反应釜放大设计

反应釜设计步骤反应釜是一种常见的化工设备，用于进行化学反应或物理变化。

在设计反应釜时，需要考虑多种因素，如反应条件、反应物质的性质、釜体材料等。

下面将详细介绍反应釜设计步骤。

一、确定反应条件在设计反应釜之前，需要先确定所需的反应条件，包括温度、压力、搅拌速度等。

这些条件将直接影响到釜体的尺寸和材料选择。

二、选择合适的材料根据所需的反应条件和物质性质，选择适合的材料作为釜体和搅拌器材料。

常见的釜体材料包括不锈钢、玻璃钢、碳钢等；搅拌器材料包括不锈钢、陶瓷等。

三、计算容积和尺寸根据所需的反应量和物质密度计算出所需容积，并据此确定釜体尺寸。

同时还需要考虑搅拌器的直径和长度。

四、设计加热方式根据所需温度和加热方式选择适当的加热方式，并进行相关设计。

常见的加热方式包括电加热、蒸汽加热、导热油加热等。

五、设计搅拌方式根据所需的搅拌速度和物质性质选择适当的搅拌方式，并进行相关设计。

常见的搅拌方式包括框式搅拌器、锚式搅拌器、涡轮式搅拌器等。

六、考虑安全性在设计反应釜时，需要考虑到安全因素。

例如，需要设置安全阀和压力表以确保釜体内部压力不会超过承受能力，还需要考虑到釜体内部可能产生的气体或蒸汽排放问题。

七、进行实验验证在完成反应釜设计后，需要进行实验验证。

通过实验可以检测出设计是否合理，是否存在问题，并及时进行改进和调整。

八、制定操作规程针对所设计的反应釜制定相应的操作规程，包括开机前检查事项、操作流程、安全措施等。

同时还需要对操作人员进行培训和指导，确保其能够正确地操作反应釜并遵守相关规程。

总之，在设计反应釜时，需要综合考虑多种因素，并根据具体情况进行相应的选择和设计。

同时还需要注重安全性和实用性，确保反应釜能够稳定、安全地运行。

（完整word版）反应釜设计第一章反应釜釜体与传热装置搅拌设备常被称作搅拌釜（或搅拌槽），当搅拌设备用作反应器时，又被称为搅拌釜式反应器，有时简称反应釜。

釜体的结构型式通常是立式圆筒形，其高径比值主要依据操作容器的装液高径比以及装料系数大小而定。

传热方式有两种：夹套式壁外传热结构和釜体内部蛇管联合使用。

根据工艺需要，釜体上还需要安装各种工艺接管。

所以，反应釜釜体和传热装置设计的主要内容包括釜体的结构和部分尺寸、传热形式和结构、各种工艺接管的安设等。

1.1反应釜釜体1.1.1确定反应釜釜体的直径和高度在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择筒体适宜的长径比（H/D i ），以确定筒体直接和高度。

选择筒体长径比主要考虑一下两方面因素：① 长径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，P ∝D 5(其中D ：搅拌器直径；P ：搅拌功率），P 随釜体直径的增大而增大很多，减小长径比只能无谓的损耗一些搅拌功率。

一次一般情况下，长径比应该大一点。

② 长径比对传热的影响：当容积一定时H/D i 越高越有利于传热。

长径比的确定通常采用经验值。

表1-1种类罐体物料类型 H/D i 一般搅拌罐液-固或液-液相物料 1-1.3 气-液相物料 1-2发酵罐类 1.7-2.5在确定反应釜直径和高度时，还应该根据反应釜操作时所允许的装料程度---装料系数η等予以综合考虑，通常装料系数η可取0.6-0.85.如果物料在反应过程中产生泡沫或沸腾状态，η应取较低值，一般为0.6-0.7；若反应状态平稳，可取0.8-0.85（物料粘度大时可取最大值）。

因此，釜体的容积V 与操作溶积V 0有如下关系：V=V 0/η…………………………………………………………………（1.1）选取反应釜装料系数η=0.8，由V=V 0/η可得设备容积：V 0=V ×η=1×0.8=0.83m 选取H/D i =1.0，由公式m D H V D ii 08.10.10.14433=??==ππ……………………………………（1.2）将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径 D i =1000mm ，查《化工设备机械基础》表8-27，DN=1000mm 时的标准封头曲面高度h=250mm ，直边高度h 2=25mm ，封头容积V h =0.1513m ，由手册查得每一米高的筒体容积为3195.0m V =。

中试放大要考虑的实际问题及经验总结建议一、实验室研发到工厂放大要考虑的实际问题1、明确放大目标和安全因素准备工艺放大的第一步是要有明确的目标，知道所需产品的质量和数量以及哪个更重要，该工艺是否满足放大的要求。

为了确保实验室研发和放大的安全性，必须全面评估该工艺过程中化学反应的危险性，并不是所有的反应都需要进行彻底的分析。

例如：脂类的水解反应，在比较的碱性溶液中是不会发生危险，按照测试可以对反应放热多少热以及放大是否会产生危险做出评估。

而还原反应是放热反应，实验室小试没有明显的放热反应，而在放大反应的时候，往往是剧烈的放热反应，若控制不好温度，反应过程中放出的热量会使溶剂剧烈沸腾，甚至由于反应放出的热量不能够及时的传递出去而导致爆炸的危险。

另外，操作工人的安全也是要考虑的一个重要因素，尤其要考虑投料和分离最终产品时操作人员的安全。

比如工业上提取植物碱（例如金雀花碱）用到的醇类往往使用乙醇而不是用甲醇，是因为甲醇对人体的伤害要远远大于乙醇。

2、确定关键工艺步骤在编写工艺规程前，应该与参与工艺研发的研发人员一起讨论。

工艺规程应该考虑工艺过程中的每一个方面。

如果加料的速度很重要，那如何控制加料速度；试剂应该加载反应液的上方还是下方；试剂加到低温的反应中是否会凝固成固体；反应温度、水分应控制在什么范围；反应终点怎么控制，是观察反应现象；TLC监控还是开发终控的HPLC方法；是否可以重结晶对中间体进行严格的控制，建立较为严格合理的质量标准；是否需要分离和干燥最终产品的专用设备等问题都要考虑到并讨论。

3、限定设备的使用范围工厂里大部分用于放大的设备都是多用途的，很少选用专用设备。

事实上，工厂里用于放大的设备都限定了使用范围。

例如，我们在做某个项目中有一步要无水无氧低温操作，而且使用到了正丁基锂，所以我们选用的设备首先要耐低温并耐强碱的腐蚀，所以要用到专用的反应设备，注意：要确保转移正丁基锂溶液的管子，密封塞、探测器能够满足生产的需要；再比如氢化反应往往要用到高压氢化反应釜，强酸体系不能用金属材质的反应釜作反应，否则容易腐蚀。

反应釜设计的有关内容一、设计条件及设计内容分析由设计条件单可知，设计的反应釜体积为1.03m ；搅拌轴的转速为200/min r ,轴的功率为4kw;搅拌桨的形式为推进式；装置上设有5个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、1个温度计管口。

反应釜设计的内容主要有：（1） 釜体的强度、刚度、稳定性计算和结构设计； （2） 夹套的的强度、刚度计算和结构设计； （3） 设计釜体的法兰联接结构、选择接管、管法兰； （4） 人孔的选型及补强计算； （5） 支座选型及验算； （6） 视镜的选型；（7） 焊缝的结构与尺寸设计； （8） 电机、减速器的选型；（9） 搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计； （10）选择联轴器； （11）设计机架结构及尺寸； （12）设计底盖结构及尺寸； （13）选择轴封形式；（14）绘总装配图及搅拌轴零件图等。

第一章 反应釜釜体的设计1.1 釜体DN 、PN 的确定 1.1.1 釜体DN 的确定将釜体视为筒体，取L/D=1.1 由V=(π/4)L D i 2，L=1.1i D 则=Di 31.140.1π⨯⨯，m Di 0.1=，圆整mm Di 1000= 由[]1314页表16-1查得釜体的mm DN 1000= 1.1.2釜体PN 的确定由设计说明书知釜体的设计压力PN ＝0.2MPa 1.2 釜体筒体壁厚的设计 1.2.1设计参数的确定设计压力p1：p1＝0.2MPa ；液柱静压力 p1H=10^(-6)×1.0×10^3×10×1.1=0.011MPa 计算压力p1c ： p1c=p1+p1H=0.2+0.011=0.211MPa ； 设计温度t1： <100℃ ； 焊缝系数Φ： Φ＝0.85许用应力[]t σ：根据材料Q235-B 、设计温度<100℃，由参考文献知[]t σ＝113MPa ；钢板负偏差1C ：1C ＝0.6mm （GB6654-96）； 腐蚀裕量2C ：2C ＝3.0mm 。

第二章 反应釜釜体的设计反应釜是由罐体和搅拌装置两大部分构成，罐体是反应的核心，为物料完成搅拌过程提供一个空间。

釜体的设计包括罐体材料的选取，罐体的几何尺寸（包括内直径D i 、高度H 、容积V 及壁厚δ）的计算，强度校核等。

第2.1节 罐体的结构设计罐体采用立式的圆筒形容器，由筒体和封头构成。

通过支座安装在基础平台上。

封头一般采用椭圆形封头。

而为了拆卸清洗方便，上部采用平盖法兰与筒体连接，下部采用椭圆封头与筒体连接。

反应釜釜体主材预选用GB24511-2009的牌号06Gr19Ni10 美标ASME （2007）SA240型号304对于直立的反应釜来说，釜体的设备容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积。

罐体为一个提供化学反应空间的容器，由于化学反应一般都要吸收或放出热量，因此会在容器的内部或外部设置加热或冷却结构的装置。

但是因为本次设计的反应釜的主要作用是将二甲苯搅拌均匀，属于物理反应，因此本次设计没有设置冷却或加热装置。

图2-1反应釜结构图第2.2节 罐体几何尺寸计算1-封头 2-筒体 3-支座 4-平盖封头 5-搅拌机构一、 筒体尺寸的确定 1、筒体内径（D i ）的计算 由于罐体全容积V与操作时物料熔剂V 0的关系为：V 0=η*V ————————(2-1)则 V=错误！未找到引用源。

=错误！未找到引用源。

=3.75≈3.8M 3根据实际经验,几种搅拌反应器罐体的长径比如表2-1[1]所示表2-1几种搅拌反应器罐体的H/D i 值种类 设备内物料类型 H/D i 一般搅拌器 液-固或液-液相容物料1―1.3 气-液相容物料1―2 发酵罐类1.7―2.5筒体内径D i 的估算： 错误！未找到引用源。

———————————————————（2-2）式3-1中i为长径比即： 错误！未找到引用源。

，根据表2-2-1可查的，i=1.3，先忽略罐底封头容积,则可认为V筒=V 即：V=3.8M 3=3.8×106mm 3 则：D i≈1549mm, 将D i 圆整到公称直径系列，则： D i =1500(mm). 2、筒体厚度（δn ）的计算已知：工作温度T c =25℃ 设计压力p c =0.125Mpa在25℃下06Gr19Ni10 的许用应力 [σ] t =137MPa [2] 筒体焊接采取单面焊、全焊透，局部无损伤，则焊接系数 =0.80 [2]δe =错误！未找到引用源。

反应釜釜体的设计目录1概述 (2)2工艺设计 (2)2.1釜体容积 (2)2.2最大工作压力 (2)1.3工作温度 (3)1.4工作介质 (3)3机械设计 (3)3.1 釜体DN、PN的确定 (3)3.1.1釜体DN的确定 (3)3.1.2釜体PN的确定 (3)3.2 釜体壁厚的确定 (3)3.2.1 筒体壁厚的设计 (3)3.3釜体封头的设计 (3)3.3.1 封头的选型 (3)3.3.2 封头的壁厚的设计 (3)3.3.3封头的直边尺寸、体积及重量的确定 (4)3.4筒体长度H的设计 (4)3.4.1筒体长度H的设计 (4)3.4.2釜体长径比L/D i的复核 (4)3.5外压筒体壁厚的设计 (4)3.5.1设计外压的确定 (4)3.5.2试差法设计筒体的壁厚 (4)3.5.3 图算法设计筒体的壁厚 (5)3.6外压封头壁厚的设计 (5)3.6.1 设计外压的确定 (5)3.6.2 封头壁厚的计算 (6)4总结 (6)参考文献 (6)1概述反应釜釜体的作用是为物料反应提供合适的空间。

釜体中的筒体基本上是圆筒，封头常采用椭圆形封头、锥形封头和平盖，以椭圆形封头应用最广。

根据工艺需要，釜体上装有各种接管，以满足进料、出料、排气等要求。

为对物料加热或取走反应热，常设置外夹套或内盘管。

上封头焊有凸缘法兰，用于釜体与机架的连接。

操作过程中为了对反应进行控制，必须测量反应物的问的、压力、成分及其他参数，容器上还设置有温度、压力等传感器。

支座选用时应考虑釜体的大小和安装位置，小型的反应器一般用悬挂式支座，大型的用裙式支座或支承式支座。

釜体结构简图 (CAD)2工艺设计2.1釜体容积对于反应釜，釜体容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积之和。

根据釜体容积容积V 的性质，选定H/Di 的值，若忽略釜体低封头容积，可以认为3/44i i i i H V D H D H D D ππ⎛⎫=== ⎪⎝⎭根据规定可知：i D =1200mm ，又因为一般反应釜的/i H D = 1~1.3,,由此可得出 331.36~1.7644i i i H V D H D m D ππ⎛⎫=== ⎪⎝⎭2.2最大工作压力根据要求操作压力W p =0.5Mpa设计压力p ＝（1.05～1.1）W p ，取p ＝1.1W p =1.1×0.5=0.55MPa ；液体静压()221.1 1.2/10L p kg m s cm ∙∙⨯≈MPa 0132.0≈； /L p p =0.0132.0.024 2.4%0.55==＜5％，可以忽略L p ； 计算压力c L p p p =+ = p =0.55MPa ；因此釜体最大工作压力为0.55MPa1.3工作温度根据要求：工作温度t=100℃1.4工作介质釜体体内的工作介质选为聚乙烯3机械设计3.1 釜体DN 、PN 的确定3.1.1釜体DN 的确定根据规定D i =1200mm由[]1314页表16-1查得釜体的mm DN 1200=3.1.2釜体PN 的确定因操作压力W p ＝0.5MPa ，故PN ＝0.6MPa3.2 釜体壁厚的确定3.2.1 筒体壁厚的设计 由公式22[]c i d t cp D S C p σ=+Φ- 得： 1.10.51200 1.0 3.41()2137 1.0 1.10.5d S mm ⨯⨯=+=⨯⨯-⨯ 考虑1C ，则n S '=d S +1C =3.66mm ，圆整4n S mm =刚度校核：不锈钢的mm S 3min ≥考虑筒体的加工壁厚不小于5mm ，故筒体的壁厚取mm S n 5=3.3釜体封头的设计3.3.1 封头的选型由文献[]1316页表16-3选釜体的封头选标准椭球型，代号EHA 、标准JB/T4746—2002。