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1 绪论1.1 反应釜概况搅拌设备是一种在一定容积的容器中，借助搅拌器向液相物料中传递必要的能量进行搅拌过程的化学反应设备。
反应釜就是其中比较典型的一种，它适用于多种物性（如粘度、密度）和多种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等行业，是一种用以完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和中间体的许多其它工艺过程的反应设备。
搅拌式反应釜有很大的通用性，由于搅拌可以把多种液体物料相混合，把固体物料溶解在液体中、将几种不互溶的液体制成乳浊液、把固体微粒搅浑在液体中制成悬浮液或在液相中析出结晶等，故搅拌反应釜可以在带有搅拌的许多物理过程中广泛的应用。
同时在研究容器的结构方面，如容器形状、搅拌装置、传热部件等，搅拌式反应釜都具有代表性。
在大多数设备中，反映釜是作为反应器来应用的。
例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器，约占反应器总数的90%。
其它如染料、医药、农药、油漆等设备的使用亦很广泛。
有色冶金部门对全国有色冶金行业中的搅拌设备作了调查及功率测试，结果是许多湿法车间的动力消耗50%以上是用在搅拌作业上。
搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因为搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围广，又能适用于多样化的生产。
搅拌式反应釜在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。
例如石油工业中，异种原油的混合调整和精致，汽油添加四乙基铅等添加物而进行混合，使原料液或产品均匀化。
化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。
因为在石油工业中大量使用催化剂、添加剂，所以对于搅拌设备的需求量比较大。
由于物料操作条件的复杂性、多样性、对搅拌设备的要求也比较复杂。
如炼油厂的硅铝反应器、大浆罐、钡化反应釜、硫磷化反应釜、烃化反应釜、白土混合罐等都是装有各种不同型式搅拌器的搅拌设备。
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。
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 =。
第三章立式搅拌反应釜设计第一节推荐的设计程序一、工艺设计1、作出流程简图；2、计算反应器体积；3、确定反应器直径和高度；4、选择搅拌器型式和规格；5、按生产任务计算换热量；6、选定载热体并计算K值；7、计算传热面积及夹套高度；8、计算搅拌轴功率。
二、机械设计1、确定反应器的结构型式及尺寸；2、选择材料；3、强度计算；4、选用零部件；5、绘图；6、提出技术要求。
三、化工仪表选型四、编制计算结果汇总表五、绘制反应釜装配图六、编写设计说明书第二节釜式反应器的工艺设计一、反应釜体积和段数的计算1、间歇釜式反应器：V=V R/φ（3—1）V R=V O(τ+τ') （3—2）式中V—反应器实际体积，m3；V R—反应器有效体积，m3。
V O —平均每秒钟需处理的物料体积，m 3/s ；τ' —非反应时间，s ； τ —反应时间，s ；⎰=Af x R AA V dx n 00,τ （3—3） 等温等容情况下()⎰-=Afx A AA r dx C 00,τ （3—4）对一级反应Afx k -=11ln1τ对二级反应()Af A A x xC x -=10,0,τ φ—装料系数，一般为0.4～0.85，具体数值可按下列情况确定： 不带搅拌或搅拌缓慢的反应釜 0.8～0.85； 带搅拌的反应釜 0.7～0.8； 易起泡沫和在沸腾下操作的设备 0.4～0.6。
2、连续釜式反应器(1)单段连续釜式反应器：()φφA A A R r x F VV -==0, （3—5）其中 F A,O —每秒钟所处理的物料摩尔数，kmol/s 。
对于一级反应：（-γA ）=kC A =kC A,O （1-A x ） 则有效反应体积：()()20,00,0,1AA A A A A A R KC C C V x kC x F V -=-=其中 V O —每秒所处理的物料体积，m 3/s对于二级反应：（-γA ）=()220,21A A A x kC kC -=，代入式（3-5）中 则有效反应体积为：V R =()()20,020,01A A A A A AkC C C V x kC x V -=-其中 A x —转化率，其它符号同前。
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=45mm，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，圭寸头中的应力分布不均匀。
对于ab =2得标准形圭寸头，圭寸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。
241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（HD.）。
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=1.638 m将D i 值圆整到标准直径，取筒体内径 D i =1600mm 02.4.2确定筒体的高度由《搅拌设备设计》可知:(2-2)式中：必——下封头所包含的容积，在《材料与零部件》中查得,46 4H 二一 (64 -0.617)兀江1.6 .0.8 =3.689 m把H 1的值圆整到H =3700m m ，则:求，又由实践经验，针对一般反应釜，液一液相物料, HD i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HD =2・3。
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 。
第三章 反应釜的搅拌装置搅拌装置由搅拌器、轴及其支撑组成。
搅拌器的形式很多，根据任务说明书的要求，本次设计采用的是推进式搅拌器。
推进式搅拌器的特点是能使液体产生激烈流动及湍流运动的性能很高。
推进式搅拌器的主要运用范围是搅拌及混合绝对粘度小于36000厘泊的各种流动性的液体，以及制成乳浊液或悬浮液。
[3]推进式搅拌器机械设计的主要内容是：确定搅拌轴的直径、搅拌器直径、搅拌器与搅拌轴的连接结构。
进行搅拌轴的强度设计和临界转速校核、选择轴的支撑结构及材料的选用。
由于介质具有一定的腐蚀性，搅拌装置的材料选用与反应罐主体材料相同的材料06Gr19Ni10 同一数字代号S30403。
由前三章的相关设计得知反应釜净直径D i =1500mm ，净高H=1900mm ；工作温度：25℃；工作压力：0.125MPa ；搅拌目的：搅拌均匀。
第3.1节 搅拌器形式的确定根据实际生产要求，初步设定搅拌器为两层搅拌，采用三叶开启涡轮式搅拌器(又称为螺旋推进式搅拌器）。
图3-1搅拌装置图3-2 推进式搅拌器搅拌器直径D j取标准值，即搅拌容器直径的三分之一：[4]D j=D i/3=1500m/3=500mm————————————（3-1）底间距（C）即搅拌器距容器底部高度，通常底间距与搅拌容器内径比值一般在0.05~0.3范围内选取[4]。
则C=（0.05~0.3）D j=15~150mm——————————（3-2）因为底间距比值越小，固相完全离底悬浮临界转数越小，所以在满足底层桨轴向排量的前提下，该比值尽量取得最小。
但是考虑到实际生产中容器底部会出现一定量的沉积物，C值不能太小[4]；C值太大搅拌效果不足，结合实际取C=130mm搅拌器浸入搅拌容器液面下的深度（S），搅拌器浸入液体内的最佳深度为：[2]错误！未找到引用源。
——————————（3-3）对于双层搅拌器，搅拌器层间距（S p）与桨径之比一般为0.5~2范围内，由搅拌桨的轴向作用范围和反应釜的高度决定搅拌桨层数。
反应釜的设计摘要: 本文对搅拌反应釜的设计进行了分析,并结合实践经验对搅拌反应釜的有关参数、结构型式进行了合理的选择，以满足本设备性能的要求，使其成为合格的产品。
关键词：搅拌反应釜、设计、结构型式一、前言2006年，我接到用户委托我公司设计制造的改质沥青反应釜的设计任务书。
这项任务比较复杂，虽然之前我已设计过搅拌设备，但都属于小型常规设备，这次的设计属大型反应釜，使用的工况苛刻，最主要的是按用户需求的搅拌器型式标准选取不到，公司以前也没设计制造过，此次新设计的搅拌器不仅要使用效果好还得满足设计强度要求。
经过一段时间的苦战，我终于完成了此项任务，较好的解决了设计和制造过程中遇到的问题。
至今该设备投产几年，运行情况良好。
二、工艺过程反应釜是制取煤油和沥青过程中的重要设备之一。
煤油和沥青是我们平常所熟悉的生活及建筑材料。
它们的制作原料是炼煤厂炼煤过程中产生的焦油。
其流程是把焦油送进反应釜，通过搅拌、调和、分离、脱水再加入洗油，同时在容器的传热装置加热下使其溶解（此时的物质称为改质沥青），再把它送到塔设备，从而提起煤油、沥青。
用户提供的反应釜操作条件是：设计压力0.5MPa；设计温度470℃；工作介质为：焦油、洗油、水、蒸汽；容积为20M³;搅拌器转速33rpm;电动机功率18.5kw;设备需带传热装置。
其结构型式由我公司来确定。
三、确定结构型式我公司生产的大多数产品都是不带传动的，是静止的，如罐、塔、换热器等产品。
设计反应釜的难点是：反应釜由哪些部件组成？各部分的设计参数和几何参数如何确定？采用哪种结构型式？如何装配？各种参数和构件的设置是否合理？设备搅拌时能否达到静平衡、同心度的要求？传热构件设计是否满足反应釜工作原理的要求？轴封装置在470℃的高温下，能否满足密封要求？通过查阅了大量技术资料，我对反应釜的主要部件的结构型式、几何尺寸、载荷受力、强度设计及其构件的选材、搅拌装置中搅拌器的形式、数量和各个搅拌器之间的安装位置、传动装置及轴封选型、传热装置结构形式及安装高度等重要参数进行了逐一的计算和确定。
