反应釜设计（毕业论文doc） .doc

摘 要本次设计的搅拌设备是PP聚合釜，聚合釜的结构采用夹套式。内筒介质为PP、设计压力为1.5MPa；夹套内介质为导热油、设计压力为0.3MPa；主体材质为16MnR；搅拌速度为130r/min。操作时夹套内的油冷却内筒的物料。设计方法采用压力容器的常规设计方法，遵循化工设备要求，按照GB150-98钢制压力容器等技术法规执行，设计内容主要包括设计方案的选择；釜体（内筒和夹套）强度、结构的设计、校核和水压试验；搅拌装置设计与校核；传热装置设计、传动装置设计以及反应釜其他零部件设计等。聚合釜作为反应容器的一种，其应用前景广泛，尤其是在石油与化工行业中更是得到了广泛的应用。本次设计的聚合釜混合性能好、能耗低、结构简单、紧凑，占用空间及作业面积较小、操作维修方便、易于使物料形成轴向流型并在彼此之间相互分散，能增大不同物相间的接触面积，大大加快传热和传质过程，能保证石油化工行业连续不间断的生产要求。关键词：反应釜；聚合釜；搅拌设备；传热装置；AbstractThe design involves the mixing equipment is naphthalene polymerization reactor, polymerization reactor structure with jacket. Naphthalene medium within the tube, the design pressure of 1.5MPa; folder comprising a medium for the oil, the design pressure is 0.3MPa; the main material for the 16MnR; stirring speed 130r/min. Operation, the oil cooling kit folder within the tube material. Pressure vessel design using conventional design methods, follow the "chemical device" requirement, according to GB150-98 "steel pressure vessel" and the implementation of technical regulations, design mainly includes design of the program of choice; kettle body (inner tube and jacket) strength, structural design, check and pressure test; agitator design and verification; heat transfer equipment design, transmission design, and reactor design of other components.Polymerization reactor as a reaction vessel, its wide usage, especially in the oil and chemical industry is widely applied. The design of the polymerization reactor well mixed performance, low energy consumption, simple structure, compact, space and operating smaller, easy maintenance, easy to form axial flow of materials and with each other dispersed in, can increase the The contact area between phases of different materials, greatly speeding up the process of heat and mass transfer, to ensure uninterrupted oil-chemical industry production requirements. Key words：Reactor; polymerization reactor; mixing equipment; heat transfer devices;目 录第1章 绪论3第2章 设计方案的选择及设计参数的确定72.1 搅拌反应釜类型的选择72.2 设计参数的确定82.2.1 设计压力的确定82.2.2 设计温度的确定92.2.3 釜体材料的选择9第3章 反应釜的结构设计113.1 釜体的选型及尺寸确定113.1.1 釜体材料及结构型式的选择113.1.2 釜体直径及高度计算113.1.3 釜体厚度计算133.2 封头的选型及尺寸确定143.2.1 封头材料及结构型式的选择143.2.2 封头的厚度计算16第4章 反应釜的传热装置174.1 传热装置的类型及选择174.2 传热装置的尺寸计算184.2.1 夹套直径及高度的选择184.2.2 夹套筒体厚度的计算184.2.3 夹套封头厚度的计算19第5章 反应釜的传动装置205.1 传动方式205.1.1 电机的选用205.1.2 减速机的选用215.2 传动方式的机座21第6章 反应釜的搅拌装置236.1 搅拌器的类型及选择236.2 搅拌功率的计算246.3 搅拌轴的校核256.3.1 搅拌轴材料的选择256.3.2 搅拌轴的强度校核266.3.3 搅拌轴的刚度校核26第7章 反应釜的密封与其他附件287.1 反应釜的密封装置287.2 设备的支座307.3 联轴器的选用307.4 法兰的选用及校核317.5 容器的开孔与补强337.5.1 开孔补强的设计与补强结构347.5.2 开孔补强的计算37参考文献41致 谢42第1章 绪论在生产实践中，许多化工生产过程都需要反应设备，广泛应用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应和制备催化剂等生产过程。反应设备有反应釜，反应器，分解塔，聚合釜，合成塔，高压塔，变换炉，煤气发生炉等。同时本次设计的聚合釜也是搅拌反应器的一种，搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之间互相分散，从而达到均匀混合，也可以加速传热和传质过程，聚合釜是常见的一种搅拌反应设备。搅拌反应设备的作用一般有如下几点：1.使物料混合均匀；2.使气体在液体中很好地分散；3.使固体颗粒（如催化剂）在液相中均匀地悬浮；4.使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；5.加强相间传质（入吸收等）；6.强化传热（维持反应或反应产生的热量）。搅拌反应设备在工业生产中应用范围很广，尤其是石油化工中，很多的石油化工生产中都应用搅拌操作，石油化工工艺过程中的很多化学变化是以参加反应物的充分混合为前提的，对于加热、冷却、液体的萃取以及气体的吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到良好的效果，减半反应设备在许多场合时作为反应器来应用的。在化工生产中，制造乙烯、丙乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺染料等工艺过程，都采用各种型式的搅拌反应设备。其他如染料、医药、农药、油漆等行业，搅拌反应设备的应用亦很广泛。主要用于物料的混合、溶解、传热、制备悬浮液、制备催化剂等。搅拌反应器的结构常由搅拌器，罐体，夹套，搅拌轴，压出管，支座，人孔，轴封，传动装置等组成。其结构示意图如下：1-搅拌器2-罐体 3-夹套4-搅拌轴 5-压出管6-支座 7-人孔 8-轴封 9-传动装置 图1结构示意图搅拌设备设计的基本要求有：1. 安全可靠要求生产过程苛刻的操作条件决定了设备必须可靠运行。为了保证其安全运行，防止事故发生，化工设备应具有足够的能力来承受使用寿命内可能遇到的各种外来载荷。要求所使用的设备具有足够的强度、韧性和刚度，以及良好的密封性和耐腐蚀性。化工设备是由不同的材料制造而成的，气安全性与材料本身的强度密切相关。在相同的设计条件下，提高材料强度无疑可以保证设备具有较高的安全性。但满足强度要求并非是选用材料的强度等级越高越好，而是要选择合适的材料。无原则地选用高强度材料，结果只会导致材料和制造成本提高以及设备抗脆断性能力降低。另外，除了保证所有零部件选用的材料具有足够的强度外，还要考虑设备各零部件的连接结构形式。因为化工设备多数是以焊接方式进行连接的，其应力集中现象比较严重，存在缺陷的可能性也比较大没事设备比较薄弱的环节。所以，化工设备的设计和制造必须足够重视。由于材料、焊接和使用等房名的原因，化工设备不可避免地会产生各种各样的缺陷，如果在选材时充分考虑材料的破坏前吸收变性能量的能力水平（既材料的韧性），并注意材料强度和韧性的合理搭配，最大限度地降低化工设备对缺陷的敏感程度，对于保证设备的安全运行也是一个非常有效的措施。刚度是保证化工设备安全运行的另一个重要方面。因为，有时设备的失效不是因为强度不够，二十由于设备在不发生破坏的情况下突然丧失其原有形状，致使设备失去应有的功能。因此，失稳是化工设备常见的一种失效形式。对这一类设备的设计应该确保具有足够抵抗过度变形的能力，即抗失稳能力。密封性是化工设备在正常操作条件下阻止介质泄漏的能力。根据化工生产对安全所提出的要求，如果化工设备不具备良好的密封性能，那么，易燃、易爆、有毒介质就有可能在其内部的腔体间发生泄漏或直接泄漏到周围环境，这不仅使生产及设备受到损失，污染环境，而且可能对操作人员的安全构成威胁，甚至可能引起爆炸等事故。因此，良好的密封性是化工设备安全操作的必要条件。耐蚀性也是保证化工设备安全运行的一个基本要求。特别是处理化工生产中的介质，由于他们具有不同程度的腐蚀性，一方面，可能使设备的厚度渐薄，使用寿命缩短；另一方面，还会在应力集中及两种材料或构件焊接处等区域造成更为严重的腐蚀，结果引起泄漏或爆炸。为此，选择合理的耐蚀材料或采用相应的防腐措施，将会大大提高化工设备的使用寿命和安全可靠性。2. 工艺条件要求化工设备是为工艺过程服务的，其功能要求是为满足一定的生产需要提出来的。如果功能要求不能得到满足，会影响整个过程的生产效率，3. 经济合理要求在保证化工设备安全运行和满足工艺条件的前提下，要尽量做到经济合理。因为经济性是否合理是衡量化工设备优劣的一个重要指标。首先，从设计和使用方面来讲，除了实现生产操作外，要尽量使化工设备的生产效率提高，消耗最低。在相同工艺条件下，未来获得较好的效果，设备可以使用不同的结构内件，并充分利用材料性能，使用简单和易于保证质量的制造方法，减少加工量，降低制造成本。除此之外，对于一些大型化工设备，还要考虑运输、安装等方面的难易程度，最大限度地降低有关费用。4. 便于操作和维护化工设备出来要满足工艺条件和考虑经济性能外，使设备操作简单、便于维护和控制也是一个非常重要的方面。5. 环境保护要求随着工艺条件要求的提高和人们环保意识的增强，对于化工设备失效的概念有了新的认识，除通常所讲的破裂、过度塑性变形、失稳和泄漏等功能性失效外，现在提出“环境失效”，有害物质泄漏到环境中、生产过程残留无法清除的有害物质以及噪声等。化工设备在设计时应考虑这些因素的影响，必要时，应在结构上增设有泄漏检测功能的装置，以满足环境保护的要求。在搅拌反应器中，为增快反应速率、强化传热效果以及加强混合作用，常装有搅拌装置。搅拌装置由搅拌器及搅拌轴组成。搅拌器又称搅拌桨或叶轮，它的功能是提供过程所需要的适宜的流动状态，以达到搅拌过程的目的。 第2章 设计方案的选择及设计参数的确定2.1 搅拌反应釜类型的选择搅拌反应釜是化工生产中常用的典型设备，一台搅拌反应设备大致由釜体、换热元件、搅拌装置、传动装置以及密封装置等组成。搅拌容器的作用是为物料反应提供合适的空间。搅拌容器筒体基本上是圆筒形，封头常采用椭圆形封头、锥形封头和平盖，其中以椭圆形封头应用最广。根据工艺要求容器上装有各种接管，以满足进料、出料、排气等要求。为了加热或取走反应热量，长设置外夹套或内盘管，上封头上焊有凸缘法兰，用于搅拌容器与机架的连接，为了在操作过程中队反应物进行控制，必须测量反应物的温度、压力、成份以及其它参数，容器上还设有温度、压力等传感器。搅拌反应设备可以从不同角度进行分类，其中按搅拌装置的安装型式可分为以下几类：1.立式容器中心搅拌立式容器中心搅拌设备，是将搅拌装置安装在立式设备筒体的中心线上，驱动方式一般为皮带传动或齿轮传动，用普通电机直联或与减速器直联，功率为0.1kw,在实际应用中0.222kw比较常见。由于设备的大型化，超过400kw，的大型设备也出现了，一般认为功率3.7kw以下为小型，5.522kw为中型；转速低于100r/min为低速，100400r/min为中速，大于400r/min为高速。中、小型立式容器搅拌反应设备，转速为300360r/min，电机功率大约为0.415kw的范围，用皮带或齿轮一级减速。桨叶的形状，根据用途可以考虑各种各样的组合方式，以三叶推进式、涡轮式为主体。2.偏心式搅拌偏心式搅拌设备，这种设备中搅拌装置在立式容器上偏心安装，能防止液体在搅拌器附近产生“圆柱状回转区”，可以产生与加档板时相近似的效果。搅拌中心偏离容器中心，会使液流在各点处压力不同，因而使液层间相对运动加强，增加了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显提高。但偏心搅拌容易引起震动，一般用于小型设备。3.倾斜式搅拌倾斜式搅拌设备，为了防止涡流的产生，对于简单的圆筒形或方形敞开的立式设备可将搅拌器用夹板或卡盘安装在设备筒体上缘。搅拌轴倾斜插入筒体内，此种设备的搅拌器小型、轻便、结构简单、操作方便、应用广泛。一般采用功率为0.12.2kw转速为36300r/min，常用于药品的稀释、溶解、分散、调和及PH值的调整等。4.底搅拌搅拌装置在设备的底部安装，称为底搅拌设备。优点是搅拌轴短、细，无中间轴承，可用机械密封，易维护、检修，寿命长，底搅拌臂上搅拌的轴短儿细，轴的稳定性好，既节省材料又节省加工费用，而且降低了安全要求。所需的搅拌空间比上搅拌小，避免了常轴吊装工作，有利于厂房的合理排列和充分利用，由于把笨重的减速装置和动力装置安放在地面基础上，从而改善了封头的受力状态，同时也便于这些装置的维护和检修。底搅拌装置安装在下封头处，有利于上封头接管的排列和安装，特别是上封头带夹套，冷却气相介质时更为有利。底搅拌有利于底部出料，可使出料口处得到充分的搅动，使输料管路畅通。5.卧式容器搅拌搅拌器安装在卧式容器的上面，可降低设备的安装高度，提高搅拌反应设备的抗震性，改进悬浮液的状态等，可用于搅拌气液非均相物系物料。例如充分搅拌就是在利用卧式容器搅拌设备。搅拌器可以立装在卧式容器上，也可以倾斜装在容器上。6.旁入式搅拌旁入式搅拌反应设备室将搅拌装置安装在设备筒体的侧壁上，在小型设备中，可以抽取设备内的物料，卸下搅拌装置更换轴承部分，所以搅拌装置的结构要尽量简单。这种搅拌装置一般用于防止原油储罐泥浆的堆积，用于重油、汽油等石油制品的均匀搅拌，用于各种液体的混合和防止沉降等。特别是在大型贮槽中，投入少量的功率可以得到适当的搅拌效果，因而被广泛采用。本次设计为PP聚合釜，鉴于以上各种类型搅拌设备的优缺点，考虑到设备的安全性、合理性和经济性，并遵循搅拌设备设计要求，本次设计选用立式搅拌设备。2.2 设计参数的确定2.2.1 设计压力的确定设计压力是指设定的容器顶端部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。实际计算时可以按压力容器安全技术监察规程等有关规定来确定相应的设计压力。本次设计为PP聚合釜，釜内和夹套的工作压力分别为1.5Mpa和0.3Mpa，容器上并未装设安全阀和爆破片等安全泄放装置，但是为了使设备能安全地进行工作，本次釜内和夹套的设计压力都取1.1倍的工作压力，分别为1.65Mpa和0.33Mpa。2.2.2 设计温度的确定设计温度是指容器在正常工作情况下，在相应设计压力下，设定的受压元件金属温度。对于0以上的金属温度，设计文帝不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度；对于0以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。设计温度与设计压力存在对应关系。当压力容器具有不同的操作工况时，应按最苛刻的压力与温度的组合设定容器的设计条件，而不能按其在不同工况各自的最苛刻条件确定设计温度和设计压力。本次设计严格遵循GB150规定，并且考虑到设计压力，设计温度取工作温度，釜内的设计温度为95，夹套的设计温度为133。2.2.3 釜体材料的选择压力容器常用的材料有如下几种：1) Q235-AF 容器设计压力P0.6MPa；钢板使用温度为0250；用于壳体时，钢板厚度不大于12mm；不得用于易燃介质以及毒性程度为中度、高度或极度危害介质的压力容器。2) Q235A 容器设计压力P1.0MPa；使用温度在0350。不得用于盛装液化石油气介质以及毒性程度为高度或极度危害介质。3) Q235B 容器设计压力P1.6MPa；钢板使用温度在0350；不得用于毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器。4) 16MnR 它属于强度用钢，是345MPa级的低合金钢，具有良好的机械性能、焊接性能、工艺性能极低温冲击韧性。中低温时机械性能均优于Q235-A、15、20等碳素钢，使用温度在-40475的场合，在石油化工设备、锅炉、压力容器中广泛使用。5) 0Crl8Ni9 它属于不锈耐酸钢，抗高温氧化性能好、有良好的塑性、韧性、冷加工性，在氧化性酸和大气、水、蒸汽等介质中耐酸性亦佳。此钢有较好的冷变形性能，可以进行弯曲、卷边等工序，但冷作硬化能力很强，对冷变形量大的工序，则需进行一次中间热处理，焊接性能良好，可以进行各种方法的焊接。是在化工、原子能、食品设备中应用最广泛的不锈钢和耐热钢，除制作壳体外，还可作设备衬里、容器法兰衬环、紧固件、金属密封垫等。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。第3章 反应釜的结构设计3.1 釜体的选型及尺寸确定反应釜筒体的主体部分是容器，如图（a）所示。其筒体基本是圆筒形，封头常采用椭圆形、锥形和平板形，其中以椭圆形应用最广泛。釜体结构与传热形式有关，最常见的是夹套式壁外传热结构，如图（b）所示；也有釜体内设蛇管的传热结构，如图（c）所示，必要时也可将夹套和蛇管联合使用。釜体上按工艺要求还需要安装各种接管口。 （a）筒体 （b）夹套 （c）蛇管3.1.1 釜体材料及结构型式的选择釜体结构型式的选择搅拌反应釜釜体的主要部分是容器，其筒体基本上圆柱形的。由于圆柱形筒体是最常见的一种压力容器结构形式，具有结构简单、易于制造、便于在内部装设内件等优点，被广泛应用于反应器、换热器、分离器和中小型容积储存容器。由于圆柱形筒体结构简单、易于在内部安装内件，所以本次设计选用圆柱形筒体。3.1.2 釜体直径及高度计算1.釜体直径的计算釜体的基本尺寸是内径Di和高度H，它们的尺寸首先要满足工艺设计要求。对于反应釜，设备容积式主要决定参数，根据化工设备知识，搅拌功率与搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器的直径往往需要随容器直径的增大而增加，因此在同样的容积下，反应釜的直径太大时不适宜的，但某些有待定要求的反应釜如发酵罐之类，为了使通入罐中的空气能与发酵液充分接触，需要一定的液体高度，故筒体的高度不宜太矮。 根据实践经验，集中反应釜的H/D如表3.1所示。表3.1 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11.3气液相物料12发酵罐类气液相物料1.72.5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等予以综合考虑，通常装料系数可取0.60.85；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0.60.7；若反应状态平稳，可取0.80.85（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= V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，H/D由表3-1得，并根据实际情况取H/D=1.2。V= (3-1) (3-2)可得 D=1619mm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； 将计算结果圆整为标准直径，的D=1600mm。2.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可由公式（3-3）计算。 (3-3)=式中：V釜体容积，m³（本次设计的釜体容积为4m³）； Vk下封头所包含的容积，Vk=0.617m³； V筒体每一米高的容积，V1=2.97m³； 校核：式中：H釜体的高，mm Di釜体的内径，mm经校核H/Di与本次设计所选择的H/Di相近，所以本次设计选择的H/Di的值合理。3.装料量： 式中：装料系数，本次设计取0.7 V釜体容积m3， Vk封头的容积m3。4.釜体厚度计算由于釜内承受1. 5Mpa压力，而夹套承受0.3Mpa压力，所以筒体的厚度有以下几种情况：1.只受1.5Mpa内压1) 确定壁厚由公式（3-4）计算。 （3-4） C=C+C=1.5+0.8=2.3 mm将计算结果圆整，取 式中：Pc计算压力，Mpa Di 釜体内径，mm 设计温度下的许用应力，Mpa 焊缝系数，取0.85 C1 负偏差，mm，查表3.2 C2 腐蚀欲量，mm，查表3.3 计算厚度，mm d设计厚度，mm n名义厚度，mm e有效厚度，mm表3.2钢板的厚度负偏差 / mm钢板厚度2.02.52.84.04.55.56.07.08.025263032343640负偏差C10.20.30.50.60.80.91.01.1 表3.3腐蚀欲量选取 /mm容器类别碳素钢低合金钢铬钼钢不锈钢容器类别碳素钢低合金钢铬钼钢不锈钢备注塔器及反应壳体320不可拆内件310包括双面容器壳体1.510可拆内件210换热器壳体1.510群座110热衬里容器壳体1.5102) 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，常因刚度不足，在制造和运输、吊装和安装过程中易发生变形。如此薄的钢板显然不能满足实际的需要，因此，GB150-1998规定，对壳体加工成型后具有不包括腐蚀裕量的最小厚度进行如下限制：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；对标准椭圆形封头和Ri=0.9Di，r=0.17Di的碟形封头，其有效厚度不应小于封头内径的0.15%；对于其他椭圆形封头和碟形封头，其有效厚度应不小于封头内直径的0.30% 。 将计算结果圆整，取而所以，取壁厚。3) 校核水压试验强度P=1.25P0.9显然，故水压试验强度足够。3.2 封头的选型及尺寸确定3.2.1 封头材料及结构型式的选择1.封头材料的选择封头与筒体一般采用焊接相连接，为了便于焊接封头的材料采用与筒体相同的材料，此次封头材料采用16MnR。2.封头结构型式的选择压力容器封头的种类较多，封头又称端盖，按其形状可分为三类：凸形封头、锥形封头、平板形封头。其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠形封头。1） 半球形封头半球形封头，如图所示，是由半个球壳构成的。在均匀的内压作用下，薄壁球形容器的薄膜应力为相同直径圆筒的一半，故从受力分析来看，球形挂头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，它常用在高压容器上。2）椭圆形封头椭圆形封头，如图所示，是由半个椭球面和一段直边短圆筒组成，直边的作用是避免筒体与封头间的环向连接焊缝处出现边缘应力与热应力叠加，以改善焊缝的受力情况。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。因此是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。3）碟形封头碟形封头，如图所示，是带折边的球面封头，由半径为RI球面体、半径为r的过渡环壳和短圆筒等三部分组成。碟形封头的过渡环壳的存在降低了封头的深度，方便了成型加工，且压制碟形封头的钢模加工简单，使碟形封头的应用 范围较广。 4）球冠形封头碟形封头当r=0时，即成为球冠形封头，它是部分球面与圆筒直接相连，因而结构简单、制造方便，常用于容器中两独立受压室的中间封头，也可用作端盖。由于球面与圆筒连接部分没有转角过渡，所以在连接处附近的封头和圆筒上都存在相当大的不连续应力。 考虑到封头的成型，焊接，性能等原因，综合考虑后，本次设计采用椭圆形封头。3.2.2 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1.5MPa的内压时。 C=C+C=1.5+0.8=2.3 mm将计算结果圆整，取式中：Pc计算压力，Mpa Di 釜体内径，mm 设计温度下的许用应力，Mpa 焊缝系数，取0.85 C1 负偏差，mm，查表3.2 C2 腐蚀欲量，mm，查表3.3 计算厚度，mm d设计厚度，mm n名义厚度，mm e有效厚度，mm2）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；对于高合金钢制的容器不小于2mm。将计算结果圆整，取而所以，取壁厚。3）校核水压试验强度=1.25P0.9显然，故水压试验强度足够。所以，上封头厚度。2.下封头厚度的计算 1）当只受1.5MPa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 第4章 反应釜的传热装置4.1 传热装置的类型及选择换热装置可以传递化学反应所需的热量或带走反应产生的热量，保持一定的操作温度。常用的换热结构元件有夹套和蛇管，另外还有电感应加热、直接蒸汽加热或外部换热器加热等。1.夹套结构夹套就是用焊接或法兰连接的方式在容器的外侧装设各种形状的结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。在此空间内通入载热流体，加热或冷却容器内的物料，以维持物料的温度在预定的范围。夹套的主要结构形式有整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套等。各种夹套适用的温度和压力范围表见表4.1。表4.1各种夹套适用的温度和压力范围夹套形式最高温度()最高压力（MPa）整体夹套U形3500.6圆筒形3001.6蜂窝夹套短管支撑式2002.5折边锥体式2504.0半圆管夹套3506.4型钢夹套2002.5 夹套直径一般按公称直径系列选取，这样有利与按标准选择夹套封头。2.蛇管夹套当反应釜所需传热面积较大，而夹套传热不能满足要求时，可增加蛇热。蛇管可分为螺旋式盘管和竖式蛇管。蛇管沉浸在物料中，热量损失小，传热效果好，同时还能起到导流筒的作用，但检修较麻烦，蛇管不易太长，一是因为凝液积聚会降低传热效果，二是因为要从很长的蛇管中排出蒸汽中夹带的惰性气体也是很困难的。 表4.2蛇管长与管径的最大比值蒸汽压力/MPa0.0450.1250.200.300.50管长与管径的最大比值100150200225275如果蛇管要求传热面积很大时，可做成几个并联的同心圆蛇管管组。蛇管的固定形式较多，如果蛇管中心园直径较小或圈数不多，质量不大时，可以利用蛇管进出口接管固定在顶盖上，不再另设支架固定。当蛇管中心园直径较大、比较笨重或搅拌有振动时，则需要支架以增加蛇管的刚性。 鉴于以上各种夹套的特点，本次设计采用整体U型夹套。并且按照过程设备材料的选用原则，此次设计的夹套材料选用Q235A。4.2 传热装置的尺寸计算4.2.1 夹套直径及高度的选择夹套的内直径Dj一般按表4.3工程尺寸系列选取，以利于按标准选择夹套和封头。表 4.2 夹套直径与筒体直径关系Di50060070080020003000DjDi+50Di+100Di+200本次设计由于工程实际要求取Dj=1700mm。夹套筒体高度Hj主要由传热面积确定，一般不低于料液的高度，以保证充分传热，根据装料系数，操作容积V，夹套筒体的高度Hj可由下式估算 mm所以本次设计，根据实际情况，取夹套高度Hj=1200mm。4.2.2 夹套筒体厚度的计算由于夹套只承受0.3MPa的内压，所以夹套的壁厚采用内压容器壁厚的计算方法进行计算。1. 确定壁厚Pc=1.1Pw mm mmmmmm式中：Pc计算压力，Mpa Di 釜体内径，mm 设计温度下的许用应力，Mpa 焊缝系数，取0.85 C1 负偏差，mm，查表3.2 C2 腐蚀欲量，mm，查表3.3 计算厚度，mm d设计厚度，mm n名义厚度，mm e有效厚度，mm2. 验算最小壁厚 mm而 故最小壁厚能合格。3. 校核水压试验强度 MPa MPa0.9 MPa显然，故水压试验强度足够。所以，此次设计夹套筒体厚度取 mm。4.2.3 夹套封头厚度的计算夹套封头也只承受0.3MPa的内压，所以夹套封头厚度与筒体厚度计算方法相同，夹套封头厚度也取6mm。 第5章 反应釜的传动装置5.1 传动方式搅拌反应器中的搅拌器是由传动装置来带动。传动装置一般包括电动机、减速器、联轴器以及搅拌周等，传动装置通常设置在反应器的顶盖上，一般采用立式布置。电动机经减速器至工艺要求的搅拌转速后，再通过联轴器带动搅拌轴旋转，从而带动搅拌器转动。5.1.1 电机的选用电动机功率主要根据搅拌所需的功率及传动装置的传动效率来确定。搅拌所需的功率一般由工艺要求给出，传动效率与所选减速装置的结构有关。此外还应考虑搅拌轴通过轴封装置时因摩擦而损耗的功率电动机功率为 式中：Pe电动机的功率，kwP工艺要求的搅拌功率，kw； Pm轴封摩擦损失功率，kw； 传动系统的机械效率。表5.1传动系统的机械效率类型传动方式效率圆柱齿轮传动开式传动，铸齿0.90.93圆锥齿传动开式传动，铸齿0.880.92圆弧蜗杆传动0.850.95带传动（平带和V带）0.950.96无级变速器0.920.95轴承滚动0.990.995滑动0.980.995因为带传动机在过载的时候能很好的保护设备，所以本次设计选用带传动电动机，效率取0.95。5.1.2 减速机的选用减速器的作用是传递运动和改变转动速度，以满足工艺条件要求。目前中国已颁布有摆线针齿轮星减速机、两级齿轮减速机、V带减速机和谐波减速机等多种便准反应器用立式减速机。摆线针齿轮星减速机是利用少齿差内啮合行星传动的减速装置。减速比876，转速16160r/min，功率0.630kW。其特点是传动效率高、结构紧凑、拆装方便、寿命长、承载能力高、工作平稳、质量小、体积小，对过载和冲击载荷有较强的承受能力。允许反正转，可用于防爆的场合，与电动机直接供应。两级齿轮减速机为两级同中心距并流式斜齿轮式减速传动装置。减速比为11.66，转速125250r/min，功率0.630kW。在相同减速比范围内，它具有体积小、效率高、制造成本低、结构简单、装配检修方便等特点，可以反正转，不允许承受外加轴向载荷，只允许使用在搅拌轴向力较小的场合，可达到防爆要求，与电动机直接供应。V带减速机为单级V带传动的减速装置。减速比4.532.9，转速320500r/min,功率0.65.5 kW。结构简单，过载时能产生打滑，因此，对电动机能起到保护作用，但不能保持精确的传动比。允许反正转，搅拌器和轴的重力均由本机承受，不能用于要求防爆的场合。谐波减速机为利用行星轮是柔轮的少齿差内啮合的新型机械传动装置，减速比35990，转速为416r/min,功率0.613kW。与其他啮合传动比，其有结构简单，体积小、质量小、承载能力高、运转平稳、封闭性好等特点。不许多级传动而达到转速级低的要求，可用于有防爆要求的场合。本次设计要求轴转速130r/min，综合以上各种要求和各减速机本身的条件，本次设计选用两级齿轮减速机。 5.2 传动机的机座1.机座搅拌反应的传动装置是通过机座安装在反应器顶上，