机械式搅拌反应釜设计说明书

目录前言...................................................................21反应釜的设计参数及要求................................................31.1设计任务书.......................................................31.2设计方案的分析和拟定.............................................42夹套反应釜设计........................................................42.1反应釜的罐体和夹套的设计..........................................42.2夹套反应釜的强度计算.............................................73反应釜的搅拌装置.....................................................103.1选择搅拌器......................................................103.2搅拌轴的设计....................................................103.3搅拌轴强度校核...................................................113.4搅拌抽临界转速校核计算.........................................124V带轮设计计算........................................................135反应釜其他附件........................................................145.1设备法兰........................................................145.2支座............................................................145.3手孔和人孔......................................................155.4设备接口.......................................................155.5视镜...........................................................156设计小结..............................................................16参考文献................................................................17前言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、冷却及低高速的混配功能。随之反应过程中的压力要求对容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，属于非标的容器设备。反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它复合材料。反应釜可采用SUS304、SUS316L等不锈钢材料制造。搅拌器有锚式、框式、桨式、涡轮式，刮板式，组合式，转动机构可采用摆线针轮减速机、无级变速减速机或变频调速等，可满足各种物料的特殊反应要求。密封装置可采用机械密封、填料密封等密封结构。加热、冷却可采用夹套、半管、盘管、米勒板等结构，加热方式有蒸汽、电加热、导热油，以满足耐酸、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺需要。可根据用户工艺要求进行设计、制造。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、蒸馏、蒸发、储存、氢化、烃化、聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工艺过程的容器。1反应釜的设计参数及要求1.1设计任务书简图设计参数及要求容器内夹套内工作压力，MPa0.250.35设计压力，MPa工作温度，℃设计温度，℃﹤100﹤100介质有机溶剂蒸汽全容积，m³1.0操作容积，m³传热面积，㎡＞3腐蚀情况微弱推荐材料Q235-R搅拌器型式推进式搅拌轴转速，r/min250轴功率，kW3接管表符号公称尺寸DN连接面形式用途A25PL/RF蒸汽入口B65PL/RF加料口C100PL/RF视镜D25PL/RF温度计管口E25PL/RF压缩空气入口F40PL/RF放料口G25PL/RF冷凝水出口1.2设计方案的分析和拟定按照设计任务书提供的工艺条件，选定容器的型式和材料后，进行反应釜的机械设计，主要是计算釜体和夹套的尺寸；选择搅拌器和设计搅拌轴；选择搅拌的传动装置和轴封装置；选择法兰、支座和各种工艺接管，并核算开孔补强；绘制装配图；编写设计计算说明书。2夹套反应釜设计2.1反应釜的罐体和夹套的设计2.1.1确定筒体的型式从技术特性表上所得到的工作压力及温度以及该设备的工艺性质，可以看出它是属于带搅拌的低压反应釜类型，一类低压容器，根据惯例选择圆柱形筒体。2.1.2确定罐体几何尺寸（1）确定筒体直径反映物料为液-固相类型，从表3-1中，H/Di为1～1.3.设备容积要求为1.0m3,考虑到容器的体积不大，可取H/Di=1.3，这样可以使直径不致太小，从工艺上反应状态无泡沫或沸腾情况，黏度也不大，故取装料系数η=0.8。表3-1罐体长径比经验表种类罐体物料类型H/Di一般搅拌罐液—固或液—液相物料1～1.3气—液相物料1～2发酵罐类1.7～2.5反应釜的直径估算如下：VN=VηV=ηNV=8.00.1=1.25m3(全容积除系数明显有问题)Di=34DiHVπ=33.114.325.14=993.2mm圆整至公称直径标准系列，取Di=1000mm,封头取相同的内径？，（2）确定筒体的高度当DN=1000mm，查得标准椭圆形封头的容积Vh=0.198m3，则筒体的高度估算为:H=24DiVVhπ=21.1414.3198.025.1=1.11m取H为1.1m，于是H/Di=1（3）确定夹套的直径夹套的内径与釜体的内径有关，可按表3－2选取。夹套的内径为：mmDDNj11001001000100；表3-2夹套直径jD与罐体直径DN的关系（mm）DN500～600700～18002000～3000jDDN+50DN+100DN+200（4）夹套的高度jH夹套的尺寸为1200mm，夹套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同的直径。从文献6查得筒体每一米的容积mmV/95.031,则夹套筒体的高度估算如下:mVVVHhj84.095.0198.025.18.01取jH为900mm。（5）内筒及夹套的受力分析工艺条件中：反应釜内的工作压力为0.25Mpa，夹套内工作压力为0.35Mpa，则夹套筒体和夹套封头为受0.35Mpa的内压而内筒的筒体和下封头为既承受0.25Mpa的内压同时又承受0.35Mpa的外压，其最恶劣的工作条件为停止操作时内筒无压力而夹套内仍有蒸汽压力，此时内筒承受0.35Mpa的外压。（6）计算夹套的厚度夹套筒体与内筒的环焊缝，因检测困难，故取85.0，从安全计夹套上所有的焊缝均取85.0，封头采用由钢板压制的标准椭圆形封头，材料均为Q345.夹套的厚度计算如下：mmCpDpctjcd37.423.01.185.0170212003.01.122夹套的厚度为4mm,圆整至钢板规格厚度并考虑封头的标准，夹套的厚度为mmn5。（7）计算筒体的厚度①承受0.2Mpa内压时筒体的厚度mmCpDpcticd71.222.01.1170211002.01.122②承受0.3Mpa外压时筒体的厚度承受0.3Mpa外压时筒体的厚度为简化起见，首先假设mmn4，则mmCne75.125.24，由于夹套顶部距离容器法兰面积实际定为150mm，因此内筒体承受外压部分的高度为H-150mm，并以此定0DL及eD0之值。mmDDni110842110020mmhhHL67.106627531251501100311501式中h——标准椭圆封头之边高度，根据mmDi1100由表查得总深度mmhh3001，再由表推荐得mmh25。1h——标准椭圆封头曲面高度，mmh2751。则0DL=96.0110867.1066eD0=1.63375.11108因此由文献［6］图5-19查得A=0.00002，再据此查图3-4，B不存在。因此当名义厚度为4mm时，不能满足稳定要求。再假设mmn8，则mmCCne2.528.08210DL=96.0110867.1066eD0=2.51108=213.08由文献［6］图5-19，查得A=0.0005，据此查图3-4得B=6431.008.213640eDBpMpa0.3Mpa因此名义厚度为8mm时，筒体能满足0.3Mpa的外压要求。由于筒体既可承受内压，又可能承受外压，因此筒体壁厚应选取两者中最大值，即确定筒体厚度为8mm.2.2夹套反应釜的强度计算2.2.1强度计算(按内压计算强度)据工艺条件或腐蚀情况确定，设备材料选用Q235-A。由工艺条件给定：设计压力（罐体内）1p=0.25MPa，设计压力（夹套内）2p=0.35MPa，设计温度（罐体内）1t100℃，设计温度（夹套内）2t150℃。按参考文献[1]第九章计算：液柱静压力p1H=10-6ρgh=0.013MPa计算压力P1c=P1+P1H=0.213MPa；液柱静压力P2H=gh6^10=0MPa计算压力P2c=P2H+P2c=0.3MPa焊接接头系数,选取罐体及夹套焊接接头系数=0.85。设计温度下材料许用应力：[]t=113MPa。罐体筒体计算厚度1按式：mm22.121111pDpt夹套筒体计算厚度2按式：mmpDpt88.122222封头计算厚度'1按式：mmpDpt22.15.02111'1夹套封头计算厚度'2按式：mmpDpt875.15.02222'2取最小厚度mm3min作为计算厚度腐蚀余量：C2=2.0mm罐体筒体设计厚度d1按式：mmCd521夹套筒体设计厚度d2按式：mmCd522罐体封头设计厚度'1d按式：mmCd52'1夹套封头设计厚度'2c按式：mmCd52'2钢板厚度负偏差：C1=0.6mm（按钢板厚度6㎜）罐体筒体厚度负偏差mmd51n12.2.2稳定性校核(按外压校核厚度)（1）假设罐体筒体名义厚度n1=8mm厚度附加量C按式：mmCCC8.221罐体筒体有效厚度e1按式：mmCne2.7罐体筒体外径0D按式：mmDDn1120210筒体计算长度L按式：mm10923112hHL系数：0DL=1092/1120=0.975系数：eD0=1120/7.2=155.5经查表得：系数A=0.00076系数B=102MPa许用外压力p按式：确定罐体筒体名义厚度:n=8mm（2）假设罐体封头名义厚度n=8mm按表4-