搅拌反应釜的釜体设计及夹套设计

搅拌反应釜的釜体设计及夹套设计

概述

夹套式反应釜的釜体是由封头、筒体和夹套三部分组成。封头有椭圆形封头和锥形封头等形式。上、下封头与筒体常为焊接。

釜体材料的选择

根据工艺参数及操作条件（见附录2）确定封头、筒体及夹套的材料。此设计的釜体材料选用0Cr18Ni9与夹套材料选用Q235-B ，热轧钢板，其性能与用途见表2-1。

表2-1 Q235-B 性能与用途

由工艺参数及操作条件和表2-1可知，0Cr18Ni9和Q235—B 材料能够满足任务书中的设计温度、设计压力。在操作条件下，Q235—B 能使设备安全运转，并且不会因腐蚀而对介质产生污染，而且相对与其他钢号价格便宜，所以本设计釜体材料选用0Cr18Ni9与夹套材料采用Q235-B ，热轧钢板。

封头的选择

搅拌反应釜顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头，本设计采用椭圆形标准封头，直边高度mm h 45=ο，其内径取与筒体内径相同的尺寸。

椭圆形封头是由半个椭圆球体和一个圆柱体组成，由于椭圆部分径线曲率平滑连续，封头中的应力分布不均匀。对于2=b a 得标准形封头，封头与直边的连接处

的不连续应力较小，可不予考虑。椭圆形封头的结构特性比较好。

釜体几何尺寸的确定

釜体的几何尺寸是指筒体的内径i D 和高度H 。釜体的几何尺寸首先要满足化工工艺的要求。对于带搅拌器的反应釜来说，容积V 为主要决定参数。

2.4.1 确定筒体的内径

由于搅拌功率与搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器直径往往需随釜体直径的增加而增大。因此，在同样的容积下筒体的直径太大是不适宜的。对于发酵类物料的反应釜，为使通入的空气能与发酵液充分接触，需要有一定的液位高度，筒体的高度不宜太矮。因此，要选择适宜的长泾比（i D H ）。

根据釜体长径比对搅拌功率、传热的影响以及物料特性对筒体长径比的要求，又由实践经验，针对一般反应釜，液—液相物料，i D H 取值在之间，并且考虑还

要在封头上端布置机座和传动装置，因此，取i D H =。

由<<搅拌设备设计>>可知：

i D =3

)

(41i

D H

V πηο （2-1）

有：操作容积=全容积⨯=

式中：V ——操作容积，3m ；H ——筒体高度，m ；i D ——筒体内径；1η——装料系数，取值为。

则： i D =33

.28.04

.64⨯⨯⨯π

=m

将i D 值圆整到标准直径，取筒体内径i D =1600mm 。

2.4.2确定筒体的高度

由《搅拌设备设计》可知：

)(44

D 1

2

2i h i h V V D V V H -=-=ηππο

（2-2） 式中：h V ——下封头所包含的容积，在《材料与零部件》中查得，h V = 。

）

（0.6178

.0.6.4

6.142-⨯=πH =m

把1H 的值圆整到H =3700mm ，则：

3.21600

3700

==

i

D H

夹套的结构和尺寸设计

常用的夹套结构形式有以下几种：（1）仅圆筒部分有夹套，用于需加热面积不大的场合；（2）圆筒一部分和下封头包有夹套，是最常用的典型结构；（3）在

圆筒部分的夹套中间设置支撑或加强环，以提高内筒的稳定性，在夹套中介质压力较大时，由于这种结构减小了内筒的计算长度，从而减小了筒体的壁厚；（4）为全包式夹套，与前三种相比，传热面积最大。本设计中夹套的结构选择第一种最最常用的典型结构。 夹套上设有介质进出口。当夹套中用蒸汽作为载热体时，蒸汽一般从上端进入夹套，冷凝液从夹套底部排出，如用液体作为冷却液时则相反，采取下端进，上顿出，以使夹套中经常充满液体，充分利用传热面，加强传热效果。

2.5.1 确定夹套与封头的内径

夹套的内径j D 一般按公称尺寸系列选取，以利于按标准选择夹套封头，具体可根据筒体直径i D 按表2-2中推荐的数值选用。

表2-2 夹套内径与筒体内径的关系

由此关系可取：j D =i D +200=2001600+=1800mm 。

2.5.2 确定夹套筒体高度

由于： 夹S =i D π1H +封S （2-3） 则： 1H =

1

D S S π封

夹-（2-4）

已知：传热面积夹S =122m ，封头的内表面积封S =298.2m 则：1H =

1

D S S π封

夹-

=

1600

14.398

.212⨯-

=mm 2600

圆整后取：1H =2600mm 。

釜体和夹套的壁厚的确定

釜体和夹套的强度和稳定性设计可按内、外压容器的设计方法进行。 本设计中，釜体的筒体与其下封头按承受内压和外压分别进行计算，釜体内压设计压力为21.0a MP ，釜体外压设计压力为315.0a MP 。夹套的筒体以及釜体的上

封头按内压容器设计，其设计压力为21.0a MP 。

2.6.1 釜体的筒体壁厚计算

(1) 首先对筒体按照承受21.0a MP 的内压进行计算 由于： []22C P

PD t t

i

d +-=ϕσ （2-5）

式中：

d t 为内压筒体设计厚度；P 为设计压力，P =21.0a MP ； i D 为筒体内径，mm ；

[]t σ为Q235—B 热轧钢板，在设计温度下的许用应力，[]t σ=137a MP ； ϕ为焊

缝系数，采用双面焊缝，局部无损探伤，ϕ=85.0；2C 为腐蚀裕度，取值为0mm 。 将上述各值代入（2-5）中得：

d t mm 24.28.021.085.013721600

21.0=+-⨯⨯⨯≥

圆整后，取名义厚度n t =6mm 。 （2）按照承受315.0a MP 的外压进行计算 ① 设筒体的有效厚度e t =10mm 则：οD =mm 16201021600=⨯+ 然后确定ο

D L

，e

t D ο

的值

由于1h =450mm ，οD =1620mm 因本结构没有下封头， 所以 ： L =g H =2600

所以： ο

D L

=604.116202600

= e

t D ο=162101620=

在《化工设备机械基础》中查图可知：A=0005.0，B=50a MP 则：