陈祥伟-搅拌反应器的结构设计

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1、2搅拌反应器的结构设计2.1设计给定的原始参数内筒压力：0.2MPa夹套压力：0.3MPa内筒温度：<120℃夹套温度：<150℃内筒介质：104％发烟硫酸＋RQ液固相夹套介质：冷却水、蒸汽介质腐蚀：微弱夹套传热面积：8m2转速：50r/min搅拌功率：1.4kW操作容积：2.5m3设备容积：3m32.2搅拌器型式及搅拌附件的的选择2.2.1搅拌型式的选择桨式搅拌器是结构最简单的一种搅拌器，一般以扁钢加工制成，接或用螺栓固定在轮毂上，叶片数是或片。材料可以采用碳钢、合金钢、有色金属或碳钢外包橡胶、环氧树脂、酚醛玻璃布等

2、。其结构形式可分为平直叶和折叶氏两种，即根据叶片的形状特点不同可分为平桨式搅拌器和斜桨式搅拌器。平桨式搅拌器产生的是径向力，斜桨式搅拌器产生的是轴向力，桨式搅拌器适用于低黏度的液体，悬浮液及溶解液搅拌。桨式搅拌器的直径约取简体内径的倍，其中约等于。本设计选择平直式桨式搅拌器就能满足要求。2.2.2搅拌附件的选择挡板一般是指长条形的竖向固定在罐底上的板，主要是在湍流状态时，为了消除罐中央的“圆柱状回转区”而增设的。选择块竖式挡板，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。2.3罐体设计2.3.1筒体及封头形式选择圆柱形筒体，采用标

3、准椭圆形封头2.3.2搅拌罐内筒直径及高度的确定2.3.2.1搅拌罐内筒直径的确定发酵罐类设备长径比取值范围是，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取。根据设计给定的数据可知，罐体全容积，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）。初算筒体直径：即15圆整到公称直径系列，取。封头取与内筒体相同内径，封头直边高度。2.3.2.2搅拌罐筒高的确定当时，查《化工容器及设备简明设计手册》表13-6得封头的容积，取核算与，该值处于之间，故合理。该值接近，故也是合理的。2.3.3夹套设计2.3.3.1夹套结构型式和与筒

4、体连接形式的选择夹套是搅拌反应器常用的传热构件，是套在反应器筒外面能形成密封空间的容器。夹套材料一般为碳钢，与筒体间的连接大多为不可拆连接。夹套的一般结构是—个薄壁圆柱形壳体，在下端焊上—个底封头，套在搅拌罐内筒和内封头的外部。在本设计当中，采用了整体夹套（U形）这种常用的结构型式，其结构如图2.2所示。图2.1夹套结构夹套与内筒的连接方式有两种，一种是可拆性连接，另一种是不可拆连接。本设计选择前者，因为其可用于需要检修内筒外表面以及夹套需定期更换。如图2.2所示为可拆性连接结构。图2.2可拆式夹套结构2.3.3.2夹

5、套直径的确定表1夹套直径与内通体直径的关系内筒径夹套由表1，取夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径2.3.4校核传热面积工艺要求传热面积为，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积高筒体表面积为总传热面积为故满足工艺要求。设夹套高度Hj等于料液高度（一般不低于料液高度），则：圆整后取Hj=2000mm。2.4内筒体及夹套的壁厚计算2.4.1选择材料，确定设计压力按照《钢制压力容器》（）规定，查表4-1（续），决定选用高合金钢板（），该板材在以下的许用应力由《过程设备设计》（第二版）附表（续）查取，

6、，常温屈服极限。根据给定的设计参数，内筒压力：0.2MPa，夹套压力：0.3MPa。2.4.2夹套筒体和夹套封头厚度计算根据《钢制压力容器》()附录，夹套材料选用热轧钢板，其，钢板使用温度为。夹套筒体计算壁厚：夹套采用双面焊，局部探伤检查，查《过程设备设计》（第二版）表4-3得则查《过程设备设计》（第二版）表4-2取钢板厚度负偏差，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量，对于碳钢腐蚀裕量不小于1，取，故内筒体厚度附加量，夹套厚度附加量。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度。夹套封头计算壁厚为取厚度附加量，确定取夹套

7、封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。2.4.3内筒体壁厚计算(1)按承受内压计算焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：（2）按承受外压计算设内筒体名义厚度，则，内筒体外径。内筒体计算长度。则，，由《过程设备设计》第二版图4-6查得，图4-9查得，此时许用外压为：满足强度要求，故取内筒体壁厚可以满足强度要求。2.4.4稳定性校核考虑到加工制造方便，取封头与夹套筒体等厚，即取封头名义厚度。按内压计算肯定是满足强度要求的，下面仅按封头受外压情况进行校核。封头有效厚度。，由《过程设备设计》（第二版）表4-5，利用插值法求得标准椭圆形封头

8、的形状系数，则椭圆形封头的当量球壳内径，计算系数A查《过程设备设计》图4-9得故封头壁厚取可以满足稳定性要求。2.4.5水压试验校核（1）试验压力内筒试验压力取夹套实验压力取(2)内压试验校核内筒筒体应力夹套筒体应力而故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。(3)外压实验校核由前面的计算可知，当内筒体厚度取时，它的许用外压为，小