夾套式傳熱反應(yīng)釜原理及配料
更新時間：2016-10-17
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目 錄
2 反應(yīng)釜的設(shè)計參數(shù)及要求 11
3.1 夾套反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu) 12
3.2 反應(yīng)釜的罐體和夾套的設(shè)計 13
3.2.1 罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13
3.2.4 強(qiáng)度計算（按內(nèi)壓計算厚度） 14
摘 要
夾套反應(yīng)釜分罐體和夾套兩部分，主要有封頭和筒體組成，多為中、低壓壓力容器；攪拌裝置有攪拌器和攪拌軸組成，其形式通常由工藝而定；傳動裝置是為帶動攪拌裝置設(shè)置的，主要有電動機(jī)、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(jī)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(gòu)成完整的夾套反應(yīng)釜。
關(guān)鍵詞：壓力容器；反應(yīng)釜；設(shè)計
Abstract
Gitated reactor is made up of tank and jacket. The main parts are end socket and barrel. The most reactor is middle and low pressure container.The dasher is made up stirrer and mixer shaft, which is base on the craft. The gearing is to drive the dasher,which is made up electromotor reducer and coupling drive shaft. The shaft seal is motive seal. It usually adopt machanical seal and packing seal. It form the whole reactor with the support manhole and tube and so on.
Key words: reactor; pressure vessels
前 言
反應(yīng)釜的廣義理解即有物理或化學(xué)反應(yīng)的不銹鋼容器，通過對容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與參數(shù)配置，實(shí)現(xiàn)工藝要求的加熱、蒸發(fā)、冷卻及低高速的混配功能。隨之 反應(yīng)過程中的壓力要求對容器的設(shè)計要求也不盡相同。生產(chǎn)必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)加工、檢測并試運(yùn)行。不銹鋼反應(yīng)釜 根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝、操作條件等不盡相同，反應(yīng)釜的設(shè)計結(jié)構(gòu)及參數(shù)不同，即反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)樣式不同，屬于非標(biāo)的容器設(shè)備。
反應(yīng)釜材質(zhì)一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基（哈氏、蒙乃爾）合金及其它復(fù)合材料。反應(yīng)釜可采用SUS304、SUS316L等不銹鋼材料制造。攪拌器有錨式、框式、槳式、渦輪式，刮板式，組合式，轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)可采用擺線針輪減速機(jī)、無級變速減速機(jī)或變頻調(diào)速等，可滿足各種物料的特殊反應(yīng)要求。密封裝置可采用機(jī)械密封、填料密封等密封結(jié)構(gòu)。加熱、冷卻可采用夾套、半管、盤管、米勒板等結(jié)構(gòu)，加熱方式有蒸汽、電加熱、導(dǎo)熱油，以滿足耐酸、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕等不同工作環(huán)境的工藝需要?？筛鶕?jù)用戶工藝要求進(jìn)行設(shè)計、制造。
反應(yīng)釜廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)型用戶和各種科研實(shí)驗項目的研究，用來完成水解、中和、結(jié)晶、蒸餾、蒸發(fā)、儲存、氫化、烴化、聚合、縮合、加熱混配、恒溫反應(yīng)等工藝過程的容器。
1.1 反應(yīng)釜的常見類型
根據(jù)反應(yīng)釜的制造結(jié)構(gòu)可分為開式平蓋式反應(yīng)釜、開式對焊法蘭式反應(yīng)釜和閉式反應(yīng)釜 三大類。反應(yīng)釜按材質(zhì)及用途可分為不銹鋼反應(yīng)釜,搪玻璃反應(yīng)釜。每一種結(jié)構(gòu)都有他的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。其主要類型有以下幾種：
1.1.1 不銹鋼反應(yīng)釜
不銹鋼反應(yīng)釜由釜體、釜蓋、夾套、攪拌器、傳動裝置、軸封裝置、支承等組成。材質(zhì)一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基（哈氏、蒙乃爾）合金及其它復(fù)合材料；根據(jù)反應(yīng)釜的制造結(jié)構(gòu)可分為開式平蓋式反應(yīng)釜、開式對焊法蘭式反應(yīng)釜和閉式反應(yīng)釜三大類。
不銹鋼反應(yīng)釜攪拌形式一般有錨式、槳式、渦輪式、推進(jìn)式或框式等，攪拌裝置在高徑比較大時，可用多層攪拌槳葉，也可根據(jù)用戶的要求任意選配.。
不銹鋼反應(yīng)釜的密封型式不同可分為：填料密封機(jī)械密封和磁力密封。加熱方式有電加熱、熱水加熱、導(dǎo)熱油循環(huán)加熱、外(內(nèi))盤管加熱等，冷卻方式為夾套冷卻和釜內(nèi)盤管冷卻。
不銹鋼反應(yīng)釜廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品，用來完成硫化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過程的壓力容器，例如反應(yīng)器、反應(yīng)釜、分解鍋、聚合釜等。
1.1.2 搪玻璃反應(yīng)釜
搪玻璃反應(yīng)釜是將含高二氧化硅的玻璃，襯在鋼制容器的內(nèi)表面，經(jīng)高溫灼燒而牢固地密著于金屬表面上成為復(fù)合材料制品。因此搪玻璃反應(yīng)釜具有玻璃的穩(wěn)定性和金屬強(qiáng)度的雙重優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的耐腐蝕設(shè)備。搪玻璃反應(yīng)釜技術(shù)規(guī)范：
(1) 使用壓力：0.2---0.8Mpa。
(2) 耐酸性： 對各種有機(jī)酸、無機(jī)酸、有機(jī)溶劑均有較好的抗蝕性。
(3) 耐堿性：搪玻璃對堿性溶液抗蝕性較酸溶液差。但將我廠搪玻璃試樣置于1N氫氧化鈉溶液腐蝕，試驗溫度80℃時間48h。
(4) 操作溫度：搪玻璃設(shè)備加熱和冷卻時，應(yīng)緩慢進(jìn)行。我廠制造的搪玻璃設(shè)備使用溫度為-20－200℃，耐溫急變性≥200℃。
(5) 瓷層厚度：玻璃設(shè)備的瓷層厚度0.8-2.3mm，搪玻璃設(shè)備附件的瓷層厚度0.6-1.8mm。
(6) 耐壓電：搪玻璃具有良好的絕緣性，當(dāng)搪玻璃在規(guī)定厚度內(nèi)用20KV高頻電火花檢查瓷層時，高頻電火花不能擊穿瓷層。
(7) 耐沖擊性：玻璃層的內(nèi)應(yīng)力越小，彈性越好，硬度越大，抗彎抗壓強(qiáng)度越高，則耐沖擊就越好。我廠之玻璃層在規(guī)定厚度內(nèi)，用直徑30mm，重量112g鋼球沖擊時，其沖擊功為282×10-3J（優(yōu)等品指標(biāo)為260×10-3J）
1.1.3 磁力攪拌反應(yīng)釜
采用靜密封結(jié)構(gòu)，攪拌器與電機(jī)傳動間采用磁力偶合器聯(lián)接，由于其無接觸的傳遞力矩，以靜密封取代動密封，能*解決以前機(jī)械密封與填料密封無法解決的泄漏問題，使整個介質(zhì)各攪拌部件*處于密封的狀態(tài)中進(jìn)行工作，因此，更適合用于各種易燃易爆、劇毒、貴重介質(zhì)及其它滲透力*的化學(xué)介質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，是石油、化工、有機(jī)合成、高分子材料聚合、食品等工藝中進(jìn)行硫化、氟化、氫化、氧化等反應(yīng)理想的無泄漏反應(yīng)設(shè)備。
1.1.4 不飽和聚酯樹脂全套設(shè)備
不飽和聚脂樹脂設(shè)備由立式冷凝器、臥式冷凝器、反應(yīng)釜、儲水器、分餾柱五部分組成
適用范圍：用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、ABS樹脂、油漆的關(guān)鍵設(shè)備。
根據(jù)反應(yīng)釜的密封型式不同可分為：填料密封，機(jī)械密封和磁力密封。
1.1.5 蒸汽反應(yīng)釜
使用的前提是客戶本身備有外加入源（如蒸汽）或冷卻源（如自來水） 。必須注意，蒸汽加熱方式為上進(jìn)下出液體加熱或冷卻為下進(jìn)上出。在各種方式出口管路無閥門，保證暢通。
1.1.6 電加熱反應(yīng)釜
電加熱反應(yīng)釜具有加熱迅速、耐高溫、耐腐蝕、無環(huán)境污染等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等行業(yè)，也用來完成硫化、硝化、氫化、烴化、縮合、聚合等工藝過程。電加熱反應(yīng)釜材質(zhì)一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基（哈氏、蒙乃爾、因康鎳）合金及其它復(fù)合材料；根據(jù)反應(yīng)釜的制造結(jié)構(gòu)可分為開式平蓋式反應(yīng)釜、開式對焊法蘭式反應(yīng)釜和閉式反應(yīng)釜 三大類，每一種結(jié)構(gòu)都有他的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)反應(yīng)釜的密封型式不同可分為：填料密封，機(jī)械密封和磁力密封。
1.1.7 種子罐、發(fā)酵罐
發(fā)酵設(shè)備是廣泛用于微生物生長的一種反應(yīng)設(shè)備。在發(fā)酵種子罐內(nèi)各種微生物在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中生長，新陳代謝和形成發(fā)酵產(chǎn)物。因此該設(shè)備廣泛地用于制藥、味精、酶制劑、食品等行業(yè)。
1.2 反應(yīng)釜基本特點(diǎn)
反應(yīng)釜體普遍采用鋼制(或襯里)、鑄鐵或搪玻璃。反應(yīng)釜所用的材料、攪拌裝置、加熱方法、軸封結(jié)構(gòu)、容積大小、溫度、壓力等各有異同、種類很多，它們的基本特點(diǎn)分述如下：
(1) 結(jié)構(gòu)：反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)基本相同，除有反應(yīng)釜體外，還有傳動裝置、攪拌和加熱(或冷卻)裝置等，可改善傳熱條件，使反應(yīng)溫度控制得比較均勻，并不強(qiáng)化傳質(zhì)過程。
(2) 操作壓力：反應(yīng)釜操作壓力較高。釜內(nèi)的壓力是化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生或由溫度升高而形成，壓力波動較大，有時操作不穩(wěn)定，突然的壓力升高可能超過正常壓力的幾倍，因此，大部分反應(yīng)釜屬于受壓容器。
(3) 操作溫度：反應(yīng)釜操作溫度較高，通?；瘜W(xué)反應(yīng)需要在一定的溫度條件下才能進(jìn)行，所以反應(yīng)釜既承受壓力又承受溫度。獲得高溫的方法通常有以下幾種：
1) 水加溫要求溫度不高時可采用，其加熱系統(tǒng)有敞開式和密閉式兩種。敞開式較簡單，它由循環(huán)泵、水槽、管道及控制閥門的調(diào)節(jié)器所組成，當(dāng)采用高壓水時，設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度要求高，反應(yīng)釜外表面焊上蛇管，蛇管與釜壁有間隙，使熱阻增加，傳熱效果降低。
2) 蒸汽加熱加熱溫度在100℃以下時，可用一個大氣壓以下的蒸汽來加熱；100~180℃范圍內(nèi)，用飽和蒸汽；當(dāng)溫度更高時，可采用高壓過熱蒸汽。
3) 用其它介質(zhì)加熱若工藝要求必須在高溫下操作或欲避免采用高壓的加熱系統(tǒng)時，可用其它介質(zhì)來代替水和蒸汽，如礦物油(275～300℃)、聯(lián)苯醚混合劑(沸點(diǎn)258℃)、熔鹽(140～540℃)、液態(tài)鉛(熔點(diǎn)327℃)等。
4) 電加熱將電阻絲纏繞在反應(yīng)釜筒體的絕緣層上，或安裝在離反應(yīng)釜若干距離的特設(shè)絕緣體上，因此，在電阻絲與反應(yīng)釜體之間形成了不大的空間間隙。前三種方法獲得高溫均需在釜體上增設(shè)夾套，由于溫度變化的幅度大，使釜的夾套及殼體承受溫度變化而產(chǎn)生溫差壓力。采用電加熱時，設(shè)備較輕便簡單，溫度較易調(diào)節(jié)，而且不用泵、爐子、煙囪等設(shè)施，開動也非常簡單，危險性不高，成本費(fèi)用較低，但操作費(fèi)用較其它加熱方法高，熱效率在85%以下，因此適用于加熱溫度在400℃以下和電能價格較低的地方。
(4) 反應(yīng)釜攪拌結(jié)構(gòu)：在反應(yīng)釜中通常要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，為保證反應(yīng)能均勻而較快的進(jìn)行，提率，通常在反應(yīng)釜中裝有相應(yīng)的攪拌裝置，于是便帶來傳動軸的動密封及防止泄漏的問題。
(5) 反應(yīng)釜的工作：反應(yīng)釜多屬間隙操作，有時為保證產(chǎn)品質(zhì)量，每批出料后都需進(jìn)行清洗；釜頂裝有快開人孔及手孔，便于取樣、測體積、觀察反應(yīng)情況和進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部檢修。
1.3 安裝使用
1、 應(yīng)安裝在堅固、平整的工作臺上，工作臺高度根據(jù)使用情況決定，設(shè)備與工作臺四周應(yīng)留有一定的空間（≥360cm），以便安裝與后期維修。
2、 安裝時要求傳動軸與地水平面垂直，不垂直度（傾斜度）不得大于設(shè)備總高度的1/1000。
3、 設(shè)備本身各工藝接管上的自備件，安全閥，必須按反應(yīng)釜的要求配備。
4、 安裝完畢檢查各連接部件及傳動部位是否牢固可靠，各連接管道、管口、密封件及整機(jī)做氣密試驗，應(yīng)無泡、冒、滴、漏現(xiàn)象。
5、 開機(jī)前減速機(jī)注入46#機(jī)械油，打開電機(jī)防護(hù)罩用手轉(zhuǎn)動風(fēng)葉檢查有無卡怠現(xiàn)象，攪拌槳有無刮壁現(xiàn)象，清理釜內(nèi)污物，方可開機(jī)。空車運(yùn)轉(zhuǎn)30分鐘無不正常噪音、振動，方可正式投料生產(chǎn)。另視生產(chǎn)情況定期更換減速機(jī)油。
1.4 反應(yīng)釜的發(fā)展趨勢
1、大容積化，這是增加產(chǎn)量、減少批量生產(chǎn)之間的質(zhì)量誤差、降低產(chǎn)品成本的有效途徑和發(fā)展趨勢。染料生產(chǎn)用反應(yīng)釜國內(nèi)多為6000L以下，其它行業(yè)有的達(dá)30m³；國外在染料行業(yè)有20000～40000L，而其它行業(yè)可達(dá)120 m³。
2、反應(yīng)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(qiáng)制循環(huán)。反應(yīng)釜發(fā)展趨勢除了裝有攪拌器外，尚使釜體沿水平線旋轉(zhuǎn)，從而提高反應(yīng)速度。
3、以生產(chǎn)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(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加收益，減輕體力勞動，又可消除對環(huán)境的污染。
4、合理地利用熱能，選擇佳的工藝操作條件，加強(qiáng)保溫措施，提高傳熱效率，使熱損失降至低限度，余熱或反應(yīng)后產(chǎn)生的熱能充分地綜合利用。熱管技術(shù)的應(yīng)用，將是今后反應(yīng)釜發(fā)展趨勢。
設(shè)計參數(shù)及要求 | |||
| 容器內(nèi) | 夾套內(nèi) | |
設(shè)計壓力（MPa） | 0.2 | 0.3 | |
設(shè)計溫度(℃) | 100 | 150 | |
介質(zhì) | 有機(jī)物，水 | 水蒸氣 | |
焊接街頭系數(shù) | 0.85/1.0 | 0.85/1.0 | |
全容積（ | 1 | ||
充裝系數(shù) | 0.85 | ||
腐蝕情況(mm) | 0 | 1.5 | |
推薦材料 | Q235-A | ||
攪拌軸轉(zhuǎn)速(r/min) | 200 | ||
電動機(jī)功率(KW) | 5.5 | ||
傳熱面積 | >3 | ||
3.1 夾套反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu)
帶攪拌的夾套反應(yīng)釜是化學(xué)、醫(yī)藥及食品等工業(yè)中常用的典型反應(yīng)設(shè)備之一。它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）液體以及液體與固體或氣體物料混勻，促進(jìn)其反應(yīng)的設(shè)備。
一臺帶攪拌的夾套反應(yīng)釜主要有攪拌容器、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管和一些附件組成。
夾套反應(yīng)釜分罐體和夾套兩部分，主要有封頭和筒體組成，多為中、低壓壓力容器；攪拌裝置有攪拌器和攪拌軸組成，其形式通常由工藝而定；傳動裝置是為帶動攪拌裝置設(shè)置的，主要有電動機(jī)、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(jī)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(gòu)成完整的夾套反應(yīng)釜。
3.1.1 釜體部分
(1) 釜體部分由圓筒和上、下封頭組成，提供物料化學(xué)反應(yīng)的空間，其容積由生產(chǎn)能力和產(chǎn)品的化學(xué)反應(yīng)要求決定。
(2) 中、低壓筒體通常采用不銹鋼板卷焊，也可采用碳鋼或鑄鋼制造，為防止物料腐蝕，可在碳鋼或鑄鋼內(nèi)表面襯耐蝕材料。
(3) 釜體殼能同時承受內(nèi)部介質(zhì)壓力和夾套壓力，必須分別按內(nèi)、外壓單獨(dú)作用時的情況考慮，分別計算其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
(4) 對于承受較大外壓的薄壁筒體，在筒體外表面影設(shè)置加強(qiáng)圈。
3.1.2 傳熱裝置
為及時送入化學(xué)放應(yīng)所需熱量或傳出化學(xué)放應(yīng)放出的熱量，在釜體外部或內(nèi)部可設(shè)置傳熱裝置，使溫度控制在需要的范圍之內(nèi)。 常用的傳熱裝置是在釜體外部設(shè)置夾套或在釜體內(nèi)部設(shè)置蛇管。
(1) 反應(yīng)釜的攪拌裝置由攪拌軸和攪拌器組成，可使物料混合均勻、良好接觸，加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。 攪拌過程中，物料的湍動程度增大，反應(yīng)物分子之間、反應(yīng)物分子與容器器壁之間的接觸不斷更新，既強(qiáng)化了傳質(zhì)和傳熱，又有利于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。攪拌器采用推進(jìn)式攪拌器。
(2) 反應(yīng)釜的傳動裝置主要由電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器和傳動軸等組成。
(3) 反應(yīng)釜的軸封裝置：為維持設(shè)備內(nèi)的壓力或阻止釜內(nèi)介質(zhì)泄漏，在攪拌軸伸出封料抖出必須進(jìn)行密封（動密封）。軸封裝置通常有填料密封和機(jī)械密封。
(4) 反應(yīng)釜的其他附件，包括支座、人孔、工藝接管等。
3.2 反應(yīng)釜的罐體和夾套的設(shè)計
3.2.1 罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計
罐體一般是立式圓筒形容器，有頂蓋、筒體和罐底，通過支座安裝在基礎(chǔ)或平臺上。
根據(jù)反應(yīng)釜的設(shè)計參數(shù)及要求可知，罐體采用立式圓筒形結(jié)構(gòu)，上、下封頭均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。下封頭與筒體焊接，上封頭與筒體采用法蘭連接。夾套采用焊接式整體結(jié)構(gòu)形式。
3.2.1 筒體的幾何尺寸計算
查資料選取該反應(yīng)釜筒體的長徑比i=H/ 
=1.4,則筒體的內(nèi)徑為
將計算結(jié)果圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，選取筒體直徑
=1000mm。此時，由計算得每一米高的筒體容積為
，表面積
，查表[4]得，DN=1000mm時的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭曲面高度
，直邊高度
，封頭容積
，表面積
。
筒體高度為
筒體高度圓整為
。
于是
，復(fù)核結(jié)果基本符合原定范圍。
3.2.2 夾套幾何尺寸計算
罐體直徑
，則夾套內(nèi)徑為
，符合壓力容器公稱直徑系列。
取反應(yīng)釜裝填系數(shù)為
5，則
估算夾套高度為
選取夾套高度
，則
，這樣滿足筒體法蘭螺栓的裝拆要求。
夾套的傳熱面積為
由于夾套內(nèi)介質(zhì)為水蒸汽，故不需使用導(dǎo)流板。
3.2.3 強(qiáng)度計算（按內(nèi)壓計算厚度）
罐體和夾套材料選用Q235-A，，設(shè)計溫度
℃（罐體內(nèi)），
℃（夾套內(nèi)），設(shè)計壓力
（罐體內(nèi)），
（夾套內(nèi)）。
液柱靜壓力
罐體計算壓力
夾套內(nèi)介質(zhì)為水蒸氣，故其液柱靜壓力可以忽略不計，則夾套的計算壓力為
由設(shè)計任務(wù)書可知，焊接接頭系數(shù)為
查表可知設(shè)計溫度下，Q235-A的許用應(yīng)力為
。
筒體計算厚度
夾套計算厚度
筒體封頭計算厚度
夾套封頭計算厚度
取鋼板厚度負(fù)偏差
，腐蝕裕量：罐體為0，夾套
，則夾套厚度附加量為
則有
筒體設(shè)計厚度
夾套設(shè)計厚度
筒體封頭設(shè)計厚度
夾套封頭設(shè)計厚度
圓整后選取
筒體名義厚度
夾套名義厚度
筒體封頭名義厚度
夾套封頭名義厚度
3.2.4 穩(wěn)定性校核（按外壓校核厚度）
取厚度附加量C=2.8mm，假設(shè)筒體名義厚度
，則
筒體有效厚度
筒體外徑
筒體計算長度
系數(shù)
系數(shù)
查文獻(xiàn)[10]得系數(shù)A=0.002
查文獻(xiàn)[10]得系數(shù)B=140
許用外壓力
因此，名義厚度
時，筒體能滿足
的外壓要求。
筒體封頭的厚度計算如下：
假設(shè)筒體封頭名義厚度為
，則
，
，
當(dāng)量球殼外半徑
系數(shù)
查文獻(xiàn)[10]得系數(shù)B=140
許用外壓力
該假設(shè)滿足穩(wěn)定要求，筒體封頭名義厚度為
3.2.5 水壓試驗校核
筒體材料為Q235，該材料有
=235
，取
=0.85，則
罐體筒體水壓試驗壓力
夾套筒體水壓試驗壓力
罐體內(nèi)筒水壓試驗時壁內(nèi)應(yīng)力：
夾套內(nèi)壓試驗應(yīng)力：
可見水壓試驗時筒體，夾套內(nèi)應(yīng)力都小于
，水壓試驗安全。
3.3 反應(yīng)釜的攪拌裝置
1.1.1 選擇攪拌器
由結(jié)構(gòu)選擇時所寫，本釜選用推進(jìn)式攪拌器。
根據(jù)攪拌器直徑與罐體內(nèi)徑之比
常取0.2～0.5，選取[5]攪拌器,其主要尺寸如下圖3-1：
圖3-1 推進(jìn)式攪拌器的結(jié)構(gòu)
攪拌器直徑
攪拌軸直徑
；
鍵槽 b=12mm
t=43.6mm
H=65mm
質(zhì)量 3.62kg
N/n不大于0.02
3.3.1 設(shè)計攪拌軸
(1) 攪拌軸的材料：選用45鋼。
(2) 攪拌軸的結(jié)構(gòu)：連接槳式的軸頭較簡單，因用螺栓對夾，所以用光軸即可；與聯(lián)軸器配合的軸頭結(jié)構(gòu)需要車削臺肩，開鍵槽，軸端還需要車螺紋，軸的具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖3-2 攪拌軸
(3) 攪拌軸強(qiáng)度校核
根據(jù)任務(wù)書，選用電機(jī)Y32M2-6。
選用軸功率P=4kw,軸轉(zhuǎn)速n=200r/min,45鋼扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
，系數(shù)取122，則
考慮開鍵槽和物料對軸的腐蝕，軸徑擴(kuò)大12%，即
。
故d圓整為40mm滿足強(qiáng)度要求。
(4) 攪拌軸的形位公差和表面粗糙度要求：一般攪拌軸要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，為防止軸的彎曲對軸封處的不利影響，因此，軸安裝和加工要控制軸的直度，由于攪拌軸轉(zhuǎn)速
，直線度允差1000：0.1.
(5) 安裝軸承處軸的公差帶采用k6，外殼孔的公差帶采用H7，安裝軸承的配合表面粗糙度Ra取0.8，外殼孔與軸承配合表面粗糙度Ra取1.6。
3.4 反應(yīng)釜的傳動裝置
反應(yīng)釜的攪拌器是由傳動裝置帶動，傳動裝置通常設(shè)置在釜頂封頭的上部。反應(yīng)釜的傳動裝置包括電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、機(jī)架、底座和凸緣法蘭。
1.1.1 選用電機(jī)
根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，選選用電機(jī)Y32M2-6,選用軸功率P=5.5kw,軸轉(zhuǎn)速n=900r/min。
3.4.1 選用減速器
根據(jù)任務(wù)書，選用V帶傳動。
V帶傳動選擇和主要尺寸確定如下，
傳動的額定功率P=5.5kw
小皮帶輪轉(zhuǎn)速
為電機(jī)轉(zhuǎn)速=900r/min
大皮帶輪轉(zhuǎn)速
為已知攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速=200r/min
由參考文獻(xiàn)選取工況系數(shù)
=1.2
設(shè)計功率
=
*P=
kw
根據(jù)
和
選取A型帶
i=
初選小皮帶輪計算直徑
驗算帶速 v=
=5
假設(shè)小帶輪直徑
=100mm
驗算帶速v=4.71m/s
假設(shè)
=112mm
根據(jù)公式 v=5.27
選取滑動率
大帶輪計算直徑
mm
圓整，取
=500mm
初定中心距
取中心距500mm
帶的基準(zhǔn)長度
圓整并根據(jù)長度系列選取
=2240mm
確定中心距 
查文獻(xiàn)包角修正系數(shù)
小帶輪包角
180°-
=155.2°
單根V帶額定功率P=2.83kw
時，單根V帶額定功率增量
帶長修正系數(shù)
=1.11
則 v帶根數(shù)
取3根
故用PV3減速機(jī)
3.4.2 選用凸緣法蘭
凸緣法蘭一般焊接于罐體封頭上，用于連接攪拌傳動裝置，亦可兼坐安裝、維修、檢查用孔。凸緣法蘭分整天和襯里兩種結(jié)構(gòu)形式，密封面分凸面（R）和凹面（M）兩種。查文獻(xiàn)附圖4-4和附表4-6[2]，選取R型凸緣法蘭（DN=250mm），并確定其尺寸。
3.4.3 選用安裝底蓋
安裝底蓋采用螺柱等緊固件，上與機(jī)架連接，下與凸緣法蘭連接，是整個攪拌傳動裝置與容器連接的主要連接件。
安裝底蓋的常用形式為RS和LRS型，其他結(jié)構(gòu)（整體或襯里）、密封面形式（突面或凹面）以及傳動軸的安裝形式（上裝或下裝），按HG21565-95選取。
安裝底蓋的公稱直徑與凸緣法蘭相同。形式選取時應(yīng)注意與凸緣法蘭的密封面配合（突面配突面，凹面配凹面）。
選用RS型。查文獻(xiàn)附圖4-7和附表4-7[2]，選取安裝底蓋（DN=250mm），并確定其尺寸。
3.4.4 選用機(jī)架
PV3減速機(jī)自帶機(jī)架
3.4.5 選用聯(lián)軸器
電機(jī)或減速器輸出軸與傳動軸之間及傳動軸與攪拌軸之間的連接，都是通過聯(lián)軸器連接的。常用的聯(lián)軸器有彈性塊式聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器和緊箍夾殼聯(lián)軸器。
查文獻(xiàn)附圖5-5和附表5-10[2]，傳動軸與攪拌軸間的聯(lián)軸器選用剛性凸緣聯(lián)軸器GT45-HT200。
3.5 反應(yīng)釜的軸封裝置
軸封是攪拌設(shè)備的一個重要組成部分。其任務(wù)是保證攪拌設(shè)備內(nèi)處于一定的正壓和真空狀態(tài)以及防止反應(yīng)物料逸出和雜質(zhì)的滲入。鑒于攪拌設(shè)備以立式容器中心頂插式攪拌為主，很少滿釜操作，軸封的對象主要為氣體；而且攪拌色設(shè)備由于反應(yīng)工況復(fù)雜，軸的偏擺振動大，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，故不是所有形式的軸封都能用于攪拌設(shè)備上。
反應(yīng)釜攪拌軸處的密封，屬于動密封，常用的有填料密封和機(jī)械密封兩種形式。填料密封結(jié)構(gòu)簡單、易于制造，在攪拌設(shè)備上廣泛應(yīng)用，一般用于常壓、低壓、低轉(zhuǎn)速及允許定期維護(hù)的攪拌設(shè)備；機(jī)械密封是一種功耗小、泄露率低，密封性能可靠，使用壽命長的轉(zhuǎn)軸密封，主要用于腐蝕、易燃、易爆、劇毒及帶有固體顆粒的介質(zhì)中工作的高壓和真空設(shè)備。
根據(jù)已知工況，選用填料密封。查文獻(xiàn)附圖5-8和附表5-14[2]選取，如圖3-5所示。其主要尺寸為：
軸徑
；
；
填料規(guī)格
；
法蘭螺栓孔
；
填料箱質(zhì)量7.5kg。
圖3-3 填料密封
3.6 反應(yīng)釜的其他附件
反應(yīng)釜的其他附件包括支座、手孔和人孔、設(shè)備接口等。
1.1.1 支座
夾套反應(yīng)釜多為立式安裝，常用的支座為耳式支座。標(biāo)準(zhǔn)耳式支座（JB/T 4725-92）分為A型和B型兩種。本設(shè)計中選用B型耳式支座B3，其結(jié)構(gòu)見文獻(xiàn)
附圖4-9和附表4-9[2]。
估算設(shè)備總重量：
設(shè)備總重量
式中
為罐體和夾套總重；
為傳動裝置總重；
為物料重；
為冷卻水重。
(1) 
的計算
查文獻(xiàn)附表 5[3]得，
的筒體筒節(jié)每米質(zhì)量為149kg；
的夾套筒節(jié)每米質(zhì)量為164kg。
查文獻(xiàn)表B.2（續(xù)）[4]得，
的封頭的質(zhì)量為53.78kg；
的封頭的質(zhì)量為64.58kg。
查文獻(xiàn)附表4-11[2] RF型的人孔重153㎏
查文獻(xiàn)[14]得
的平面甲型平焊法蘭的質(zhì)量為71.54kg。
其他接管取500kg計，則
(2) 
的計算
查文獻(xiàn)附表5-7【2】得機(jī)架重745㎏；查文獻(xiàn)表16-136[14]得減速機(jī)重320㎏；；查文獻(xiàn)附表4-6【2】得DN=250mm的凸緣法蘭重26㎏；密封裝置及其他附屬件約為100㎏；查得聯(lián)軸器重20㎏。則
(3) 
的計算
取裝填系數(shù)
，則操作容積為
，有
(4) 
的計算
冷卻水充滿夾套的體積約為
，則
故設(shè)備總重量
。
每臺反應(yīng)釜常用4個支座，但作承重計算時，考慮到安裝誤差造成的受力情況變壞，應(yīng)按2個支座計算。故每個支座承受載荷
按支座允許負(fù)荷
大于實(shí)際負(fù)荷
的原則選用支座JB/T4725-92耳座A3，材料為Q235-AF。
3.6.1 手孔和人孔
手孔和人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。
手孔直徑一般為150～250mm，應(yīng)使工人帶上手套并握有工具的收能方便的通過。
當(dāng)設(shè)備的直徑大于900mm時，應(yīng)開設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。圓形手孔制造方便，應(yīng)用較為廣泛。人孔的大小及位置應(yīng)以人進(jìn)出設(shè)備方便為原則，對于反應(yīng)釜，還有考慮攪拌器的直徑，以便攪拌軸及攪拌器能通過人孔放入罐體內(nèi)。
本設(shè)計未設(shè)手孔，設(shè)有旋轉(zhuǎn)快開人孔一個。DN=400
3.6.2 設(shè)備接口
化工容器及設(shè)備，往往由于工藝操作等原因，在筒體和封頭上需要開一些各種用途的孔。
設(shè)備各個接管的選取如下表：
表3-1反應(yīng)釜各接管規(guī)格
序號 | 公稱規(guī)格 | 接管外徑和壁厚 | 標(biāo)準(zhǔn)號 | 用途或名稱 |
1 | PN0.25DN25 |
| HG20592-97 | 蒸汽入口 |
2 | PN0.25DN25 |
| HG20592-97 | 加料口 |
3 | PN0.25DN70 |
| HG20592-97 | 溫度計管口 |
4 | PN0.25DN25 |
| HG20592-97 | 壓縮空氣入口 |
5 | PN0.25DN40 |
| HG20592-97 | 放料口 |
6 | PN0.25DN25 |
| HG20592-97 | 冷凝水出口 |
結(jié)束語
根據(jù)設(shè)計任務(wù)書給定的設(shè)計參數(shù)，我查閱了大量化工設(shè)備設(shè)計資料，尤其是各類設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，完成了以下設(shè)計任務(wù)：
(1) 反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)工藝要求并考慮制造、安裝和維護(hù)檢修的方便，確定各部分結(jié)構(gòu)形式，如封頭形式、傳動類型、軸封和各種附件的結(jié)構(gòu)形式。
(2) 攪拌容器的設(shè)計。
1) 根據(jù)工藝參數(shù)確定各部分幾何尺寸；
2) 考慮壓力、溫度、腐蝕因素，選擇釜體和夾套材料；
3) 對罐體、夾套等進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計算、校核。
(3) 傳動系統(tǒng)設(shè)計，包括選擇電動機(jī)，確定傳動類型，選擇減速器、聯(lián)軸器、機(jī)座及底座設(shè)計。
(4) 決定并選擇軸封類型及有關(guān)零部件。
本設(shè)計混合性能好，能耗低，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，占用空間及作業(yè)面積小，操作維修方便，安全性能好，因此具有良好的發(fā)展前景。
