搅拌反应釜的釜体设计与夹套设计说明

搅拌反应釜的釜体设计及夹套设计

2.1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。

2.2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 0

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。

2.3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h •二45mm，其内径取与筒体内径相同的尺寸。

. 专业.专注

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a^2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。

2.4釜体几何尺寸的确定

釜体的几何尺寸是指筒体的内径D i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（H D）。

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，液一液相物料，H D.取值在1.7-2.3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H厂=2.3 o 由<< 搅拌设备设计>> 可知:

(2-1 )

有：操作容积=全容积0.8=6.4

式中：V——操作容积，m3; H筒体高度，m ；D i --------------- 筒体内径；i ——装料系数，取值为0.8

则： 4 6.4

.二0.8 2.3

=1.638 m

2.4.2确定筒体的高度

将D i值圆整到标准直径，取筒体内径D i=1600 mm

由搅拌设备设计》可知:

=3.689 m

把H ,的值圆整到H =3700 mm ,则:

2.5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D j 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D i 按表2-2中推荐的数值选用。

式中：V h 下封头所包含的容积，在材料与零部件》中查得，V h =0.617 。

H -

-0.617)

V-V h

Q”)

(2-2)

4

二 1.62

%i

3700

1600

=2.3

由此关系可取：D j = D i +200= 1600 200= 1800 mm 。

2.5.2确定夹套筒体高度

由于：S 夹=D i 二比+ S 封(2-3)

已知：传热面积S 夹= 12m 2

，封头的内表面积S 封=2.98m 2

则：

S 夹-S 封 H 1= - 封( 2-4)

二 D 1

则:

H 1=汽害 兀D 1

12-2.98 3.14 1600 =2600mm

圆整后取：H 1 = 2600mm 。

2.6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0.21 MP a ，釜体外压设计压力为0.315 MP a 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0.21 MP a 。

2.6.1釜体的筒体壁厚计算

(1)首先对筒体按照承受0.21 MP a 的内压进行计算

由于:

PD i

C ( 2-5

)

式中:

t d 为内压筒体设计厚度；P 为设计压力，P = 0.21 MP a ； D i 为筒体内径， mm ； 匕1为Q235 — B 热轧钢板，在设计温度下的许用应力

，」=137MP a ；

「为焊缝系数,采用双面焊缝,局部无损探伤，：=0.85; C 2为腐蚀裕度,取 值为0 mm 。

将上述各值代入(2-5)

中得：

丄

0.21x1600 “ —

t d

0.8 - 2.24mm

2 137 0.85-0.21

圆整后，取名义厚度t n = =6 mm 。

(2)按照承受0.315MP a 的外压进行计算

① 设筒体的有效厚度t e = 10mm 则：D = 1600 2 10 = 1620mm

由于 h 1= 450 mm ， D = 1620 mm 因本结构没有下封头， 所以：

在 化工设备机械基

础》中查图可知：A= 0.0005，B=50 MP a 则：

B 50

Ip

= 0.308 MP a < 0.315 MP a

D 162 t e

由此可知：壁厚不符合要求，需增加壁厚计算

② 再设筒体的有效厚度t e = 12mm 则： D = D i +2t e = 1600 2 12 =1624mm

然后确定

L

D ，D

t e 的值 所以:

g