夹套反应釜课程设计

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第1章 绪论

1.1概述

搅拌反应器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一，适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶等聚合反应，此外，也大量应用于医药、化工、食品、冶金、采矿、造纸废水处理等行业。一台夹套搅拌反应釜主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。

1.2搅拌器研究状况

由于每一种搅拌器都不是万能的，都只在一特定的应用范围内才是高效的。近年来，许多国际混合设备公司竞相开发高效节能、造价低廉的搅拌器。通常在轴封、传动装置、传质传热搅拌方面有所突破，例如搅拌装置中典型的有A310、A315叶轮等。以美国莱宁（LIGHTNIN）公司开发A310搅拌器为例，其叶片由钢板按一定规律弯曲制成，不必使用铣或精密浇铸等成型工艺，三叶片可用螺栓固定或焊接在轮毂上，这样有利于大型搅拌器的制造和安装。尺寸较小时也可以铸造成型。这些搅拌器非常适合于均相混合、固液悬浮等操作。当用于固-液悬浮时，达到同样悬浮效果，A310叶轮比传统上使用的45°斜叶涡轮要节能50%。其他还有A315，适合气液搅拌的发酵体系。

1.3搅拌设备研究中的主要难点以及解决方法

各种生产过程对搅拌往往有不同要求，有的过程要求通过搅拌起到混合和搅动作用。有的要求在搅拌作用下，使固体或液体中保持悬浮状态，这就要求搅拌器具有一定的技术特性，如一定的泵型式、尺寸、转速和功率等。还需要从经济的角度，考虑搅拌器及减速装置的设备投资费用和日常动力消耗的操作费用。

对搅拌釜来说，依据物料的相态，可分为均相和非均相两类，非均相反应过程如悬浮聚合、乳液聚合，以及一些有固体催化剂的聚合体系。均相体系对搅拌的要求主要是使物料搅动，以提高传热和传质速率，并使物料混合均匀。非均相体系，除了上述的这些要求之外，还要求“分散相”在“连续相”中能保持稳定的均匀的分布。这就要求对搅拌装置进行不同的设计。

在流体粘度较低，搅拌转速较高的情况下，容易产生漩涡流况。在漩涡存在时，轴向的循环速率常低于径向的循环速率，影响搅拌效果。还有一种情况值得注意，剧烈打旋的流体常引起往复冲动的浪涛，结合漩涡作用，对搅拌轴将造成起伏的冲击力。为了

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消除漩涡，通常采用在容器内安装挡板的办法。

1.4搅拌设备在工程技术上的特点

搅拌设备的设计依赖经验和实验、放大困难，并且它是机械与过程装备专业知识的集成，属于非标设备，随着工业的发展，根据工艺过程的要求，搅拌设备的研究朝着以下几个方向发展：材料耐腐蚀化、设备大型化、 设计智能化、控制自动化、制造工艺合理化。

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第2章 罐体几何尺寸计算

搅拌设备的罐体一般是立式圆筒形容器，由顶盖、筒体和罐底组成，罐底大多为椭圆形封头，必要时也可选锥形封头。顶盖选用椭圆形封头或平盖。罐底与筒体的连接常采用焊接连接。顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种，要求可拆时，采用法兰连接。

2.1 确定筒体内径

一般有工艺条件给定容积V、筒体内径Di按照式（2-1）估算：

Di?式中 V—工艺条件给定容积，m3： i— 高径比，i?34?V?? （2-1）

??iHi（按物料的类型选取，见表2-1） Di ?—填料系数，取0.85

表2-1 常用搅拌容器的高径比

种类 反应釜、混合槽、溶解槽 反应釜、分散槽 聚合釜 搅拌发酵罐 筒体内物料类型 液-液或液-固体系 气-液体系 悬浮液、乳化液 气-液体系 高径比i 1-1.3 1-2 2.08-3.85 1.7-2.5 由表2-1可取i?Hi=1.2，根据式（2-1）得：Di?0.9 Di圆整得：Di?900mm

2.2 确定封头尺寸

椭圆封头选取标准件见图2-1，它的内径于筒体内径相同，标注椭圆封头尺寸查JB/T 4746-2002标准可知：曲边高度h1?250mm，直边高度h2=25mm，容积Vh?0.1113m3，内表面积Fh?0.9487m2。

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图 2-1 椭圆封头

2.3 确定筒体高度

反应釜容积V通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度Hi按照式（2-2）计算并进行圆整：

Hi?V?Vh （2-2） V1式中 Vh—封头容积，m3；

3Vm-1米高筒体容积，/m。 1查表得：V1?0.636m3，再根据公式（2-2）得：Hi?1.08m 圆整得：Hi=1100mm

2.4 夹套几何尺寸计算

夹套和筒体的连接长焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套内径D2可根据筒体内径D1按表2-2选取得D2=1000mm：

表 2-2 夹套内径于筒体内径关系

D2/mm Di/mm 500-600 700-1800 2000-3000 Di+50 Di+100 Di+200 夹套下封头型式同罐体封头，其直径D2与夹套筒体相同。夹套高H2由传热面积决定，不能低于液料高。

夹套高H2按式（2-3）估算：

H2=??V?VhV1 （2-3）

将值代入式（2-3）得：H2=0.89mm，圆整取H2=900mm。

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