反应釜设计示例

1概述

（现状、应用: ……；工艺配方：……；性能指标：……；主要原料及主要特性参数：……） 2生产工艺流程

【工艺路线的选择……；工艺流程图(详见工艺流程图)；工艺流程叙述……(生产操作过程、各控制参数、操作时间等) 】 3生产控制及三废处理

各岗位生产控制（3.1.1各岗位控制条件；3.1.2……） 三废处理（3.2.1废水及废液；3.2.2废渣；3.2.3废气） 4设备选型原则

4.1主要设备的选型原则（反应釜的选型原则、搅拌器的选型原则）

4.2辅助设备选型原则（泵的选型原则、各辅助设备（具体选型见后面章节）） 5物料衡算 物料衡算的任务 衡算依据及收集的数据

衡算基准：（日产量，每釜日产能力及釜个数） 反应釜每批投料量

其它物料（水、汽等等） 6釜设计

6.1设计任务

选择釜及夹套材料，确定聚合釜和夹套的几何尺寸，并对聚合釜及夹套进行强度计算。 6.2设计依据 ……

6.3釜几何尺寸的确定

选定罐体高/径比i= （1.1～1.3）

由估算公式：D?34V计算结果， ?i例如：初步选取公称直径为Dg2600的筒体，封头选取Dg2600的标准椭圆封头。查表得封头的尺寸如下：

曲边高度h1=650mm ，直边高度h2=50mm 内表面积Fh=7.6545m2 ，容积Vh=2.5131m3 查表得Dg2000的筒体的有关数据如下：

一米高容积V1=5.309m3 ； 一米高内表面积F1=8.17m2 则筒体高度计算为：

H=（V－V封）/V1=（20-2.5131）÷5.309=3.29 m 按材料规格求整为： H=3.2 m 长径比 H/D=3200÷2600=1.23， 釜的实际体积为：

V实际 = HV1+V封 = 3.2×5.309+2.5131 =19.50m3 釜的实际装料系数为： η实际=V物/V实际=15.98÷19.50=0.82

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由此可见，聚合釜的尺寸合理。 釜设计最大生产量为： 19.50×0.85=……m3 6.4夹套几何尺寸的确定

取公称直径为Dg2800的夹套，夹套封头也采用标准椭圆封头，并取与夹与筒体相同的直径。

查表得Dg2800的标准椭圆封头的有关尺寸如下：

直边高度h2=700mm ； 内表面积Fh=8.8503m2 ； 容积Vh=3.1198m3 聚合釜筒体部分物料的高度：

H物=（V物-V封）/V1=（16-2.5131）÷5.309=2.54m 液面高度H液=H物+h1+h2=2540+50+650=3240mm 夹套包围的筒体高度：H包=H物+△=2.54+0.18=2.72m 夹套筒体的高度：H夹=H包+50=2720+50=2770mm 聚合釜内传热面积 A=H包F1+Fh=2.72×8.80+7.6545=31.6m2 由《化工设备机械基础》式4-5校核：…… 传热面积合适。 6.5釜壁厚的计算

聚合釜采用0Cr19Ni10与16MnR不锈钢复合钢板制造。可以16MnR钢来进行强度计算。

设计压力？1.1；设计温度？180 聚合釜计算厚度为：

δ= PcDi/（2φ［σ］t－Pc） =1.1×2600/（2×0.85×180－1.1）=9.38mm δn =δ+C+△

其中C = C1+C2 C1为钢板负偏差，取0.8mm,C2为腐蚀裕度，取1mm, 则壁厚附加量C=1.8mm

δn=9.38+1.8+△=12.5mm δe =δn－C=12.5－1.8=10.7mm D0/δe=（Di +2δn）/δe

其中D0为聚合釜外径，Di为聚合釜内径。则

D0/δe=（2600+12.5×2）/10.7=245.33

计算长度 L=H+h2+1/3h1 ， 其中H为筒体高度，h2为封头直边高度，h1为封头曲边高度。则

L=3293+50+1/3×650=3559.67mm=3560mm L/D0=3560/2600=2.27

查《外压或轴向受压圆筒几何参数计算图》，得到系数A=0.00018 然后查图《外压圆筒和球壳厚度计算图（16MnR钢）》,A点位于曲线左边，用公式［P］=2AEt/3(D0/δe)

在操作温度下，钢板Et=1.86×105 MPa ［P］=2×0.00018×186×109/（3×245.33）=0.1 MPa〈0.7 MPa 所以10 mm厚钢板不适合。

当δn =26mm时，D0/δe =（2600+12.5×2）/26.2=100.19 查《外压或轴向受压圆筒几何参数计算图》，得到系数A=0.0005，然后查图《外压圆筒和球壳厚度计算图（16MnR钢）》B=68MPa 则计算许用外压力［P］

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［P］=B/（D0/δe）=68/100.19=0.68MPa

设计外压P=0.7MPa ，小于［P］且比较相近。则所选取的δn=26 mm符合要求。 即筒体厚度δn=26mm

封头厚度取与筒体相同的厚度26mm 6.6夹套厚度的计算

夹套选用15MnVR钢板制造。

夹套计算厚度为：δ= Pc Di/（2φ［σ］t－Pc）

式中：Pc为计算压力；取0.75MPa；Di为夹套内径；2800mm；φ为焊缝系数，取0.85（双面对接焊，局部无损探伤）；［σ］t为材料许用应力，查表得180MPa 则δ=0.75×2800/（2×0.85×180－0.75）=6.88mm

钢板名义厚度δn=δ+C+△ 其中C = C1+C2 ，C1为钢板负偏差，取0.6mm,C2腐蚀裕度取2mm,则壁厚附加量C等于2.6mm

那么，δn=6.88+2.6+△=9.68mm =10mm

夹套封头厚度取与夹套筒体相同的厚度10mm 6.7水压试验应力校核 筒体水压试验应力校核

水压试验压力PT =1.25P=1.25×1.1=1.65MPa 水压试验时的薄膜应力为

σT =PT（Di+δe）/2δe 考虑到液柱压力，代入计算时PT 取1.70MPa σT =1.70×（2600+26.2）/2×26.2=34.40MPa 查表得16MnR的屈服极限σs=325MPa

故 0.9φσs = 0.9×0.85×325=248.63MPa ＞34.40MPa =σT 则筒体厚度满足水压试验时强度要求。 夹套水压试验应力校核 夹套水压试验压力为

PT =1.25P［σ］/［σ］T =1.25×0.75×180/180=0.94MPa 水压试验时的薄膜应力为

σT = PT（Di+δe）/2δe ，考虑到夹套液柱压力，代入计算时PT取1.00MPa 有效厚度δe=δn- C = 10 – 2.6 = 7.4mm

故 σT = 1.00×（2800+7.4）/2×7.4=189.69MPa 查表得20R的屈服极限σs=390MPa

故 0.9φσs=0.9×0.85×390=298.35MPa ＞189.69MPa =σT 所以夹套厚度满足水压试验时强度要求。 水压试验的顺序是先做聚合釜水压试验，试验合格后再焊上夹套。然后做夹套水压试验。夹套水压试验压力时，聚合釜内至少要保持0.3MPa的压力。

釜有关数据

查表直径为2600mm，厚度为26mm的筒体一米高的质量为1684㎏，聚合釜封头质量为1548.6 ㎏。

直径为2800mm，厚度为10mm的夹套筒体一米高的质量为644㎏，夹套封头质量为678.0 ㎏。

则聚合釜质量m1=1684×3.29＋1548.6×2=8637.56㎏

夹套质量m2=644×2.8＋678.0=2481.2㎏

聚合釜总质量m = 8637.56＋2481.2 = 11118.76㎏

表6-1 聚合釜有关数据表

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项 目 釜 体 夹 套

直 径 （mm） 2600 2800

高 度 （mm） 3290 2770

厚 度 （mm） 26 10

封头直径（mm） 2600 2800

材 质 （mm） 复合钢板 15MnVR

质 量 （㎏） 8637.56 2481.2

支座的选型

有上面的计算可以知道，聚合釜装满物料的时候总重为：

m=11118.76+15827.39=26949.15㎏

所以支座的型号可以选B型悬挂式支座：支座B10 JB1165-81.每个支座重32.4㎏ 7搅拌器的设计 7.1设计任务

确定搅拌器的型式、几何尺寸、转速、轴功率以及电动机、减速机的选型。 7.2设计依据 7.3 搅拌器型式及转速 7.4 搅拌器轴功率

取D/T=0.5 ，其中 D—搅拌器直径 T—釜的直径， 则D=0.5×2600=1300mm 液体的平均密度

1?1=(x?+

x2

?+

x3?+……), (X1+X2+X3+……=1)

代入数据得：??1.21g/cm3 搅拌器的材料，用不锈耐酸钢 有雷诺数Re=

D2N???1.21?1000=1.3?1.3?1.42=1.5×104 0.2查表得：Np=1.8

有轴功率公式：P= NpρN3D5 式中：P—轴功率，kw；

N—搅拌器转速，r/min； D—叶轮直径，m； ρ—流体密度，g/cm3。

则P=1.8×1.21×103×（1.42）3×（1.3）5=23.1kw 7.5釜的传动装置

聚合釜的搅拌器由传动装置来带动，传动装置通常设置在釜顶封头的上部。聚合釜传动装置的设计内容一般包括：电机、减速机的选型等。 7.5.1常见电机及其连接尺寸

电机功率必须满足搅拌器运转功率与传动系统、轴封系统功率损失的要求，还要考虑到有时在搅拌操作中会出现不利条件造成功率过大。

电机功率可按下式计算：Pd=（P+ P?） /n=(23.1+23.1×5%)/0.95=25.5kw

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