反应釜设计作业综述文档格式.docx
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中低温时机械性能均优于Q235-A、15、20等碳素钢，使用温度在-40~475℃的场合，在石油化工设备、锅炉、压力容器中广泛使用。
鉴于16MnR能够满足材料的使用性能、工艺性能和经济性能，并且适合本次设备设计，所以本次设计釜体的材料选用16MnR。
1.2.2釜体结构型式的选择
筒体：
圆柱形
罐底的结构形状：
椭圆形
顶盖的结构形状：
顶盖连接方法：
可拆
换热器形式：
U形夹套
1.2.3釜体直径及高度计算
釜体直径的计算
根据实践经验，集中反应釜的H/D
如表3-1所示。
表1-1反应釜的H/D
值
种类
釜内物料类型
H/D
一般反应釜
液—液相或液—固相物料
1~1.3
气—液相物料
1~2
发酵罐类
1.7~2.5
在确定反应釜直径及高度时，还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成沸腾状态，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，釜体容积V与操作容积V
应有如下关系：
V
=ηV工程实际中，要合理选用装料系数，以尽量提高设备利用率。
对于直立反应釜来说，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V和物料性质，选定H/D
值，估算筒体内径D
=
可得D
=1620mm
式中：
V—釜体容积，m³
（本次设计的釜体容积为4m³
）；
H—筒体高度，m；
D
—筒体内径，m；
H/D
由表1.1得，并根据实际情况取H/D
=1.2。
将计算结果圆整为标准直径，的D
=1600mm。
釜体高度的计算
对于直立式反应釜，其圆柱部分筒体的高度H。
V
—下封头所包含的容积，V
=0.617m³
可从标准查得。
—筒体每一米高的容积，V1=0.950m³
校核：
所以合格
V1=
=3.14
1.6
1.7=3.416m³
V=V1+V
=3.416+0.617=4.033>
4m³
所以釜体容积合理
釜体的装料量
η—装料系数且η取0.7；
V—釜体容积；
=η
V=4.03
0.7=2.821m³
1.2.4釜体厚度计算
由于釜内承受1.0Mpa压力，而夹套承受0.5Mpa压力，所以筒体的厚度有以下几种情况：
1.只受1.0Mpa内压
1）确定壁厚
2）因为
=1.1Pw=1.1
1.0=1.1Mpa
C=C
+C
=0.6+1.5=2.1mm
将计算结果圆整，取
—设计压力；
—筒体内径；
—名义厚度；
—有效厚度；
3）验算最小壁厚
对于压力较低的容器，按强度计算出来的壁厚很薄，往往会给制造和运输、吊装带来困难，为此对壳体元件规定了不包括腐蚀裕量的最小厚度
对于碳素钢、低合金钢制的容器，
不小于3mm；
对于高合金钢
不小于2mm。
而
所以，取壁厚
4）校核水压试验强度
因为
P
=1.25P
0.9
显然
，故水压试验强度足够。
—实验压力；
—计算应力；
—屈服应力；
—焊接接头系数；
1.2.5封头的选型尺寸确定
1.2.5.1封头的选型
椭圆形封头，如图3-2所示，是由半个椭球面和一个短圆筒组成，由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压和成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。
受内压椭圆形通体封头中的应力，包括由内压引起的薄膜应力和封头与圆筒连接处不连续应力，都与椭圆封头长轴与短轴的比例有关。
目前，工程上一般都采用限制椭圆形封头最小厚度的方法，如GB150规定标准椭圆封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15%，非标准椭圆形封头的有效厚度应不小于0.30%。
图2-1椭圆形封头示意图
Fig2-1EllipticalheadMap
1.2.5.2封头的厚度计算
1.上封头厚度的计算
1）确定壁厚
釜体的上封头只承受0.5MPa的内压时。
2）验算最小壁厚
对于高合金钢字母不小于2mm。
3）校核水压试验强度
所以，上封头厚度
2.下封头厚度的计算
1）当只受0.5MPa内压时与上封头相同。
2）当只承受外压时与筒体厚度计算方法相同。
3）当同时承受内压和外压时与筒体厚度计算方法相同。
所以，封头厚度取
—有效厚度
1.3反应釜的搅拌装置
1.3.1搅拌器的类型及选择
由于桨式混合设备结构简单、混合性能好、能耗低、装料系数较大、同时所占用空间及作业面积小、操作维修方便，而且应用很广泛。
由条件可知，搅拌轴的转速是60
，参照搅拌器形式及其参数选取浆式搅拌器。
此次设计的基本条件，本次设计选用桨式搅拌器作为反应釜的搅拌装置。
选用平直叶轮，如图2-3所示。
图2-3平直叶轮-搅拌器结构示意图
Fig2-3Straightimpeller-blenderstructurediagram
搅拌器的基本尺寸满足：
d
=（0.2-0.8）D
b=（0.1-0.25）d
h=（0.2-1）d
其中:
d
—表示搅拌器外径，
b—表示桨叶的高度，
h—表示桨叶离封头端部的距离，
D
—表示反应釜内筒的内径，
已知反应釜内筒直径为D
=1600
可求得d
=800
h=400
b=100
1.3.2搅拌功率的计算
影响搅拌功率P的主要因素有以下四种：
1.搅拌器的集合尺寸和转速：
如叶轮的直径d、叶宽b、叶片倾角
、转速N、单个叶片数Np和叶轮离罐底宽度e等。
2.搅拌容器的结构：
如罐形、罐径D、深度H、挡板数Nb和挡板宽度Wb等。
3.搅拌介质的特性：
液体的密度
、粘度
等。
4.重力加速度g等。
上述影响因素可以用下式关联：
B—桨叶宽，m；
d—搅拌器直径，m；
D—搅拌容器内径，m；
Fr—弗劳德数，F
h—液面深度，m；
K—系数；
N—转速，s
Np—功率准数；
P
—搅拌功率，w；
r,q—指数；
R
—雷诺数，
—粘度，Pa•s
一般情况弗劳德数F
的影响较小，容器的内直径D
、挡板的宽度W
等几何参数可归结到系数K。
本次设计已知搅拌反应器筒体的直径为1600mm，采用螺旋式搅拌器，搅拌轴转速为63r/min，容器内液体密度为913.6kg/m³
，粘度为0.453
10-3mPa•s。
搅拌功率计算如下：
n=63r/min=1.05s
由Np-Re算图可查的Np=1.7
按公式
可计算搅拌功率：
kw
所以本次设计的搅拌功率为4.7千瓦。
1.3.3搅拌轴的校核
1.3.3.1搅拌轴材料的选择
锻件的内部组织比较均匀，强度较好，故重要的轴（或尺寸变化大的轴）应采用锻件，常用优质碳素钢有35、45、50钢，其中以45钢应用最多。
搅拌轴收到扭矩和弯曲的组合作用，其中以扭转为主。
本次设计选用45钢作为搅拌轴的材料。
1.3.3.2搅拌轴的强度校核
（4-1）
—轴横截面上的最大剪切应力，MPa；
MT—轴所传递的扭矩，N•mm；
Wp—轴的抗扭截面系数，mm
—材料许用剪切应力，MPa。
通常45钢取30MPa~40MPa,Q235-A取12MPa~20MPa。
选取45钢，查表可知A，A为（110~120），取A=115
因为d
所以d
d=56.5724mm；
取圆整值d=57mm
MT=9.55
106
（4-2）
所以MT=9.55
=9.55
106
MT=1.136
106
对于实心轴，
（4-3）
=36344.12mm3
将式（6-2）和（6-3）代入（6-1）中，
得
（4-4）
d—搅拌轴直径，mm；
P—搅拌轴传递的功率，kw；
n—搅拌轴转速，r/min。
本次设计：
MPa
取圆整值为32MPa<
30MPa~40MPa
mm
本次设计选用45钢，经校核，搅拌轴的强度合格。
1.3.3.3搅拌轴的刚度校核
为了防止搅拌轴产生过大的扭转变形，从而在扭转中振动，影响正常工作，应把轴的扭转变形限制在一个允许的范围内，即规定一个设计的扭转刚度条件。
工程上以单位长度的扭转角不得超过许用扭转角的刚度条件，即：
—轴扭转变形的扭转角，°
/m；
G—搅拌轴材料的剪切弹性模数，MPa，对于碳钢及合金钢为8.1
MPa；
I
—轴截面的极惯性矩，mm4，对于实心轴公式I
—许用转角，°
/m。
对于一般传动，如搅拌轴，取0.5°
/m~1.0°
/m
由上式可导出实心轴的直径为：
（4-5）
°
/m<
经校核，搅拌轴的刚度合格。
通过校核，搅拌轴的直径同时满足强度和刚度两个条件。
所以本次设计搅拌轴直径选用d=57mm满足设计要求。
1.4电机的选用
搅拌反应釜所需电动机的功率可由
计算。
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