1.2立方米搅拌装置(反应釜)设计毕业设计.doc

1、1.2m3 反应釜设计摘 要带搅拌的夹套反应釜是化学、医药及食品等工业中常用的典型反应设备之一。它是一种在一定压力和温度下，借助搅拌器将一定容积的两种（或多种）液体以及液体或气体物料混匀，促进其反应的设备。一台带搅拌的夹套反应釜。它主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。本文主要介绍的时一种推进式夹套反应釜设计，包括整体结构设计、强度校核以及一些工艺设计。夹套反应釜分罐体和夹套两部分，主要有封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置有搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺而定；传动装置主要有电动机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置一般采用机械密

2、封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。关键词：反应釜、筒体设计、夹套设计、法兰、接管、焊缝、开孔补强1.2m3 reactor designAbstractA stirred jacketed reactor is the chemical, pharmaceutical and food industries in the typical reaction to one of the devices used. It is a certain pressure and temperature, by means of a stirrer to a volu

3、me of two (or more) of liquid and the liquid or gas,Body material mix, promoting the reaction of the device.A jacketed stirred reactor. It mainly consists of mixing vessel, a stirring device, transmission device, the shaft sealing device, bearing, manholes, pipe connection and some accessories.This

4、paper describes time-jacketed reactor one kind push design, including the overall structural design, strength check, and some process design. Jacketed reactor tank and a jacket of two parts, the main composition and the cylinder head, mostly in low pressure vessel; stirring means with a stirrer and

5、the stirring shaft, whose form is usually determined by the process and; transmission main motor, reducer, couplings and drive shafts and other components; seal device commonly used mechanical seal or packing seal; them with support, manholes, and other accessories takeover process, together constit

6、ute a complete jacketed reactor.Keywords: reactor、cylinder design 、jacket design、flange、 receivership、welds, opening reinforcement引言反应釜的广义理解即有物理或化学反应的不锈钢容器，根据不同的工艺条件需求进行容器的结构设计与参数配置，设计条件、过程、检验及制造、验收需依据相关技术标准，以实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配反应功能。压力容器必须遵循 GB150钢制压力容器的标准，常压容器必须遵循 NB/T47003.1-2009钢制焊接常压容器的标准。随之

7、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。不锈钢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。反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制

8、（搅拌、鼓风等）、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。第 1 章 绪论1.1反应釜的用途反应釜的广义理解即有物理或化学反应的不锈钢容器，根据不同的工艺条件需求进行容器的结构设计与参数配置，设计条件、过程、检验及制造、验收需依据相关技术标准，以实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配反应功能。压力容器必须遵循 GB150钢制压力容器的标准，常压容器必须遵循 NB/T47003.1-2009钢制焊接常压容器的标准。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

9、不同，即反应釜的结构样式不同，属于非标的容器设备。不锈钢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。反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等） 、反应物/产五浓度等重要参数进行严格的调控。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、SU

10、S316L 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。而且可根据用户工艺要求进行设计、制造。1.2反应釜的常见类型根据反应釜的制造结构可分为开式平盖式反应釜、开式对焊法兰式反应釜和闭式反应釜 三大类。反应釜按材质及用途可分为不锈钢反应釜,搪玻璃反应釜。每一种结构都有他的适用范围和优缺点。其主要类型有

11、以下几种：不锈钢反应釜不锈钢反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。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；根据反应釜的制造结构可分为开式平盖式反应釜、开式对焊法兰式反应釜和闭式反应釜三大类。不锈钢反应釜搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等，搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配.。不锈钢反应釜的密封型式不同可分为：填料密封机械密封和磁力密封。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、外(内)盘管加热等，冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却。不锈钢反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、

12、食品，用来完成硫化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器，例如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜等。搪玻璃反应釜搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃，衬在钢制容器的内表面，经高温灼烧而牢固地密着于金属表面上成为复合材料制品。因此搪玻璃反应釜具有玻璃的稳定性和金属强度的双重优点，是一种优良的耐腐蚀设备。搪玻璃反应釜技术规范： 使用压力：0.2-0.8Mpa。耐酸性： 对各种有机酸、无机酸、有机溶剂均有较好的抗蚀性。耐碱性：搪玻璃对碱性溶液抗蚀性较酸溶液差。但将我厂搪玻璃试样置于 1N 氢氧化钠溶液腐蚀，试验温度 80时间 48h。操作温度：搪玻璃设备加热和冷却时，应缓慢进行。我厂制造的搪玻璃设备

13、使用温度为-20200，耐温急变性200。瓷层厚度：玻璃设备的瓷层厚度 0.8-2.3mm，搪玻璃设备附件的瓷层厚度 0.6-1.8mm。耐压电：搪玻璃具有良好的绝缘性，当搪玻璃在规定厚度内用 20KV 高频电火花检查瓷层时，高频电火花不能击穿瓷层。耐冲击性：玻璃层的内应力越小，弹性越好，硬度越大，抗弯抗压强度越高，则耐冲击就越好。我厂之玻璃层在规定厚度内，用直径 30mm，重量 112g 钢球冲击时，其冲击功为 28210-3J（优等品指标为 26010-3J）磁力搅拌反应釜采用静密封结构，搅拌器与电机传动间采用磁力偶合器联接，由于其无接触的传递力矩，以静密封取代动密封，能彻底解决以前机械密

14、封与填料密封无法解决的泄漏问题，使整个介质各搅拌部件完全处于绝对密封的状态中进行工作，因此，更适合用于各种易燃易爆、剧毒、贵重介质及其它渗透力极强的化学介质进行反应，是石油、化工、有机合成、高分子材料聚合、食品等工艺中进行硫化、氟化、氢化、氧化等反应最理想的无泄漏反应设备。不饱和聚酯树脂全套设备不饱和聚脂树脂设备由立式冷凝器、卧式冷凝器、反应釜、储水器、分馏柱五部分组成 适用范围：用于生产不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、ABS 树脂、油漆的关键设备。 根据反应釜的密封型式不同可分为：填料密封，机械密封和磁力密封。蒸汽反应釜使用的前提是客户本身备有外加入源（如蒸汽）或冷却源（如自来水） 。必

15、须注意，蒸汽加热方式为上进下出液体加热或冷却为下进上出。在各种方式出口管路无阀门，保证畅通。电加热反应釜电加热反应釜具有加热迅速、耐高温、耐腐蚀、无环境污染等特点，广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等行业，也用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、缩合、聚合等工艺过程。电加热反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔、因康镍）合金及其它复合材料；根据反应釜的制造结构可分为开式平盖式反应釜、开式对焊法兰式反应釜和闭式反应釜 三大类，每一种结构都有他的适用范围和优缺点。根据反应釜的密封型式不同可分为：填料密封，机械密封和磁力密封。种子罐、发酵罐发酵设备是广泛用于微生物生长的一种

16、反应设备。在发酵种子罐内各种微生物在适当的环境中生长，新陈代谢和形成发酵产物。因此该设备广泛地用于制药、味精、酶制剂、食品等行业。1.3 反应釜基本特点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： 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。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，

17、因此，大部分反应釜属于受压容器。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：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。 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；100180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

18、其它介质来代替水和蒸汽，如矿物油(275300)、联苯醚混合剂(沸点 258)、熔盐(140 540 ) 、液态铅 (熔点 327) 等。 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。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。反

19、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。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。1.4 安装使用1、 应安装在坚固、平整的工作台上，工作台高度根据使用情况决定，设备与工作台四周应留有一定的空间（360cm） ，以便安装与后期维修。 2、 安装时要求传动轴与地水平面垂直，不垂直度（倾斜度）不得大于设备总高度的1/1000。 3、 设备本身各工艺接管上的自备件，安全阀，

20、必须按反应釜的要求配备。4、 安装完毕检查各连接部件及传动部位是否牢固可靠，各连接管道、管口、密封件及整机做气密试验，应无泡、冒、滴、漏现象。 5、 开机前减速机注入 46#机械油，打开电机防护罩用手转动风叶检查有无卡怠现象，搅拌桨有无刮壁现象，清理釜内污物，方可开机。空车运转 30 分钟无不正常噪音、振动，方可正式投料生产。另视生产情况定期更换减速机油。1.5反应釜的发展趋势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 30m；国外在染料行业有 2000040000L，而其它行业可达 12

21、0 m。 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。 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。第 2 章 反应釜釜体的设计2.1 釜体 、 的确定DNP2.1 .1 釜体 的确定将釜体视为筒体，取 L/D=1.1由 V=(/4)

22、 ，L =1.12i iD则 （1-1）i31.24.m圆整 mDi120由 表 8-1 查得釜体的DN02.1.2 釜体 PN 的确定因操作压力 0.2 ，cpMPa故： 0.25PN2.2 釜体筒体壁厚的设计2.2.1 设计参数的确定设计压力 ： 0.22Mpap工作压力 ： 0.2 ；ccPa设计温度 ： 150 ；t焊缝系数 ： 1.0（双面对接焊，100%无损探伤） ；许用应力 ：根据材料 Q235-A、设计温度 150，由文献2252 页表知t113 ；tMPa钢板负偏差 ： 0.25 （GB6654 ）1Cm腐蚀裕量 ： 1.0 （双面腐蚀） 。22.2.2 筒体壁厚的设计由公式

23、 得：2cidtpD(1-2)1.01.0263.d m考虑 ，则 = + =2.41 ，圆整1Cn1m3n刚度校核：不锈钢的 min3考虑筒体的加工壁厚不小于 5mm，故筒体的壁厚取 5im12.3 釜体封头的设计2.3.1 封头的选型由文献 316 页表 16-3 选釜体的封头选标准椭球型，代号 EHA、标准 JB/T474612002。设计参数的确定0.22Mpa； 0.2 ；pcpMPa1.0（整板冲压） ；0.25 （GB6654 ） ； 1.0 。1Cm2Cm2.3.2 封头的壁厚的设计 由公式 得：220.5cidtcpD(1-3)1.01.263.d m考虑 ，圆整得10.Cm

24、nm根据规定，取封头壁厚与筒体壁厚一致 5i23.3 封头的直边尺寸、体积及重量的确定根据 ，由文献2196 页表 8-27 知：DN120直边高度 ; 体积 V：V=0.2545h5m3m曲面 ： 内表面积 f：f=1.66523i 2质 量 m: m= 63.5kg2.3.4 筒体长度 的设计H筒体长度 H 的设计， ，TFVTFV24iFDHV= =0. 83624iD2(1.05)3m圆整得: H =840 m2.3.5 釜体长径比 的复核/iL= 2/()i ih840231.在 1.01.3 之间，满足要求。2.4 外压筒体壁厚的设计设计外压的确定由设计条件单可知，夹套内介质的压力

25、为常压，设计外压 =0.3 。pMPa2.4.1 设计筒体的壁厚查文献 449 表 18-4 当 DN=1200mm， 时。25im0.17不能满足要求。同理查上述文献可知当 时， ，8im0.4pMa满足外压的要求。因为 0.3 0.4 ，所以假设 8 合理，取封头的壁厚 8pMPapPaimi。 。m2.5 外压封头壁厚的设计2.5.1 设计外压的确定封头的设计外压与筒体相同，即设计外压 =0.3 。pMPa2.5.2 封头壁厚的计算设封头的壁厚 =8 ，nm则: = = 5-1.25 = 6.75 ，eC对于标准椭球形封头=0.9， 0.91200=1080 ， =1080/6.75 = 160KiiRD/eRiS计算系数： = = 7.812510-4A0.125./6ieS由文献2中图 14- 3 中选取，在水平坐标中找到 =7.812510-4 点，由该点做竖直A线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数 的B值为值为： 80 、 =2.0105BMPaEPa根据 = 得： = =0.5（ ） p/ieRSp8016M因为 0.3 0.5 ，aa所以假设 8 偏大，考虑到与筒体的焊接，取封头的壁厚与筒体一致，nm故取 8 。由在文献2317 中表, 釜体封头的结构如图 1-1，封头质量：106（ ）kg