第11章 夹套反应釜设计..

三、外压釜体壁厚的设计

(1)外压圆筒壁厚的计算------简化公式设计法 ①设计外压的确定



根据设计条件单中釜体和夹套内介质的工作压力，确定设计 外压 p 。 ②圆筒壁厚的计算 假设圆筒的壁厚为Sn ，由 Se = Sn – C、Do Di 2Sn 分别计算 Do 出 Se 、 Do Lcr 1.17 D o 由公式 计算出临界长度 Lcr 值
Se
2 1 L H h 计算出筒体的计算长度 L L H h i 由 或 i 3 3 将 L 与 Lcr 进行比较，若 L ＞ Lcr ，筒体为长圆筒；

若 L ＜ Lcr ，筒体为短圆筒
Se 3 长圆筒临界压力： pcr 2.2 E ( ) DO
t
立式带夹套的反应釜设计


带有搅拌装置的釜式反应器是化工、医药、染料、涂料等 电动机 行业生产中常用的典型设备 减速器 机 架 反应釜通常由釜体、传热、 搅拌、传动、密封等装置及 密封装置 有关附件组成。
釜 体 搅拌轴 温度计

夹套 搅拌桨




釜体是物料进行反应的空间，由筒体及上、下封头组成。 传热装置是为了提供化学反应所需的热量或带走反应生成 的热量。除了图中所用的夹套传热外，还有蛇管形式的传 热装置。 搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其作用是迅速均匀地混 合物料，强化传质传热过程，从而加快反应速率。 为使搅拌器能够以一定的转速转动，需要设置与之配套的 由电动机和减速机等组成的传动装置。反应釜上除了 有设备法兰、管法兰等静密封结构外，还有保证转轴密封 的动密封装置。 附件
四、釜体的压力试验 压力试验的目的是检验釜体的宏观强度(是否有异常变形)和 致密性(有无泄漏)。是化工设备出厂时必须进行的工序。
五、反应釜夹套的设计
(1)夹套的结构型式
H
H
H
Ⅰ
Ⅱ 夹套的结构型式
H
Ⅲ
H
Ⅳ

采用夹套传热时，为防止热量散失，需要在夹套外设置保温 层。夹套的型式根据工艺设计要求和反应釜的具体结构进行 选择，如要求上封头与筒体采用可拆性联结，则不能选用图 中的Ⅳ型。图中的Ⅱ型应用最为广泛。其结构型式如下图。
(1)筒体的直径和高度 反应釜的外形尺寸如图所示。
Di Hj Dj H 反应釜的外形
①筒体直径 Di 的确定 立式反应釜釜体的容积通常是指圆柱形筒体和下封头包含 的容积，即： V VT VF 将釜体视为圆柱形筒体，初步估算釜体的内径 Di ，取
V

4
Di H
2
4V Di H 3 Di
4 Di

将估算出的 H j 稍加固整后再校核传热面积 ，即是否满足：
Fk Fs F


其中 Fk 为釜体下封头的内表面积，FS 为夹套包覆部分筒体的 内表面积，F 为工艺所需的传热面积。 在确定夹套高度时，还要考虑两个因素(1)当反应釜筒体与 上封头用法兰连接时，夹套上边缘与法兰下表面的间距应不 小于150—200mm ，以便装拆联接法兰的螺栓和螺母。(2)当 反应釜采用悬挂式支座时，要避免因夹套顶部的位置而影响 支座的焊接地位。夹套的顶部和底部开有供传热介质进出的 管口。加热蒸汽要从上端进入夹套，冷凝水从下端排出。如 用液体进行加热或冷却侧必须下进上出，以保证传热液体充 满夹套。

2.6 E t Se2 短圆筒临界压力：pcr DO LDO Se
由 [ p]
pcr 计算出[ p] ，对于圆筒m=3。 m



将p与[ p ]进行比较，若p ≤ [ p] ，则假设 Sn 合理；反之不合 理，重新设计，直至满足p ≤ [ p]为止。 (2)图算法 外压圆筒所需的壁厚可利用教材中外压容器设计一章中的图 10-15～10-20进行计算，过程如下： Do Di 2Sn，分别计算 假设圆筒的壁厚为Sn ，由Se Sn C 、 出 L / Do 、 Do / Se
Ro
(3)外压封头壁厚的设计




若A在曲线的左侧，圆筒的许用外压[p]按下式计算：
Se 2 [ p] 0.0833E ( ) Do
t


将p与[ p]进行比较，若p ≤ [ p] ，则假设 S 合理；反之不合 n 理，需要重新设计 Sn ，直至满足p ≤ [ p]为止。 当按内压容器设计出的釜体壁厚与按外压容器的设计的釜体 壁厚不同时，取两者中的较大者。如上封头不包在夹套中, 则不受外压作用，只按内压计算，但常取与下封头相同的壁 厚。
(2)密封面的形式 容器法兰的密封面形式有平面密封面、凹凸密封面、榫槽密 封面、环密封面。密封面的形式可根据操作介质、法兰的公 称压力PN 、工作温度由教材中的压力容器法兰垫片选用表 确定。
(3)垫片的设计 根据材质的不同，垫片分为非金属垫片、组合式垫片和金属 垫片三种，垫片的形式可根据操作介质、法兰的公称压力 PN 、工作温度、法兰 Do 的型式由压力容器法 Di 兰垫片选用表确定。 垫片的尺寸由法兰的 压力容器法兰非金属软垫片 公称压力、公称直径 根据垫片的标准确定。 压力容器法兰非金属软垫片的结构见图、尺寸查压力容器法 兰非金属软垫片的标准。 (4)螺栓、螺母的设计 螺栓、螺母的规格和数量由法兰的结构和尺寸确定
[ p] B Do

若A在曲线的左侧，圆筒的许用外压[ p]按下式计算： 2 t Se [ p] E A( ) 3 Do

将p与[ p]进行比较，若p ≤ [ p] ，则假设 S 合理；反之不合 n 理，需要重新设计 Sn ，直至满足p ≤ [ p]为止。 ①设计外压的确定 封头的设计外压与筒体相同。 ②封头壁厚的计算 设封头的壁厚为 Sn ，令 Se = Sn – C ，根据封头的形式确定当 Se ( R S R 量半径 o ，计算出 e / o 。用A=0.125 R ) 计算出系数A值。 o 根据圆筒的材料选用图10-51～图10-20，在图的下方找到系 数A值，若A在曲线的右侧，在此点作一垂直线与对应的材 料设计温度线相交，交点水平对应的值即为B系数。圆筒的 许用外压[p]按下式计算： [ p ] B Se

参见釜体的压力试验。注意：做夹套的压力试验时，先做 釜体的压力试验，待釜体合格后，才焊上夹套做压力试验。
六、传热装置的设计

(1)夹套进气（汽）管的结构 采用气（汽）体作传热介质时，若夹套进气（汽）管内的气 速较高，需考虑采取防止气体直接冲刷釜体外壁的措施。采 用下图所示的防冲挡板或 侧向开孔的进气管。 用液体作传热介质时，为了 提高传热效果，在釜体外壁上 焊接螺旋形导流板有利于 提高液体流速、增大传热

②设计参数的确定 见筒体设计参数的确定。 ③封头壁厚的计算 设计方法与内压筒体壁厚的设计方法相同。 当封头壁厚小于筒体壁厚时，将封头的壁厚调整至与筒体的 壁厚一致；当封头壁厚大于筒体壁厚时，将封头的直边部分 进行加工，以便等壁厚焊接和降低边缘应力。 当夹套内介质的工作压力高于釜内压力时，被夹套包覆的釜 体为外压容器，为防止釜体发生失稳，需要对其进行稳定性 计算。
为了尽量排去夹套中的空气或其它不凝性气体，还常在夹套 顶部另设排气管口，其直径不小于DN 10。 夹套封头的型式与釜体下封头相同。 (3)夹套圆筒壁厚的计算 夹套圆筒壁厚的计算参见釜体内压筒体壁厚的设计。 (4)夹套封头壁厚的设计 夹套封头壁厚的设计参见釜体内压封头壁厚的设计。

(5)夹套的压力试验
(1)内压筒体壁厚的设计 ①设计参数的确定



根据设备设计条件单中提供的 有关技术特性参数和要求，确定设计参数。 设计压力 p ：无安全装置取 p ＝1.1 pW ；装安全阀取 p ＝ (1.05～1.1) pW ；装爆破膜取 p (1.15 1.3) pW ； pc p pL ， pL / p ＜5％，可以忽略 pL ； 计算压力 pc ： 设计温度 t ： 取操作介质的最高温度； 焊缝系数 ： 根据筒体纵向焊缝的结构和无损探伤的要求 壁厚附加量 C ：C1 ＝0.25mm； C2 取值见有关文献
＞150-200
不锈钢 不锈钢
h
45°
碳钢
45°
Di
Di Dj
S
Di Dj
S
碳钢
Dj
Ⅱ型夹套的结构
(2)夹套的尺寸 夹套壁与釜体壁间构成一个供传热介质流动的空间，夹套的 内径 D j 一般可按下表确定。 夹套的内径 D j 与筒体内径 Di 之间的关系
Di /mm
D j /mm

500—600
将选定的 H / Di 值代入上式，可初步估算出釜体的内径。 考虑到釜体的内径应符合压力容器公称直径的标准。 ②筒体的长度 H的确定 筒体的长度 H 可由下式确定

V VT VF
VT V VF

4
Di H V VF H
2
V VF

4
D 2i
二、釜体壁厚的设计
L
L
在图10-15的 L / Do坐标中找到 L / Do 的值，将此点沿水平方向 右移与对应的 Do / Se线相交，当 L / Do ＞50时取50；L / Do ＜ 0.05时取0.05。过此交点向下作垂直线与水平轴相交，找到
交点的系数A值。

根据圆筒的材料选用图10-16～图10-20，在图的下方找到系 数A值，若A在曲线的右侧，在此点作一垂直线与对应的材 料设计温度线相交，交点水平对应的值即为系数B。圆筒的 许用外压 [ p ]按下式计算： Se
Di +50
700—1800 2000—3000
Di +100 Di +200

采用导热油加热时。夹套内径常取 Di +300，以增大夹套和釜 体的间隙，减小流动阻力。 夹套高度 H j主要取决于传热面积的要求，但一般还应不低于 H j 可如下估算： 釜内的料液高度以保持传热均匀。因此， VT VF Hj 2