反应釜的设计计算PPT课件
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反应釜的设计计算
• 查《机械设计课程设计》可知：联轴器应选GY4，类型为凸缘联轴器。 • 搅拌轴材料的选择 • 常用优质碳素钢有35、45、50钢，其中以45钢应用最多。搅拌轴受到扭转和弯 曲的组合作用，其中以扭转为主。本次设计选用45钢作为搅拌轴的材料。
P T 9550 n
4 T 9550 5 198 .96 N m 960
m 3.02 10 pa s
4
d=400mm b=80mm n= 238.8r/min
Re 2.1106
结构计算计算结果
• • • • 经查《过程设备设计》功率曲线可知，功率准数Np=6 搅拌功率P=3.91kw 叶轮距槽底的安装高度Hi =400mm 挡板宽度Wb =120mm
过程装备与控制工程课程设计
Course design of process equipment and control engineering
任务书
• • • • • • 主要内容： 1 设计方案的确定及工艺流程的说明； 2 反应器的工艺计算； 3 基本尺寸计算及基本结构设计； 4 壳体、开孔补强与搅拌轴及耳式支座的强度校核； 5 绘制反应器的装配图。
筋板内侧间距
螺纹中心至底板外 缘距离
支座材料的屈服强 度
筋板厚度
底板厚度
8mm
10mm
底板宽度
支座筋板设计温度下的 拉伸弹性模量 筋板材料的许用应力
160mm
19700Mpa
底板长度
设计温度下支 座材料的许用 应力 地脚螺栓材料 Q235B，腐蚀 裕量3mm，规 格M24
310mm
113Mpa
50mm
180 32180 d 33.96mm 4 2 6 7.9 10 10
反应釜结构与操作PPT课件
反应釜结构与操作
1
整体概述
概况一
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况二
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概况三
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
2
反应釜分类
• 连续与间歇 • 高压、常压与负压 • 秃顶与平顶 • 带换热与非带换热 • 不锈钢与搪瓷 • 固定式与可倾倒式
20
搅拌装置
典型搅拌器结构示意
21
搅拌装置
常用搅拌器及流型示意
22
搅拌装置
搅拌附件 ◆ 挡板
挡板的作用是避免旋 涡现象，增大被搅拌液体 的湍流程度，将切向流动 变为轴向和径向流动，强 化反应器内液体的对流和 扩散，改善搅拌效果。
搅拌反应器的挡板结构
23
搅拌装置
可有效 地防止 粘滞液 体在挡 板处形 成死角， 以防止 固体颗 粒的堆 积。
在高粘度 物料中使 用桨式搅 拌器时， 可安装横 挡板以增 加掺合作 用，挡板 宽度可与 搅拌叶同 宽。
对于低粘度液体 挡板装在壁上。
对于中等粘度液 体挡板离开槽壁 （或固—液相操 作时）
对于高粘度液体 挡板离开槽壁并 与槽壁成一定角 度。竖向挡板安 装方式。
24
搅拌装置
◆ 导流筒 ● 导流筒的作用---提高混合效率 一方面提高了对液体的搅拌程度， 加强了搅拌器对液体的直接机械 剪切作用；另一方面由于限定了 液体的循环路径，确立了充分循 环的流型，使器内所有物料均能 通过导流筒内的强烈混合区，减少了走短路的机会。 ● 导流筒的组成 导流筒是一个圆筒，安装在搅拌器的外面。常
反应器填料密封结构
1—本体； 2—螺钉； 3—衬套； 4—螺塞； 5—油圈； 6—油杯； 7—密封圈；8—水夹套； 9—油环； 10—填料； 11—压盖； 12—螺母； 13—双头螺柱
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
反应釜分类
• 连续与间歇 • 高压、常压与负压 • 秃顶与平顶 • 带换热与非带换热 • 不锈钢与搪瓷 • 固定式与可倾倒式
20
搅拌装置
典型搅拌器结构示意
21
搅拌装置
常用搅拌器及流型示意
22
搅拌装置
搅拌附件 ◆ 挡板
挡板的作用是避免旋 涡现象，增大被搅拌液体 的湍流程度，将切向流动 变为轴向和径向流动，强 化反应器内液体的对流和 扩散，改善搅拌效果。
搅拌反应器的挡板结构
23
搅拌装置
可有效 地防止 粘滞液 体在挡 板处形 成死角， 以防止 固体颗 粒的堆 积。
在高粘度 物料中使 用桨式搅 拌器时， 可安装横 挡板以增 加掺合作 用，挡板 宽度可与 搅拌叶同 宽。
对于低粘度液体 挡板装在壁上。
对于中等粘度液 体挡板离开槽壁 （或固—液相操 作时）
对于高粘度液体 挡板离开槽壁并 与槽壁成一定角 度。竖向挡板安 装方式。
24
搅拌装置
◆ 导流筒 ● 导流筒的作用---提高混合效率 一方面提高了对液体的搅拌程度， 加强了搅拌器对液体的直接机械 剪切作用；另一方面由于限定了 液体的循环路径，确立了充分循 环的流型，使器内所有物料均能 通过导流筒内的强烈混合区，减少了走短路的机会。 ● 导流筒的组成 导流筒是一个圆筒，安装在搅拌器的外面。常
反应器填料密封结构
1—本体； 2—螺钉； 3—衬套； 4—螺塞； 5—油圈； 6—油杯； 7—密封圈；8—水夹套； 9—油环； 10—填料； 11—压盖； 12—螺母； 13—双头螺柱
反应釜设计PPT演示课件
反应釜设计
1
反应釜设计
反应釜的总体结构 釜体及传热装置设计 搅拌器 传动装置与搅拌轴
搅拌反应器的轴封
2
一、反应釜的总体结构
搅拌设备由主要由釜 体部分、搅拌装置、 轴封、传热装置和传 动装置五大部分组成。
3
一、反应釜的总体结构
釜传传搅体热动拌部装装装分置置置包的一是括作般为筒用由了体是电使，控机各上制、种、反减物 下应速料封过器混头程、合以中联均及的轴匀各热器，种量等常接传组用管递成搅口。。拌等常器。 筒用搅如体外拌桨的置轴式直式用、径夹联涡和套轴轮高或器式度内与、决置减推定式速进釜蛇器式 容管相等积。联各的，有大传不小递同，来的应自尺根电寸据机和工的范艺动围， 要加力可求热。根确介为据定质保被其常证搅长选反拌径用应物比蒸釜料。汽筒的，体粘有空度、
物料粘度较大可取大值。
12
②估算筒体内径D1
釜体全容积 V ：
V
4
D12 H1
4
D13
H1 D1
D1
3
4V
i
③确定公称直径DN（查表）
④确定筒体高度 H1 V V封
V 1m
V封－封头容积， V1m－1米高筒体容积（查附表）
⑤修正实际容积
V=V1m×H1+V封
13
2、夹套的几何尺寸计算
①夹套直径D2(mm) ②夹套高度H2
H 2 V V封
V 1m
V封－下封头容积，V1m－ 1米高筒体的容积。
夹套直径D2 (mm)
D1 500～600 700～1800 2000～3000
D2
D1+50
D1+100
D1+200
1
反应釜设计
反应釜的总体结构 釜体及传热装置设计 搅拌器 传动装置与搅拌轴
搅拌反应器的轴封
2
一、反应釜的总体结构
搅拌设备由主要由釜 体部分、搅拌装置、 轴封、传热装置和传 动装置五大部分组成。
3
一、反应釜的总体结构
釜传传搅体热动拌部装装装分置置置包的一是括作般为筒用由了体是电使，控机各上制、种、反减物 下应速料封过器混头程、合以中联均及的轴匀各热器，种量等常接传组用管递成搅口。。拌等常器。 筒用搅如体外拌桨的置轴式直式用、径夹联涡和套轴轮高或器式度内与、决置减推定式速进釜蛇器式 容管相等积。联各的，有大传不小递同，来的应自尺根电寸据机和工的范艺动围， 要加力可求热。根确介为据定质保被其常证搅长选反拌径用应物比蒸釜料。汽筒的，体粘有空度、
物料粘度较大可取大值。
12
②估算筒体内径D1
釜体全容积 V ：
V
4
D12 H1
4
D13
H1 D1
D1
3
4V
i
③确定公称直径DN（查表）
④确定筒体高度 H1 V V封
V 1m
V封－封头容积， V1m－1米高筒体容积（查附表）
⑤修正实际容积
V=V1m×H1+V封
13
2、夹套的几何尺寸计算
①夹套直径D2(mm) ②夹套高度H2
H 2 V V封
V 1m
V封－下封头容积，V1m－ 1米高筒体的容积。
夹套直径D2 (mm)
D1 500～600 700～1800 2000～3000
D2
D1+50
D1+100
D1+200
反应釜的设计计算PPT课件
•
—反应时间，143.75min；
• X A —乙酸酐的转化率92％。
• Q0 —单位时间原料液处理量，0.6m3/h；
• V —反应器的实际体积，1.8m3；
• —装料系数0.8；
•
.
7
结构设计部分
• 釜体结构形式的选择 • 筒体：圆柱形 • 釜底的封头形状：标准椭圆型 • 顶盖连接方法：不可拆 • 换热器形式：U形夹套
.
12
结构设计计算结果
• 釜体筒体厚度的计算
•
设定操作温度T=100℃。腐蚀余量为 C2 2mm ，钢板负偏差 C1 0.3mm
• 取焊接接头系数 0.85 选材上，由于承受压力较高，所以选择Q345R。
t 189 MPa
• 内压 0.1MPa • 设计压力： pw 0.1MPa
•
p 1.1pw 0.11MPa
.
8
• 釜体直径的计算
结构设计计算结果
• 对于直立反应釜来说，釜体容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积之
和，根据釜体容积和物料性质，选定
H
/ Di
值，估算筒体内径
D
。由于此反应
i
为液—液反应，故而取 H / D i 1 ，先忽略釜体封头的容积。
.
9
结构设计计算结果
• 筒体内径：
Di
3
4Vg
.
2
设计条件：
• 乙酸酐分解式为
（ C H 3C O ）2 O H 2 O 2 C H 3C O O H
• 该反应的反应速率方程为，反应温度下反应速率常数为0.08 m in -1。每小时处理
量为 0.6m3 ，原料中乙酸的浓度 CA0 95mol / m3 。试设计一台连续操作釜式
反应釜设计分解PPT参考幻灯片
21
整体式夹套
最常用的夹套是U型夹套，它是一个 薄壁筒体，套在搅拌釜外部。夹套所 包围的筒体表面积即为传热面积。 夹套的特点是结构简单，制造方便， 基本不需要检修。 一般U型夹套可以使用于2.5MPa以下， 压力高时可以采用蜂窝式夹套。
22
整体式夹套
不可拆式整体式夹套
可拆式整体式夹套 23
整体式夹套
下出料管
20
6、传热构件
常用的传热装置有两种：夹套和内盘管。 传热装置所需要的传热面积应根据搅拌反应釜升温、保温 或冷却过程的传热量和传热速率来计算。
（1）夹套
夹套的主要结构有：整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和 蜂窝夹套。 整体夹套有圆筒型和U型两种，夹套与筒体的连接方式分 为：可拆式和不可拆式。
当罐体内为正压外带夹套时，被 P1 夹套包围部分的筒体和封头应分 别进行内压强度计算及外压稳定 性计算，并取其中较大值；其余 部分按内压圆筒设计。
其中内压设计压力P 等于釜体设
计压力P1，外压设计压力P 等于
夹套设计压力P2。为什么？
P2
最后要进行水压试验应力校核。
16
4、夹套厚度计算
夹套按内压进行设计计算。 注意：①应在内筒液压试验合格后再焊接夹套；
8
9
1、釜体的尺寸
(1) 长径比（H1/D1)的确定 确定长径比时应考虑：
①③长反径应比过对程搅对拌长功径率比的影要响求：用 N于∝发d酵j5，过长程径的比发越酵大罐，，即为D使1 或通 d入j 越的小空，气所与需发搅酵拌液功充率分也接越触小，。
②需长有径足比够对的传液热深的，影因响此：要长求径长比 大径，比可大以。使传热表面到釜中心 的距离较小，釜内温度梯度小， 有利于传热。
②夹套水压试验必须事先校核该容器在夹套 试压时的稳定性是否足够；
整体式夹套
最常用的夹套是U型夹套，它是一个 薄壁筒体，套在搅拌釜外部。夹套所 包围的筒体表面积即为传热面积。 夹套的特点是结构简单，制造方便， 基本不需要检修。 一般U型夹套可以使用于2.5MPa以下， 压力高时可以采用蜂窝式夹套。
22
整体式夹套
不可拆式整体式夹套
可拆式整体式夹套 23
整体式夹套
下出料管
20
6、传热构件
常用的传热装置有两种：夹套和内盘管。 传热装置所需要的传热面积应根据搅拌反应釜升温、保温 或冷却过程的传热量和传热速率来计算。
（1）夹套
夹套的主要结构有：整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和 蜂窝夹套。 整体夹套有圆筒型和U型两种，夹套与筒体的连接方式分 为：可拆式和不可拆式。
当罐体内为正压外带夹套时，被 P1 夹套包围部分的筒体和封头应分 别进行内压强度计算及外压稳定 性计算，并取其中较大值；其余 部分按内压圆筒设计。
其中内压设计压力P 等于釜体设
计压力P1，外压设计压力P 等于
夹套设计压力P2。为什么？
P2
最后要进行水压试验应力校核。
16
4、夹套厚度计算
夹套按内压进行设计计算。 注意：①应在内筒液压试验合格后再焊接夹套；
8
9
1、釜体的尺寸
(1) 长径比（H1/D1)的确定 确定长径比时应考虑：
①③长反径应比过对程搅对拌长功径率比的影要响求：用 N于∝发d酵j5，过长程径的比发越酵大罐，，即为D使1 或通 d入j 越的小空，气所与需发搅酵拌液功充率分也接越触小，。
②需长有径足比够对的传液热深的，影因响此：要长求径长比 大径，比可大以。使传热表面到釜中心 的距离较小，釜内温度梯度小， 有利于传热。
②夹套水压试验必须事先校核该容器在夹套 试压时的稳定性是否足够；
反应釜的设计计算
取焊接接头系数 0.85 选材上，由于承受压力较高，所以选择Q345R。
t 189MPa
内压 0.1MPa
设计压力： pw 0.1MPa
p 1.1pw 0.11MPa
Pl gh 5%Pw ， 所以
则计算压力： pc p 0.11MPa
Pl 忽略不计。
结构计算计算结果
结构设计计算结果
搅拌轴直径的计算
搅拌轴的材料选为45钢，轴材料剪切弹性模量G 79GPa，许用剪切应力
40MPa 1o /m
轴传递最大转矩：
M
max
9553
pn n
9553
5.5 238.8
0.9
198N
m
搅拌轴为实心轴，则直径：
1
d 4.92
M n max
4
G 1 4
e n C1 C2 3.7mm
结构计算计算结果
夹套的选择
夹套的内径 夹套高度
夹套筒体厚度
夹套封头厚度
1300mm
0.63m
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
结构计算计算结果
反应釜的搅拌装置
搅拌功率的计算
d=0.045m
结构计算计算结果
主要接管尺寸的计算
进料管和出料管
df =16mm
查手册取20 2.5无缝钢管，法兰选用板式平焊钢管法兰PL2.5，B型，DN50。
冷却水管的计算
ds=26.6mm
查手册取无缝钢管 30 3.5
DN40。
，法兰选用板式平焊钢管法兰PL2.5，B型，
主体设备配置图
支座弯 矩引起 的最大 应力轴 线应力
t 189MPa
内压 0.1MPa
设计压力： pw 0.1MPa
p 1.1pw 0.11MPa
Pl gh 5%Pw ， 所以
则计算压力： pc p 0.11MPa
Pl 忽略不计。
结构计算计算结果
结构设计计算结果
搅拌轴直径的计算
搅拌轴的材料选为45钢，轴材料剪切弹性模量G 79GPa，许用剪切应力
40MPa 1o /m
轴传递最大转矩：
M
max
9553
pn n
9553
5.5 238.8
0.9
198N
m
搅拌轴为实心轴，则直径：
1
d 4.92
M n max
4
G 1 4
e n C1 C2 3.7mm
结构计算计算结果
夹套的选择
夹套的内径 夹套高度
夹套筒体厚度
夹套封头厚度
1300mm
0.63m
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
结构计算计算结果
反应釜的搅拌装置
搅拌功率的计算
d=0.045m
结构计算计算结果
主要接管尺寸的计算
进料管和出料管
df =16mm
查手册取20 2.5无缝钢管，法兰选用板式平焊钢管法兰PL2.5，B型，DN50。
冷却水管的计算
ds=26.6mm
查手册取无缝钢管 30 3.5
DN40。
，法兰选用板式平焊钢管法兰PL2.5，B型，
主体设备配置图
支座弯 矩引起 的最大 应力轴 线应力
《化学反应釜设计》PPT课件
厚度为0.58mm,加上腐蚀裕量1 mm ,所以名义厚度δn =3mm.
夹套选择
采用U型夹套,它是 一个薄壁筒体,套在搅拌 釜外部.夹套所包围的筒 体表面积即为传热面积.
夹套的特点是结构 简单,制造方便,基本不 需要检修.一般U型夹套 可以使用于2.5MPa以 下,压力高时可以采用蜂 窝式夹套.
夹套设计
反应器的选择与设计
有机化学
目录
反应器的分类 反应器的选择 反应器的设计
反应器分类
釜式反应器 管式反应器
高度与直径比约为2～3内设搅拌装置和 档板 均相、多相反应过程均可
长度远大于管径,内部没有任何构件
多用于均相反应过程
底层内部装有不动的固体颗粒,固体颗粒可
固定床反应器 以是催化剂或是反应物
用于多相反应系统
V0 = ηV η 取0.8
V4D12H14D13
H1 D1
4V
D1 3 i
Vo=1200L D1=1137mm 取1200mm H1=1478mm 取1500mm
釜体的厚度
设计参数：根据设计压力p=0.1013MPa, 设计温度 t=75℃ 根据设计压力和液柱静压力确定计算压力：
P=ƿgh ƿ=1.42g/ml
流化床反应器
反应器内部有固体颗粒的悬浮和循 环运动,提高反应器内液体的混合性 能
多相反应体系,可以提高传热速率
实验
OH + OHC-CO2H
O O
HO
+ H2O
△H=20KJ/mol
以二对叔丁基苯酚和乙醛酸为原料,二氯乙烷为溶剂,在对甲苯磺酸的催化作用下 缩合得到单边缩合产物.
实验特点
常压反应,反应温度70℃-80℃ 反应物、催化剂均溶于溶剂的均相反应 反应过程需要搅拌,反应时间短 产品不析出,蒸干溶剂,经重结晶得到产品
夹套选择
采用U型夹套,它是 一个薄壁筒体,套在搅拌 釜外部.夹套所包围的筒 体表面积即为传热面积.
夹套的特点是结构 简单,制造方便,基本不 需要检修.一般U型夹套 可以使用于2.5MPa以 下,压力高时可以采用蜂 窝式夹套.
夹套设计
反应器的选择与设计
有机化学
目录
反应器的分类 反应器的选择 反应器的设计
反应器分类
釜式反应器 管式反应器
高度与直径比约为2～3内设搅拌装置和 档板 均相、多相反应过程均可
长度远大于管径,内部没有任何构件
多用于均相反应过程
底层内部装有不动的固体颗粒,固体颗粒可
固定床反应器 以是催化剂或是反应物
用于多相反应系统
V0 = ηV η 取0.8
V4D12H14D13
H1 D1
4V
D1 3 i
Vo=1200L D1=1137mm 取1200mm H1=1478mm 取1500mm
釜体的厚度
设计参数：根据设计压力p=0.1013MPa, 设计温度 t=75℃ 根据设计压力和液柱静压力确定计算压力：
P=ƿgh ƿ=1.42g/ml
流化床反应器
反应器内部有固体颗粒的悬浮和循 环运动,提高反应器内液体的混合性 能
多相反应体系,可以提高传热速率
实验
OH + OHC-CO2H
O O
HO
+ H2O
△H=20KJ/mol
以二对叔丁基苯酚和乙醛酸为原料,二氯乙烷为溶剂,在对甲苯磺酸的催化作用下 缩合得到单边缩合产物.
实验特点
常压反应,反应温度70℃-80℃ 反应物、催化剂均溶于溶剂的均相反应 反应过程需要搅拌,反应时间短 产品不析出,蒸干溶剂,经重结晶得到产品
釜式反应器--化工ppt课件
VR V0
，量纲： 时间
09.06.2020
.
13
3.3 等温条件下，分批式操作的完全混 合反应器（BR）理想反应器的设计分析
3.3.1 概述
★分批式（又称间歇）操作：
是指反应物料一次投入反应器内，而在反 应过程中不再向反应器投料，也不向外排出 反应物，待反应达到要求的转化率后再全部 放出反应产物。
例题3.2—P62~63，自学。
09.06.2020
.
31
3.3.5 连串反应
设在等温间歇反应器中进行如下的一级不 可逆连串反应（恒容）：
各组分的动力学方程： rAk1CA rPk1CAk2CQ rQ k2CP
设初值条件为：当t=0时， C AC A 0,C P0 ,C Q0
则有：
09.06.2020
★充分（完全）混合：
指反应器内的物料在搅拌的作用下，其参数（如
温度，浓度等）各处均一。
14
.
09.06.2020
15
.
09.06.2020
★间歇反应器特点
反应物料一次加入，产物一次取出。 物料充分混合，无返混；同一瞬时，反应器内各点温度相
同、浓度相同；而且出料与反应器内物料的最终组成相同； 所有物料在反应器内的反应时间（停留时间）相同。 非稳态操作，反应器内浓度、温度随反应时间连续变化。 具有周期性 具有灵活性
令
dC P dt
0
topt
lnk2 k1 k2 k1
09.06.2020
.
33
09.06.2020
.
34
C P ma x k k 1 1 C A k 0 2ex kp 2top tex kp 1 topt
化工设备反应釜课程设计PPT课件
❖
完成一种典型钢制容器
❖
或设备(如贮罐、反应釜)
❖
的机械设计。 绘制设备
❖
总装图一张、重要部件图
❖ 一张；书写设计说明书一份。
❖ (2)课程设计的一般步骤
6
❖ 1)准备阶段 ❖ ① 设计前应准备好有关的设计资料、手册、图册。 ❖ ② 认真研究设计条件单，分析设计条件单中的技术特性 ❖ 参数、接管表中各接管的规格和用途、设备示意图，明确 ❖ 设计要求和设计内容。 ❖ ③ 设计前应认真复习教科书的内容、熟悉有关的设计资 ❖ 料和设计步骤。 ❖ ④ 结合实验室的现有实验设备（如列管式换热器、填料 ❖ 塔、精馏塔、反应釜等），熟悉典型设备的结构，为设计 ❖ 做准备。 ❖ 2)机械设计阶段 ❖ 化工容器及设备的机械设计是在设备的工艺设计后进行 ❖ 的。其内容和任务是根据设备的工艺条件（如工作压力、
❖ 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 VVF
4Di2HV源自VFHV 4
VF
D
2 i
18
❖ 二、釜体壁厚的设计
❖ (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 p W ；装安全阀取 p ＝
❖ 反应釜的机械设计就是根据工艺设计所确定的操作容积、
15
❖ 工作压力、工作温度、介质情况、传热面积、搅拌形式、 ❖ 转速和功率、以及管口尺寸和方位等工艺条件，选择各零 ❖ 部件的材料，确定反应釜釜体、夹套的结构型式和尺寸。 ❖ 通过强度、刚度和稳定性计算确定反应釜壳体、夹套壳体 ❖ 的壁厚和搅拌抽直径，并根据有关的标准对搅拌器、传动 ❖ 装置、密封装置和各种附件进行选型，然后绘出所需的装 ❖ 配图与必要的零部件图。
化工设备反应釜课程设计课件
化工设备反应釜课程设计课件
立式带夹套的反应釜设计
绪论一化工设备课程设计的目的和要求1 课程设计的目的化工设备课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学环节在教师指导下通过课程设计培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识综合地分析和解决工程实际问题的能力当学生完成课程设计后应达到下列目的1 通过课程设计能够将化工设备课程和有关先修课程所学的知识在设计中综合地加以运用使学到的知识得到巩固加深和提高2 初步培养学生独立进行工程设计的工作能力树立正确的设计思想掌提化工容器及设备设计的基本方法和程序为今后从事工程设计打下良好的基础3 使学生能够熟悉和运用设计资料如有关国家部颁标准以完成作为工程技术人员在机械设计方面所必备的基本训练2 化工设备课程设计的要求通过课程设计应达到以下要求1 树立正确的设计思想能够结合生产实际综合地考虑先进安全经济可靠和实用等方面的要求严肃认真地进行设计2 具有积极主动的学习态度在课程设计中遇到的问题要随时查阅有关教科书或文献通过积极思考提出个人见解尽可能自己解决不要太多地依靠指导老师帮助解决问题3 正确处理好几个关系①继承和发展的关系强调独立思考并不等于设计者凭空假想不依靠设计资料和继承前人经验这样是得不出高质量设计的对于初学设计的人来说学会。
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• 电机的选用 • 电动机功率P=4.57kw • 根据电动机的标准，查《机械设计课程设计》，电动机可选用Y ·132 M 2-6，
功率5.5kw，转速960r/min。
.
18
结构计算计算结果
• 减速机的选用
• 根据轴转速960r/min，电动机功率为5.5kw。查表可知：应选用滚筒减速机，编 号为96012。
•
—反应时间，143.75min；
• X A —乙酸酐的转化率92％。
• Q0 —单位时间原料液处理量，0.6m3/h；
• V —反应器的实际体积，1.8m3；
• —装料系数0.8；
•
.
7
结构设计部分
• 釜体结构形式的选择 • 筒体：圆柱形 • 釜底的封头形状：标准椭圆型 • 顶盖连接方法：不可拆 • 换热器形式：U形夹套
则圆整 则圆整
Di 1200mm H '' =1200mm
.
12
结构设计计算结果
• 釜体筒体厚度的计算
•
设定操作温度T=100℃。腐蚀余量为 C2 2mm ，钢板负偏差 C1 0.3mm
• 取焊接接头系数 0.85 选材上，由于承受压力较高，所以选择Q345R。
t 189 MPa
• 内压 0.1MPa
Vr Q0 0.6 143.75 1.44m3
• 反应器的实际体积：
V Vr 1.44 1.8m3
0.8
.
6
工艺设计计算部分结果参数汇总
• CA0 —原料液中乙酸酐的起始浓度，9.5×10^-2 mol/L；
• CA —反映后乙酸酐的浓度，7.6×10^-3 mol/L；
• Vr —有效体积，1.44m3；
.
19
结构设计计算结果
• 搅拌轴直径的计算
• 搅拌轴的材料选为45钢，轴材料剪切弹性模量G 79GPa，许用剪切应力
40MPa 1o /m
• 轴传递最大转矩：
M
m a x
9553
pn n
9553
5.5 238.8
0.9
198N
m
• 搅拌轴为实心轴，则直径：
• 设计压力： pw 0.1MPa
•
p 1.1pw 0.11MPa
•
Pl gh 5%Pw ， 所以
• 则计算压力： pc p 0.11MPa
Pl 忽略不计。
.
13
结构计算计算结果
• 计算厚度：
Pc Di
2
Pc
pc Di
2 t
pc
0.111200 2189 0.85 0.11
过程装备与控制工程课程设计
Course design of process equipment and control engineering
.
1
任务书
• 主要内容： • 1 设计方案的确定及工艺流程的说明； • 2 反应器的工艺计算； • 3 基本尺寸计算及基本结构设计； • 4 壳体、开孔补强与搅拌轴及耳式支座的强度校核； • 5 绘制反应器的装配图。
.
3
接近设计条件的实物图
.
4
工艺设计计算结果
• 原料的处理量
CA CA0(1 Af ) 95(192%) 7.6mol / m3
• 反应时间
Vr Q0
Vr FA0
CA0Af rA
9592% 0.608103
143.75min
CA0
.
5
工艺设计计算结果
• 反应体积
• 反应器的有效体积：
• 联轴器的选用
T 9550 P
T 95505 4 198.96N m
n
960
• 查《机械设计课程设计》可知：联轴器应选GY4，类型为凸缘联轴器。
• 搅拌轴材料的选择
• 常用优质碳素钢有35、45、50钢，其中以45钢应用最多。搅拌轴受到扭转和弯 曲的组合作用，其中以扭转为主。本次设计选用45钢作为搅拌轴的材料。
Di
3
4Vg
( H )
3
4 1.15
1 0.8
1.22m
Di
• 根据标准圆整取 Di 1300mm
.
10
• 釜体高度的计算
结构设计计算结果
查表可知，直径为1300mm的椭圆封头总深度 H h 350mm ，A 1.9340m2
内表面积， Vh 0.3208m3 。
.
11
结构设计计算结果
夹套的内径 夹套高度
夹套筒体厚度
夹套封头厚度
1300mm
0.63m
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
.
16
结构计算计算结果
• 反应釜的搅拌装置
• 搅拌功率的计算
•
粘度计算公式
n
l g m
x i lg i
.
2
设计条件：
• 乙酸酐分解式为
（ C H 3C O ）2 O H 2 O 2 C H 3C O O H
• 该反应的反应速率方程为，反应温度下反应速率常数为0.08 m in -1。每小时处理
量为 0.6m3 ，原料中乙酸的浓度 CA0 95mol / m3 。试设计一台连续操作釜式
反应器达到要求：
.
8
• 釜体直径的计算
结构设计计算结果
• 对于直立反应釜来说，釜体容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积之
和，根据釜体容积和物料性质，选定 H / Di 值，估算筒体内径 D i 。由于此反应 为液—液反应，故而取 H / D i 1 ，先忽略釜体封头的容积。
.
9
结构设计计算结果
• 筒体内径：
0.41mm
.
14
结构计算计算结果
• 设计厚度：d C2 d C2 2.41mm
• 名义厚度：n d C1
•
n d C1 圆整 2.71mm 圆整，圆整为6mm。
• 有效厚度：e n C1 C2
e n C1 C2 3算结果
• 夹套的选择
• 对于直立式反应釜，其圆筒部分筒体的高度为
H ''
Vg
4
V0 Di 2
1.15 0.3208 0.8
1.222
4
0.96m
• 根据标准圆整取 H '' 1000mm
• 但是 H / Di 1 ~ 3 ，则重新选取。再取 H / Di 1.3 ，则有：
• •
Di 1.15m
H " 1.05m
i1
•
解得
m 3.02 104 pa s
•
搅拌器直径 d=400mm
•
叶片直径 b=80mm
•
叶轮转速 n= 238.8r/min
•
雷诺数
Re 2.1106
.
17
结构计算计算结果
• 经查《过程设备设计》功率曲线可知，功率准数Np=6 • 搅拌功率P=3.91kw • 叶轮距槽底的安装高度Hi =400mm • 挡板宽度Wb =120mm
功率5.5kw，转速960r/min。
.
18
结构计算计算结果
• 减速机的选用
• 根据轴转速960r/min，电动机功率为5.5kw。查表可知：应选用滚筒减速机，编 号为96012。
•
—反应时间，143.75min；
• X A —乙酸酐的转化率92％。
• Q0 —单位时间原料液处理量，0.6m3/h；
• V —反应器的实际体积，1.8m3；
• —装料系数0.8；
•
.
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结构设计部分
• 釜体结构形式的选择 • 筒体：圆柱形 • 釜底的封头形状：标准椭圆型 • 顶盖连接方法：不可拆 • 换热器形式：U形夹套
则圆整 则圆整
Di 1200mm H '' =1200mm
.
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结构设计计算结果
• 釜体筒体厚度的计算
•
设定操作温度T=100℃。腐蚀余量为 C2 2mm ，钢板负偏差 C1 0.3mm
• 取焊接接头系数 0.85 选材上，由于承受压力较高，所以选择Q345R。
t 189 MPa
• 内压 0.1MPa
Vr Q0 0.6 143.75 1.44m3
• 反应器的实际体积：
V Vr 1.44 1.8m3
0.8
.
6
工艺设计计算部分结果参数汇总
• CA0 —原料液中乙酸酐的起始浓度，9.5×10^-2 mol/L；
• CA —反映后乙酸酐的浓度，7.6×10^-3 mol/L；
• Vr —有效体积，1.44m3；
.
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结构设计计算结果
• 搅拌轴直径的计算
• 搅拌轴的材料选为45钢，轴材料剪切弹性模量G 79GPa，许用剪切应力
40MPa 1o /m
• 轴传递最大转矩：
M
m a x
9553
pn n
9553
5.5 238.8
0.9
198N
m
• 搅拌轴为实心轴，则直径：
• 设计压力： pw 0.1MPa
•
p 1.1pw 0.11MPa
•
Pl gh 5%Pw ， 所以
• 则计算压力： pc p 0.11MPa
Pl 忽略不计。
.
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结构计算计算结果
• 计算厚度：
Pc Di
2
Pc
pc Di
2 t
pc
0.111200 2189 0.85 0.11
过程装备与控制工程课程设计
Course design of process equipment and control engineering
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1
任务书
• 主要内容： • 1 设计方案的确定及工艺流程的说明； • 2 反应器的工艺计算； • 3 基本尺寸计算及基本结构设计； • 4 壳体、开孔补强与搅拌轴及耳式支座的强度校核； • 5 绘制反应器的装配图。
.
3
接近设计条件的实物图
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4
工艺设计计算结果
• 原料的处理量
CA CA0(1 Af ) 95(192%) 7.6mol / m3
• 反应时间
Vr Q0
Vr FA0
CA0Af rA
9592% 0.608103
143.75min
CA0
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5
工艺设计计算结果
• 反应体积
• 反应器的有效体积：
• 联轴器的选用
T 9550 P
T 95505 4 198.96N m
n
960
• 查《机械设计课程设计》可知：联轴器应选GY4，类型为凸缘联轴器。
• 搅拌轴材料的选择
• 常用优质碳素钢有35、45、50钢，其中以45钢应用最多。搅拌轴受到扭转和弯 曲的组合作用，其中以扭转为主。本次设计选用45钢作为搅拌轴的材料。
Di
3
4Vg
( H )
3
4 1.15
1 0.8
1.22m
Di
• 根据标准圆整取 Di 1300mm
.
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• 釜体高度的计算
结构设计计算结果
查表可知，直径为1300mm的椭圆封头总深度 H h 350mm ，A 1.9340m2
内表面积， Vh 0.3208m3 。
.
11
结构设计计算结果
夹套的内径 夹套高度
夹套筒体厚度
夹套封头厚度
1300mm
0.63m
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
计算厚度：0.41mm 设计厚度：2.41mm 名义厚度：6mm
.
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结构计算计算结果
• 反应釜的搅拌装置
• 搅拌功率的计算
•
粘度计算公式
n
l g m
x i lg i
.
2
设计条件：
• 乙酸酐分解式为
（ C H 3C O ）2 O H 2 O 2 C H 3C O O H
• 该反应的反应速率方程为，反应温度下反应速率常数为0.08 m in -1。每小时处理
量为 0.6m3 ，原料中乙酸的浓度 CA0 95mol / m3 。试设计一台连续操作釜式
反应器达到要求：
.
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• 釜体直径的计算
结构设计计算结果
• 对于直立反应釜来说，釜体容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积之
和，根据釜体容积和物料性质，选定 H / Di 值，估算筒体内径 D i 。由于此反应 为液—液反应，故而取 H / D i 1 ，先忽略釜体封头的容积。
.
9
结构设计计算结果
• 筒体内径：
0.41mm
.
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结构计算计算结果
• 设计厚度：d C2 d C2 2.41mm
• 名义厚度：n d C1
•
n d C1 圆整 2.71mm 圆整，圆整为6mm。
• 有效厚度：e n C1 C2
e n C1 C2 3算结果
• 夹套的选择
• 对于直立式反应釜，其圆筒部分筒体的高度为
H ''
Vg
4
V0 Di 2
1.15 0.3208 0.8
1.222
4
0.96m
• 根据标准圆整取 H '' 1000mm
• 但是 H / Di 1 ~ 3 ，则重新选取。再取 H / Di 1.3 ，则有：
• •
Di 1.15m
H " 1.05m
i1
•
解得
m 3.02 104 pa s
•
搅拌器直径 d=400mm
•
叶片直径 b=80mm
•
叶轮转速 n= 238.8r/min
•
雷诺数
Re 2.1106
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结构计算计算结果
• 经查《过程设备设计》功率曲线可知，功率准数Np=6 • 搅拌功率P=3.91kw • 叶轮距槽底的安装高度Hi =400mm • 挡板宽度Wb =120mm