夹套反应釜设计化学化工学院王信锐化工112班指导老师：陈胜洲目录一、夹套反应釜设计任务书 (4)二、夹套反应釜设计 (5)1、夹套反应釜的总体结构设计 (5)2、罐体和夹套的设计 (5)2.1、罐体和夹套的结构设计 (5)2.2、罐体几何尺寸的计算 (5)2.2.1、确定筒体内径 (5)2.2.2 定封头尺寸 (6)2.2.3 定筒体高度H1 (6)2.3夹套的几何尺寸计算 (6)2.4夹套反应釜的强度计算 (7)2.4.1强度计算的原则及依据 (7)2.4.2按内压对筒体和封头进行强度计算 (7)2.4.3按外压对筒体和封头进行强度校核 (8)2.4.4水压实验校核计算 (9)2.5夹套反应釜设计计算数据一览表 (9)2.5.1几何尺寸 (9)2.5.2强度计算（按内压计算厚度） (10)2.5.3稳定性校核（按外压校核厚度） (10)2.5.4水压实验校核 (11)3、反应釜的搅拌装置 (12)3.1、搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计 (12)3.2、搅拌轴设计 (12)3.3、轴的强度一览 (13)4、反应釜的传动装置 (13)4.1、常用电机及其连接尺寸 (13)4.2、釜用减速器类型、标准及选用 (14)4.3、V带减速机 (14)4.4、凸缘法兰 (16)4.5、安装底盘 (16)4.6、机架 (17)4.6.1、无支点机架 (17)4.6.2、单支点机架 (17)4.6.3、双支点机架 (17)5、反应釜的轴封装置 (18)5.1、填料密封 (18)5.2、机械密封 (18)6、反应釜其他附件 (19)6.1支座 (19)6.2、手孔和入孔 (20)6.3、设备接口 (21)6.3.1、接管与管法兰 (21)6.3.2、补强圈 (21)6.3.3、液体出料口 (21)6.3.4、过夹套的物料进出口 (21)6.4、试镜 (21)三、附录：夹套反应釜装配图一、夹套反应釜设计任务书条件内容修改修改标记修改内容签字日期二、夹套反应釜设计1、夹套反应釜的总体结构设计带搅拌的夹套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、一些附件组成。

搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置时为带动搅拌装置设置的，主要由电机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们的支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。

2、罐体和夹套的设计夹套反应釜是由罐体和夹套两大部分组成。

罐体和夹套的设计主要包括其结构设计，各部分几何尺寸的确定和强度的计算和校核。

罐体在规定的操纵温度和操作压力下，为物料完成其搅拌过程提供了一定的空间。

夹套传热式一种应用最普遍的外部传热方式。

它是一个套在罐体外面能形成密封空间的容器。

罐体和夹套的设计主要包括其结构设计，各部件几何尺寸的确定和强度计算与校核。

2.1、罐体和夹套的结构设计罐体一般是立式圆筒形容器，有顶盖、筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。

罐底通常是椭圆形封头，对于常压或操作压力不大而直径较大的设备，顶盖可采用薄钢板制作的平盖，并在薄钢板上加设型钢制的横梁，用以支承搅拌器及其传动装置。

顶盖与筒体的连接形式可分为可拆和不可拆两种筒体内径D1200mm ，宜采用可拆连接。

2.2、罐体几何尺寸的计算2.2.1、确定筒体内径一般由工艺条件给定容积V 、筒体内径D 1按式1估算：537.16378.34.114.34443331≅≅⨯⨯≅≅m i V D π式1式中V ——工艺条件给定容积，m 3; i ——长径比，11D H i ==1.1（按物料的类型选取，见表1）112.2.2、确定封头尺寸椭圆封头选标准件，它的内径与筒体内径相同D 1=2000mm ，直边高度h 2=40mm,得，曲边高度h 1=450mm ，F 封=2.5568m 2， V 封=0.4860m 3。

2.2.3、确定筒体高度H 1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H 1按下式计算，并进行圆整。

m V V V H m 989.1767.1/)4860.04(/11=-=-=）（封 式2式中V 封——封头容积（见附表2），m 3； V 1m ——1米高筒体容积（见附表1），m 3/m 。

当筒体高度确定后，应按圆整后的筒体高度修正实际容积，则圆整后的釜体高度H=2000mm 。

311m 464.44860.02000767.1V H V V m =+⨯=+⨯=封 式3式中V 封——封头容积（见附表2），m 3； V 1m ——1米高筒体容积（见附表1），m 3/m 。

H 1——圆整后的筒体高度,m 。

2.3夹套的几何尺寸计算夹套和筒体的连接常焊接成封闭结构。

夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。

夹套的内径D 2可根据筒体内径D 1选取D 2=D 1+100=1600mm夹套下封头型式同罐体封头，其直径D 2与夹套筒体相同。

夹套高H 2由传热面积决定，不能低于料液高。

装料系数η没有给定，则应合理选用装料系数η的值，尽量提高设备利用率。

通常取η=0.6～0.85。

如物料在反应过程中要起泡或呈沸腾状态，η应取低值，η=0.6～0.7；如物料反应平稳或物料粘度较大时，η应取大值，η=0.8～0.85所以η取0.8。

夹套高H 2按下式估算。

m V V V H m 4.1m 392.1767.1/)4860.0473.0(/(12==-⨯=-=）封η 式4式中V 封——封头容积（见附表2），m 3； V 1m ——1米高筒体容积（见附表1），m 3/m 。

夹套所包围的罐体的表面积（筒体表面积F 筒+封头表面积F 封）一定要大于工艺要求的传热面积F ，即1508.9=≥+F F F 筒封 式5 式中F 筒——筒体表面积，F 筒=H 2×F 1m =1.4×4.71=6.594㎡F 封——封头表面积（见附表2），F 封=2.5568㎡ F 1m ——1m 高内表面积（见附表1），㎡/m ，F=F 封+F 筒=6.594 +2.5568=9.1508>9 满足要求。

当筒体与上封头用法兰连接时，常采用甲型平焊法兰连接，这是压力容器法兰中的一种，甲型平焊法兰密封面结构常用平密封面和凹凸密封面两种。

2.4夹套反应釜的强度计算2.4.1强度计算的原则及依据强度计算应考虑以下几种情况。

（1）圆筒内为常压外带夹套时：当圆筒的公称直径DN ≥600mm 时，被夹套包围部分的筒体按外压（夹套压力）圆筒设计，其余部分按常压设计；（2）圆筒内为真空外带夹套：当圆筒的公称直径DN ≥600mm 时，被夹套包围部分的筒体按外压（夹套压力+0.1MPa ）圆筒设计，其余部分按真空设计；当圆筒的公称直径DN ≤600mm 时，全部筒体按外压（夹套压力+0.1MPa ）圆筒设计； （3）圆筒内为正压外带夹套时：当圆筒的公称直径DN ≥600mm 时，被夹套包围部分的筒体分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值；其余部分按内压圆筒设计。

当圆筒的公称直径DN ≤600mm 时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。

2.4.2按内压对筒体和封头进行强度计算液柱静压力p 1H =10-6ρgh =0.014MPa计算压力p 1c = p 1+ p 1H =0.214MPa 计算压力p 2c = p 2=0.3MPa 罐体筒体计算厚度mm p D p c tc 673.1214.085.011321500214.0][21111=-⨯⨯⨯=-=φσδ 夹套筒体计算厚mm p D p ctc 50.23.085.0113216003.0][22222=-⨯⨯⨯=-=φσδ 罐体封头设计厚mm p D p c t c 673.1214.05.085.011321500214.05.0][2111'1=⨯-⨯⨯⨯=-=φσδ夹套封头计算厚度mm p D p c tc 500.23.05.085.0113216003.025.0][222/2=⨯-⨯⨯⨯=-=φσδ 罐体筒体设计厚度δ1c =δ1+C=5mm 夹套筒体设计厚度δ2c =δ2+C=5mm罐体封头设计厚度δ/1c =δ/1+C=5mm 夹套封头设计厚度δ/2c =δ/2+C=5mm2.4.3按外压对筒体和封头进行强度校核 罐体筒体有效厚度δ1e =δ1n -C=10-2.8=7.2mm 罐体筒体外径D 1O =D 1+2δ1n =1520mm 筒体计算长度L=H 2+1/3h 1+h 2=1550mm 系数L/D 1O =1550/1520=1.019 系数D 1O /δ1e =1520/7.2=211.11 系数A=0.00048 系数Ｂ＝68 许用外压力MPa D Bp eO 322.0/][11==δ罐体封头有效厚度δ/1e =δ/1n -C=10-2.8=7.2mm罐体封头外径D /1O =D /1+2δ/1n =1620mm标准椭圆封头当量球壳外半径R /1O =0.9D /1O =1458mm 系数0006.0)/(125.01/1/==e O R A δ 系数B=83 许用外压力MPa R B p e O 369.02.7/1458118/][1//===δ2.4.4水压实验校核计算罐体实验压力MPa p p tT 25.0][][25.111==σσ 夹套水压实验压力MPa p p tT 375.0][][25.122==σσ 罐体圆筒应力MPa D p ee T T 17.262)(11111=+=δδσ夹套内压实验应力MPa D p e e T T 65.362.72)2.71600(250.02)(22222=⨯+=+=δδσ 2.5夹套反应釜设计计算数据一览表2.5.1几何尺寸表32.5.2强度计算（按内压计算厚度）2.5.3稳定性校核（按外压校核厚度）表52.5.4水压实验校核3、反应釜的搅拌装置搅拌装置由搅拌器、轴及其支承组成。

搅拌器的型式主要有：浆式、推进式、框式、涡轮式、螺杆式和螺带式等。

3.1、搅拌器的安装方式及其与轴连接的结构设计推进式搅拌器类似风扇扇叶结构。

它与轴的连接是通过轴套用平键或拧紧螺钉固定，轴端加固定螺母。

为防螺纹腐蚀可加轴头保护帽。

推进式搅拌器直径Dj 常取罐体内径的1/5~1/2，以Dj=0.33D1最为常见。

常用于n=100~500r/min 的场合。

3.2、搅拌轴设计搅拌轴的机械设计内容同一般传动轴。

主要是结构设计和强度校核，对于转速n>200r/min 的，还要进行临界转速的校核。