赵松磊开题报告资料Word文档格式.docx

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开题报告

一选题意义

反应釜是广泛应用于石油化工，化学，制药，高分子合成，冶金，环保等领域的重要设备。

因此在工业发展过程中研究反应釜的改进技术会使我们提高工作效率，节省资金和时间。

通过反应釜的设计，有助于学生综合运用所学知识，培养学生的自学能力及查阅相关文献的能力，同时提高计算机绘图能力熟练掌握CAD，提高学生的就业能力。

二国内外相关研究现况与发展趋势

反应釜在日常生活或者化工生产等领域应用十分广泛。

因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视。

生产必须严格按照相应的标准加工、检测并试运行。

不锈钢反应釜根据不同的生产工艺、操作条件等不尽相同，反应釜的设计结构及参数不同，即反应釜的结构样式不同，属于非标的容器设备。

不锈钢反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等生产型用户和各种科研实验项目的研究，用来完成水解、中和、结晶、蒸馏、蒸发、储存、氢化、烃化、聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工艺过程的容器。

反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。

从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等）、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。

反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它复合材料。

反应釜可采用SUS304、SUS316L等不锈钢材料制造。

搅拌器有锚式、框式、桨式、涡轮式，刮板式，组合式，转动机构可采用无级变速减速机或变频调速等，可满足各种物料的特殊反应要求。

密封装置可采用填料密封等密封结构。

加热、冷却可采用夹套、半管、盘管等结构，加热方式有蒸汽、电加热、导热油，以满足耐酸、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺需要。

可根据用户工艺要求进行设计、制造。

反应釜是指含铬大于12%的钢种。

反应釜自1912年发明以来取得迅猛发展，至今全球仍以每年3—5%的速度递增。

全世界反应釜的消费总量达3500万。

我国正处于反应釜生产和消费应用的高速增长期，已广泛应用于石油、化工、轻工、食品、酿酒、制药、家电、水电、机械、建筑、市政和各种民用器具中。

1990年我国反应釜消费量为26万吨，1999年为153万吨，2000年为173万吨，2001年为225万吨，2004年反应釜消费量达到447万吨左右，居全世界第一位，预计2006年反应釜消费量将达到600万吨以上，其中铬镍奥氏体反应釜的消费量占反应釜总消费量的75%—80%。

但是随着化工产业的发展化工生产对反应釜要求越来越高化工生产对反应釜的具体要求和发展趋势如下：

1、大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。

染料生产用反应釜国内多为6000L以下，其它行业有的达30m³

；

而其它行业可达120m³

。

2、反应釜的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。

国外，除了装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。

3、以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染。

4、合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。

热管技术的应用，将是今后发展的方向。

三概述

3.1反应釜的结构组成和材料选择

3.1.1反应釜的结构组成

反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。

搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配。

釜壁外设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。

支承座有支承式或耳式支座等。

转速超过160转以上宜使用齿轮减速机.开孔数量、规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。

1.通常在常压或低压条件下采用填料密封，一般使用压力小于2公斤。

2.在一般中等压力或抽真空情况会采用机械密封，一般压力为负压或4公斤。

3.在高压或介质挥发性高得情况下会采用磁力密封，一般压力超过14公斤以上。

除了磁力密封均采用水降温外，其他密封形式在超过120度以上会增加冷却水套。

根据任务书要求，采用夹套换热。

3.1.2反应釜的材料选择

根据工作介质是否具有腐蚀性，工作温度与压力，性价比等，参照《化工设备用钢》进行具体选材。

3.2.反应釜的工作原理和工艺流程

3.2.1反应釜的工作原理

在内层放入反应溶媒可做搅拌反应，夹层可通上不同的冷热源（冷冻液，热水或热油）做循环加热或冷却反应。

通过反应釜夹层，注入恒温的（高温或低温）热溶媒体或冷却媒体，对反应釜内的物料进行恒温加热或制冷。

同时可根据使用要求在常压或负压条件下进行搅拌反应。

物料在反应釜内进行反应，并能控制反应溶液的蒸发与回流，反应完毕，物料可从釜底的出料口放出，操作极为方便。

3.2.2反应釜的工艺流程

3.3反应釜的失效形式

通常，产品丧失规定功能的现象被称为失效，而压力容器失效则是由于压力或其他载荷超过使用极限而丧失正常工作的能力。

各类压力容器的操作条件比较复杂多样，而且越来越苛刻，因此，压力容器失效的形态也是多种多样的，主要是以强度、刚度、稳定性和腐蚀失时效四种方式表现出来。

强度失效容器中某最大应力点超过屈服点后就会出现不可恢复的变形，此时由弹性状态进入塑性状态，随着载荷的增大，容器的塑性区不断扩大，当载荷大到某一极限时，塑性区就会扩展到一定的范围，容器便失去了承载能力。

刚度失效容器或容器上的零部件不是因为强度不足，而是由于过大的弹性变形使部件等失去了正常的工作能力。

这种失效形式通常出现在密封结构、换热设备等地方。

稳定性失效容器在外压或其他外部载荷的作用下，由稳定的平衡状态变至一个不稳定的状态，形状发生突然改变而丧失正常的工作能力。

腐蚀失效是压力容器失效的重要类型之一，金属腐蚀的形式是多种多样的，按金属与周围介质作用的性质分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类，但都是由于其工作环境所引起，包括应力腐蚀、氢脆、蒸汽腐蚀、碱脆、硫腐蚀、辐照脆化和液态金属脆化等类型。

应力腐蚀失效是指在拉应力作用下，一定材料与一定的介质环境发生应力腐蚀，而最终导致压力容器失效，是一种延迟破坏，造成的后果也比较严重。

由于近代工业技术的发展，材料的工作环境条件越来越苛刻，零部件和材料的应力腐蚀问题也日益突出，解决应力腐蚀问题成了当今的重要课题。

应力腐蚀的必要条件是存在拉应力，而且所用材料与介质环境能发生应力腐蚀。

因此，为了解决应力腐蚀问题，设计上通常采用仔细选择应力腐蚀敏感性低的材料、加缓蚀剂或保护层、阳极保护和避免或减小应力集中、改善危险截面的受力状况及避免工件表面层残余应力存在等措施；

另外，生产工艺上通常采用适当的热处理工艺来降低材料对应力腐蚀的敏感性和减小工件的残余应力或避免应力集中。

金属的氢脆是指由于金属中存在氢而导致材料的塑性大为降低，从而使压力容器失效。

氢脆的表现形式一般分为不可逆氢脆和可逆氢脆两类，前者是指氢造成的永久性损伤（如低强钢在石油化工设备中或酸洗处理后因吸氢而出现氢鼓包等）；

后者是指排除氢后力学性能可以恢复的氢脆现象（如钢及一些合金钢中的氢致延迟破坏等）。

氢脆产生的主要原因是氢在材料中来不及扩散或逸出而形成局部偏聚（偏析），材料中氢浓度越高越容易发生局部偏聚，材料表现为低应力下的延迟破坏。

因此，为了解决氢脆问题，设计上通常采用选择氢脆敏感性小的材料、减小或消除拉应力、杜绝或减少氢的环境（如加缓蚀剂、保护层等）和改变应力状态等措施；

另外，工艺上也可通过表面处理（如滚压、喷丸等）使表面产生残余压应力。

蒸汽腐蚀实际上是由于高温下水蒸气的分解而造成金属的氧化和氢脆，为了防止蒸汽腐蚀设计上通常选用高搞蒸汽腐蚀的材料。

碱脆是指由于碱的浓度达到一定程度而导致的应力腐蚀。

硫腐蚀是指由于硫的存在而在不同条件下产生不同形式的腐蚀现象，如高温硫腐蚀、含镍合金钢的硫腐蚀和低温硫腐蚀等。

为防止硫腐蚀，通常采用钢材表面渗铝、含镍合金钢中加铬元素等措施。

钒腐蚀是指由于油等燃烧后产生的钒氧化物与高温金属接触时能破坏金属表面的氧化膜，加速腐蚀过程的发展。

目前，常采用的防止措施是加入添加剂。

辐照脆化是指在核技术的设备中，零部件处于高能电子、中子等粒子流的辐射下，结构材料发生脆化，通常表现为几何尺寸变化，体积膨胀，密度变小，强度、硬度上升和塑性下降以及物理性能的变化。

液态金属脆化是指固态金属与液态金属接触时造成的固态金属的塑性或强度的下降。

防止液态金属脆化的方法很多，如选用敏感性低的材料，在固体金属上增加保护层等。

四课题任务及要求

4.1、课题任务

（1）设计参数：

反应釜工作容量50立方米，工作压力1.5MPa，工作介质水、蒸汽。

要求用夹套换热。

（2）完成反应釜整体结构设计，搅拌器传动装置和密封设计，画出装配图及零件图。

（3）反应釜强度计算，撰写设计计算说明书。

（4）翻译外文资料20000字符以上。

4.2、课题设计基本要求

（1）树立正确的设计思想，能够结合生产实际综合地考虑先进、安全、经济、可靠和实用等方面的要求，严肃认真地进行设计。

（2）强调独立思考，并不等于设计者凭空假想，在一定程度上依靠设计资料和继承前人经验。

对于遇到的问题、查阅有关教科书或文献，通过积极思考，提出个人见解尽可能自己解决，不要太多地依靠指导老师帮助解决问题。

（3）以严谨的态度对待设计，正确使用标准规范。

学会收集、理解、熟悉和使用各种资料，培养设计能力。

五设计方法及步骤

5.1设计方法

本设计的设计方法为：

查阅有关化工设备方面的书籍，研究一般带搅拌器的夹套类反应釜的设计思路与方法。

结合已给定的参数及条件进行设计。

5.2设计思路

本设计的设计计算思路是首先根据设计条件对反应釜的结构进行设计计算，其次根据反应釜的几何结构尺寸对搅拌装置进行设计，然后根据前面的设计结果，对反应釜的传动部分和密封装置进行设计或选型。

5.3设计步骤

5.3.1釜体和夹套几何尺寸

（1）反应釜釜体的设计：

釜体的确定，釜体筒体壁厚的设计，釜体封头的设计，

筒体长度的设计，外压筒体壁厚的设计，外压封头壁厚的设计。

（2）反应釜夹套的设计：

夹套的确定，夹套筒体的设计，夹套封头的设计

5.3.2釜体和夹套校核

反应釜釜体及夹套的压力试验：

釜体的水压试验，釜体的气压试验，夹套的液压试验，传热面积校核。

5.3.3反应釜附件的选型尺寸设计

釜体法兰连接结构的设计，工艺接管的设计，管法兰尺寸的设计，垫片尺寸及材质，人孔的设计，视镜的选型。

5.3.4搅拌装置的选型与尺寸设计

搅拌轴直径的初步计算，搅拌抽临界转速校核计算，联轴器的型式及尺寸的设计,搅拌桨尺寸的设计，搅拌轴的结构及尺寸的设计。

5.3.5传动装置

电动机的选型，减速器的选型，机架的