反应釜文献

文献综述

题目名称：晶化反应釜及温度控制系统

题目类别：毕业论文

专业：过程装备与控制工程

班级：08531

摘要:运用VB 语言, 编制了反应釜结构设计中相关设计参数和系数的自动查取程序, 以及反应釜结构尺寸的计算机辅助设计计算程序, 使反应釜的结构设计简单、易行, 避免了设计过程中繁琐、重复的劳动。

关键词:反应釜结构尺寸计算机辅助设计

搅拌设备广泛应用于化工、医药、农药及染料等行业。由于其操作条件的可控范围较广,又能适用多样化的生产, 应用越来越广泛。搅拌式反应釜是一种典型的搅拌反应设备, 由于过程换热的需要, 在一般情况下设备设有夹套及蛇管, 以满足传热要求。

釜体的设计是结构设计的第一步, 其包括反应釜的体积、直径及高度设计; 夹套的体积、直径及高度设计; 釜体及夹套的壁厚设计。尽管其结构设计本身并不复杂, 但当涉及到外压

计算时, 设计者要做大量的重复、繁琐的查取数据、重复计算及反复试算的工作, 设计效率较低。这种方法已不能适应设计及使用单位对产品设计质量及设计周期的要求, 且相关报道几乎没有。所以本文尝试用计算机对其进行辅助设计计算。

1设计方法

1.1反应釜容积、内径及高度的设计

反应釜釜体的主要部分是容器, 其筒体部分为圆柱形; 筒体的内径Di和高度H是首先要设计的内容, 其值取决于工艺要求, 其中设备容积V 为主要决定参数; 而设备的容积通常是由生产能力、装料系数等工艺参数确定。通常情况下, 可用式(1)、式(2)及式(3)求得。

1.2反应釜釜体及夹套的壁厚设计

通常情况下反应釜都存在着换热的需要。最常见的是夹套式反应釜, 其结构简单, 能起

到一定的换热效果。反应釜夹套的直径及高度一般由筒体的直径及高度按经验公式而定。由

于夹套内流体往往具有一定的压力, 计算釜体及其封头壁厚时, 需同时考虑承受内、外压力

的情况。通常是先按式(4)进行釜体及夹套壁厚的内压计算, 再按外压进行校核。若[P ]> P

(其中, 且二者相接近, 说明按内压设计计算的壁厚合理; 否则, 需重新进行壁

厚的假设、试算, 直至满足要求为止。然后, 取按内、外压设计所得壁厚大值为筒体的壁厚。

这个设计及校核的过程, 中间涉及了很多相关参数的查取和反复试算, 较为繁琐。本软

件根据需要, 编制了相应的计算机程序进行相关参数的数据处理, 实现参数自动查取及计算

机辅助设计计算。

2解决方案

(1) 建立了相应的数据文件, 例如: ①公称直径为300mm～4000mm 椭圆形、球形及碟形封头高度、直边高度、内表面积及容积的数据; ②不同材料的B 值曲线基点数据; ③不同温度下的各材料的许用应力值及钢板的负偏差值等; 并编制了相应的程序, 实现这些参数的自动查取。

(2) 对外压校核所需系数A 、B 的图表进行数据采集及处理。

① A 值实质上是临界应变, 可由式(5)、(6)计算而得。

②B 值曲线是一组二维曲线。由图1 可知, 其值由温度参数及A 值查出。本文把B 值

曲线分两部分来处理:

a) 当B 处于直线段时, 先根据温度, 用差值法计算出对应的弹性模量E, 然后由式(7)计

算得B 值。

图（1）压圆筒和球壳厚度计算图(16 M nR)

b) 当B值处于曲线段时, 建立不同温度下的B 值基点数据文件, 利用文献[5]所介绍的双差值法, 编制相应的程序, 来实现B 参数的自动查取。在B 值曲线基点数据输入准确的情况下, 其精确度明显高于人工查取。

(3) 本设计使用VB 进行编程, 使用户具有一个良好的操作界面。在输入必要的工艺设

计参数, 如釜体及夹套的设计温度、设计压力、釜体及夹套内介质、筒体及封头材料、反应釜的年生产能力、装料系数及封头型式选择后, 即可进行相关参数及系数的自动查取, 并进行结构尺寸设计, 显示并输出设计结果。设计计算流程图如图2 所示。

3算例

为某厂设计环氧乙烷反应生成聚醚搅拌反应釜。反应釜的生产能力为4800 t? a, 年开工天数为300d, 生产周期为间歇操作, 每8h 投料一次; 釜内最高工作压力为115 M Pa, 操作温度为120℃; 在反应开始时, 通过夹套加入蒸汽将装置加热到120℃左右; 由于壁厚传热等因素, 拟用150℃的饱和蒸汽加热, 其饱和蒸汽压力约为015 M Pa; 装料系数取0.7.

图2 程序的流程框图

当输入以上工艺参数后, 封头型式选为椭圆形, 釜体材料选用16 M nR, 夹套材料选用Q235.利用本软件进行结构设计计算的结果如表1 所示。

4结论

(1) 本文编制相应的计算程序, 能实现反应釜设计参数的自动查取。如(a) 常用材料不同温度下的许用应力值的查取;(b) 直径在300mm～4000mm 的椭球形封头、球形及碟形封头的直边高度、封头高度、封头体积及表面

积查取; (c) 外压设计参数A 、B 值的查取等。这些参数的自动查取保证了反应釜结构的计算机辅助设计计算得以实现。此外, 本程序同样适应于其它受压设备的相同参数的自动查取。

(2) 本软件以VB 为手段, 实现了反应釜釜体及夹套部分结构尺寸的计算机辅助设计计算, 操作方法简单、明了、实用, 所得设计结果经实践验证可行。

参考文献

1朱思明, 汤善莆. 化工设备机械基础. 上海: 华东理工大学出版社, 1994.

2李罡. V isualBasic 510 编程实例详解. 北京: 电子工业出版社, 1998.

3陈允中, 汪霞倩. 搅拌设备的设计与计算. 石油化工设备技术, 1997, 18 (6): 13 ～21

4彭兰平, 段光复. 大功率高黏度搅拌设备换代设计. 石油化工设备, 1998, 27 (4): 33 ～36 5於孝春等. CAD 中三维线图的处理. 南京: 南京化工大学学报, 1995, 17 (2)