畢業(yè)設計（論文）2.4m3攪拌反應釜設計

1、<p>　　2.4 m3攪拌反應釜設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文設計的攪拌設備是攪拌反應釜，反應釜的結構采用夾套式。內筒介質是染料及有機溶劑，設計壓力為0.7MPa；夾套內介質為冷卻水或蒸汽，設計壓力為0.9MPa；主體材質為Q345R，攪拌速度為50r/min，反應釜體積為2.4m3，操作體積為2.0m3，軸功

2、率為1.4KW。</p><p>　　攪拌反應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；傳動裝置是為攪拌裝置設置的，主要由電動機、減速器、聯(lián)軸器和傳動軸等組成；軸封裝置為動密封，一般采用機械密封或填料密封；它們與支座、人孔、工藝接管等附件一起，構成完整的攪拌反應釜。</p><p>　　設計方法采用壓力容器常規(guī)設計方法，遵循《化工設備》要求，按照GB150

3、-98《鋼制壓力容器》等技術法規(guī)執(zhí)行，設計內容主要包括釜體（內筒與夾套）強度、結構設計、校核和水壓試驗；攪拌裝置設計與校核；傳動裝置設計以及反應釜其他零部件設計等。</p><p>　　反應釜作為攪拌設備的一種，其應用前景廣泛，尤其在石油與化工行業(yè)中更是得到了廣泛的應用。</p><p>　　關鍵詞 反應釜；釜體；攪拌裝置；傳動裝置；附件</p><p><b

4、>　　Abstract</b></p><p>　　This design of mixing equipment is stirred tank reactor with jacket. Inner tube is a dye and an organic solvent medium and the design pressure is 0.7Mpa.jacket cooling mediu

5、m 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。</p><p>　　stirred ta

6、nk reactor is mainly composedof 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 consist

7、s of motor, reducer, couplings and shafts and other components; seal device is dynamic seal, generally use mechanical seal or packing.All of them with support, manholes, and other accessories with the takeover process co

8、nstitute a complete stirred tank reactor.</p><p>　　Pressure vessel design using conventional design methods, follow the "chemical equipment" requirement, according to GB150-98 "steel pressure

9、vessel" 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 desi

10、gn and other reactor components design.</p><p>　　Reactor as a stirring device has broad application prospects, especially in the oil and chemical industry it has been even more widely used.</p><p&

11、gt;　　Keywords reactor；kettle；stirring device；gearing；attachment</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言- 1 -</b></p><p>　　第1章 緒論- 3 -</p><p>　　1.1反

12、應釜研究的背景及意義- 3 -</p><p>　　1.2反應釜的研究現(xiàn)狀- 3 -</p><p>　　1.3反應釜的發(fā)展趨勢- 4 -</p><p>　　第2章 反應釜釜體的設計- 6 -</p><p>　　2.1 釜體 、的確定- 6 -</p><p>　　2.2 釜體筒體壁厚的設計- 6 -&

13、lt;/p><p>　　2.3 釜體封頭的設計- 7 -</p><p>　　2.4筒體長度的設計- 7 -</p><p>　　2.5 外壓筒體壁厚的設計- 8 -</p><p>　　2.6 外壓封頭壁厚的設計- 8 -</p><p>　　第3章 反應釜夾套的設計- 10 -</p>&

14、lt;p>　　3.1 夾套的、的確定- 10 -</p><p>　　3.2 夾套筒體的設計- 10 -</p><p>　　3.3 夾套封頭的設計- 10 -</p><p>　　3.4 傳熱面積的校核- 11 -</p><p>　　第4章 反應釜釜體及夾套的壓力試驗- 12 -</p><p>

15、　　4.1釜體的水壓試驗- 12 -</p><p>　　4.2釜體的氣壓試驗- 12 -</p><p>　　4.3夾套的液壓試驗- 13 -</p><p>　　第5章 反應釜附件的選型及尺寸設計- 15 -</p><p>　　5.1釜體法蘭聯(lián)接結構的設計- 15 -</p><p>　　5.2工藝接管

16、的設計- 16 -</p><p>　　5.3接管墊片尺寸及材質- 18 -</p><p>　　5.4人孔的設計- 19 -</p><p>　　5.5視鏡的選型- 20 -</p><p>　　5.6支座的選型及設計- 21 -</p><p>　　第6章 攪拌裝置的設計- 23 -</p>

17、<p>　　6.1攪拌軸直徑的初步計算- 23 -</p><p>　　6.2攪拌抽臨界轉速校核計算- 23 -</p><p>　　6.3聯(lián)軸器的選擇- 23 -</p><p>　　6.4攪拌器的設計- 24 -</p><p>　　6.5攪拌軸尺寸的設計- 26 -</p><p>　　第

18、7章 傳動裝置的選型和尺寸計算- 27 -</p><p>　　7.1電動機的選型- 27 -</p><p>　　7.2減速器的選型- 27 -</p><p>　　7.3機架的設計- 27 -</p><p>　　7.4底座的設計- 28 -</p><p>　　7.5凸緣法蘭的選型- 29 -<

19、;/p><p>　　7.6 密封形式的選擇- 29 -</p><p>　　7.7安裝底蓋與密封箱體、機架的配置- 30 -</p><p>　　第8章 焊縫結構設計及開孔補強計算- 31 -</p><p>　　8.1釜體上的主要焊縫結構- 31 -</p><p>　　8.2夾套上的焊縫結構的設計- 32 -

20、</p><p>　　8.3封頭開人孔后被削弱的金屬面積的計算- 33 -</p><p>　　8.4有效補強區(qū)內起補強作用的金屬面積的計算- 33 -</p><p>　　8.5判斷是否需要補強的依據(jù)- 34 -</p><p>　　結論與展望- 35 -</p><p><b>　　致謝- 36

21、 -</b></p><p>　　參考文獻- 37 -</p><p><b>　　附錄- 38 -</b></p><p>　　附錄A：主要參考文獻摘要及題錄- 38 -</p><p>　　附錄B：英文原文及翻譯錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　插圖

22、清單</b></p><p>　　圖2-1 橢圓型封頭結構………………………………………………………………………9</p><p>　　圖3-1夾套下封頭的結構 ………………………………………………………………… 11</p><p>　　圖3-2夾套上封頭的結構 ………………………………………………………………… 11</p><p

23、>　　圖5-1乙型平焊法蘭結構……………………………………………………………………15</p><p>　　圖5-2墊片結構………………………………………………………………………………15</p><p>　　圖5-3蒸汽入口結構…………………………………………………………………………17</p><p>　　圖5-4突面板式平焊法蘭結構……………………………

24、…………………………………17</p><p>　　圖5-5墊片結構形式…………………………………………………………………………18</p><p>　　圖5-6人孔……………………………………………………………………………………19</p><p>　　圖5-7視鏡……………………………………………………………………………………21</p><

25、p>　　圖6-1聯(lián)軸器結構形式及尺寸………………………………………………………………24</p><p>　　圖6-2 C型凸緣聯(lián)軸器軸頭…………………………………………………………………24</p><p>　　圖6-3攪拌器型式……………………………………………………………………………25</p><p>　　圖6-4槳式攪拌器的結構……………………………

26、………………………………………25</p><p>　　圖7-1電動機結構及安裝尺寸………………………………………………………………27</p><p>　　圖7-2 機架結構…………………………………………………………………………… 28</p><p>　　圖7-3 底座的型式及尺寸………………………………………………………………… 29</p>

27、<p>　　圖7-4 凸緣法蘭結構型式及尺寸………………………………………………………… 29</p><p>　　圖7-5 填料密封結構型式………………………………………………………………… 30</p><p>　　圖7-6安裝底蓋與密封箱體、機架的配置結構……………………………………………30</p><p><b>　　表格清單</

28、b></p><p>　　表2-1 幾種攪拌設備筒體的高徑比…………………………………………………………6</p><p>　　表3-1 封頭尺寸…………………………………………………………………………… 11</p><p>　　表5-1 法蘭結構尺寸……………………………………………………………………… 15</p><p>　　表

29、5-2 墊片的尺寸………………………………………………………………………… 16</p><p>　　表5-3 法蘭、墊片、螺栓、螺母材料…………………………………………………… 16</p><p>　　表5-4 板式平焊法蘭的尺寸……………………………………………………………… 18</p><p>　　表5-5 各法蘭墊片尺寸明細表……………………………………

30、……………………… 19</p><p>　　表5-6 回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔的尺寸………………………………………………… 20</p><p>　　表5-7 PN1.0DN400人孔的明細表………………………………………………………20</p><p>　　表5-8 視鏡材料…………………………………………………………………………… 21</p>

31、<p>　　表5-9 B型耳式支座的尺寸…………………………………………………………………22</p><p>　　表6-1 漿式攪拌器的尺寸………………………………………………………………… 25</p><p>　　表7-1 機架尺寸…………………………………………………………………………… 28</p><p><b>　　引言</b

32、></p><p>　　反應釜的廣義理解即有物理或化學反應的容器，通過對容器的結構設計與參數(shù)配置，實現(xiàn)工藝要求的加熱、蒸發(fā)、冷卻及低高速的混配功能。由于反應過程中的壓力不同對容器的設計要求也不盡相同。不銹鋼反應釜廣泛應用于石油、化工、橡膠、農藥、染料、醫(yī)藥、食品等生產型用戶和各種科研實驗項目的研究，用來完成水解、中和、結晶、蒸餾、蒸發(fā)、儲存、氫化、烴化、聚合、縮合、加熱混配、恒溫反應等工藝過程的容器。反應釜

33、是綜合反應容器，根據(jù)條件對反應釜結構功能及配置附件的設計。從開始的進料到出料均能夠以較高的自動化程度完成預先設定好的步驟要求，對反應過程中的溫度、壓力等重要參數(shù)進行嚴格的調整。</p><p>　　1.反應釜常見的類型</p><p>　　反應釜根據(jù)材質可大致分為一下幾種類型：</p><p><b>　?、俨讳P鋼反應釜</b></p&g

34、t;<p>　　不銹鋼反應釜由釜體、夾套、攪拌器、傳動裝置、軸封裝置和其他附件等組成。材質一般有碳鋼、不銹鋼以及其他合金或復合材料；根據(jù)反應釜的制造機構可分為開式平蓋式反應釜、開式對焊法蘭是反應釜和閉式反應釜三大類。攪拌形式一般有錨式、漿式、渦輪式、推進式或框式等，攪拌裝置在高徑比較大時，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、機械密封和磁力密封。加熱方式有電加熱、熱水加熱、導熱油循環(huán)加熱、

35、外（內）盤管加熱等；冷卻方式為夾套冷卻和釜內盤管冷卻。廣泛應用于石油、化工、食品、醫(yī)藥、農藥、科研等行業(yè)，是用業(yè)完成聚合、縮合、硫化、烴化、氫化等化學工藝過程，出及有機染料和中間體許多工藝過程的反應設備。</p><p><b>　?、谔虏ＡХ磻?lt;/b></p><p>　　搪玻璃反應釜是將含高二氧化硅的玻璃，襯于鋼制容器的內表面，經高溫的灼燒而牢固的密著于金屬表面

36、上成為復合材料制品。因此搪玻璃反應器具有玻璃的穩(wěn)定性和金屬強度的雙層優(yōu)點，是一種優(yōu)良的耐腐蝕設備。技術規(guī)范：使用壓力：0.2-0.8Mpa；耐酸性：對各種有機酸、無機酸、有機溶劑均有較好的抗蝕性；耐堿性：對堿性溶液抗蝕性較酸溶液差。操作溫度：設備加熱或冷卻時，應緩慢進行。瓷層厚度：玻璃設備的瓷層厚度</p><p><b>　?、鄞帕嚢璺磻?lt;/b></p><p>

37、;　　磁力攪拌反應釜的關鍵部件磁力耦合傳動器是一種利用永磁材料進行耦合傳動的傳動裝置，改變了傳統(tǒng)機械密封和填料密封的那種能過軸套或填料密封攪拌軸的動密封結構為靜密封結構，釜內介質完全處于由釜體與密封罩體構成的密封腔內，徹底解決了填料密封和機械密封因動密封而造成的無法克服的泄露問題，使反應介質絕無任何泄露和污染。是國內目前進行高溫、 高壓下的化學反應最為理想的裝置，特別是進行易燃、易爆、有毒介質的化學反應，更加顯示出它的優(yōu)越性。</

38、p><p>　　④不飽和聚酯樹脂全套設備</p><p>　　不飽和聚酯樹脂全套設備由立式冷凝器、臥式冷凝器、反應釜、儲水器、分餾柱五部分組成，適用范圍：用于生產不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、ABS樹脂、油漆的關鍵設備。</p><p><b>　?、蓦娂訜岱磻?lt;/b></p><p>　　電加熱反應釜具有加熱迅速、

39、耐高溫、耐腐蝕、衛(wèi)生、無環(huán)境污染、無需鍋爐自動加溫、使用方便等特點。用電熱棒加熱夾套里面的導熱油，使導熱油溫度升到所需要的溫度，然后有測溫控制儀控制電熱棒使其斷電恒溫。是在吸收國內外先進技術的基礎上研制成功的新型產品，廣泛地應用于醫(yī)藥、化工、食品、天然調味品、食品添加劑、輕工等行業(yè)。</p><p><b>　　2.攪拌反應釜</b></p><p>　　攪拌反應釜是

40、化學、醫(yī)藥及食品等工業(yè)中常用的典型反應設備之一。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，促使其化學反應的設備，通常伴有熱效應，有換熱裝置將所需的熱量輸入或將生成的熱量移出。攪拌反應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、錨式和推進式、渦輪式等。本文所設計的攪拌反應釜為漿式攪拌反應釜。</p><p>　　漿

41、式攪拌反應器在結構上比較簡單，它的攪拌葉一般以扁鋼制造，當釜內物料對碳鋼有顯著腐蝕性時，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。平直葉是頁面與旋轉方向互相垂直；折葉則是與旋轉方向成一斜角度。平直葉主要使物料產生切向方向的流動，加攪拌擋板后可產生一定的軸向攪拌效果。折葉與直葉相比軸向分流略多。漿式攪拌器的運轉速度較慢，一般為10-100r/min,圓周速度在1.5-3m

42、/s范圍內比較合適。廣泛應用于促進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。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1反應釜研究的背景及意義</p><p>　　隨著中國的發(fā)展越來越快，反應釜化工產品的出口量逐漸增加。全球對高效，高質化工產品的需求也

43、日益增長，隨著企業(yè)產生對科學研究技術的需求，強力渴望生產技術，生產設備的提高、進步和需求，進行國際間交流，將是中國成為全球化工制造業(yè)中心，為化工設備帶來巨大的市場潛力。</p><p>　　同時，隨著科學技術的發(fā)展，人們對生活環(huán)境的要求逐漸提高，，化工產業(yè)所制造出的產品在我們的日常生活當中也隨處可見，為了能夠制造出更好的化工產品，不僅對加工工藝提出了新的要求，也對其生產設備有了更新的要求，而反應釜作為精細化工當中

44、必不可缺的設備，更是成為重中之重。</p><p>　　鑒于攪拌反應釜是化工行業(yè)當中普遍使用的釜類設備，因此，如何能夠將現(xiàn)有的攪拌反應釜類設備進行新的改進和加工，對于化工產業(yè)來說具有非常重要的意義，而且它可以應用到國民經濟、科技活動、國防建設和人民生活的各個領域。同時還可以擴化工設備的出口，促進對外貿易和交流，因而對于振興我國的化工機械工業(yè)具有重大的作用，對于推動我國科學技術的進步和國民經濟的發(fā)展也具有極為深遠的

45、戰(zhàn)略意義。</p><p>　　1.2反應釜的研究現(xiàn)狀</p><p>　　反應釜自1912年發(fā)明以來取得迅猛發(fā)展，至今全球仍以每年3—5%的速度遞增。我國也正處于快速發(fā)展當中，所以對其生產以及各類型的消費應用也保持在非常高的水平。但是由于科學技術的限制，我國研制的反應釜以及在應用上跟國外相比，還是有一定差距的。</p><p>　　首先，國外所制造的反應釜，除了燃

46、料行業(yè)20000-40000L，其他的均可達到120m3；而我國多在6000L以下。因為反應釜的容積小大與產量，批量生產中的質量誤差以及降低產品成本都有著密切相關的關系，所以這也限制了我國化工產品的質量，成本以及銷量。其次，國外的自動化水平高，在大工廠當中已經實現(xiàn)了電腦自動化生產，而我國的設備操縱還是普遍存在手工操作，這影響了產品的產量以及質量，同時對人身體的健康也有一定的影響。再者，在反應釜的構成上，已經由單一攪拌器發(fā)展到雙攪拌器或外

47、加泵的強制循環(huán)，而國外更是除了裝有攪拌器外，還使釜體沿水平線旋轉，從而提高反應速度。</p><p>　　雖然我國跟國外在反應釜的研制與應用上還有一定差距，但我國在這一領域上也一直處于高速增長期，反應釜生產和消費應用的已廣泛應用于石油、化工、輕工、食品、釀酒、制藥、家電、水電、機械、建筑、市政和各種民用器具中。</p><p>　　1990年我國反應釜消費量為26萬噸，1999年為153萬

48、噸，2000年為173萬噸，2001年為225萬噸，2004年反應釜消費量達到447萬噸左右，居全世界第一位，2006年反應釜消費量達到600萬噸以上，其中鉻鎳奧氏體反應釜的消費量占反應釜總消費量的75%—80%。反應釜結構調整和含鎳生鐵的使用也使人們看淡鎳的需求前景。近年來，為降低鎳消耗量，反應釜生產商從生產常規(guī)的奧氏反應釜（含8%的鎳）轉向生產低鎳（含1-2%的鎳及8-10%的錳）或無鎳反應釜，今年我國鐵素體反應釜的產量有望達200

49、萬噸。此外，不銹鋼反應釜含鎳生鐵的應用替代了金屬鎳的部分需求，今年我國從東南亞等地進口了大量鎳礦，反應釜廠含鎳生鐵的使用量將達到200萬噸左右，占反應釜行業(yè)鎳用量的35％。從而可見中國在這一領域發(fā)展的快速。</p><p>　　隨著近年來全球氣候變暖，在化工行業(yè)的發(fā)展的同時，對其產生的污染控制也越來越嚴格，所以，從大的趨勢上來看，未來反應釜的發(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，以滿足市場與發(fā)展

50、潮流的變化。</p><p>　　1.3反應釜的發(fā)展趨勢</p><p>　　對于攪拌反應釜的研究，除功率問題外，有關攪拌的流體力學研究具有重要意義。這方面已做了許多工作，但尚需擴大和深入。在液體中進行攪拌時，攪拌器的功能不僅引起液體的整個運功，而且要在液體中產生湍動，湍動程度與攪拌器使液體旋轉而產生的旋渦現(xiàn)象有密切關系。這些旋渦因經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

51、操作中，對于流體力學理論的研究是極其重要的。</p><p>　　近代化學工業(yè)中，流動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用日益廣泛。它們與通常的牛頓型流體具有不同的流動特性，所以對于非牛頓型液體的研究是當今的一個重要課題。對高粘度液休，特別是非牛頓型流體的攪拌傳熱的研究，也是近年來的一個方向。聚合釜的傳熱特性與其

52、中所用的攪拌器的型式關系甚大。對于各種常用攪拌器型式的反應釜之傳熱，前人給出了許多方程式，近年來在一些文章中也補充丁有關反應釜的傳熱系數(shù)的推算公式。</p><p>　　關于攪拌器，除非遇有特殊的任務，需要特殊設計之外，現(xiàn)有的各種攪拌器，尤其常用的框式、平漿式、推進式和渦輪式等已足夠應用。而且這些攪拌器已有相應的標準，所以對已有攪拌器性能的深刻了解。應予以更多的注意，以便使它們在使用中能夠充分發(fā)揮作用。渦輪式攪拌

53、器現(xiàn)正被廣泛使用，因為這種攪拌器在工業(yè)上適應性是很大的，它幾乎能有效地完成所有的攪拌任務，并能處理那些特別是化學工業(yè)中經常遇到的各種粘度的物料。</p><p>　　反應釜的軸封多是用填料密封和機械密封。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。由于石油化學工業(yè)的發(fā)展，易燃易爆物質比較多，對密封性能要求較嚴，1935～1945年間在英美等國均開

54、始研究和應用機械密封，并得到到較快發(fā)展。機械密封較填料密封有很多優(yōu)點：①泄漏量極少。機械密封的泄漏量是填料密封的1%。②摩擦功率損失相當小。由于接觸面的摩擦系數(shù)很小，因此，機械密封的功率損失約為填料密封的l0～15%。③使用壽命長。一般質量好的機械密封可用2～5年，在正常工作條件下不需要維護調整。對軸的精度和光潔度的要求沒有填料密封那樣嚴格，耐振性能好。當軸擺動較大時，機械密封也能良好工作。同時，軸對密封腔孔的偏斜也不十分敏感，減少了軸

55、或軸套的磨損。在軸有防腐蝕涂層時(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。機械密封的缺點是結構復雜，裝拆不便，對動環(huán)和靜環(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)點相比只占次要地位。因而機械密封已日益得到廣泛應用。</p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，設備有大型化發(fā)展的趨勢，也要求攪拌設備大型化。如國外聚合釜的容積已由最初的8～40m3擴大到60～100m3，最大的已達到

56、140m3。采用大型聚合釜可大大減少操作和檢修人員，有利于自動化，減少投資，提高生產率，穩(wěn)定產品質量。隨著容積的大型化，釜型逐漸由細長型向矮胖型發(fā)展，而且采用底部攪拌的方式越來越多。</p><p>　　總的來說，隨著設備行業(yè)的發(fā)展，反應釜要求越來越高?；どa對反應釜的具體要求和發(fā)展趨勢如下：</p><p>　　1、大容積化，這是增加產量、減少批量生產之間的質量誤差、降低產品成本的有效

57、途徑和發(fā)展趨勢。染料生產用反應釜國內多為6000L以下，其它行業(yè)有的達30m³；而其它行業(yè)可達120 m³。</p><p>　　2、反應釜的攪拌器，已由單一攪拌器發(fā)展到用雙攪拌器或外加泵強制循環(huán)。國外，除了裝有攪拌器外，尚使釜體沿水平線旋轉，從而提高反應速度。</p><p>　　3、以生產自動化和連續(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，提高產

58、品質量，增加收益，減輕體力勞動，又可消除對環(huán)境的污染。 </p><p>　　4、合理地利用熱能，選擇最佳的工藝操作條件，加強保溫措施，提高傳熱效率</p><p>　　使熱損失降至最低限度，余熱或反應后產生的熱能充分地綜合利用。熱管技術的應用</p><p>　　將是今后的發(fā)展方向。</p><p>　　第2章 反應釜釜體的設計</p

59、><p>　　2.1 釜體 、的確定</p><p>　　2.1.1 釜體的確定</p><p>　　由文獻《過程設備設計》表8-5可知幾種攪拌設備筒體的高徑比如表2-1：</p><p>　　表2-1 幾種攪拌設備筒體的高徑比</p><p>　　由給定參數(shù)：反應釜內介質為染料和有機溶劑，由表選取高徑比i=1.3<

60、/p><p>　　將釜體視為筒體，由V=(π/4)，L=1.3則，</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　Di=1330mm圓整Di=1400mm</p><p>　　2.1.2釜體PN的確定</p><p>　　因設計壓力p＝0.7，故：＝1.0</p>

61、<p>　　2.2 釜體筒體壁厚的設計</p><p>　　2.2.1設計參數(shù)的確定</p><p>　　設計壓力：＝0.7MPa；</p><p>　　計算壓力： = = 0.7；</p><p>　　設計溫度： t≤110℃；</p><p>　　焊縫系數(shù)： ＝0.85（面焊全焊透對接接頭，局部無損檢測

62、）；</p><p>　　材料選擇：Q345R（熱處理下高強度，韌性好，焊接性能與成型性能良好，</p><p><b>　　耐腐蝕性能優(yōu)良）；</b></p><p>　　許用應力：根據(jù)材料Q345R、設計溫度55℃，由文獻[1]表D-1知＝189；</p><p>　　鋼板負偏差：由文獻[2] 表14-6得＝0.25

63、 （GB6654-96）</p><p>　　腐蝕裕量：＝1.0（雙面腐蝕）。</p><p>　　2.2.2 筒體壁厚的設計</p><p>　　由公式設計壁厚 得：</p><p>　　考慮，則=+=4.31，</p><p>　　經圓整并考慮鋼板常用規(guī)格，取故筒體的壁厚取Sn=6mm</p><

64、;p>　　2.3 釜體封頭的設計</p><p>　　2.3.1 封頭的選型</p><p>　　由文獻[2]316頁表16-3選釜體的封頭選標準橢球型，代號EHA、標準JB/T4746—2002。</p><p>　　1.3.2 設計參數(shù)的確定</p><p><b>　　Pc=0.7MPa</b></p

65、><p>　?。?.0（整板沖壓）；</p><p>　　＝0.25（GB6654-96）；＝1.0。</p><p>　　2.3.3 封頭的壁厚的設計 </p><p><b>　　由公式得</b></p><p><b>　　圓整得</b></p><p&

66、gt;　　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。</p><p>　　2.3.4封頭的直邊尺寸、體積及重量的確定</p><p>　　根據(jù)DN=1400mm，由文獻[2]318頁表16- 5知：</p><p>　　直邊高度： 25 體積： 0.398</p><p>　　曲邊深度： 350 內表面

67、積A： 2.2346</p><p>　　質 量m: 102.9kg</p><p>　　2.4筒體長度的設計</p><p>　　2.4.1筒體長度H的設計</p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　　=1299mm</b></p

68、><p>　　圓整得: H =1300</p><p>　　2.4.2釜體長徑比的復核</p><p>　　在1.0~1.3之間，滿足要求。</p><p>　　2.5 外壓筒體壁厚的設計</p><p>　　2.5.1設計外壓的確定</p><p>　　由設計條件可知，夾套內介質的壓力為0.9

69、MPa，取設計外壓=0.9。</p><p>　　2.5.2圖算法設計筒體的壁厚</p><p>　　設筒體的壁厚＝12，則：==12-2= 10，</p><p><b>　　=1420，</b></p><p>　　筒體的計算長度： = H+2h1</p><p>　　=1300+2×

70、;25 =1350()</p><p>　　在文獻[2]中圖15- 4的坐標上找到0.948的值，由該點做水平線與對應的線相交，沿此點再做豎直線與橫坐標相交，交點的對應值為：≈0.0001。</p><p>　　由文獻[2]中選取圖15-6，在水平坐標中找到=1.0×10-4點，由該點做豎直線與對應的材料溫度線相交，沿此點再做水平線與右方的縱坐標相交，得到系數(shù)的值為：≈130。&

71、lt;/p><p>　　根據(jù)=得： =130/142.4=0.913（）．</p><p>　　因為＝0.9 < ＝0.913，所以假設＝12合理，取筒體的壁厚＝12。</p><p>　　2.6 外壓封頭壁厚的設計</p><p>　　2.6.1 設計外壓的確定</p><p>　　封頭的設計外壓與筒體相同，即

72、設計外壓=0.9。</p><p>　　2.6.2 封頭壁厚的計算</p><p>　　設封頭的壁厚=12，則: =–= 12-2= 10（），對于標準橢球形封頭=0.9，＝0.9×1400=1260（）， =1260/10= 126</p><p><b>　　計算系數(shù)：。</b></p><p>　　由文獻

73、[2]中圖15- 6中選取，在水平坐標中找到=9.92×10-4點，由該點做豎直線與對應的材料溫度線相交，沿此點再做水平線與右方的縱坐標相交，得到系數(shù)的值為值為：≈130。</p><p>　　根據(jù)=得： ==1.03（）．</p><p>　　因為＝0.9 < ＝1.03，所以假設＝12合理，，取封頭的壁厚為12。</p><p>　　由在文獻[

74、2]表16-5 釜體封頭的結構如圖1-1，封頭質量：208.0（）</p><p>　　圖2-1 橢圓型封頭</p><p>　　第3章 反應釜夾套的設計</p><p>　　3.1 夾套的、的確定</p><p>　　3.1.1夾套的確定</p><p>　　由夾套的筒體內徑與釜體筒體內徑之間的關系可知：</

75、p><p>　　＝1400+100=1500（）</p><p><b>　　故取=1500mm</b></p><p>　　3.1.2 夾套的確定</p><p>　　由設備設計條件單知，夾套內介質的工作壓力為0.9，?。?.0</p><p>　　3.2 夾套筒體的設計</p>&

76、lt;p>　　3.2.1 夾套筒體壁厚的設計</p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　得：</b></p><p>　　經圓整及考慮標準規(guī)格，筒體壁厚?。?。</p><p

77、>　　3.2.2 夾套筒體長度的初步設計</p><p>　　根據(jù)筒體DN=1400mm，由文獻[2]表16-3可知單位高容積V1=1.54m3</p><p>　　由條件可知，操作容積V0=2.0m3，總容積V=2.4m3故裝料系數(shù)</p><p>　　故筒體長度的估算值Hj≥</p><p><b>　　圓整后取1.1m&

78、lt;/b></p><p>　　3.3 夾套封頭的設計</p><p>　　3.3.1 封頭的選型</p><p>　　夾套的下封頭選標準橢球型，內徑與筒體相同（Dj＝1500）。代號EHA，標準</p><p>　　JB/T4746—2002。夾套的上部與筒體的連接選帶折邊錐形封頭，且半錐角。</p><p>

79、;　　3.3.2 橢球形封頭壁厚的設計</p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　經圓整，并考慮焊接方便取 。</p><p>　　3.3.3橢球形封頭結構尺寸的確定</p><p>　　由文獻[2]表16

80、－5可得封頭尺寸，見表3-1：</p><p><b>　　表3-1 封頭尺寸</b></p><p>　　封頭的下部結構如圖3-1：</p><p>　　圖 3-1 夾套下封頭的結構 </p><p>　　3.3.4帶折邊錐形封頭壁厚的設計</p><p>　　考慮到封頭的大端與夾套筒體對焊，小

81、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。結構及尺寸如圖2-2。</p><p>　　圖 3-2 夾套上封頭的結構</p><p>　　3.4 傳熱面積的校核</p><p>　　由文獻[2]表16-3可得：</p><p>　　DN=1400mm釜體下封頭的內表面積Fh=2.2346</p><p&

82、gt;　　DN=1400mm筒體（1高）的內表面積F1= 4.3962</p><p>　　夾套包圍筒體的表面積=× =4.396×1.1=4.8356（2）</p><p>　　+=2.2346 + 4.8356=7.0702 </p><p>　　本設計要求的傳熱面積為A=7m2，所以經核算夾套的高度符合要求。</p><

83、p>　　第4章 反應釜釜體及夾套的壓力試驗</p><p>　　4.1釜體的水壓試驗</p><p>　　4.1.1水壓試驗壓力的確定</p><p><b>　　水壓試驗壓力：</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>

84、　?。?-2）</b></p><p>　　取兩者較大值作為最終水壓試驗壓力。</p><p>　　由公式（4-1）得MPa</p><p><b>　　由公式（4-2）得</b></p><p>　　所以應取PT=0.875MPa</p><p>　　4.1.2液壓試驗的強度校核&l

85、t;/p><p><b>　　由 得：</b></p><p>　　0.9 =0.9×189×0.85=144.58（）</p><p>　　由＝61.775 < 0.9 =144.58</p><p><b>　　故液壓強度足夠</b></p><p&

86、gt;　　4.1.3壓力表的量程的要求</p><p>　　壓力表的最大量程： =2=2×0.875=1.75</p><p>　　或1.5PT 4PT 即1.3125MPa 3.5</p><p>　　4.1.4水壓試驗的操作過程</p><p>　　操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內的空氣排空，再將水的壓力緩

87、慢升至0.875，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.7，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質量合格，緩慢降壓將釜體內的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。</p><p>　　4.2釜體的氣壓試驗</p><p>　　4.2.1氣壓試驗壓力的確定</p><p><

88、;b>　　氣壓試驗的壓力：</b></p><p>　　=1.15×0.7×1.0=0.805（）</p><p><b>　　取=0.805</b></p><p>　　4.2.2氣壓試驗的強度校核</p><p><b>　　由得：</b></p>

89、;<p>　　＝ = 56.75（）</p><p>　　∵ ＝101.12＜0.8 =0.8×189×0.85=128.52（）</p><p><b>　　∴ 氣壓強度足夠</b></p><p>　　4.2.3氣壓試驗的操作過程</p><p>　　做氣壓試驗時，將壓縮空氣的壓力

90、緩慢將升至0.0805，保持5min并進行初檢。合格后繼續(xù)升壓至0.4025，其后按每級的0.0805級差，逐級升至試驗壓力0.805，保持10，然后再降至0.7，保壓足夠長時間同時進行檢查，如有泄露，修補后再按上述規(guī)定重新進行試驗。釜體試壓合格后，再焊上夾套進行壓力試驗。</p><p>　　4.3夾套的液壓試驗</p><p>　　4.3.1液壓試驗壓力的確定</p>&

91、lt;p>　　液壓試驗的壓力：且不小于(+0.1) ，查=1.0</p><p>　　=1.25×0.9×1.0=1.125，(+0.1)= 1.0</p><p>　　>(+0.1)， 取=1.125</p><p>　　4.3.2液壓試驗的強度校核</p><p><b>　　由 得：</b

92、></p><p>　?。?= 79.3（）</p><p>　　∵＝79.3 ＜0.9 =0.9189×0.85=263.925（）</p><p><b>　　∴液壓強度足夠</b></p><p>　　4.3.3壓力表的量程的要求</p><p>　　壓力表的量程： = 2

93、=2×1.125=2.25</p><p>　　或1.5PT 4PT 即 1.875MPa 4.5MPa</p><p>　　4.3.4液壓試驗的操作過程 </p><p>　　操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內的空氣排空，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0.9，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連接部

94、位有無泄露和明顯的殘留變形。若質量合格，緩慢降壓將釜體內的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。</p><p>　　第5章 反應釜附件的選型及尺寸設計</p><p>　　5.1釜體法蘭聯(lián)接結構的設計</p><p>　　設計內容包括：法蘭的設計、密封面形式的選型、墊片設計、螺栓和螺母的設計。</p

95、><p>　　5.1.1法蘭的設計</p><p>　　根據(jù)＝1400mm、＝1.0，由文獻[2]327頁表16-9確定法蘭的類型為乙型平焊法蘭。</p><p>　　標記：法蘭FF1400-1.0 JB/T4702-2000</p><p><b>　　材料由：16MnR</b></p><p>

96、　　(2)由JB/T4702-2000可得法蘭的結構如圖5—1和主要尺寸如表5—1。</p><p>　　圖5-1乙型平焊法蘭結構</p><p>　　表 5-1 法蘭結構尺寸</p><p>　　5.1.2密封面形式的選型</p><p>　　根據(jù)＝01.0＜1.6、介質溫度小于110℃和介質的性質，由文獻[2]表16－14 知密封面形式為

97、光滑面</p><p>　　由文獻【2】表16-14得墊片選用耐油橡膠石棉墊片，材料為耐油橡膠石棉板（GB/T539），結構見圖5—2 ，尺寸見表5-2 。</p><p>　　圖5-2 墊片的結構</p><p>　　表5-2 墊片的尺寸</p><p>　　5.1.3螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格</p><p>

98、　　本設計選用六角頭螺栓（C級、GB/T5780-2000）、Ⅰ型六角螺母（C級、GB/T41-2000）、平墊圈（100HV、GB/T95-2002）</p><p><b>　　螺栓長度的計算：</b></p><p>　　螺栓的長度由法蘭的厚度（）、墊片的厚度（）、螺母的厚度（）、墊圈厚度（）、螺栓伸出長度確定</p><p>　　其中=

99、72、=3、=18.7、=4.0、螺栓伸出長度取0.4d=0.5×24.8=9.92mm（其中H，h，d分別由文獻[3]附表1-13，附表1-14，附表1-5查得）</p><p><b>　　螺栓的長度為：</b></p><p><b>　　=185.62（）</b></p><p><b>　　取

100、＝190</b></p><p>　　螺栓標記： GB/T5780-2000 M24×190</p><p>　　螺母標記： GB/T41-2000 M24</p><p>　　墊圈標記： GB/T95-2002 24-100HV </p><p>　　5.1.4法蘭、墊片、螺栓、螺母、墊圈的材料&

101、lt;/p><p>　　根據(jù)乙型平焊法蘭、工作溫度≤110℃的條件，由文獻[4]附錄8法蘭、墊片、螺栓、螺母材料匹配表進行選材，結果如表5—3所示。</p><p>　　表5-3 法蘭、墊片、螺栓、螺母材料</p><p>　　5.2工藝接管的設計</p><p>　　5.2.1工藝接管尺寸的確定</p><p>　　攪拌

102、設備由于工藝操作的原因，需要進行開孔或設有接管。管法蘭標準應參見HG/T20592，主要參數(shù)是公稱直徑（DN）和公稱壓力（PN）。接管的外伸長度一般取150mm，如果設備需要保溫，則外伸長度為200mm。如果接管公稱直徑，則外伸長度可取100mm。</p><p>　　本設計外伸接管長度取150mm。</p><p>　　因為夾套內為蒸汽，所以蒸汽從夾套上部進入，由底部出口排出冷凝水。當夾

103、套設進氣管時，為防止氣體直接沖罐壁，可采取如圖5-3所示的結構</p><p>　　圖5-3蒸汽入口結構</p><p><b>　　（1）蒸汽入口接管</b></p><p>　　采用45×2.5無縫鋼管，罐內的接管與夾套內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL40-1.0 RF 20。</p&

104、gt;<p><b>　?。?）安全閥接管</b></p><p>　　采用38×3無縫鋼管，接管與封頭內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL32-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。</p><p><b>　?。?）溫度計接口</b></p><p>　　采用

105、25×2.5無縫鋼管，伸入釜體內一定長度。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL20-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。</p><p>　?。?）加料口與放料口接管</p><p>　　采用108×4.0無縫鋼管，接管與封頭內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL100-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。<

106、;/p><p><b>　?。?）視鏡接管</b></p><p>　　采用無縫鋼管，接管與封頭內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL125-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。</p><p><b>　?。?）蒸汽出口接管</b></p><p>　　采用無縫鋼管

107、，接管與封頭內表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL65-1.0 RF 20。</p><p>　　工藝接管配用的標準突面板式平焊鋼制管法蘭的結構如圖4-6所示，由文獻[5] 310頁得其結構如下圖5-4，由表10-26和表10-33查得各工藝接管的尺寸如表 5-4所示。</p><p>　　圖5-4突面板式平焊法蘭</p><p>

108、　　表5-4 板式平焊法蘭的尺寸（mm）</p><p>　　5.3接管墊片尺寸及材質</p><p>　　因為法蘭選用突面法蘭RF型，所以墊片應與之配合也選用突面RF型，根據(jù)HG/T20606-2009得墊片結構如圖4-5，尺寸如表4-5所示：</p><p>　　圖5-5墊片結構形式</p><p>　　表5-5 各法蘭墊片尺寸明細表&l

109、t;/p><p><b>　　5.4人孔的設計</b></p><p>　　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[5]表11-1知當Di>1000mm時，需設一人孔，根據(jù)表11-3選擇了PN1.1DN400的回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔，密封面為突面。由文獻[6]知其結構及尺寸，如圖5-6，材料見表5-6。</p><

110、p>　　1-人孔接管；2-螺母；3-螺栓；4-法蘭；5-墊片；</p><p>　　6-手柄；7-法蘭蓋；8-銷軸；9-開口銷；10-墊圈</p><p><b>　　圖5-6人孔</b></p><p>　　表5-6 回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔的尺寸</p><p>　　表5-7 P N1.0DN400人孔的明細表&

111、lt;/p><p><b>　　5.5視鏡的選型</b></p><p>　　由于釜內介質壓力較低（＝0.3）且考慮，由反應釜設計條件單可知，本設計選用兩個=125mm的不帶頸視鏡。該類視鏡具有結構簡單，不易結料，窺視范圍大等優(yōu)點，其結構根據(jù)文獻[6]表23-4-2可確定見圖5-7。</p><p>　　標記：視鏡Ⅱ0.6，125</p>

112、;<p>　　標準圖號：HGJ501-86-14</p><p><b>　　質量：14.7kg</b></p><p>　　1-視鏡玻璃；2-接緣；3-襯墊；4-壓緊環(huán)；5-螺母；6-雙頭螺柱 </p><p><b>　　圖5-7視鏡</b></p><p><b>　　

113、表5-8 視鏡材料</b></p><p>　　5.6支座的選型及設計</p><p>　　5.6.1支座的選型及尺寸的初步設計：</p><p>　　夾套反應釜多為立式安裝，最常用耳式支座。標準耳式支座（JB/T4735-92）分為A型和B型兩種。當設備需要保溫或直接支承在樓板上是選B型，否則選A型。其主要尺寸見表5-7。文獻[2]342頁表16-23

114、所以選耳式B型支座，支座數(shù)量為4個。</p><p>　　反應釜總質量的估算：+</p><p>　　式中：—釜體的質量（）；—夾套的質量（）；—攪拌裝置的質量（）—附件的質量（）；—保溫層的的質量（）</p><p><b>　　物料總質量的估算：</b></p><p>　　式中：—釜體介質的質量（）；—水的質量（）

115、</p><p>　　反應釜的總質量估算為1800，物料的質量為1200（以水裝滿釜體計算），夾套的質量 和水1500Kg。</p><p>　　裝置的總質量：m=1800+1200+1500 =4500（）</p><p>　　每個支座承受的重量約為：4500×9.81/2＝22（） </p><p>　　根據(jù)DN1500

116、 由文獻[2]表16-23初選B型耳式支座，支座號為4</p><p>　　標記： JB/T4725-92 耳座B4 材料：Q235-A·F</p><p>　　系列參數(shù)尺寸如表5-9：</p><p>　　表5-9 B型耳式支座的尺寸</p><p>　　5.6.2支座載荷的校核計算</p><p

117、>　　耳式支座實際承受的載荷按下式近似計算：</p><p>　　式中D==1833.8，＝9.81，</p><p>　　，=5300，，=4，=0，</p><p><b>　　將已知值代入得</b></p><p>　　因為＜[Q]=60KN以選用的耳式支座滿足要求。</p><p>

118、　　第6章 攪拌裝置的設計</p><p>　　6.1攪拌軸直徑的初步計算</p><p>　　6.1.1攪拌軸直徑的設計</p><p>　　電機的功率＝1.5 ，攪拌軸的轉速＝50，文獻[]2表11-1取用材料為45， []＝40，剪切彈性模量＝8×104，許用單位扭轉角[]＝1.0°/m。</p><p><b

119、>　　（6-1）</b></p><p>　　由公式（6-1）得：</p><p><b>　　利用截面法得：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　由公式（6-2）得：</p><p><b>　　因為攪拌軸

120、為實心軸</b></p><p><b>　?。?-3)</b></p><p>　　由公式（6-3）得 </p><p><b>　　取。</b></p><p>　　6.1.2攪拌軸剛度的校核</p><p><b>　　（6-4）</b