搅拌反应釜的釜体设计及夹套设计.docx

2.1概述
夹套式反应釜的釜体是由封头、筒体和夹套三部分组成。封头有椭圆形封头和锥形封头等形式。上、下封头与筒体常为焊接。
2.2釜体材料的选择
根据工艺参数及操作条件（见附录2）确定封头、筒体及夹套的材料。此设计的釜体材料选用0Cr18Ni9与夹套材料选用Q235-B，热轧钢板，其性能与用途见表2-1。
表2-1Q235-B性能与用途
材料性能用途举例Q235—B温度20℃左右情况下用，抗拉强度：370-500MPa伸长率：26%（厚度40mm以下）冲击功：≥27J（试验温度20°）广泛应用于常、低压压力容器的筒体、加强板、支座等方面的材料选用0Cr18Ni9冷、热加工性能好，无磁性和好的低温性能。具有足够的耐晶间腐蚀能力广泛应用于化工设备，工业设备，常、低压压力容器的筒体等方面的材料选用由工艺参数及操作条件和表2-1可知，0Cr18Ni9和Q235—B材料能够满足任务书中的设计温度、设计压力。在操作条件下，Q235—B能使设备安全运转，并且不会因腐蚀而对介质产生污染，而且相对与其他钢号价格便宜，所以本设计釜体材料选用0Cr18Ni9与夹套材料采用Q235-B，热轧钢板。
2.3封头的选择
搅拌反应釜顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头，本设计采用椭圆形标准封头，直边高度，其内径取与筒体内径相同的尺寸。
椭圆形封头是由半个椭圆球体和一个圆柱体组成，由于椭圆部分径线曲率平滑连续，封头中的应力分布不均匀。对于得标准形封头，封头与直边的连接处的不连续应力较小，可不予考虑。椭圆形封头的结构特性比较好。
2.4釜体几何尺寸的确定
釜体的几何尺寸是指筒体的内径和高度。釜体的几何尺寸首先要满足化工工艺的要求。对于带搅拌器的反应釜来说，容积为主要决定参数。
确定筒体的内径
由于搅拌功率与搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器直径往往需随釜体直径的增加而增大。因此，在同样的容积下筒体的直径太大是不适宜的。对于发酵类物料的反应釜，为使通入的空气能与发酵液充分接触，需要有一定的液位高度，筒体的高度不宜太矮。因此，要选择适宜的长泾比（）。
根据釜体长径比对搅拌功率、传热的影响以及物料特性对筒体长径比的要求，又由实践经验，针对一般反应釜，液—液相物料，取值在1.7-2.3之间，并且考虑还要在封头上端布置机座和传动装置，因此，取=2.3。
由<<搅拌设备设计>>可知：
=（2-1）
有：操作容积=全容积
式中：——操作容积，；——筒体高度，；——筒体内径；——装料系数，取值为0.8。
则：=

将值圆整到标准直径，取筒体内径=1600。
确定筒体的高度
由《搅拌设备设计》可知：
（2-2）
式中：——下封头所包含的容积，在《材料与零部件》中查得，=0.617。

把的值圆整到=3700，则：

2.5夹套的结构和尺寸设计
常用的夹套结构形式有以下几种：（1）仅圆筒部分有夹套，用于需加热面积不大的场合；（2）圆筒一部分和下封头包有夹套，是最常用的典型结构；（3）在圆筒部分的夹套中间设置支撑或加强环，以提高内筒的稳定性，在夹套中介质压力较大时，由于这种结构减小了内筒的计算长度，从而减小了筒体的壁厚；（4）为全包式夹套，与前三种相比，传热面积最大。本设计中夹套的结构选择第一种最最常用的典型结构。
夹套上设有介质进出口。当夹套中用蒸汽作为载热体时，蒸汽一般从上端进入夹套，冷凝液从夹套底部排出，如用液体作为冷却液时则相反，采取下端进，上顿出，以使夹套中经常充满液体，充分利用传热面，加强传热效果。
确定夹套与封头的内径
夹套的内径一般按公称尺寸系列选取，以利于按标准选择夹套封头，具体可根据筒体直径按表2-2中推荐的数值选用。
表2-2夹套内径与筒体内径的关系
500—600700—8002000—3000+50+100+200由此关系可取：=+200==。
确定夹套筒体高度
由于：=+（2-3）
则：=（2-4）
已知：传热面积=，封头的内表面积=
则：=
=
=
圆整后取：=。
2.6釜体和夹套的壁厚的确定
釜体和夹套的强度和稳定性设计可按内、外压容器的设计方法进行。
本设计中，釜体的筒体与其下封头按承受内压和外压分别进行计算，釜体内压设计压力为，釜体外压设计压力为。夹套的筒体以及釜体的上封头按内压容器设计，其设计压力为。
釜体的筒体壁厚计算
(1)首先对筒体按照承受的内压进行计算
由于：（2-5）
式中：
为内压筒体设计厚度；为设计压力，=；为筒体内径，；为Q235—B热轧钢板，在设计温度下的许用应力，=；为焊缝系数，采用双面焊缝，局部无损探伤，=；为腐蚀裕度，取值为。
将上述各值代入（2-5）中得：

圆整后，取名义厚度=。
（2）按照承受的外压进行计算
=1\*GB3①设筒体的有效厚度=
则：=
然后确定，的值
由于=，=
因本结构没有下封头，
所以：