第11章 夹套反应釜设计

参见釜体的压力试验。注意：做夹套的压力试验时，先做 釜体的压力试验，待釜体合格后，才焊上夹套做压力试验。
六、传热装置的设计

(1)夹套进气（汽）管的结构 采用气（汽）体作传热介质时，若夹套进气（汽）管内的气 速较高，需考虑采取防止气体直接冲刷釜体外壁的措施。采 用下图所示的防冲挡板或 侧向开孔的进气管。 用液体作传热介质时，为了 提高传热效果，在釜体外壁上 焊接螺旋形导流板有利于 提高液体流速、增大传热
三、外压釜体壁厚的设计

(1)外压圆筒壁厚的计算------简化公式设计法 ①设计外压的确定



根据设计条件单中釜体和夹套内介质的工作压力，确定设计 外压 p 。 ②圆筒壁厚的计算 假设圆筒的壁厚为Sn ，由 Se = Sn – C、Do Di 2Sn 分别计算 Do 出 Se 、 Do Lcr 1.17 D o 由公式 计算出临界长度 Lcr 值
Di +50
700—1800 2000—3000
Di +100 Di +200

采用导热油加热时。夹套内径常取 Di +300，以增大夹套和釜 体的间隙，减小流动阻力。 夹套高度 H j主要取决于传热面积的要求，但一般还应不低于 H j 可如下估算： 釜内的料液高度以保持传热均匀。因此， VT VF Hj 2
(2)密封面的形式 容器法兰的密封面形式有平面密封面、凹凸密封面、榫槽密 封面、环密封面。密封面的形式可根据操作介质、法兰的公 称压力PN 、工作温度由教材中的压力容器法兰垫片选用表 确定。
(3)垫片的设计 根据材质的不同，垫片分为非金属垫片、组合式垫片和金属 垫片三种，垫片的形式可根据操作介质、法兰的公称压力 PN 、工作温度、法兰 Do 的型式由压力容器法 Di 兰垫片选用表确定。 垫片的尺寸由法兰的 压力容器法兰非金属软垫片 公称压力、公称直径 根据垫片的标准确定。 压力容器法兰非金属软垫片的结构见图、尺寸查压力容器法 兰非金属软垫片的标准。 (4)螺栓、螺母的设计 螺栓、螺母的规格和数量由法兰的结构和尺寸确定
为了尽量排去夹套中的空气或其它不凝性气体，还常在夹套 顶部另设排气管口，其直径不小于DN 10。 夹套封头的型式与釜体下封头相同。 (3)夹套圆筒壁厚的计算 夹套圆筒壁厚的计算参见釜体内压筒体壁厚的设计。 (4)夹套封头壁厚的设计 夹套封头壁厚的设计参见釜体内压封头壁厚的设计。

(5)夹套的压力试验
(1)筒体的直径和Hj Dj H 反应釜的外形
①筒体直径 Di 的确定 立式反应釜釜体的容积通常是指圆柱形筒体和下封头包含 的容积，即： V VT VF 将釜体视为圆柱形筒体，初步估算釜体的内径 Di ，取
V

4
Di H
2
4V Di H 3 Di
4 Di

将估算出的 H j 稍加固整后再校核传热面积 ，即是否满足：
Fk Fs F


其中 Fk 为釜体下封头的内表面积，FS 为夹套包覆部分筒体的 内表面积，F 为工艺所需的传热面积。 在确定夹套高度时，还要考虑两个因素(1)当反应釜筒体与 上封头用法兰连接时，夹套上边缘与法兰下表面的间距应不 小于150—200mm ，以便装拆联接法兰的螺栓和螺母。(2)当 反应釜采用悬挂式支座时，要避免因夹套顶部的位置而影响 支座的焊接地位。夹套的顶部和底部开有供传热介质进出的 管口。加热蒸汽要从上端进入夹套，冷凝水从下端排出。如 用液体进行加热或冷却侧必须下进上出，以保证传热液体充 满夹套。
(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 pW ；装安全阀取 p ＝ (1.05～1.1) pW ；装爆破膜取 p (1.15 1.3) pW ； pc p pL ， pL / p ＜5％，可以忽略 pL ； 计算压力 pc ： 设计温度 t ： 取操作介质的最高温度； 焊缝系数 ： 根据筒体纵向焊缝的结构和无损探伤的要求 壁厚附加量 C ：C1 ＝0.25mm； C2 取值见有关文献
将选定的 H / Di 值代入上式，可初步估算出釜体的内径。 考虑到釜体的内径应符合压力容器公称直径的标准。 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 V VF

4
Di H V VF H
2
V VF

4
D 2i
二、釜体壁厚的设计
立式带夹套的反应釜设计


带有搅拌装置的釜式反应器是化工、医药、染料、涂料等 电动机 行业生产中常用的典型设备 减速器 机 架 反应釜通常由釜体、传热、 搅拌、传动、密封等装置及 密封装置 有关附件组成。
釜 体 搅拌轴 温度计
夹套 搅拌桨




釜体是物料进行反应的空间，由筒体及上、下封头组成。 传热装置是为了提供化学反应所需的热量或带走反应生成 的热量。除了图中所用的夹套传热外，还有蛇管形式的传 热装置。 搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其作用是迅速均匀地混 合物料，强化传质传热过程，从而加快反应速率。 为使搅拌器能够以一定的转速转动，需要设置与之配套的 由电动机和减速机等组成的传动装置。反应釜上除了 有设备法兰、管法兰等静密封结构外，还有保证转轴密封 的动密封装置。 附件
L
L
在图10-15的 L / Do坐标中找到 L / Do 的值，将此点沿水平方向 右移与对应的 Do / Se线相交，当 L / Do ＞50时取50；L / Do ＜ 0.05时取0.05。过此交点向下作垂直线与水平轴相交，找到
交点的系数A值。

根据圆筒的材料选用图10-16～图10-20，在图的下方找到系 数A值，若A在曲线的右侧，在此点作一垂直线与对应的材 料设计温度线相交，交点水平对应的值即为系数B。圆筒的 许用外压 [ p ]按下式计算： Se

②设计参数的确定 见筒体设计参数的确定。 ③封头壁厚的计算 设计方法与内压筒体壁厚的设计方法相同。 当封头壁厚小于筒体壁厚时，将封头的壁厚调整至与筒体的 壁厚一致；当封头壁厚大于筒体壁厚时，将封头的直边部分 进行加工，以便等壁厚焊接和降低边缘应力。 当夹套内介质的工作压力高于釜内压力时，被夹套包覆的釜 体为外压容器，为防止釜体发生失稳，需要对其进行稳定性 计算。
＞150-200
不锈钢 不锈钢
h
45°
碳钢
45°
Di
Di Dj
S
Di Dj
S
碳钢
Dj
Ⅱ型夹套的结构
(2)夹套的尺寸 夹套壁与釜体壁间构成一个供传热介质流动的空间，夹套的 内径 D j 一般可按下表确定。 夹套的内径 D j 与筒体内径 Di 之间的关系
Di /mm
D j /mm

500—600
②筒体壁厚的设计 碳钢、低合金制筒体壁厚的设计采用试差法； 高合金制筒体的壁厚由壁厚计算公式确定。 ③筒体的强度校核 (2)内压封头壁厚的设计

①封头的选型 釜体的上下封头一般采用椭球型或碟型，且尽可能选用标准 封头。当釜内有固体物料或物料粘度较大，下封头可选用锥 形封头，以便卸料。


Ro
(3)外压封头壁厚的设计




若A在曲线的左侧，圆筒的许用外压[p]按下式计算：
Se 2 [ p] 0.0833E ( ) Do
t


将p与[ p]进行比较，若p ≤ [ p] ，则假设 S 合理；反之不合 n 理，需要重新设计 Sn ，直至满足p ≤ [ p]为止。 当按内压容器设计出的釜体壁厚与按外压容器的设计的釜体 壁厚不同时，取两者中的较大者。如上封头不包在夹套中, 则不受外压作用，只按内压计算，但常取与下封头相同的壁 厚。

2.6 E t Se2 短圆筒临界压力：pcr DO LDO Se
由 [ p]
pcr 计算出[ p] ，对于圆筒m=3。 m



将p与[ p ]进行比较，若p ≤ [ p] ，则假设 Sn 合理；反之不合 理，重新设计，直至满足p ≤ [ p]为止。 (2)图算法 外压圆筒所需的壁厚可利用教材中外压容器设计一章中的图 10-15～10-20进行计算，过程如下： Do Di 2Sn，分别计算 假设圆筒的壁厚为Sn ，由Se Sn C 、 出 L / Do 、 Do / Se
立式带夹套的反应釜设计内容


根据工艺设计所确定的操作容积、 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; 绘出所需的装配图与必要的零部件图。

夹套进气（汽）管的结构

流板系用扁钢沿筒体圆周方向螺旋绕制而成、且导流板与夹 套内壁的间隙越小越好。 0-3
0-3
Di
δ
Dj
Dj
夹套内螺旋形导流板的结构
h
h
h
Di
δ
(2)釜内蛇管的结构 当工艺所需的传热面积较大，夹套的传热面积不能满足要 求，或釜内衬里为导热性差的材料时，可采用蛇管传热。蛇 管一般用管子盘旋成圆柱弹簧状，故亦称盘管，其结构如图 所示。 蛇管的进出口最好尽量设置在同一端，这样可只与一个端盖 相连接而装拆方便。但蒸汽加热时要上进下出，以利冷却水 的排出、减少振动。有时出于工艺或结构需要。也可将进出 口安排在筒体上。

一、釜体的结构型式
反应釜的釜体由圆筒形壳体、上封头和下封头组成。封 头型式多为椭球形，但对于含有固体颗粒或粘度较大物 料的釜体，其下封头常采用便于出料的锥型封头。