再谈半圆管夹套反应釜的优越性

螺旋半圆管夹套内充分发展层流流动与换热特性李雅侠;王航;吴剑华【摘要】根据螺旋半圆管夹套的结构特点,提出了简化的物理模型;采用数值方法求解了恒定热负荷条件下夹套内流体充分发展的层流流场和温度场,并与激光多普勒测速仪测得的速度场和已有的传热实验结果进行了对比.研究了夹套的结构和换热流体Prandtl数Pr对夹套内流体流动及换热特性的影响.结果表明:层流状态下,夹套管的横截面上存在两涡结构的二次流;随着曲率k的增大,二次流函数值增大,二次涡的强度增强,流动阻力增加.二次流对夹套内的换热起强化作用,k值越大,换热流体的Pr越小,二次流的相对强化换热作用越明显.增大k或Pr可以强化夹套内的换热,但强化效果不同;夹套内换热面的中心部位是需要强化换热的重点部位.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2010(061)011【总页数】8页(P2796-2803)【关键词】螺旋半圆管夹套;流动特性;强化传热;二次流【作者】李雅侠;王航;吴剑华【作者单位】天津大学化工学院,天津,300072;沈阳化工大学机械学院,辽宁,沈阳,110142;沈阳化工大学机械学院,辽宁,沈阳,110142;天津大学化工学院,天津,300072;沈阳化工大学机械学院,辽宁,沈阳,110142【正文语种】中文【中图分类】TQ021.1;TQ021.3在化工、医药、食品及染料等行业的生产中,反应釜是一种常见的设备。

由于釜内常伴有放热或吸热的化学反应,为了维持最佳的工艺条件,以取得最好的反应效果,反应釜必须配有传热装置,而采用夹套传热是一种常用的方式。

其中螺旋半圆管夹套因其结构简单而紧凑、承载能力强、传热效率高、节约材料等优点应用越来越广泛[1]。

螺旋半圆管夹套所采用管子的横截面为半圆形,纵向成螺旋状,扣在釜体外圆柱面上与其相焊接,内部通过流体。

尽管应用广泛,但相关的流动及换热研究并不多见。

Dhotre等[2]采用一种结构的螺旋半圆管夹套进行了换热研究,给出了整个换热面平均Nusselt数的计算关联式,由于是针对一种结构,使得所给出的关联式具有局限性。

搅拌反应釜冷却装置中半管夹套的设计[摘要]本文首先介绍半管夹套的结构以及半管成型原理和夹套设计注意要点，然后通过半管机的主要结构及其作用讲述了一种半管夹套的设计生产方法，此装置已经投入生产使用，实践证明，此方法利于材料节省和提高生产效率，适于推广。

【关键词】搅拌反应釜；冷却装置；半管夹套；滚压1、半管夹套的结构特点以及半管成型原理半管夹套中间部分为釜体，釜体外纵向环绕着半管，且半管内装有循环冷却水，半管横截面为半圆形，釜体与环绕的半管之间是焊接在一起的。

半管采用的原料为金属板料，然后将板料通过前后直排的数组成型辊轮（凹凸轮），凹凸轮的回转带动金属板料向前输送，紧接着进行横向弯曲形成半圆形，随后纵向弯曲呈环状。

2、夹套设计注意要点（1）设计时要注意保证半管夹套内循环介质物的流通截面积以及其导热或保温性能：一般夹套内直径和容器内直径存在以下关系，在设计时可遵照这种关系进行设计：当容器内直径小于600mm时，半管内直径为容器内直径+L （L≤100mm）；当容器内直径介于600mm和1800mm之间时，半管内直径为容器内直径+100mm；当容器内直径大于2000mm时，半管内直径为容器内直径+200mm。

（2）设计时要注意设置防冲板：为了避免夹套蒸汽或其他介质污染容器入口处外壁，就需要在设计时设计一个防冲板，此防冲板焊接在容器外壁且正对着夹套介质入口处。

当容器和夹套之间存在一个大于50mm的空间距离时则要设计一个进口挡板。

（3）设计时要注意设置排气孔：为了能够使夹套空间内充满介质，就需要排除夹套空间所有气体，这就需要在夹套顶端设计一个直径不小于10mm的排气孔，且越是处于夹套顶端其排气效果越好。

（4）做好探伤检测和热处理工作：若容器内介质为高度危害介质或极度危害介质时，要做好100%射线探伤检测，然后进行封闭件和容器焊接后的热处理工作；对于有热处理要求的要在完成封闭件和容器的焊接工作之后再进行热处理工作。

夹套反应釜用途夹套反应釜是一种常见的化学实验室设备，也被广泛应用于工业生产中。

它主要用于进行化学反应、合成、溶解、稀释、结晶等过程，具有较高的反应效率和控制能力。

一、化学反应夹套反应釜可以在恒定的温度和压力条件下进行各种化学反应。

通过控制夹套中的冷却或加热介质的温度，可以实现反应溶液的快速升温或降温，从而控制反应速率。

同时，夹套反应釜还可以通过调节夹套中的冷却水或加热介质的流速来控制反应的温度。

二、合成夹套反应釜广泛应用于有机合成领域，可以用于合成各种有机化合物。

通过在反应釜中加入反应物、催化剂和溶剂，控制反应的温度和反应时间，可以实现高效的有机合成反应。

例如，常见的酯化、酰化、氢化、脱水等反应都可以在夹套反应釜中进行。

三、溶解夹套反应釜还可以用于物质的溶解过程。

通过在反应釜中加入溶剂并控制温度和搅拌速度，可以将固体物质快速溶解于溶剂中，从而得到溶液。

这在药物制剂、颜料、染料等领域有着广泛的应用。

四、稀释夹套反应釜也可以用于液体物质的稀释过程。

通过在反应釜中加入需要稀释的液体，并控制温度和搅拌速度，可以实现液体物质的快速稀释。

这在化学分析、制药、环境监测等领域具有重要意义。

五、结晶夹套反应釜还可以用于物质的结晶过程。

通过在反应釜中加入溶剂和需要结晶的物质，并控制温度和搅拌速度，可以实现物质的结晶。

这在化学制品的制备、矿石的提取等领域有着重要的应用价值。

夹套反应釜在化学实验室和工业生产中具有广泛的应用。

它可以用于化学反应、合成、溶解、稀释、结晶等各种过程。

通过控制夹套中的温度、压力和搅拌速度，可以实现对反应过程的精确控制，提高反应效率和产品质量。

夹套反应釜的出现极大地促进了化学研究和工业生产的发展，成为化学领域不可或缺的重要设备之一。

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。

- 22 -论文广场石油和化工设备2012年第15卷ASME质保体系的建立及ASME U授权证书和钢印的获取薛显坤1，韩岁平1，贺春2，王影3，王艳玲1（1 大连东方亿鹏设备制造有限公司，辽宁 大连 116052）（2 大连派思燃气系统股份有限公司，辽宁 大连 116600）（3 大连合成纤维研究设计院股份有限公司，辽宁 大连 116023）[摘 要] 介绍了ASME质保体系的基本内容；对ASME压力容器授权证书及钢印的获取过程进行了重点介绍。

[关键词] ASME；质保体系；授权证书；U钢印作者简介：薛显坤（1982—），男，内蒙古赤峰人，学士，助理工程师，从事压力容器设计工艺及质量体系管理工作。

ASME 锅炉压力容器规范作为一部国际公认的规范，在国际贸易中获得了广泛的应用，具有较高的知名度和影响力。

截至2010年底，我国ASME 持证厂商已达500多家，数量超过加拿大，位居世界第二位，成为美国本土以外持证厂商数量最多的国家，这标志着我国锅炉及压力容器的制造能力和工艺技术已达到新的水平。

现有数据显示，从地域分布来看，国内南方企业拥有ASME 授权证书的占大多数，北方企业相对较少。

近几年来，北方企业加大了对ASME 的关注，有许多企业按ASME 的要求建立了ASME 压力容器质保体系，并取得了ASME 授权证书及钢印。

作者于2008年到2009年期间作为主要责任人员，参加了大连东方亿鹏设备制造有限公司的ASME 压力容器授权证书和钢印（U ）的获取工作，并一次性通过了ASME 组织的联检，获取了相应的资质。

1 ASME 压力容器主要涉及的规范第Ⅱ卷 材料PART A-钢铁材料技术条件PART B-有色金属材料技术条件PART C-焊条、焊丝及填充金属技术条件PART D-材料性能第Ⅴ卷 无损检测第Ⅷ卷 压力容器建造规则第一分篇-压力容器建造规则第二分篇-另一规则第三分篇-高压容器建造另一规则第Ⅸ卷 焊接和钎焊评定2 ASME 压力容器质保体系的建立ASME 压力容器质保体系由质保手册和程序文件组成。

夹套反应釜用途夹套反应釜是一种常见的实验设备，广泛应用于化学、医药、食品等领域。

它的主要用途是进行化学反应、合成和加热等实验操作。

夹套反应釜具有许多优点，如加热均匀、温度控制精确、反应过程可视化等，因此被广泛使用。

夹套反应釜在化学领域中有着重要的应用。

化学反应通常需要在一定的温度条件下进行，夹套反应釜能够提供精确的温度控制，使得反应物能够在最佳的温度下发生反应。

此外，夹套反应釜还可以提供恒温条件，使得反应过程更加稳定，从而提高反应的效率和产率。

在有机合成中，夹套反应釜常用于合成新的有机化合物，通过控制反应温度和时间，可以实现特定的化学反应，得到目标产物。

夹套反应釜在医药领域也有着广泛的应用。

在药物研发过程中，药物合成是一个关键环节，夹套反应釜能够提供适宜的反应条件，帮助研发人员进行药物合成实验。

通过合理的反应温度和时间控制，可以提高药物合成的选择性和产率，从而加快新药研发的进程。

此外，夹套反应釜还可以用于药物的纯化和结晶过程，确保药物的质量和纯度。

夹套反应釜在食品工业中也有着重要的应用。

食品加工过程中，常常需要进行各种化学反应和加热操作，夹套反应釜能够提供稳定的温度和压力条件，确保食品加工过程的安全和高效。

夹套反应釜还可以用于食品的蒸煮、糖化、发酵等工艺过程，帮助食品厂商提高生产效率和产品质量。

夹套反应釜还可以应用于其他领域。

例如，环境科学中的污水处理、废气处理等过程中，夹套反应釜可以用于反应器的设计和优化。

能源领域中，夹套反应釜可以用于催化反应和能源转化的研究。

夹套反应釜作为一种常见的实验设备，具有广泛的应用领域。

它在化学、医药、食品等领域中发挥着重要作用，可以进行化学反应、合成和加热等实验操作。

夹套反应釜具有加热均匀、温度控制精确、反应过程可视化等优点，被广泛使用。

随着科学技术的不断发展，夹套反应釜的应用领域还将进一步扩大，为各行业的研究工作提供更多的支持。

带半圆管夹套结构反应釜的优越性压力容器的设计、制造、运行、管理都受到国家质量监督局部门的严格管理。

而使用半圆管夹套结构，可将压力容器按常压容器对待。

这样可大大减少生产厂压力容器的台数，从而给设计、制造以及生产、运行、管理部门带来简便和效益。

标签：半圆管夹套；“U”型夹套；反应釜某厂是以生产染料和染料中间体为主要产品的企业，大部分工艺过程是由带夹套的反应釜来完成的。

随着生产趋向大型化和规模化发展，反应釜逐渐向大型化发展，其直径加大，筒体加长。

特别是承受外压反应釜内筒体壁厚的增加，给设计、制造增加了难度，同时也提高了反应釜的制造费用，又不利于传热。

而采用半圆管夹套结构的反应釜，即可改善以上所述的情况，又可改善反应釜的受力情况，使反应釜内筒体的壁厚减薄（见图1）。

该厂大部分“U”夹套结构反应釜为常压操作，而“U”型夹套内常通人0.3MPa～0.6MPa的蒸汽加热，按《压力容器安全技术监察规程》划分，为第一类（D1级）压力容器。

有些反应釜内是冷～热间隔操作的，有时夹套会出现使用冷冻盐水降温后再通入蒸汽的工况，这样一旦误操作会发生冷冻盐水流失，造成浪费（见图2）。

采用双螺旋半圆管夹套，使冷冻盐水和蒸汽各行其道，可以彻底杜绝传热介质掺混和流失的问题（见图3）。

鉴于以上原因，我们对该厂的这一类型设备进行了更新和改造，设计了半圆管夹套来代替“U”型夹套。

1 半圆管夹套容器的设计与计算从半圆管夹套容器的受力分析来讲，容器内筒受外压，半圆管夹套受内压，内筒体外壁缠绕的螺旋半圆管夹套可视为外压加强圈，由于其间距较密、均匀，因而外压计算长度较小，定性分析是安全的。

可以降低内筒体的壁厚。

具体的设计、计算详见GB150-1998《钢制压力容器》、HG/T20569-1994《机械搅拌设备》及化工设备设计全书《搅拌设备设计》中的相关内容。

通过计算结果来看，不管是外压筒体的壁厚，还是半圆管夹套的壁厚都得到了减薄，在综合考虑腐蚀裕度、最小壁厚以及制造方面的原因后，适当的增加壁厚，这在工程设计上是安全的。