【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 29 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VI 第 4 章 壓力試驗(yàn)校核 33 第 5 章 制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收 34 結(jié) 論 35 參考文獻(xiàn) 36 致 謝 37 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 設(shè)計(jì)任務(wù)： 。 內(nèi)容簡(jiǎn)介： 1． 第一章對(duì)各類反應(yīng)器的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行了比較。通過(guò)對(duì)比，更進(jìn)一步的了解到反應(yīng)器在化學(xué)工藝中所起到的不同作用。 2. 第二章、第三章是設(shè)計(jì)的核心部分。 在對(duì)比各種反應(yīng)器的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合后，對(duì)于 立方米的反應(yīng)器進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)計(jì)算。此 工藝條件下的設(shè)備、零部件以及相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有相應(yīng)尺寸的標(biāo)準(zhǔn)件按照 GB1501998 等規(guī)范設(shè)計(jì)。完成總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核。 3. 第四章針對(duì)反應(yīng)器在壓力、泄露等方面的要求，進(jìn)行了關(guān)于壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。 4．第五章對(duì)制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收等方面提出了要求。 5．在本文的最后，對(duì)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了總結(jié)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷經(jīng)四個(gè)月，確定課題、選擇材料、文獻(xiàn)查閱、設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制CAD 圖紙、完成說(shuō)明書等等按照導(dǎo)師的要求獨(dú)立、按時(shí)完成，順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中得到了老師和同學(xué) 的很多幫助，尤其是孔敏老師孜孜不倦的指導(dǎo)和教誨是我可以按時(shí)、順 利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的前提。雖然經(jīng)過(guò)多次檢查考證，但由于本人學(xué)識(shí)較淺 ，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中肯定還存在很多紕漏和不足之處，請(qǐng)讀者見(jiàn)諒。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1 章 緒論 第 節(jié) 反應(yīng)設(shè)備的基本類型 反應(yīng)設(shè)備可分為化學(xué)反應(yīng)設(shè)備和生物反應(yīng)設(shè)備。前者是指在其中實(shí)現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)，并使反應(yīng)物通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉磻?yīng)產(chǎn)物的設(shè)備；后者是指為細(xì)胞或酶提供適宜的反應(yīng)環(huán)境以達(dá)到細(xì)胞生長(zhǎng)代謝和進(jìn)行反應(yīng)的設(shè)備。 為使反應(yīng)過(guò)程經(jīng)濟(jì)有效的進(jìn)行，進(jìn)入反應(yīng)設(shè)備前后必須具備一定的條件。 原料需經(jīng)過(guò)一系列的預(yù)處理，如混合、加熱、滅菌等，以達(dá)到進(jìn)入反應(yīng)器的要求，這些過(guò)程統(tǒng)稱為前處理。反應(yīng)產(chǎn)物同樣需要經(jīng)過(guò)分離、提純等后處理，以獲得符合質(zhì)量要的產(chǎn)品。可見(jiàn)，反應(yīng)設(shè)備是過(guò)程工業(yè)的核心設(shè)備。綜合運(yùn)用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、傳遞、機(jī)械設(shè)計(jì)、控制等方面的知識(shí)，正確選用反應(yīng)設(shè)備的形式、確定其最佳操作條件、設(shè)計(jì)高效節(jié)能的反應(yīng)設(shè)備，是過(guò)程工業(yè)中一個(gè)十分關(guān)鍵的問(wèn)題。 第 節(jié) 常見(jiàn)反應(yīng)器的特點(diǎn) 機(jī)械攪拌式反應(yīng)器 (1)這種反應(yīng)器可用于均相反應(yīng)，也可用于多相反應(yīng)，可以間歇操作，也可以連續(xù)操作。連續(xù)操作時(shí)，幾個(gè)釜串 聯(lián)起來(lái)，通用性很大，停留時(shí)間可以得到有效的控制。機(jī)械攪拌反應(yīng)器靈活性大，根據(jù)生產(chǎn)需要，可以生產(chǎn)不同規(guī)格、不同品種的產(chǎn)品，生產(chǎn) 的時(shí)間可長(zhǎng)可短?？稍诔?、加壓、真空下生產(chǎn)操作，可控范圍大。反應(yīng) 結(jié)束后出料容易，反應(yīng)器的清洗方便，機(jī)械設(shè)計(jì)成熟 。 管式反應(yīng)器 (1)管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便?；旌虾玫臍庀嗷蛞合喾磻?yīng)物從管道一端進(jìn)入，連續(xù)流動(dòng)，連續(xù)反應(yīng)，最后從管道另一端排出，根據(jù)不同的反應(yīng)，管徑和管長(zhǎng)可根據(jù)需要設(shè)計(jì)。管外壁可以進(jìn)行換熱，因此傳熱面積大。反應(yīng)物在管內(nèi)的流動(dòng)快，停留時(shí)吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 間短，經(jīng)一定的控制手段，可 使管式反應(yīng)器有一定的溫度梯度和濃度梯度。管式反應(yīng)器也可用于連續(xù)生產(chǎn)，也可用于間歇操作，反應(yīng)物不返混，也可在高溫、高壓下操作 。 固定床反應(yīng)器 (1) 氣體流動(dòng)經(jīng)固定不動(dòng)的催化劑床層進(jìn)行催化反應(yīng)的裝置稱為固定床反應(yīng)器。它主要用于氣固相催化反應(yīng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定、便于控制、易實(shí)現(xiàn)大型化和連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代化工和反應(yīng)中應(yīng)用很廣泛的反應(yīng)器。固定床反應(yīng)器有三種的基本形式：軸向絕熱式、徑向絕熱式和列管式。固定床反應(yīng)器的缺點(diǎn)是床層的溫度分布不均勻，由于固相粒子不動(dòng)，床層導(dǎo)熱性較差，因此對(duì)放熱量大的反應(yīng) ，應(yīng)增大換熱面積，及時(shí)移走反應(yīng)熱，但這會(huì)減少有效空間 。 流化床反應(yīng)器 (1) 液體以較高的流速通過(guò)床層，帶動(dòng)床內(nèi)的固體顆粒運(yùn)動(dòng)，使之懸浮在流動(dòng)的主體流中進(jìn)行反應(yīng)，并具有類似流體流動(dòng)的一些特性的裝置稱為流化床反應(yīng)器。 流化床反應(yīng)器的最大優(yōu)點(diǎn)是傳熱面積大、傳熱系數(shù)高和傳熱效果好。流態(tài)化較好的流化床，床內(nèi)各點(diǎn)溫度相差一般不大，可以防止局部過(guò)熱。流化床的進(jìn)料、出料、廢渣排放都可以用氣流輸送，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。流化床反應(yīng)器的缺點(diǎn)是：反應(yīng)器內(nèi)物料返混大，粒子磨損嚴(yán)重；通常要有回收和集塵裝置；內(nèi)構(gòu)件比較復(fù)雜； 操作要求高等。 除上面介紹的四種反應(yīng)器外，還有回轉(zhuǎn)筒式反應(yīng)器、噴嘴式反應(yīng)器和鼓泡式反應(yīng)器等。每種反應(yīng)器都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)合和設(shè)計(jì)要求等因素，確定最合適的反應(yīng)器。本設(shè)計(jì)就是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)和介質(zhì)及生產(chǎn)條件，選用機(jī)械攪拌反應(yīng)器 。 第 節(jié) 機(jī)械攪拌反應(yīng)器 基本結(jié)構(gòu) (1) 機(jī)械攪拌反應(yīng)器（也稱為攪拌釜式反應(yīng)器）適用于各種物性（如粘度、密度）和各種操作條件（溫度、壓力）的反應(yīng)過(guò)程，廣泛應(yīng)用于合成塑料、合成纖維、合成吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 橡膠、醫(yī)藥、農(nóng)藥、化肥、染料、涂料、食品、冶金、廢水處理等行業(yè)。如實(shí) 驗(yàn)室的攪拌反應(yīng)器可小至數(shù)十毫升，而污水處理、濕法冶金、磷肥等工業(yè)大型反應(yīng)器的容積可達(dá)數(shù)千立方米。除用作化學(xué)反應(yīng)器和生物反應(yīng)器外，攪拌反應(yīng)器還大量用于混合、分散、溶解、結(jié)晶、萃取、吸收、或解吸、傳熱等操作 。 ① 攪拌反應(yīng)器由攪拌容器和攪拌機(jī)大部分組成。攪拌容器包括筒體、換熱元件及內(nèi)構(gòu)件。攪拌器、攪拌軸極其密封裝置、傳動(dòng)裝置等統(tǒng)稱為攪拌機(jī) 。 ② 一臺(tái)通氣式攪拌反應(yīng)器，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)減速機(jī)帶動(dòng)攪拌軸及安裝在軸上的攪拌器，以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，使流體獲得適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)場(chǎng)，并在流動(dòng)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。為滿足工藝的換熱要求，容器上裝有 夾套。夾套內(nèi)螺旋導(dǎo)流板的作用是改善傳熱性能。容器內(nèi)設(shè)置有氣體分布器、擋板等內(nèi)構(gòu)件。在攪拌軸下部安裝徑向流攪拌器、上層為軸向流攪拌器 。 攪拌容器 (1) 攪拌容器的作用是為物料反應(yīng)提高合適的空間。攪拌容器的桶體基本上是圓筒，封頭常采用橢圓形封頭、錐形封頭和平蓋，以橢圓形封頭應(yīng)用最廣。根據(jù)工藝需要，容器上裝有各種接管，以滿足進(jìn)料、出料、排氣等要求。為對(duì)物料加熱或取走反應(yīng)熱，常設(shè)置外加套或內(nèi)盤管。上封頭焊有凸緣法蘭，用于攪拌容器與機(jī)架的連接。操作過(guò)程中為了對(duì)反應(yīng)進(jìn)行控制，必須測(cè)量反應(yīng)物的溫度、壓力、成 分及其他參數(shù)，容器上還設(shè)置有溫度、壓力等傳感器。支座選用時(shí)應(yīng)考慮容器的大小和安裝位置，小型的反應(yīng)器一般用懸掛式支座，大型的用裙式支座或支撐式支座。 (2)在確定攪拌容器的容積時(shí)，應(yīng)考慮物料在容器內(nèi)充裝的比例即裝料系數(shù)，其值通?？扇?。如果物料在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生泡沫或呈沸騰狀態(tài)，取 ；如果物料在反應(yīng)中比較平穩(wěn)，可取 。工藝設(shè)計(jì)給定的容積，對(duì)直立式攪拌容器通常是指筒體和下封頭兩部分容積之和；對(duì)臥式攪拌容器則指筒體和左右兩封頭容積之和。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，攪拌容器中筒體的高徑比可按 表選取。設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)攪拌容器的容積、所選用的筒體高徑比，就可確定筒體直徑和高度 。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 換熱元件 (1) 有傳熱要求的攪拌反應(yīng)器，為維持反應(yīng)器的最佳溫度，需要設(shè)置換熱器元件。常用的換熱元件有夾套和內(nèi)管盤。當(dāng)夾套的換熱面積能滿足傳熱要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用夾套，這樣可減少容器內(nèi)構(gòu)件，便于清洗，不占用有效容積。所謂夾套就是在容器的外側(cè)，用焊接或法蘭的方式裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與容器外壁形成密閉的空間。在此空間內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，可加熱或冷卻容器內(nèi)的物料。夾套的主要結(jié)構(gòu)形式有：整體夾套、型鋼夾套、半圓管夾套 和蜂窩夾套，本設(shè)計(jì)選取用半圓管夾套。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章 反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明 第 節(jié) 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范 由給定的工藝條件 ，故設(shè)計(jì)規(guī)范可選用 GB150《鋼制壓力容器》。 第 節(jié) 工藝條件 工藝條件： 操作溫度： 95 操作壓力： 物料性質(zhì) ： 輕微腐蝕 物料粘度 ： 2300 厘泊 容積 ： 立方米 攪拌速度 ： 300rmp 加熱方式：蛇管加熱 加熱介質(zhì)： 140 材料：不銹鋼 第 節(jié) 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 筒體設(shè)計(jì) 攪拌容器的筒體選擇圓形筒體 DN=1200mm，封頭選用橢圓形封頭。根據(jù)工藝需要，容器上裝有各種接管，以滿足進(jìn)料、出料、排氣等要求。上封頭焊有凸緣法蘭，用于攪拌容器與機(jī)架的連接。操作過(guò)程中為了對(duì)反應(yīng)進(jìn)行控制，必須測(cè)量反應(yīng)物的溫度、壓力、成分及其他參數(shù)，容器上還設(shè)置有溫度、壓力等傳感器。支座選用時(shí)應(yīng)考慮容器的大小和安裝位置。裝配圖見(jiàn)圖 21 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 21 反應(yīng)器裝配 示意 圖 攪拌器設(shè)計(jì) 攪拌器又稱攪拌強(qiáng)或攪拌葉輪，是攪拌反應(yīng)器的關(guān)鍵部件。其功能是提供過(guò)程所需要的能量和適宜的流動(dòng)狀態(tài)。攪拌器旋轉(zhuǎn)時(shí)把機(jī)械 能傳遞給流體，在攪拌器附近形成高湍動(dòng)的充分混合區(qū)，并產(chǎn)生一般高速射流推動(dòng)液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。這種循環(huán)流動(dòng)的途徑稱為流型。 (1) 攪拌器的流型與攪拌效果、攪拌效率的關(guān)系十分密切。攪拌器的改進(jìn)和新型攪拌器的開發(fā)往往從流型取決于攪拌器的形式、攪拌容器和內(nèi)構(gòu)件幾何特征，以及流體性質(zhì)、攪拌器 轉(zhuǎn)速等因素。對(duì)于攪拌機(jī)頂插式中心安裝的立式圓筒，有三種基本流型。 ① 徑向流 流體的流動(dòng)方向垂直于攪拌軸，沿徑向流動(dòng)，碰到容器壁面分成兩股流體分別向上、向下流動(dòng)，再回到葉端，不穿過(guò)葉片，形成上、下兩個(gè)循環(huán)流動(dòng)。 ② 軸向流 流體的流動(dòng)方向平行于攪拌軸，流體由槳體推動(dòng)，使流體向下流動(dòng)，遇到容器底面再翻上，形成上下循環(huán)流。 ③ 切向流 無(wú)擋板的容器內(nèi)，流體繞軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，流速高時(shí)液體表面會(huì)形成旋渦，這種流型成為切向流。此時(shí)流體從槳葉周圍周向卷吸至槳葉區(qū)的流量很小，混合效果較差。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 上述三種流型通常同時(shí)存在，其中軸向流與徑向流對(duì)混合起主要作用，而切向流應(yīng)加以抑制，采用擋板可削弱切向流，增強(qiáng)軸向流和徑向流。