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(完整word版)反应釜设计

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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/Di），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D5(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/Di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/Di

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V0有如下关系：

V=V0/η…………………………………………………………………（1.1）

选取反应釜装料系数η=0.8，由V=V0/η可得设备容积：

V0=V×η=1×0.8=0.83m

选取H/Di=1.0，

由公式mDHVDii08.10.10.14433……………………………………（1.2）

将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径Di=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h2=25mm，封头容积Vh=0.1513m，由手册查得每一米高的筒体容积为3195.0mV。 由公式可知筒体高度mVVVHh08.195.0151.011…………………（1.3）

筒体高度圆整为H=1000mm。

于是11000/1000iDH，复核结果符合原定范围。

1.1.2确定反应釜夹套的直径和高度

Dj可根据罐体内径按下表推荐的数据选取。

表1.2夹套直径Dj与罐体直径Di的关系（mm）

Di 500~600 700~1800

2000~3000

Dj Di+50 Di+100 Di+200

对于筒体内径Di=700~1800mm，夹套内径Dj=Di+100，因此Dj=1000+100=1100mm，符合压力容器公称直径系列。

按式

mmDVVVVVHihhj634.01.14198.018.042201……………………………（1.4）

取夹套高度Hj=800mm，则夹套顶部与釜体法兰间应留有足够的距离：mmmmHHHj200~15020080010000这样便于筒体法兰拆装。

验算夹套传热面积：

2213585.3163.17.046.3mmFHFFhj

（查 化工设备基础 16-5 16-6得 221163.1,46.3mFmFh）

夹套传热面积符合传热要求。

1.1.3夹套类型的选择

U型整体夹套

夹套的材料为Q345R，许用应力MPat345

由GB150.2查得在135℃时许用应力MPat189

选取夹套的设计压力为MPaPc0.440.4×1.1

夹套筒体与内筒的环焊缝采用单面焊，局部无损检测，焊缝系数=0.8，2C=2mm

C1=0.3mm 夹套的壁厚的计算

mmCPDPcticd51.3244.08.0189211004.02.2

所以夹套圆筒的厚度圆整为mm6。

1.1.4夹套圆筒的应力计算

夹套圆筒的有效厚度的计算

mmCCne7.323.0621

圆筒的应力计算

MPaDPeeict625.657.327.3110044.02

所以应力强度符合要求。

1.1.5夹套试验压力

夹套的水压试验

tTPP25.1

MPa55.034534544.025.1

所以夹套水压试验压力为0.55MPa。

夹套压力试验前的应力校核

压力试验前，应按下式校核夹套应力：

eeiTTDP2

MPa7.50626110055.0

MPas4.2483458.09.09.0

液压试验时，T满足sT9.0

所以夹套试验前得应力校核满足要求。 当夹套充压时将使釜体受外压作用，因水压试验压力值大于设计压力，可能使釜体在夹套水压试验压力作用下外压失稳，因此应考虑在釜体内适当充压。由于夹套的水压试验压力为0.55MPa，小于釜体的许用外压0.61MPa，故不需要充压。

夹套椭圆形封头的计算

设计温度下标准椭圆封头的计算厚度的计算

mmPDPctic51.344.05.08.01892110044.05.02

则夹套椭圆形封头厚度圆整为mm6。

有效厚度的计算

mm65.11100%15.0

mmmmCCne65.17.323.0621

所以夹套封头厚度符合要求。

1.2确定反应釜内筒的材料和壁厚

筒体材料的选用要根据所给相关数据来选取，材料Q345R，屈服极限345sMPa

内压圆筒壁厚的计算

设计压力MPaPc0.110.1×1.1

内压圆筒的计算厚度

mmCPDPcticd3.2211.08.01892100011.022

取名义厚度为6mm

外压圆筒的计算与校核

mmDDenio40261012mm6×210002

则mmL8102525031700

001.171.1710121012418833.3cerDLDmm

crLL筒体属于短圆筒，则此釜体的临界压力Pcr为 2.52.50502.592.410110122.5981010120.667creDMPPEaDL

筒体的许用应力[]0.2220.660473.4crPPMPaPMPam

因此厚度取为6不合适，现在取8nmm6emm

2.52.50502.592.610122.51101.8498101012creDPMPEaDL

[]0.611.840443.crPMPaPPamPM

所以筒体8nmm，此时筒体在承受内压和外压时强度均能满足要求。

筒体椭圆形封头的计算

釜体的水压试验

tTPP25.1

MPa14.034534511.025.1

釜体水压试验压力取为0.2MPa。

釜体压力试验前的应力校核

压力试验前，应按下式校核夹套应力：

eeiTTDP2

MPa1.2542410002.0

MPas4.2483458.09.09.0

液压试验时，T满足sT9.0

所以釜体试验前得应力校核满足要求。 第二章 反应釜附件的选型及尺寸设计

2.1釜体法兰联接结构的设计

设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。

2.1.1法兰的设计

根据DN＝1000mm、P＝0.1MPa，由JB/T 4700-2000表1选择甲型平焊法兰，

查《化工设备机械基础》表10-2得D=1130mm D1=1090mm D2=1055mm

D3=1045mm D4=1042mm d=23mm,法兰厚度为40mm，总质量65.1kg，螺栓M20,32个。

2.1.2采用平面密封

2.1.3垫片的选用

GB/T 3985石棉橡胶板，根据法兰DN=1000mm PN=0.25MPa，查表10-12得D=1044mm d=1004mm。厚度取为3mm。

2.1.4螺栓 、螺母的设计

20.3~0.52403256~10929~103SHhdmLm

螺栓螺母的尺寸选用见《画法几何与机械制图》附录5，查F.2附表5 公称长度l=90mm，k=12.5mm

垫圈采用标准弹簧垫圈h=5mm

2.1.5垫片、螺栓、螺母材料的选用

由《化工设备机械基础》表10-15确定

甲型平焊法兰 Q345R

石棉橡胶板 GB/T 3985

螺栓 GB/T 699 35

螺母 Q235-A

2.2管口结构

反应釜上设有各种工艺物料进出管口、温度计和压力表接口、用于观察釜内搅拌反应情况的视镜、直径较大的反应釜上封头，还设有检修所需的人孔。上述管口的结构和有关标准均与一般容器的管口相同，但对进出口管需要另加注意。

2.2.1进料管口

进料管一般都从釜顶引入，液相进料管需伸进釜内，防止液料沿封头内壁流入法兰密封面，对密封面和釜壁产生局部腐蚀。液相进料管下端管口呈45°切口，可使小流量时液流集中，减少静电。

2.2.2出料管口

反应釜的出料有上出料和下出料两种方式。当需要将釜内液料输送到较高位置的设备中去或釜内液料有强腐蚀性或毒性而又无匹配的泵时，可利用压缩空气或氮气将液料经压料管从上部压出，这就是上出料。为减小因搅拌而引起的压料管晃动，可用管卡或擦板将其固定。

下出料即在釜低中央开设一个卸料管口，适用于需将釜内物料放入另一个较低位置的设备

2.3接管垫片尺寸及材质

2.4人孔的设计

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夹套式反应釜设计 课程设计

夹套式反应釜设计 课程设计

化工设备械基础

《夹套反应釜设计说明书》

院 系：西北大学化工学院

年 级：2010级

专 业：制药工程

姓 名：李军

学 号：2010115114

指导教师：杨斌

日 期：2012年6月4日

目录

一 设计内容概述

⑴ 设计要求

⑵ 设计参数和技术特性指标

⑶ 设计条件

二 强度设计计算

⑴ 几何尺寸

⑵ 强度计算（按内压计算厚度）

⑶ 稳定性校核（按外压校核厚度）

⑷ 水压实验校核

三 标准零部件的选取

⑴ 支座

⑵ 手孔

⑶ 视镜

⑷ 法兰

⑸ 接管

四 参考文献

五 意见和建议

一、夹套反应釜设计任务书

简图

设计参数及要求

容器内 夹套内

工作压力，MPa

设计压力，MPa 0.2 0.3

工作温度，℃

设计温度，℃ <120 <150

介质 染料及有机溶剂 冷却水或蒸汽

全容积, 3m 1.4

操作容积, 3m 0.96

传热面积, 2m >3

腐蚀情况 微弱

推荐材料 Q345—R

接 管 表

符号 公称尺寸 DN 连接面形式 用途

a 25 蒸汽入口

b 25 加料口

c 80 视镜

d 65 温度计管口

e 25 压缩空气入口

f 40 放料口

g 25 冷凝水出口

h 100 手孔

一、夹套反应釜设计任务书

设计者姓名：李军 班级：制药工程 学号：2010115114

指导老师姓名：杨斌 日期：2012年6月4日

（一） 设计内容：设计一台夹套传热式配料罐

（二） 设计参数和技术性能指标

（三） 设计要求：

⒈进行罐体和夹套设计计算；

⒉选择支座形式并计算；

⒊手孔校核计算；

⒋选择接管，管法兰，设备法兰；

⒌绘制装备图（1#图纸）；

（四）设计要求，压力容器的基本要求是安全性和经济性的统一。安全是前提，经济是目标，在充分保证安全的前提下，尽可能做到经济。经济性包括材料的节约，经济的制造过程，经济的安装维修。

反应釜设计

反应釜设计

第 1 页 共 28 页 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/minr,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 2 页 共 28 页 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)LDi2，L=1.1iD

则

Di31.140.1，mDi0.1，圆整mmDi1000

由1314页表16-1查得釜体的mmDN1000

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： ＝0.85

许用应力[]t：根据材料Q235-B、设计温度<100℃，由参考文献知[]t＝113MPa；

钢板负偏差1C：1C＝0.6mm（GB6654-96）；

反应釜图

反应釜图

反应容器－反应锅

反应锅 反应设备在化工、医药、食品、石油、染料、生化等工业生产中被广泛应用，尤其是化工工艺过程地种种化学变化，是以参加反应物质地充分混合为前提，对于加热、冷却、和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程统统需要采用搅拌装置才能得到好的效果。 一般反应设备分有搅拌装置和无搅拌装置，夹套蒸汽或电热棒以及外盘管式加热反应锅其结构如图一（蒸汽加热反应锅），其中1.搅拌器；4.搅拌轴；8.轴封；9.传动装置等组成为反应设备。

附图一：蒸汽加热反应锅 附图二：外盘管式搅拌设备结构图 附图三：电加热搅拌设备结构图 反应设备基本参数

表3-1、蒸汽加热不锈钢反应锅主要技术参数

规格 公称容量(L) 内锅尺寸（毫米） 夹套尺寸（毫米） 电动机功率（Kw） 搅拌转速（转/分）

300L 300 Φ800 Φ900 2.2

50～80 500L 500 Φ900 Φ1000 2.2

1000L 1000 Φ1200 Φ1300 3

1500L 1500 Φ1200 Φ1300 3

2000L 2000 Φ1300 Φ1400 4

3000L 3000 Φ1500 Φ1600 5.5

5000L 5000 Φ1800 Φ2000 7.5

6000L 6000 Φ1800 Φ1900 15

10000L 10000 Φ2200 Φ2400 18.5

85

16000L 16000 Φ2400 Φ2600 22

表3-2电加热不锈钢反应锅主要技术参数

型号 公称容量（L） 电热功率数量（XKW） 油夹套容量（L） 内锅尺寸（毫米） 夹套尺寸（毫米） 搅拌转速（转/分） 电机功率（Kw）

R100 100 6×2 127 Φ500 Φ700

50～80 1.1

R200 200 6×2 Φ600 Φ800 2.2

R300 300 6×4 218 Φ800 Φ1000 2.2

R500 500 9×4 269 Φ900 Φ1100 2.2 R1000 1000 12×4 400 Φ1200 Φ1400 3

(完整word版)设备设计与选型

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设备设计与选型

7.1全厂设备概况及主要特点

全厂主要设备包括反应器6台，塔设备3台，储罐设备8台,泵设备36台，热交换器19台,压缩机2台，闪蒸器2台，倾析器1台，结晶器2台，离心机1台，共计80个设备。

本厂重型机器多，如反应器、脱甲苯塔、脱重烃塔，设备安装时多采用现场组焊的方式.

在此，对反应器、脱甲苯塔等进行详细的计算，编制了计算说明书。对全厂其它所有设备进行了选型，编制了各类设备一览表（见附录）.

7。2反应器设计

7.2.1概述

反应是化工生产流程中的中心环节，反应器的设计在化工设计中占有重要的地位。

7.2。2反应器选型

反应器的形式是由反应过程的基本特征决定的，本反应的的原料以气象进入反应器，在高温低压下进行反应,故属于气固相反应过程。气固相反应过程使用的反应器,根据催化剂床层的形式分为固定床反应器、流化床反应器和移动床反应器。

1、固定床反应器

固定床反应器又称填充床反应器,催化剂颗粒填装在反应器中,呈静止状态，是化工生产中最重要的气固反应器之一。

固定床反应器的优点有：

①反混小 (完整word版)设备设计与选型

②催化剂机械损耗小

③便于控制

固定床反应器的缺点如下：

①传热差,容易飞温

②催化剂更换困难

2、流化床反应器

流化床反应器，又称沸腾床反应器。反应器中气相原料以一定的速度 通过催化剂颗粒层，使颗粒处于悬浮状态，并进行气固相反应.流态化技术在工业上最早应用于化学反应过程。

流化床反应的优点有：

①传热效果好

②可实现固体物料的连续进出

③压降低

流化床反应器的缺点入下：

①返混严重

②对催化剂颗粒要求严格

③易造成催化剂损失

3、移动床反应器

移动床反应器是一种新型的固定床反应器，其中催化剂从反应器顶部连续加入，并在反应过程中缓慢下降，最后从反应器底部卸出.反应原料气则从反应器底部进入,反应产物由反应器顶部输出，在移动床反应器中,催化剂颗粒之间没有相对移动，但是整体缓慢下降，是一种移动着的固定床，固得名。 (完整word版)设备设计与选型