反应釜总体结构设计正文

1前言

1.1课题介绍

搅拌设备使用历史悠久，广泛应用于化工、医药、食品、采矿、造纸、涂料、冶金、废水处理等行业中。搅拌器除用作化学反应器和生物反应器外，搅拌反应器还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。在化工容器制造过程中，一台压力容器从设计到投入运行，要经过设计、制造、检验、安装、运行监督和维修等多个环节，设计是其中一个十分重要的环节。设计的正确、合理与否，不仅涉及到制造、检验等环节的难易程度，影响到压力容器的制造成本和运转费用，而且直接关系到产品运行的可靠性。

1.2课题研究背景及发展趋势

压力容器从产生到现在，大约可以分为三个阶段：

第一阶段,主要表现在20世纪初，随着石油化学工业的发展，所以一些应用于化工生产的中、低压力容器的设计与试验应用，主要是薄壁容器的碳钢容器及部分不锈钢容器的应用。

第二阶段，21世纪50年代以后，随着世界经济的飞速发展，压力容器有广泛的应用于工业、农业、军工及民用等许多部门，这时的压力容器不能单独地构成一台设备，它内部必须装入为完成某一化工单元操作所需的内件，诸如合成塔、分离器、热交换器及特殊工艺的高压容器。

第三阶段，21世纪的中国等发展中国家，制造也的发展是社会发展、经济提高的基础。但随着世界性的能源危机，许多国家正在大力的开发能源，一方面加紧开发煤气和天然气，另一方面积极发展核能发电，这些能源装置需要大量的高压容器和超高压容器。预计在不久的将来，高压容器的设计理论与制造技术将会成为我们所要掌握的关键部分。

1.3机械搅拌设备的组成

机械搅拌设备由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。

搅拌容器包括釜体、封头、内构件以及各种用途的开孔接管等，在运行过程

中与搅拌机共同完成介质的悬浮、分散、乳化、混匀、溶解、吸收、萃取、化学反应以及传热等物理、化学反应。

搅拌机包括传动装置、搅拌器、搅拌轴、轴封等。

1.4课题设计内容、设计参数及生产工艺

1.4.1设计内容

搅拌容器：1.壳体材料的选择以及厚度的计算和校核；

2.上下封头型式的确定以及厚度的计算和校核；

3.管口开孔补强计算及接管规格的确定；

4.容器支座的确定.

搅拌机： 1.搅拌器的选型及校核；

2.搅拌轴的计算及选材；

3.传动装置的选择；

4.电机功率的计算；

5.搅拌轴封的型式确定及材料选用.

1.4.2设计参数

设计压力：0.6MPa;

设计温度：35℃

水的密度：1000kg/m3

有机物的密度：835kg/m3

水的粘度：1×10-3N·s/m3

有机物的粘度：0.802×10-3 N·s/m3

水的重量分率：0.8

有机物的重量分率：0.2

混合物表面张力：30×10-3 N/m

搅拌器转速：130r/min

2.反应釜总体结构设计

搅拌压力容器的结构和计算按GB150的规定。

反应釜的机械设计是在工艺设计之后进行的，设计依据是工艺提出的要求和

条件。设计工艺条件一般包括反应釜的全容积、最大工作压力、工作温度、介质腐蚀性、搅拌形式、转速和功率、工艺接管尺寸方位等,而这些条件都是由用户提供的。反应釜设备主要用于医药，化工，食品，轻工等行业中的水解，中和，结晶，蒸馏，蒸发，储存等生产环节。该反应釜主要由筒体、封头、搅拌轴、搅拌器、电动机、减速机、联轴器、轴承组件、填料箱、机架等部件组成。

在阅读了设计任务书之后，按以下内容和步骤进行搅拌反应釜的机械设计。

（1）总体结构设计。根据工艺要求并考虑制造、安装和维护检修的方便，确定各部分结构形式，如封头形式、传动类型、轴封

和各种附件的结构形式。

（2）搅拌容器的设计。

A.根据工艺参数确定各部分几何尺寸；

B.考虑压力、温度、腐蚀因素，选择釜体材料；

C.对罐体、封头等进行强度和稳定性计算、校核。

（3）传动装置设计，包括选择电动机、确定传动类型、选择减速机、联轴器、机架及支座设计等。

（4）决定并选择轴封类型及有关零部件。

（5）绘图，包括总装图、部件图和零件图。

（6）编制技术要求，提出制造、装配、检验和试车等方面的要求。反应釜结构简图见图2.1：

图2.1 反应釜总图

2.1 搅拌容器的设计

搅拌容器的结构和设计按GB150-1998《钢制压力容器》的规定。

2.1.1搅拌容器的几何尺寸计算

搅拌容器罐体一般是立式圆筒容器，有顶盖、筒体和封头，通常支座安装在基础或平台上。罐底通常为椭圆形封头。顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头。

2.1.1.1计算筒体的内径D

一般由工艺条件给定容积v,筒体的内径可按如下公式计算

34 i V

D

π

=

其中V表示工艺条件给定的容积，3

m,此处V=33

m i表示长径比（按物料类型选取,见下表）

表2.1 几种搅拌釜的长径比i值

代入数据并进行计算得

m D 563.11

14.333

43

=⨯⨯=

将D 估算值圆整到公称直径，取D=1400mm 2.1.1.2 确定封头的形式及尺寸

本搅拌反应釜的封头采用标准椭圆封头，且椭圆封头的内径与筒体的内径相同，故DN=1400mm 封头形状如下图二：

图2.2 标准椭圆封头形状及其尺寸

查以内径为公称直径的椭圆封头的形式和尺寸表得 h 1=350mm h 2=25mm V=0.39773m 2.1.1.3 确定筒体的高度H

反应釜容积通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。故筒体高度可以按如下公式计算

()m

V V V H 11

-= 式中

V 1表示封头容积，3m

V m 1表示1m 高筒体的体积，m

m

3

查椭圆形封头尺寸表得V 1=0.39773m