反应釜开题报告

长春理工大学毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目：6300LK型反应釜的设计学院：机电工程学院专业：过程装备与控制工程姓名：赵真学号:110331232指导教师：姜吉光开题时间：2015年3月20日1.课题的目的和意义1.1课题的目的化工设备毕业设计是培养我们学生设计能力的重要实践环节，通过毕业设计，可以使我们独立的运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合的分析和解决工程实际问题的能力，因而在我们完成毕业设计后，应达到下列目的：（1）通过毕业设计，能够将我们所学的知识，在设计中综合的加以运用，使学到的知识得到巩固、加深和提高。（2）使我们具有独立进行工程设计的能力，树立正确的设计思想，掌握化工容器及设备设计的基本方法和程序，为今后从事工程设计打下良好的基础。（3）通过毕业设计可以使我们熟悉和运用设计资料，如有关国家颁布标准，以完成我们在机械设计方面所必备的基本训练。1.2课题的意义反应釜是化学、医药及食品等工业中常用的典型设备之一。搪玻璃反应釜先用胎具将钢板压制成符合烧成要求的折流板，其横截面成类似字母“Ω”形，折流板的宽度H为釜体直径的1/8～1/6，折流板顶面弧度半径R为：3δ≤R≤150mm，δ为折流板钢板厚度，侧面弧度半径r为6～50mm，然后根据反应釜体积的大小，将折流板制成一层或多层，焊接在釜体内壁上，焊缝处处理圆滑过度后，进行搪烧，组装成成品，较好地改善了反应物料流动状态，提高了反应效率。搪玻璃设备运行中停车后的检验国内、国外高品质的制造商都选用高品质的钢板、焊条、瓷釉，钢板焊条含碳、硫、磷杂质低，钢板内晶格结构紧密并有微量元素以抑制制造过程中吸氢，瓷釉选用耐腐蚀性能好、耐温差急变性能优异、熔点低的瓷釉。搪烧时采用“低温长烧”、“搪烧后缓冷”的烧制工艺，一般在搪烧三次后就没有了气孔，以后的三到四次搪烧仅仅是瓷层的加厚，瓷层一半以上的厚度是致密不导电的，这样的瓷层耐腐蚀性能优异，腐蚀、摩擦、碰撞后即便瓷层厚度减薄也不会影响瓷层的性能。本设计为6300LK型反应釜［2］。搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。搅拌操作的例子颇为常见，例如在化学实验室里制备某种盐类的水溶液时，为了加速溶解，常常用玻璃棒将烧杯中的液体进行搅拌。在工业生产中，搅拌操作是从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用，搅拌操作分机械搅拌和气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，但气泡的作用对液体所进行的搅拌是比较弱的，对粘度高的液体不适用，在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。本设计说明书着重对此作计算和说明。搅拌设备在工业生产中的应用很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。化学工艺过程的种种化学变化，是以参加反应物的充分混合为前提的，对于加热、冷却和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到好的效果。搅拌设备在许多场合是作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器约占反应器总数的90％，其它如染料、医药、农药、油漆等行业，搅拌设备的使用亦很广泛。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围较广，又能适应多样化生产。搅拌设备的作用：①使物料混合均匀。②使气体在液相中很好地分散。③使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀地悬浮。④使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化。⑤强化相间的传质（如吸收等）。⑥强化传热。对于均匀相反应，主要是①、⑥两点。搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中异种原油的混合调整和精制，汽油中添加四乙基铅等填加物而进行混合，使原料液或产品均匀化。化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺染料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备通过此次设计可以使我们能更好的了解其工作原理和工艺流程并对其进行更进一步的发展。2.国内、外现状及发展趋势2.1国内现状及发展趋势对国内反应釜市场的调查显示了反应釜的种类原理和发展趋势：低压反应釜，一般是指1.6MPa以下的反应釜［1］。由于工艺条件和介质的不同，反应釜的材料选择及结构也不尽相同，但基本组成是相同的，它包括传动装置、传热和搅拌装置、釜体（上盖、筒体、釜底）、工艺接管等［2］。设备的外观尺寸，一般取反应釜有效高度Hgz/反应釜内径Di=1.0~1.2，如果Hgz/Di＞1.5，则需增设桨叶数。桨叶直径di通常取1/3/Di，上、下桨叶的间距应略大于桨径。在设备的结构上设置必要的传热和搅拌装置是为了强化反应过程。反应釜体普遍采用钢制（或衬里）、铸铁或搪玻璃。反应釜所用的材料、搅拌装置、加热方法、轴封结构、容积大小、温度、压力等各有异同、种类很多，它们的基本特点分述如下：（1）结构反应釜结构基本相同，除有反应釜体外，还有传动装置、搅拌和加热（或冷却）装置等，可改善传热条件，使反应温度控制得比较均匀，并不强化传质过程［3］。（2）操作压力反应釜操作压力较高。釜内的压力是化学反应产生或由温度升高而形成，压力波动较大，有时操作不稳定，突然的压力升高可能超过正常压力的几倍，因此，大部分反应釜属于受压容器。（3）操作温度反应釜操作温度较高，通常化学反应需要在一定的温度条件下才能进行，所以反应釜既承受压力又承受温度。获得高温的方法通常有以下几种：a水加温要求温度不高时可采用，其加热系统有敞开式和密闭式两种。敞开式较简单，它由循环泵、水槽、管道及控制阀门的调节器所组成，当采用高压水时，设备机械强度要求高，反应釜外表面焊上蛇管，蛇管与釜壁有间隙，使热阻增加，传热效果降低［4］。b蒸汽加热加热温度在100℃以下时，可用一个大气压以下的蒸汽来加热；100~180℃范围内，用饱和蒸汽；当温度更高时，可采用高压过热蒸汽。用其它介质加热若工艺要求必须在高温下操作或欲避免采用高压的加热系统时，可用其它介质来代替水和蒸汽，如矿物油（275～300℃）、联苯醚混合剂（沸点258℃）、熔盐（140～540℃）、液态铅（熔点327℃）等。c电加热将电阻丝缠绕在反应釜筒体的绝缘层上，或安装在离反应釜若干距离的特设绝缘体上，因此，在电阻丝与反应釜体之间形成了不大的空间间隙。前三种方法获得高温均需在釜体上增设夹套，由于温度变化的幅度大，使釜的夹套及壳体承受温度变化而产生温差压力［5］。采用电加热时，设备较轻便简单，温度较易调节，而且不用泵、炉子、烟囱等设施，开动也非常简单，危险性不高，成本费用较低，但操作费用较其它加热方法高，热效率在85%以下，因此适用于加热温度在400℃以下和电能价格较低的地方。d反应釜搅拌结构在反应釜中通常要进行化学反应，为保证反应能均匀而较快的进行，提高效率，通常在反应釜中装有相应的搅拌装置，于是便带来传动轴的动密封及防止泄漏的问题。e反应釜的工作反应釜多属间隙操作，有时为保证产品质量，每批出料后都需进行清洗；釜顶装有快开人孔及手孔，便于取样、测体积、观察反应情况和进入设备内部检修。f化工生产对反应釜的要求和发展趋势：①大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为6000L以下，其它行业有的达30m³；国外在染料行业有20000～40000L，而其它行业可达120m³。②反应釜的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。反应釜发展趋势除了装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。③以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染［6］。④合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。热管技术的应用，将是今后反应釜发展趋势。2.2国外现状及发展趋势反应釜是化工行业用来完成物质的物理化学反应等工艺过程的典型设备之一［7］。但是大多数情况下反应釜也是一种带有常见缺陷的化工设备由于反应釜工作时存在易燃易爆毒害腐蚀介质,因此,反应釜的缺陷在不同程度上危害人身财产安全也影响着产品质量［8］。他目前所处的一种状态也是人们所担心的，因此应该采取一定的措施进行补救，以及对其进行进一步的发展。现就其危险现状进行说明：（1）改薄釜体或传热夹套的钢板尤其是价格较高的不锈钢板此举危险极大釜体耐压强度和刚度等性能下降可造成设备爆炸恶性事故（2）改薄法兰材料未达到额定负荷时变形造成法兰面密封失效即使无害介质高压高温下的突然失效都会有严重的后果有害介质更甚（3）为省料封头不压出直边封头刚度下降设备容量降低（4）减速机配置不当在轴封要求较高的场合如使用机械密封时应选用出轴摆动较小的减速机而有的厂家会使用价格相对低廉的涡轮减速机因出轴摆动大连带搅拌轴摆动此时机械密封因工况无法保证而失效［9］。釜内带压时轴封泄漏更甚，若釜内是易燃易爆毒害腐蚀介质其危害可想而知（5）底轴承与减速机架不同轴或搅拌轴与减速机出轴不同轴造成搅拌轴别劲摆动底轴承因磨损减低寿命以及轴封失效等等这些都会对人以及对机器本身造成伤害，因而在以后的发展中我们应正确操作避免以上事故发生。因而我们在以后的发展中用做到以下几点：①坚持设计制造资格的审批设计过程制造过程的质量管理和监督健全规程②提倡理论学习和技术培训，提高业务水平，加强反应釜工艺设计③采用新技术，在提高和保证设备质量的前提下降低制难度减少维护成本［10］。例如：取消中高速搅拌底轴承以稳定环平衡片代之使用柔性联轴器等都可使釜中心轴线上各零部的同轴度要求降低④尽量使用工具尤其是专用工具减少人工误差⑤尽量在机械厂验收，设备试运行发现问题后可利用械厂相对强大的机加工能力和起重条件改进和补救。若在化工发现问题常因条件所限不得不勉强使用.随着化工产业的发展化工生产对反应釜要求越来越高化工生产对反应釜的具体要求和发展趋势如下：1、大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为6000L以下，其它行业有的达30m³；而其它行业可达120m³。2、反应釜的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。国外，除了装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。3、以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染。4、合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。热管技术的应用，将是今后发展的方向。3.课题的主要工作3.1确定工艺计算的物性数据，进行设备的工艺计算；（1）确定设备各元件的基本尺寸，确定各元件强度设计参数；进行釜体的计算（2）筒体容积的设计（3）筒体长径比的设计（4）确定筒体的直径和高度及夹套的高度设计（5）同体容积的校核及夹套高度的确定（6）筒体厚度的计算及校核（7）封头厚度和夹套壁厚的计算（8）釜体及夹套的水压试验及筒体稳定性校核3.2进行接管的选择及开孔补强计算（a）接管的选择（包括：进料管、温度计接管、压力表接管、空压管接管、压料口接管、蒸汽及冷却水进出口接管、排气口接管和安全阀接管的选择）（b）进行补强计算3.3对筒体的搅拌装置进行选型设计及计算（1）搅拌器的的选型（2)搅拌器的参数确定和搅拌器功率的计算（3）搅拌器的校核3.4传动装置的计算及选型（a）电机功率的计算（b）搅拌轴的设计及机械计算（c）电动机的选择（d）减速机的选择3.5零部件选择选用零部件附件的结构在满足工艺要求的条件下由受力条件、制造、安装等因素决定其中包括（安装底盖选择、机架的选择、法兰选型、联轴器选型、搅拌轴底轴承选型、搅拌机轴封的选型、密封