺典型的帶攪拌及夾套傳熱的反應(yīng)釜。由圖可知，反應(yīng)釜通常由釜體、傳熱、攪拌、傳動、密封等裝置及有關(guān)附件組成。

攪拌軸夾套釜體機架減速器電動機密封裝置攪拌槳溫度計第14頁/共103頁釜體是物料進行反應(yīng)的空間，由筒體及上、下封頭組成。傳熱裝置是為了提供化學(xué)反應(yīng)所需的熱量或帶走反應(yīng)生成的熱量。除了圖中所用的夾套傳熱外，還有蛇管形式的傳熱裝置。攪拌裝置由攪拌器和攪拌軸組成，其作用是迅速、均勻地混合物料，強化傳質(zhì)傳熱過程，從而加快反應(yīng)速率。為使攪拌器能夠以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，需要設(shè)置與之配套的由電動機和減速機等組成的傳動裝置。反應(yīng)釜上除了有設(shè)備法蘭、管法蘭等靜密封結(jié)構(gòu)外，還有保證轉(zhuǎn)軸密封的動密封裝置?？刹捎锰盍厦芊饣驒C械密封。此外，根據(jù)工藝和維修要求，反應(yīng)釜釜體上還設(shè)置了工藝接口管、人（手）孔、視鏡、支座等許多附件。反應(yīng)釜的機械設(shè)計就是根據(jù)工藝設(shè)計所確定的操作容積、

第15頁/共103頁工作壓力、工作溫度、介質(zhì)情況、傳熱面積、攪拌形式、轉(zhuǎn)速和功率、以及管口尺寸和方位等工藝條件，選擇各零部件的材料，確定反應(yīng)釜釜體、夾套的結(jié)構(gòu)型式和尺寸。通過強度、剛度和穩(wěn)定性計算確定反應(yīng)釜殼體、夾套殼體的壁厚和攪拌抽直徑，并根據(jù)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)對攪拌器、傳動裝置、密封裝置和各種附件進行選型，然后繪出所需的裝配圖與必要的零部件圖。一、釜體的結(jié)構(gòu)型式

反應(yīng)釜的釜體由圓筒形殼體、上封頭和下封頭組成。封頭型式多為橢球形，但對于含有固體顆?；蛘扯容^大物料的釜體，其下封頭常采用便于出料的錐型封頭；筒體與下

第16頁/共103頁筒體與下封頭一般采用焊接。上封頭與筒體的連接方式由釜體的直徑確定。當(dāng)釜體直徑＜800時，人在釜內(nèi)的活動空間較小，故一般采用法蘭聯(lián)接。當(dāng)釜體直徑＞800時，封頭與筒體也可焊接。內(nèi)件的裝拆可通過封頭上的人孔進入釜內(nèi)來完成，有時為方便裝拆和檢修，既用法蘭來連接封頭和筒體，又在封頭上開設(shè)人孔。(1)筒體的直徑和高度反應(yīng)釜的外形尺寸如圖所示，其中筒體的內(nèi)徑和長度可如下確定。

DiDjHHj反應(yīng)釜的外形第17頁/共103頁①筒體直徑的確定

立式反應(yīng)釜釜體的容積通常是指圓柱形筒體和下封頭包含的容積，即：將釜體視為圓柱形筒體，初步估算釜體的內(nèi)徑，取將選定的值代入上式，可初步估算出釜體的內(nèi)徑?？紤]到釜體的內(nèi)徑應(yīng)符合壓力容器公稱直徑的標(biāo)準(zhǔn)。②筒體的長度的確定筒體的長度可由下式確定第18頁/共103頁二、釜體壁厚的設(shè)計(1)內(nèi)壓筒體壁厚的設(shè)計

①設(shè)計參數(shù)的確定

根據(jù)設(shè)備設(shè)計條件單中提供的有關(guān)技術(shù)特性參數(shù)和要求，確定設(shè)計參數(shù)。設(shè)計壓力：無安全裝置?。?.1

；裝安全閥?。?1.05～1.1)

；裝爆破膜?。挥嬎銐毫Γ?，＜5％，可以忽略；設(shè)計溫度：取操作介質(zhì)的最高溫度；焊縫系數(shù)：根據(jù)筒體縱向焊縫的結(jié)構(gòu)和無損探傷的要求由教材中的焊縫系數(shù)表確定（見教材中表14-5）

壁厚附加量：＝0.25mm；取值見有關(guān)文獻

第19頁/共103頁②筒體壁厚的設(shè)計碳鋼、低合金制筒體壁厚的設(shè)計采用試差法；高合金制筒體的壁厚由壁厚計算公式確定。③筒體的剛度校核碳鋼和低合金鋼制容器≤3800mm，≥2/1000且不小于3mm另加并圓整至。>3800mm，=/1000+4

mm

(2)內(nèi)壓封頭壁厚的設(shè)計①封頭的選型

釜體的上下封頭一般采用橢球型或碟型，且盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)封頭。當(dāng)釜內(nèi)有固體物料或物料粘度較大，下封頭可選用錐形封頭，以便卸料。第20頁/共103頁②設(shè)計參數(shù)的確定見筒體設(shè)計參數(shù)的確定。但焊縫系數(shù)的取法與筒體略有不同，即當(dāng)封頭的內(nèi)徑≤1200mm時，采用整板沖壓成型，焊縫系數(shù)取1。③封頭壁厚的計算設(shè)計方法與內(nèi)壓筒體壁厚的設(shè)計方法相同。當(dāng)封頭壁厚小于筒體壁厚時，將封頭的壁厚調(diào)整至與筒體的壁厚一致；當(dāng)封頭壁厚大于筒體壁厚時，將封頭的直邊部分進行加工，以便等壁厚焊接和降低邊緣應(yīng)力。

三、外壓釜體壁厚的設(shè)計

當(dāng)夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力高于釜內(nèi)壓力時，被夾套包覆的釜體為外壓容器，為防止釜體發(fā)生失穩(wěn)，需要對其進行穩(wěn)定性計算。第21頁/共103頁(1)外壓圓筒壁厚的計算------簡化公式設(shè)計法

①設(shè)計外壓的確定根據(jù)設(shè)計條件單中釜體和夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力，確定設(shè)計外壓。②圓筒壁厚的計算假設(shè)圓筒的壁厚為，由=–C、分別計算出、由公式計算出臨界長度值由或計算出筒體的計算長度將與進行比較，若＞，筒體為長圓筒；

若

＜

，筒體為短圓筒第22頁/共103頁長圓筒臨界壓力：短圓筒臨界壓力：由計算出[p]

，對于圓筒m=3。將p與[p]進行比較，若p≤[p]

，則假設(shè)合理；反之不合理，重新設(shè)計，直至滿足p≤[p]為止。(2)圖算法

外壓圓筒所需的壁厚可利用教材中外壓容器設(shè)計一章中的圖15-4～15-7進行計算，過程如下：假設(shè)圓筒的壁厚為，由、，分別計算出、LL第23頁/共103頁在圖15-4的坐標(biāo)中找到的值，將此點沿水平方向右移與對應(yīng)的

/

線相交，當(dāng)＞50時取50；＜0.05時取0.05。過此交點向下作垂直線與水平軸相交，找到交點的系數(shù)A值。

根據(jù)圓筒的材料選用圖15-5～圖15-7，在圖的下方找到系數(shù)A值，若A在曲線的右側(cè)，在此點作一垂直線與對應(yīng)的材料設(shè)計溫度線相交，交點水平對應(yīng)的值即為系數(shù)B。圓筒的許用外壓按下式計算：若A在曲線的左側(cè)，圓筒的許用外壓[p]按下式計算：

第24頁/共103頁將p與[p]進行比較，若p≤[p]

，則假設(shè)合理；反之不合理，需要重新設(shè)計，直至滿足p≤[p]為止。

(3)外壓封頭壁厚的設(shè)計①設(shè)計外壓的確定封頭的設(shè)計外壓與筒體相同。②封頭壁厚的計算設(shè)封頭的壁厚為，令=–C

，根據(jù)封頭的形式確定當(dāng)量半徑，計算出

/

。用A=0.125

計算出系數(shù)A值。根據(jù)圓筒的材料選用圖15-5～圖15-7，在圖的下方找到系數(shù)A值，若A在曲線的右側(cè)，在此點作一垂直線與對應(yīng)的材料設(shè)計溫度線相交，交點水平對應(yīng)的值即為B系數(shù)。圓筒的許用外壓[p]按下式計算：第25頁/共103頁若A在曲線的左側(cè)，圓筒的許用外壓[p]按下式計算：

將p與[p]進行比較，若p≤[p]

，則假設(shè)合理；反之不合理，需要重新設(shè)計，直至滿足p≤[p]為止。當(dāng)按內(nèi)壓容器設(shè)計出的釜體壁厚與按外壓容器的設(shè)計的釜體壁厚不同時，取兩者中的較大者。如上封頭不包在夾套中，則不受外壓作用，只按內(nèi)壓計算，但常取與下封頭相同的壁厚。

四、釜體的壓力試驗

壓力試驗的目的是檢驗釜體的宏觀強度(是否有異常變形)和致密性(有無泄漏)。是化工設(shè)備出廠時必須進行的工序。

第26頁/共103頁見教材有關(guān)章節(jié)。五、反應(yīng)釜夾套的設(shè)計

(1)夾套的結(jié)構(gòu)型式

HHHHⅠⅡⅢⅣ夾套的結(jié)構(gòu)型式H第27頁/共103頁R30R30采用夾套傳熱時，為防止熱量散失，需要在夾套外設(shè)置保溫層。夾套的型式根據(jù)工藝設(shè)計要求和反應(yīng)釜的具體結(jié)構(gòu)進行選擇，如要求上封頭與筒體采用可拆性聯(lián)結(jié)，則不能選用圖中的Ⅳ型。圖中的Ⅱ型應(yīng)用最為廣泛。其結(jié)構(gòu)型式如下圖。Ⅱ型夾套的結(jié)構(gòu)

DiDj＞150-200DjDiSh45°不銹鋼碳鋼碳鋼DjDiS45°不銹鋼第28頁/共103頁

(2)夾套的尺寸夾套壁與釜體壁間構(gòu)成一個供傳熱介質(zhì)流動的空間，夾套的內(nèi)徑一般可按下表確定。夾套的內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑之間的關(guān)系采用導(dǎo)熱油加熱時。夾套內(nèi)徑常取+300，以增大夾套和釜體的間隙，減小流動阻力。

夾套高度主要取決于傳熱面積的要求，但一般還應(yīng)不低于釜內(nèi)的料液高度以保持傳熱均勻。因此，可如下估算：

/mm500—600

700—1800

2000—3000/mm

+50+100+200第29頁/共103頁將估算出的稍加固整后再校核傳熱面積，即是否滿足：其中為釜體下封頭的內(nèi)表面積，為夾套包覆部分筒體的內(nèi)表面積，為工藝所需的傳熱面積。在確定夾套高度時，還要考慮兩個因素(1)當(dāng)反應(yīng)釜筒體與上封頭用法蘭連接時，夾套上邊緣與法蘭下表面的間距應(yīng)不小于150—200mm，以便裝拆聯(lián)接法蘭的螺栓和螺母。(2)當(dāng)反應(yīng)釜采用懸掛式支座時，要避免因夾套頂部的位置而影響支座的焊接地位。夾套的頂部和底部開有供傳熱介質(zhì)進出的管口。加熱蒸汽要從上端進入夾套，冷凝水從下端排出。如用液體進行加熱或冷卻側(cè)必須下進上出，以保證傳熱液體充滿夾套。第30頁/共103頁為了盡量排去夾套中的空氣或其它不凝性氣體，還常在夾套頂部另設(shè)排氣管口，其直徑不小于DN10。夾套封頭的型式與釜體下封頭相同。(3)夾套圓筒壁厚的計算夾套圓筒壁厚的計算參見釜體內(nèi)壓筒體壁厚的設(shè)計。(4)夾套封頭壁厚的設(shè)計夾套封頭壁厚的設(shè)計參見釜體內(nèi)壓封頭壁厚的設(shè)計。(5)夾套的壓力試驗

參見釜體的壓力試驗。注意：做夾套的壓力試驗時，先做釜體的壓力試驗，待釜體合格后，才焊上夾套做壓力試驗。六、傳熱裝置的設(shè)計

第31頁/共103頁(1)夾套進氣（汽）管的結(jié)構(gòu)

采用氣（汽）體作傳熱介質(zhì)時，若夾套進氣（汽）管內(nèi)的氣速較高，需考慮采取防止氣體直接沖刷釜體外壁的措施。采用下圖所示的防沖擋板或側(cè)向開孔的進氣管，在結(jié)構(gòu)尺寸上要求氣體進入夾套處的通氣截面積大于進氣管的橫截面積。用液體作傳熱介質(zhì)時，為了提高傳熱效果，在釜體外壁上焊接螺旋形導(dǎo)流板有利于提高液體流速、增大傳熱夾套進氣（汽）管的結(jié)構(gòu)

第32頁/共103頁流板系用扁鋼沿筒體圓周方向螺旋繞制而成、且導(dǎo)流板與夾套內(nèi)壁的間隙越小越好。(2)釜內(nèi)蛇管的結(jié)構(gòu)當(dāng)工藝所需的傳熱面積較大，夾套的傳熱面積不能滿足要夾套內(nèi)螺旋形導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)

DiDjhh0-3DjDih0-3δδ第33頁/共103頁h求，或釜內(nèi)襯里為導(dǎo)熱性差的材料時，可采用蛇管傳熱。蛇管一般用管子盤旋成圓柱彈簧狀，故亦稱盤管，其結(jié)構(gòu)如圖所示。由于蛇管浸沒在物料中，因此熱損失小、傳熱效果好，還可起到攪拌導(dǎo)流筒的作用，提高了攪拌效率，但檢修較麻煩。蛇管的傳熱面積與其管徑、管長有關(guān)。為了保證蛇管內(nèi)介質(zhì)的流速和制造方便，蛇管管徑一般為DN25-65。

蛇管的進出口最好盡量設(shè)置在同一端，這樣可只與一個端蓋相連接而裝拆方便。但蒸汽加熱時要上進下出，以利冷卻水的排出、減少振動。有時出于工

蛇管結(jié)構(gòu)

D1第34頁/共103頁藝或結(jié)構(gòu)需要。也可將進出口安排在筒體上。常見的蛇管進出口結(jié)構(gòu)見下圖。（a）（b）（c）（d）（e）

蛇管進出口結(jié)構(gòu)

第35頁/共103頁(a)型用于蛇管與封頭可一起拆下的情況，(b)型用于蛇管需經(jīng)常拆卸，而釜內(nèi)又有足夠空間可裝拆法蘭的場合；(c)型結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠，要拆卸接頭時可在設(shè)備外短節(jié)的焊縫處割斷，裝時再焊上；(d)型為有襯里的結(jié)構(gòu)；(e)型進出口管采用填料密封與封頭連接，管端用螺紋法蘭，適用于需要經(jīng)常裝拆蛇管的場合。七、釜體容器法蘭的聯(lián)接結(jié)構(gòu)法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)由一對法蘭、一個墊片、若干個螺栓和螺母構(gòu)成，其設(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)計等。第36頁/共103頁(1)法蘭的設(shè)計容器法蘭有甲型平焊法蘭（JB/T4701—2000）、乙型平焊法蘭（JB/T4702—2000）、長頸法蘭（JB/T4703—2000）三種，設(shè)計時首先由法蘭的公稱壓力PN、公稱直徑DN由教材中的壓力容器法蘭分類及參數(shù)表確定確定其型式，然后根據(jù)法蘭型式及其PN

、DN

，由對應(yīng)的容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計出法蘭的結(jié)構(gòu)和尺寸。

(2)密封面的形式容器法蘭的密封面形式有平面密封面、凹凸密封面、榫槽密封面、環(huán)密封面。密封面的形式可根據(jù)操作介質(zhì)、法蘭的公稱壓力PN

、工作溫度由教材中的壓力容器法蘭墊片選用表確定。

第37頁/共103頁(3)墊片的設(shè)計根據(jù)材質(zhì)的不同，墊片分為非金屬墊片、組合式墊片和金屬墊片三種，墊片的形式可根據(jù)操作介質(zhì)、法蘭的公稱壓力PN

、工作溫度、法蘭的型式由壓力容器法蘭墊片選用表確定。墊片的尺寸由法蘭的公稱壓力、公稱直徑根據(jù)墊片的標(biāo)準(zhǔn)確定。壓力容器法蘭非金屬軟墊片的結(jié)構(gòu)見圖、尺寸查壓力容器法蘭非金屬軟墊片的標(biāo)準(zhǔn)。

(4)螺栓、螺母的設(shè)計

螺栓、螺母的規(guī)格和數(shù)量由法蘭的結(jié)構(gòu)和尺寸確定，螺栓的

壓力容器法蘭非金屬軟墊片

DoDiδ第38頁/共103頁長度由法蘭的厚度（）、墊片的厚度（）、螺母的厚度（）、墊圈厚度（）、螺栓伸出長度確定。(5)墊片、螺栓、螺母的材料

根據(jù)法蘭的型式、工作溫度由法蘭、墊片、螺栓、螺母的材料匹配表進行選材。八、管法蘭的聯(lián)接結(jié)構(gòu)

(1)

鋼制管法蘭的設(shè)計

管法蘭是壓力容器及設(shè)備與管道聯(lián)接的標(biāo)準(zhǔn)件、通用件。將操作介質(zhì)的工作壓力圓整至符合規(guī)定的公稱壓力PN，即管法蘭的公稱壓力，根據(jù)接管的DN和管法蘭的公稱壓力PN

，由管法蘭標(biāo)準(zhǔn)確定法蘭的類型。第39頁/共103頁(2)管法蘭的密封面形式

管法蘭的密封面形式有突面密封面、凹凸密封面、榫槽密封面等。密封面的形式可根據(jù)法蘭的公稱壓力和公稱直徑，由表進行確定。(3)墊片的設(shè)計

非金屬墊片

纏繞式墊片

第40頁/共103頁墊片類型的確定與容器法蘭墊片相同，類型確定后由公稱壓力PN、接管公稱直徑DN查管法蘭墊片的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計出尺寸。管法蘭非金屬軟墊片的結(jié)構(gòu)與容器法蘭非金屬軟墊片相似、尺寸查管法蘭非金屬軟墊片的標(biāo)準(zhǔn)。

九、管口結(jié)構(gòu)

反應(yīng)釜上設(shè)有各種工藝物料進出管口、檢測反應(yīng)溫度和壓金屬包墊片

金屬墊片第41頁/共103頁力的溫度計口和壓力表口、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)釜上封頭還有裝拆檢修所需的人孔。上述管口的結(jié)構(gòu)和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均與教材中一般容器的管口相同，但對進出料管需要另加注意。

(1)進料管口

進料管一般都從釜頂引入，液相進料管須伸進釜內(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。液相進料管下端管口成45°切口，可使小流量時液流集中，減少靜電。

進料管結(jié)構(gòu)

第42頁/共103頁(2)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，壓料管的結(jié)構(gòu)見圖。為減小因攪拌而引起的壓料管晃動，可用管卡或擋板將其固定。下出料即在上出料管的結(jié)構(gòu)

第43頁/共103頁釜底中央開設(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。管口與夾套處的結(jié)構(gòu)如圖。(3)工藝接管口與儀表接管口反應(yīng)釜上的接管用于介質(zhì)的輸送和測量、控制儀表的安裝，

（a）（b）（c）下出料管的結(jié)構(gòu)

第44頁/共103頁是通過設(shè)備上的管口與凸緣來實現(xiàn)的。管口與凸緣的結(jié)構(gòu)如圖。對于焊接的法蘭管口（a），考慮安裝螺栓的方便，管口的長度可按表選用。接管一般應(yīng)采用無縫鋼管，只有壓力低于或等于0.6MPa、DN≤50mm和用于無毒、非易燃、非腐蝕性介質(zhì)時，才能考慮使用低壓流體輸送用焊接鋼管。若接管允許插入容器內(nèi)部，則伸入的長度不低于1.5Sn，且大于或等于6mm。螺紋管口（b）主要用來安裝溫度計、壓

管口與凸緣的結(jié)構(gòu)

第45頁/共103頁第46頁/共103頁力表，根據(jù)安裝的要求可以制成內(nèi)螺紋或外螺紋。當(dāng)要求管口長度很短時，可采用能與管法蘭直接裝配的凸緣（c），凸緣已有標(biāo)準(zhǔn)系列，其缺點是雙頭螺栓在螺紋孔內(nèi)折斷后，取出比較困難。由于凸緣與管法蘭配用，聯(lián)接尺寸由選用的管法蘭確定。十、人孔(或固體物料進口)的設(shè)計

人孔已有標(biāo)準(zhǔn)系列，常用的人孔標(biāo)準(zhǔn)有碳素鋼、低合金鋼人孔（HG21514～21535-95）和不銹鋼制人孔等。設(shè)計的人孔時，根據(jù)設(shè)備的公稱直徑DN、公稱壓力PN、人孔(或固體物料進口)管法蘭接管筒體(或封頭)墊片封頭手柄DN第47頁/共103頁設(shè)計溫度、材質(zhì)、介質(zhì)及使用用要求等條件，由人孔標(biāo)準(zhǔn)確定人孔的結(jié)構(gòu)、各零件名稱、材質(zhì)及尺寸。固體物料進口的公稱直徑DN=200，結(jié)構(gòu)與人孔基本相同。十一、視鏡

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。常用的視鏡有視鏡、帶頸視鏡和壓力容器視鏡(分別有帶頸與不帶頸兩種)幾種，結(jié)構(gòu)型式見圖。選擇視鏡時，應(yīng)優(yōu)先選用不帶頸視鏡，因為

視鏡的結(jié)構(gòu)型式

第48頁/共103頁該視鏡結(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(大于0.6)。

十二、反應(yīng)釜的攪拌裝置

(1)攪拌器的型式攪拌器的作用是推動靜止的液料運動，維持?jǐn)嚢柽^程所需的流體流動狀態(tài)，以達到攪拌的目的。攪拌器的主要部件是槳葉，因此槳葉的幾何形狀、尺寸、數(shù)量及轉(zhuǎn)速對攪拌器的功能和攪拌效果有重要影響。常見的攪拌器型式如圖所示。攪拌器的尺寸按標(biāo)準(zhǔn)HG/T2123—91中規(guī)范的主要參數(shù)確定。攪拌器的型式的選擇可參考攪拌器選用表。視鏡第49頁/共103頁

布魯馬金式

齒片式

平直葉圓盤渦輪

錨式

框式

螺帶式

螺桿式

折葉開啟渦輪

推進式

彎葉圓盤渦輪

槳式

彎葉開啟渦輪

第50頁/共103頁(2)攪拌軸直徑的設(shè)計①攪拌軸的強度計算反應(yīng)釜的攪拌軸承受扭轉(zhuǎn)和彎曲（或拉伸）的聯(lián)合作用，其中以扭轉(zhuǎn)作用為主。在設(shè)計圓軸直徑時，假定軸發(fā)生純扭轉(zhuǎn)變形，用強度條件進行初步計算。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所引起的誤差。若圓軸傳遞的功率為、轉(zhuǎn)速為則圓軸受到的外力偶矩為：(N

mm)攪拌軸產(chǎn)生的最大扭矩由強度條件得：

第51頁/共103頁在靜載荷作用下，鋼材的與其有如下關(guān)系:考慮到攪拌軸除受扭轉(zhuǎn)作用外，還受到彎曲等的作用，因此值常取的更低一些。幾種常用軸材料的按下表選用。②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

第52頁/共103頁振動，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，需要對攪拌軸進行剛度校核。過程如下：

1)由計算出最大單位長度的扭轉(zhuǎn)角

2)將與許用單位長度的扭轉(zhuǎn)角進行比較，若≤，則剛度足夠；反之，則剛度不夠，攪拌軸直徑需要重新設(shè)計，直至滿足剛度條件為止。③攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計算攪拌軸上驅(qū)動攪拌器運轉(zhuǎn)時，可能由于結(jié)構(gòu)不對稱、材質(zhì)不均勻、加工安裝有誤差，會使旋轉(zhuǎn)件偏離其幾何軸線而產(chǎn)生離心力，使軸受到周期性載荷的干擾。當(dāng)周期載荷的頻率與攪拌軸的自然頻率接近時，軸將產(chǎn)生劇烈振動，這種現(xiàn)象稱第53頁/共103頁為軸的共振。產(chǎn)生共振時，攪拌鈾的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。軸的臨界轉(zhuǎn)速可以有許多個，最低的一個稱為一階臨界轉(zhuǎn)速，還有二階、三階……。工程上將工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸稱為剛性軸，超過臨界轉(zhuǎn)速的軸稱為撓性軸。軸的轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速工作時，引起的強烈振動使軸和有關(guān)的零部件失效其至破壞而造成試車事故。計算攪拌軸的臨界轉(zhuǎn)速是為了使其工作轉(zhuǎn)速避開臨界轉(zhuǎn)速，防止軸發(fā)生失穩(wěn)破壞。一般常用的攪拌軸，常設(shè)計成剛性軸，使其工作轉(zhuǎn)速≤(0.75－0.8)(為軸的一階臨界轉(zhuǎn)速)。反應(yīng)釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速＞200

時，應(yīng)作臨界轉(zhuǎn)速校核計算。

(3)攪拌軸長度的設(shè)計

攪拌軸的長度近似由釜外長度、釜內(nèi)未浸入液體的長度

第54頁/共103頁

、浸入液體的長度三部分構(gòu)成。即：其中（—機架高；M—減速機輸出軸長度）（—釜體筒體的長度；—封頭深度；Hi—液體的裝填高度）液體裝填高度Hi

的確定：釜體筒體的裝填高度:式中—操作容積

液體的總裝填高度:攪拌槳的攪拌效果和攪拌效率與其在釜體的位置和液柱高度有關(guān)。攪拌槳浸入液體內(nèi)的最佳深度為：

浸入液體攪拌軸長度的確定：第55頁/共103頁當(dāng)時為最佳裝填高度；當(dāng)＜時，需要設(shè)置兩層攪拌槳。

＜

十三、反應(yīng)釜的傳動裝置帶攪拌器的反應(yīng)釜，需要電動機和傳動裝置來驅(qū)動攪拌器轉(zhuǎn)Hi2Hi/32Hi/3Hi第56頁/共103頁傳動裝置一般安放在釜體的頂部。通常采用立式布置。如圖所示。電動機的轉(zhuǎn)速較高，通過減速機可將轉(zhuǎn)速降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)動。

(1)電動機的選用反應(yīng)釜傳動裝置上的電動機選用問題，主要是確定電動機的系列、功率、轉(zhuǎn)速、安裝方式及防爆要求等幾項內(nèi)容。①電動機的系列反應(yīng)釜常用的電動機系列有：Y（異步電動機）、YB（隔爆型異步電動機）、YX（改進型異步電動機）等幾種，其特點和使用范圍可查閱有關(guān)手冊。一般異步電動機的同步轉(zhuǎn)速反應(yīng)釜的傳動裝置

電動機減速機聯(lián)軸器機架攪拌軸第57頁/共103頁按電動機的極數(shù)分成幾檔，如3000、1500、1000、700及600等，其中1500的電動機價格較低，供應(yīng)較普遍，應(yīng)用最廣泛。②電動機的功率電動機的功率必須滿足攪拌器的運轉(zhuǎn)功率、傳動裝置及軸封裝置因摩擦而損耗的功率等要求，還要考慮在操作過程中可能出現(xiàn)不利條件造成功率過大的因素。電動機的功率可按下式確定：

—電動機功率；—攪拌器功率；—軸封裝置的摩擦損失；—傳動裝置的機械效率

第58頁/共103頁軸封裝置因摩擦而造成的功率損失與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，填料密封的功率損失約為攪拌器功率的10%，機械密封的功率損失一般為填料密封的10～15%。傳動裝置的機械效率也與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般為0.7～0.98。(2)電動機的安裝型式電動機的安裝一般有如圖所示的幾種型式，選用時可根據(jù)所選的減速機和機架對電動機安裝位置的安排確定。

電動機的安裝型式

（a）B3型

（b）B5型

（c）B35型

（d）V1型

（e）V15型

第59頁/共103頁(2)減速機的選用反應(yīng)釜用的立式減速機主要有：三角皮帶減速機、兩級齒輪減速機、擺線針齒行星減速機、蝸桿減速機、諧波減速機等幾種。

擺線針齒行星減速機三角皮帶減速機蝸桿減速機兩級齒輪減速機第60頁/共103頁攪拌軸轉(zhuǎn)速較高的一般選用三角皮帶減速機或兩級齒輪減速機，轉(zhuǎn)速較低的選用擺線針輪減速機。由于攪拌轉(zhuǎn)速大多在100以下，同時擺線針輪減速機具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、效率高、減速比大、壽命長、故障少、過載能力強、耐沖擊等優(yōu)點，所以擺線針輪減速機獲到廣泛應(yīng)用。(3)聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器類型：剛性凸緣聯(lián)軸器、剛性夾殼聯(lián)軸器

、彈性圓柱銷聯(lián)軸器

剛性凸緣聯(lián)軸器

剛性夾殼聯(lián)軸器

彈性圓柱銷聯(lián)軸器

第61頁/共103頁聯(lián)軸器類型許用扭矩范圍(N·mm)軸徑范圍(mm)最大轉(zhuǎn)速范圍(r/min)剛性凸緣聯(lián)軸器10～2000010～1801400～13000彈性圓柱銷聯(lián)軸器6.3～160009.0～170800～8800剛性夾殼聯(lián)軸器8.5～900030～11038～900

幾種聯(lián)軸器的性能(4)傳動裝置的機架反應(yīng)釜立式傳動裝置是通過機架安裝在釜體封頭上的。機架是一個帶有上、下法蘭的殼體，上法蘭與減速機底板相聯(lián)；下法蘭與封頭上的底座相聯(lián)。聯(lián)軸器、軸封裝置等零部件安裝在殼體的空腔內(nèi)。一般釜用傳動裝置的機架，按《攪拌傳動裝置系統(tǒng)組合》HG21563—95標(biāo)第62頁/共103頁準(zhǔn)系列中列出的有無支點機架、單支點機架和雙支點機架兩種，可供選用。無支點機架

單支點機架

雙支點機架

第63頁/共103頁(5)底座

底座焊接在釜體的上封頭上，也可用以連接減速機和軸的密封裝置。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，底座可分為整體式和分裝式。結(jié)構(gòu)見教材。十四、反應(yīng)釜的軸封裝置反應(yīng)釜的密封有兩種：一種是靜密封，如法蘭聯(lián)接的密封；另一種是動密封，軸封屬于動密封。反應(yīng)釜中應(yīng)用的軸封結(jié)構(gòu)主要有兩大類，填料箱密封和機械密封。(1)填料箱密封

填料密封的結(jié)構(gòu)填料箱密封的結(jié)構(gòu)大體如圖所示，它是由襯套、填料箱體、填料環(huán)、壓蓋、壓緊螺栓等組成。其密封的原理是：被裝填在攪拌軸和填料函之間環(huán)形間隙中的填料，在壓蓋壓力的作用下，沿攪拌軸表面會產(chǎn)生徑向壓緊力。

第64頁/共103頁填料中的潤滑劑在徑向壓緊力的作用下被擠出，在攪拌軸的表面形成一層極薄的液膜。這層液膜一方面使攪拌軸得到潤滑，另一方面起到阻止設(shè)備內(nèi)流體漏出或外部流體滲入的作用，而達到軸向密封的目的。攪拌軸用填料密封箱的品種如表。填料箱公稱直徑系列為30，40，50，60，70，80，90，100，110，120，130，140，150，160。

標(biāo)記示例：公稱軸徑DN80mm的常壓不銹鋼填料箱（PN＜0.1MPa），

填料箱體

O形密封圈

水夾套

填料環(huán)

壓蓋

壓緊螺栓

襯套

填料密封的結(jié)構(gòu)

第65頁/共103頁材料為0Cr18Ni11Ti，標(biāo)記為：填料箱80-Ⅰ，HG21537.4—92-6

攪拌軸用填料密封箱的品種注：Ⅰ—0Cr18Ni11TiⅡ—00Cr17Ni114Mo2

(2)機械密封

第66頁/共103頁機械密封是一種比較新型的密封結(jié)構(gòu)。它的泄漏量少，使用壽命長，摩擦功率損耗小，軸或軸套不受磨損，耐振性能好，常用于高低溫、易燃易爆有毒介質(zhì)的場合。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封環(huán)加工精度要求高，安裝技術(shù)要求高，裝拆不方便，成本高。1-上、下靜環(huán)密封圈；2-下靜環(huán)；3-下動環(huán)；4-上、下動環(huán)密封圈；5-套筒密封圈；6-彈簧；7-上動環(huán)；8-上靜