【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中必不可缺的設(shè)備，更是成為重中之重。鑒于攪拌反應(yīng)釜是化工行業(yè)當(dāng)中普遍使用的釜類(lèi)設(shè)備，因此，如何能夠?qū)F(xiàn)有的攪拌反應(yīng)釜類(lèi)設(shè)備進(jìn)行新的改進(jìn)和加工，對(duì)于化工產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)具有非常重要的意義，而且它可以應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科技活動(dòng)、國(guó)防建設(shè)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)還可以擴(kuò)化工設(shè)備的出口，促進(jìn)對(duì)外貿(mào)易和交流，因而對(duì)于振興我國(guó)的化工機(jī)械工業(yè)具有重大的作用，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也具有極為深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。 反應(yīng)釜的研究現(xiàn)狀反應(yīng)釜自 1912 年發(fā)明以來(lái)取得迅猛發(fā)展，至今全球仍以每年 3—5%的速度遞增。我國(guó)也正處于快速發(fā)展當(dāng)中，所以對(duì)其生產(chǎn)以及各類(lèi)型的消費(fèi)應(yīng)用也保持在非常高的水平。但是由于科學(xué)技術(shù)的限制，我國(guó)研制的反應(yīng)釜以及在應(yīng)用上跟國(guó)外相比，還是有一定差距的。首先，國(guó)外所制造的反應(yīng)釜，除了燃料行業(yè) 2022040000L，其他的均可達(dá)到120m3；而我國(guó)多在 6000L 以下。因?yàn)榉磻?yīng)釜的容積小大與產(chǎn)量，批量生產(chǎn)中的質(zhì)量誤差以及降低產(chǎn)品成本都有著密切相關(guān)的關(guān)系，所以這也限制了我國(guó)化工產(chǎn)品的質(zhì)量，成本以及銷(xiāo)量。其次，國(guó)外的自動(dòng)化水平高，在大工廠當(dāng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電腦自動(dòng)化生產(chǎn)，而我國(guó)的設(shè)備操縱還是普遍存在手工操作，這影響了產(chǎn)品的產(chǎn)量以及質(zhì)量，同時(shí)對(duì)人身體的健康也有一定的影響。再者，在反應(yīng)釜的構(gòu)成上，已經(jīng)由單一攪拌器發(fā)展到雙攪拌器或外加泵的強(qiáng)制循環(huán)，而國(guó)外更是除了裝有攪拌器外，還使釜體沿水平線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，從而提高反應(yīng)速度。雖然我國(guó)跟國(guó)外在反應(yīng)釜的研制與應(yīng)用上還有一定差距，但我國(guó)在這一領(lǐng)域上也一直處于高速增長(zhǎng)期，反應(yīng)釜生產(chǎn)和消費(fèi)應(yīng)用的已廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工、食品、釀酒、制藥、家電、水電、機(jī)械、建筑、市政和各種民用器具中。1990 年我國(guó)反應(yīng)釜消費(fèi)量為 26 萬(wàn)噸，1999 年為 153 萬(wàn)噸，2022 年為 173 萬(wàn)噸，2022 年為 225 萬(wàn)噸，2022 年反應(yīng)釜消費(fèi)量達(dá)到 447 萬(wàn)噸左右，居全世界第一位，2022年反應(yīng)釜消費(fèi)量達(dá)到 600 萬(wàn)噸以上，其中鉻鎳奧氏體反應(yīng)釜的消費(fèi)量占反應(yīng)釜總消費(fèi)量的 75%—80%。反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)調(diào)整和含鎳生鐵的使用也使人們看淡鎳的需求前景。近年來(lái)，為降低鎳消耗量，反應(yīng)釜生產(chǎn)商從生產(chǎn)常規(guī)的奧氏反應(yīng)釜（含 8%的鎳）轉(zhuǎn)向生產(chǎn)低鎳（含 12%的鎳及 810%的錳）或無(wú)鎳反應(yīng)釜，今年我國(guó)鐵素體反應(yīng)釜的產(chǎn)量有望達(dá) 200 萬(wàn)噸。此外，不銹鋼反應(yīng)釜含鎳生鐵的應(yīng)用替代了金屬鎳的部分需求，今年我國(guó)從東南亞等地進(jìn)口了大量鎳礦，反應(yīng)釜廠含鎳生鐵的使用量將達(dá)到 200 萬(wàn)噸左右，占反應(yīng)釜行業(yè)鎳用量的 35％。從而可見(jiàn)中國(guó)在這一領(lǐng)域發(fā)展的快速。 4 隨著近年來(lái)全球氣候變暖，在化工行業(yè)的發(fā)展的同時(shí)，對(duì)其產(chǎn)生的污染控制也越來(lái)越嚴(yán)格，所以，從大的趨勢(shì)上來(lái)看，未來(lái)反應(yīng)釜的發(fā)展，將從節(jié)能，環(huán)保以及更高的工藝操作，材料等方面著手，以滿(mǎn)足市場(chǎng)與發(fā)展潮流的變化。 反應(yīng)釜的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)于攪拌反應(yīng)釜的研究，除功率問(wèn)題外，有關(guān)攪拌的流體力學(xué)研究具有重要意義。這方面已做了許多工作，但尚需擴(kuò)大和深入。在液體中進(jìn)行攪拌時(shí)，攪拌器的功能不僅引起液體的整個(gè)運(yùn)功，而且要在液體中產(chǎn)生湍動(dòng)，湍動(dòng)程度與攪拌器使液體旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的旋渦現(xiàn)象有密切關(guān)系。這些旋渦因經(jīng)常地互相撞擊和破裂，使液體受到劇烈的攪拌。由此可見(jiàn)在攪拌操作中，對(duì)于流體力學(xué)理論的研究是極其重要的。近代化學(xué)工業(yè)中，流動(dòng)的物料不再只是一些低粘度的牛頓型流體，許多高粘度流體也常常遇到，尤其是各種各樣的高分子溶液以及混有催化劑粒子的漿狀流體等非牛頓型流體的應(yīng)用日益廣泛。它們與通常的牛頓型流體具有不同的流動(dòng)特性，所以對(duì)于非牛頓型液體的研究是當(dāng)今的一個(gè)重要課題。對(duì)高粘度液休，特別是非牛頓型流體的攪拌傳熱的研究，也是近年來(lái)的一個(gè)方向。聚合釜的傳熱特性與其中所用的攪拌器的型式關(guān)系甚大。對(duì)于各種常用攪拌器型式的反應(yīng)釜之傳熱，前人給出了許多方程式，近年來(lái)在一些文章中也補(bǔ)充丁有關(guān)反應(yīng)釜的傳熱系數(shù)的推算公式。關(guān)于攪拌器，除非遇有特殊的任務(wù)，需要特殊設(shè)計(jì)之外，現(xiàn)有的各種攪拌器，尤其常用的框式、平漿式、推進(jìn)式和渦輪式等已足夠應(yīng)用。而且這些攪拌器已有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，所以對(duì)已有攪拌器性能的深刻了解。應(yīng)予以更多的注意，以便使它們?cè)谑褂弥心軌虺浞职l(fā)揮作用。渦輪式攪拌器現(xiàn)正被廣泛使用，因?yàn)檫@種攪拌器在工業(yè)上適應(yīng)性是很大的，它幾乎能有效地完成所有的攪拌任務(wù)，并能處理那些特別是化學(xué)工業(yè)中經(jīng)常遇到的各種粘度的物料。反應(yīng)釜的軸封多是用填料密封和機(jī)械密封。一百多年前，初期的密封都是采用一些天然材料如皮革和浸油繩等作為軸封。以后油浸繩密封逐漸發(fā)展成為今天的軟填料密封。由于石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，易燃易爆物質(zhì)比較多，對(duì)密封性能要求較嚴(yán)，1935～1945 年間在英美等國(guó)均開(kāi)始研究和應(yīng)用機(jī)械密封，并得到到較快發(fā)展。機(jī)械密封較填料密封有很多優(yōu)點(diǎn)：①泄漏量極少。機(jī)械密封的泄漏量是填料密封的 1%。②摩擦功率損失相當(dāng)小。由于接觸面的摩擦系數(shù)很小，因此，機(jī)械密封的功率損失約為填料密封的 l0～15%。③ 使用壽命長(zhǎng)。一般質(zhì)量好的機(jī)械密封可用 2～5 年，在正常工作條件下不需要維護(hù)調(diào)整。對(duì)軸的精度和光潔度的要求沒(méi)有填料密封那樣嚴(yán)格，耐振性能好。當(dāng)軸擺動(dòng)較大時(shí)，機(jī)械密封也能良好工作。同時(shí)，軸對(duì)密封腔孔的偏斜也不十分敏感，減少了軸或軸套的磨損。在軸有防腐蝕涂層時(shí)(噴，涂、襯、搪、包等)，能克服填料密封將防腐層磨損或破壞的缺點(diǎn)。機(jī)械密封的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝拆不便，對(duì)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的表面光潔度及平直度要求高，不易加工，成本較高。但和優(yōu)點(diǎn)相比只占次要地位。因而機(jī)械密封已日益得到廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備有大型化發(fā)展的趨勢(shì)，也要求攪拌設(shè)備大型化。如國(guó)外聚合釜的容積已由最初的 8～40m 3 擴(kuò)大到 60～100m 3，最大的已達(dá)到 140m3。采用大型聚合釜可大大減少操作和檢修人員，有利于自動(dòng)化，減少投資，提高生產(chǎn)率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。隨著容積的大型化，釜型逐漸由細(xì)長(zhǎng)型向矮胖型發(fā)展，而且采用底部攪拌的方式越來(lái)越多?？偟膩?lái)說(shuō)，隨著設(shè)備行業(yè)的發(fā)展，反應(yīng)釜要求越來(lái)越高?；どa(chǎn)對(duì)反應(yīng)釜的具體要求和發(fā)展趨勢(shì)如下：大容積化，這是增加產(chǎn)量、減少批量生產(chǎn)之間的質(zhì)量誤差、降低產(chǎn)品成本的有 5 效途徑和發(fā)展趨勢(shì)。染料生產(chǎn)用反應(yīng)釜國(guó)內(nèi)多為 6000L 以下，其它行業(yè)有的達(dá) 30m179。；而其它行業(yè)可達(dá) 120 m179。反應(yīng)釜的攪拌器，已由單一攪拌器發(fā)展到用雙攪拌器或外加泵強(qiáng)制循環(huán)。國(guó)外，除了裝有攪拌器外，尚使釜體沿水平線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，從而提高反應(yīng)速度。以生產(chǎn)自動(dòng)化和連續(xù)化代替笨重的間隙手工操作，如采用程序控制，既可保證穩(wěn)定生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加收益，減輕體力勞動(dòng)，又可消除對(duì)環(huán)境的污染。 合理地利用熱能，選擇最佳的工藝操作條件，加強(qiáng)保溫措施，提高傳熱效率使熱損失降至最低限度，余熱或反應(yīng)后產(chǎn)生的熱能充分地綜合利用。熱管技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。 6 第 2 章 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì) 釜體 、 的確定DNP 釜體 的確定由文獻(xiàn)《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》表 85 可知幾種攪拌設(shè)備筒體的高徑比如表 21：表 21 幾種攪拌設(shè)備筒體的高徑比種類(lèi) 筒體內(nèi)物料類(lèi)型 高徑比反應(yīng)釜、混合槽 液液或液固體系 反應(yīng)釜、分散槽 氣液體系 12聚合釜 懸浮液、乳化液 攪拌發(fā)酵罐 氣液體系 由給定參數(shù)：反應(yīng)釜內(nèi)介質(zhì)為染料和有機(jī)溶劑，由表選取高徑比 i=將釜體視為筒體，由 V=(π/4) ，L = 則，2iDi （21）34iiHV??Di=1330mm 圓整 Di=1400mm 釜體 PN 的確定因設(shè)計(jì)壓力 p＝ ，故： ＝ 釜體筒體壁厚的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)壓力 ： ＝；計(jì)算壓力 ： = = ；cpca設(shè)計(jì)溫度 ： t≤110℃；焊縫系數(shù) ： ＝（面焊全焊透對(duì)接接頭，局部無(wú)損檢測(cè)） ；?材料選擇：Q345R（熱處理下高強(qiáng)度，韌性好，焊接性能與成型性能良好，耐腐蝕性能優(yōu)良） ；許用應(yīng)力 ：根據(jù)材料 Q345R、設(shè)計(jì)溫度 55℃，由文獻(xiàn) [1]表 D1 知 ＝189[]t? []t?；MPa鋼板負(fù)偏差 ：由文獻(xiàn)[2] 表 146 得 ＝ （GB665496 ）1C1C腐蝕裕量 ： ＝ （雙面腐蝕） 。2m 筒體壁厚的設(shè)計(jì)由公式設(shè)計(jì)壁厚 得：2[]cidtpDS????? 7 mmSd ????? ??考慮 ，則 = + = ，1Cn?d1m經(jīng)圓整并考慮鋼板常用規(guī)格，取故筒體的壁厚取 Sn=6mm 釜體封頭的設(shè)計(jì) 封頭的選型由文獻(xiàn)[2]316 頁(yè)表 163 選釜體的封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球型，代號(hào) EHA、標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746—2022。 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定Pc=＝ （整板沖壓） ；?＝ （GB665496 ） ； ＝ 。1Cm2Cm 封頭的壁厚的設(shè)計(jì) 由公式 ????????得mn ?圓整得 n6??根據(jù)規(guī)定，封頭壁厚與筒體壁厚一致，所以封頭壁厚為 6mm。 封頭的直邊尺寸、體積及重量的確定根據(jù) DN=1400mm，由文獻(xiàn)[2]318 頁(yè)表 16 5 知：直邊高度 ： 25 體積 ： 曲邊深度 ： 350 內(nèi)表面積 A： 2 質(zhì) 量 m: 筒體長(zhǎng)度 的設(shè)計(jì)H 筒體長(zhǎng)度 H 的設(shè)計(jì)， ，TFV??TFV??24iFDHV???=1299mm2iH圓整得: H =1300m 釜體長(zhǎng)徑比 的復(fù)核/iLD 8 ????iiDhHL 在 ~ 之間，滿(mǎn)足要求。 外壓筒體壁厚的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)外壓的確定 由設(shè)計(jì)條件可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的壓力為 ，取設(shè)計(jì)外壓 = 。pMPa 圖算法設(shè)計(jì)筒體的壁厚設(shè)筒體的壁厚 ＝12 ，則： = =122= 10 ，nSmeSnC?m2oinDS??=1420 ，?eDm筒體的計(jì)算長(zhǎng)度： = H+2h1L=1300+225 =1350( )??D 在文獻(xiàn)[2]中圖 15 4 的 坐標(biāo)上找到 的值，由該點(diǎn)做水平線(xiàn)與對(duì)應(yīng)的/oL線(xiàn)相交，沿此點(diǎn)再做豎直線(xiàn)與橫坐標(biāo)相交，交點(diǎn)的對(duì)應(yīng)值為：?DL≈ 。A由文獻(xiàn)[2]中選取圖 156，在水平坐標(biāo)中找到 =104 點(diǎn)，由該點(diǎn)做豎直線(xiàn)與對(duì)A應(yīng)的材料溫度線(xiàn)相交，沿此點(diǎn)再做水平線(xiàn)與右方的縱坐標(biāo)相交，得到系數(shù) 的值為：B≈ 130 。BMPa根據(jù) = 得： =130/=（ ） ．[]p/oeBDS[]pMPa因?yàn)?＝ ＝ ，所以假設(shè) ＝12 合理，取筒體的壁厚aanSm＝12 。nSm 外壓封頭壁厚的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)外壓的確定 封頭的設(shè)計(jì)外壓與筒體相同，即設(shè)計(jì)外壓 = 。pMPa 封頭壁厚的計(jì)算設(shè)封頭的壁厚 =12 ，則: = – = 122= 10（ ） ，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢球形封nSmeSnCm頭 =， ＝1400=1260（ ） ， =1260/10= 126KiiRD?/eRiS 9 計(jì)算系數(shù)： 。. ?????SRAi由文獻(xiàn)[2]中圖 15 6 中選取，在水平坐標(biāo)中找到 =104 點(diǎn)，由該點(diǎn)做豎直A線(xiàn)與對(duì)應(yīng)的材料溫度線(xiàn)相交，沿此點(diǎn)再做水平線(xiàn)與右方的縱坐標(biāo)相交，得到系數(shù) 的B值為值為： ≈130 。BMPa根據(jù) = 得： ==（ ） ．[]p/ieRS[]pMPa因?yàn)?＝ ＝ ，所以假設(shè) ＝12 合理， ，取封頭的壁厚anSm為 12 。m由在文獻(xiàn)[2]表 165 釜體封頭的結(jié)構(gòu)如圖 11，封頭質(zhì)量：（ ）kg 圖 21 橢圓型封頭 10 ??第 3 章 反應(yīng)釜夾套的設(shè)計(jì) 夾套的 、 的確定DNP 夾套 的確定 由夾套的筒體內(nèi)徑與釜體筒體內(nèi)徑之間的關(guān)系可知：＝1400+100=1500（ ）10ji??m 故取 =1500mm 夾套 的確定PN由設(shè)備設(shè)計(jì)條件單知，夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為 ，取 ＝ 夾套筒體的設(shè)計(jì) 夾套筒體壁厚的設(shè)計(jì)由公式 （3CpDctjn??????][21）得：mn ??????經(jīng)圓整及考慮標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，筒體壁厚取 ＝8 。nS 夾套筒體長(zhǎng)度 的初步設(shè)計(jì)jH根據(jù)筒體 DN=1400mm，由文獻(xiàn)[2] 表 163 可知單位高容積 V1=由條件可知，操作容積 V0=，總?cè)莘e V= ?V?故筒體長(zhǎng)度的估算值 Hj≥圓整后取 夾套封頭的設(shè)計(jì) 封頭的選型夾套的下封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球型，內(nèi)徑與筒體相同（D j＝1500 ） 。代號(hào) EHA，標(biāo)準(zhǔn)mJB/T4746—2022。夾套的上部與筒體的連接選帶折邊錐形封頭，且半錐角 。??45? 橢球形封頭壁厚的設(shè)計(jì)由公式 （3CpDctj???][2???2）mn .?????? 11 經(jīng)圓整，并考慮焊接方便取 。mn8?? 橢球形封頭結(jié)構(gòu)尺寸的確定由文獻(xiàn)[2]表 16－5 可得封頭尺寸，見(jiàn)表 31：表 31 封頭尺寸直邊高度 h1 總深度 h2 容積 Vjf 質(zhì) 量 m25mm 400mm 封頭的下部結(jié)構(gòu)如圖 31： 圖 31 夾套下封頭的結(jié)構(gòu) 帶折邊錐形封頭壁厚的設(shè)計(jì)考慮到封頭的大端與夾套筒體對(duì)焊，小端與釜體筒體角焊，因此取封頭的壁厚與夾套筒體的壁厚一致，即 ＝8