搅拌反应釜的釜体设计及夹套设计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。

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2-1 Q235-B 性能与用途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。

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mm h 45=ο，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2=b a 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。

釜体几何尺寸的确定釜体的几何尺寸是指筒体的内径i D 和高度H 。

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V 为主要决定参数。

2.4.1 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（i D H ）。

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，i D H 取值在之间，并且考虑还要在封头上端布置机座和传动装置，因此，取i D H =。

由<<搅拌设备设计>>可知：i D =3)(41iD HV πηο （2-1）有：操作容积=全容积⨯=式中：V ——操作容积，3m ；H ——筒体高度，m ；i D ——筒体内径；1η——装料系数，取值为。

则： i D =33.28.04.64⨯⨯⨯π=m将i D 值圆整到标准直径，取筒体内径i D =1600mm 。

2.4.2确定筒体的高度由《搅拌设备设计》可知：)(44D 122i h i h V V D V V H -=-=ηππο（2-2） 式中：h V ——下封头所包含的容积，在《材料与零部件》中查得，h V = 。

）（0.6178.0.6.46.142-⨯=πH =m把1H 的值圆整到H =3700mm ，则：3.216003700==iD H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。

2.5.1 确定夹套与封头的内径夹套的内径j D 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i D 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由此关系可取：j D =i D +200=2001600+=1800mm 。

2.5.2 确定夹套筒体高度由于： 夹S =i D π1H +封S （2-3） 则： 1H =1D S S π封夹-（2-4）已知：传热面积夹S =122m ，封头的内表面积封S =298.2m 则：1H =1D S S π封夹-=160014.398.212⨯-=mm 2600圆整后取：1H =2600mm 。

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21.0a MP ，釜体外压设计压力为315.0a MP 。

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21.0a MP 。

2.6.1 釜体的筒体壁厚计算(1) 首先对筒体按照承受21.0a MP 的内压进行计算 由于： []22C PPD t tid +-=ϕσ （2-5）式中：d t 为内压筒体设计厚度；P 为设计压力，P =21.0a MP ； i D 为筒体内径，mm ；[]t σ为Q235—B 热轧钢板，在设计温度下的许用应力，[]t σ=137a MP ； ϕ为焊缝系数，采用双面焊缝，局部无损探伤，ϕ=85.0；2C 为腐蚀裕度，取值为0mm 。

将上述各值代入（2-5）中得：d t mm 24.28.021.085.01372160021.0=+-⨯⨯⨯≥圆整后，取名义厚度n t =6mm 。

（2）按照承受315.0a MP 的外压进行计算 ① 设筒体的有效厚度e t =10mm 则：οD =mm 16201021600=⨯+ 然后确定οD L，et D ο的值由于1h =450mm ，οD =1620mm 因本结构没有下封头， 所以 ： L =g H =2600所以： οD L=604.116202600= et D ο=162101620=在《化工设备机械基础》中查图可知：A=0005.0，B=50a MP 则：[]et D B p ο==308.016250=a MP <315.0a MP 由此可知：壁厚不符合要求，需增加壁厚计算。

②再设筒体的有效厚度 e t =12mm 则： οD =i D +2e t =mm 16241221600=⨯+οD L=6.116242600= et D ο=121624=3.135 查图得A=0005.0，B=3.64a MP 则： []p =et D Bο=3.1353.64=315.047.0>a MP 可知：e t =12mm 时，满足外压稳定性要求 综上所述可知，釜体的筒体名义厚度n t 取12mm 。

2.6.2 釜体的封头厚度计算（1）首先对封头按照承受21.0a MP 的内压进行计算已知：P=21.0a MP ，i D =1600mm ，85.0=ϕ，采用双面焊缝，%100无损探伤，[]t σ=137a MP ，C=321C C C ++=8.0008.0=++将上述各值代入下列计算式中，得：封t []C PPD ti+-≥5.02ϕσ（2-6）=8.021.05.085.01372160021.0+⨯-⨯⨯⨯=3.2mm考虑到封头与筒体的焊接方便，取封头与筒体相等壁厚，即取封头壁厚名义厚度n t =12mm 。

因本结构没有夹套下封头，所以不用按照外压进行计算封头厚度。

2.6.3 夹套的筒体壁厚计算夹套筒体按承受21.0a MP 的内压计算 由于： []C PPD t ti d +-=ϕσ2 （2-7）式中： P=21.0a MP ，i D =1800mm ，[]t σ=113a MP ，85.0=ϕ，C=321C C C ++=8.2mm将上述各值分别代入(2-7)式中，得：d t =8.221.085.01132180021.0+-⨯⨯⨯=77.4mm圆整后取 n t =8mm 。

2.6.5 水压试验校核（1）试验压力 根据设计规定：T P =[][]tPσσ25.1a MP或P+1.0a MP （2-8） 取两者中较大的值。

式中：T P ——试验压力，a MP ； 式中：[][]1=tσσP ——对釜体试验压力，P =26.0a MP ，对夹套试验压力，P =39.0a MP ， 则：釜体试验压力和夹套试验压力分别为26.0a MP 和39.0a MP 。

（2）内压水压试验 ①对于釜体，根据式： T σ=[]ee i T t t D P 2+（2-9） 式中：T P =26.0a MP ，i D =mm 1600，e t =C t n -=8.012-=2.11mm 则： T σ=()4.222.11160026.0+=18a MP而 5.2112359.0%90=⨯=S σa MP可见T σ<S σ%90，所以水压试验强度足够。

②对于夹套，把T P =39.0a MP ，i D =mm 1800，e t =C t n -=8.28-=2.5mm 代入（2-10）中得：T σ=()2.522.5180039.0⨯+=7.67a MP而5.2112359.0%90=⨯=S σa MP可见T σ<S σ%90，所以水压试验强度足够。

③对于釜体封头， 根据式：T σ=()24.01e i T t D K P + （2-10）式中：T P =26.0a MP ，i D =mm 1600，1K =9.0e t =C t n -=8.212-=2.9mm 则： T σ =()2.922.94.016009.026.0⨯⨯+⨯=6.16a MP而5.2112359.0%90=⨯=S σa MP可见T σ<S σ%90，所以水压试验强度足够。

综上所述，内压水压试验安全。

（3）外压水压试验 对于釜体由于 mm C t t n e 2.118.012=-=-=mm t D D e i 4.16222.11216002=⨯+=+=ο则： e t D ο=86.1442.114.1622=6.14.16222600==οD L 在《化工设备机械基础》查得 A=00049.0，B=63a MP 。

故许用应力[]P =et D B ο=86.14463=43.0a MP []P >T P =26.0a MP可知外压水压试验安全。

若[]P <T P ，则作水压试验时应在釜体内充压，以防止釜体筒体失稳。

2.6.6 计算结果的统计如下表2-3 表2-32.6.7 传热面积的校核又工艺要求夹套传热面积为122m 。

可知实际总传热面积大于工艺要求的传热面积，满足传热要求，（如果其小于工艺要求的传热面积，则应再釜体内设置其他换热装置）。

3 反应釜搅拌装置的设计概述搅拌器又称搅拌桨或叶轮，它的功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态以达到搅拌的目的。