【文章內(nèi)容簡介】 頁面與旋轉(zhuǎn)方向互相垂直；折葉 則是與旋轉(zhuǎn)方向成一斜角度。平直葉主要使物料產(chǎn)生切向方向的流動，加攪拌擋板后可產(chǎn)生一定的軸向攪拌效果。折葉與直葉相比軸向分流略多。漿式攪拌器的運轉(zhuǎn)速度較慢，一般為 10100r/min,圓周速度在 。廣泛應(yīng)用于促進(jìn)傳熱可溶固體的混合與溶解以及需在慢速攪拌情況下，如攪拌被混合的液體及帶有固體顆粒的液體都是很有效果的 。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 1 章 緒論 隨著中國的發(fā)展越來越快，反應(yīng)釜化工產(chǎn)品的出口量逐漸增加。全球?qū)Ω咝?，高質(zhì)化 工產(chǎn)品的需求也日益增長，隨著企業(yè)產(chǎn)生對科學(xué)研究技術(shù)的需求，強(qiáng)力渴望生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)設(shè)備的提高、進(jìn)步和需求，進(jìn)行國際間交流，將是中國成為全球化工制造業(yè)中心，為化工設(shè)備帶來巨大的市場潛力。 同時，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對生活環(huán)境的要求逐漸提高，化工產(chǎn)業(yè)所制造出的產(chǎn)品在我們的日常生活當(dāng)中也隨處可見，為了能夠制造出更好的化工產(chǎn)品，不僅對加工工藝提出了新的要求，也對其生產(chǎn)設(shè)備有了更新的要求，而反應(yīng)釜作為精細(xì)化工當(dāng)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)中普遍使用的釜類設(shè)備，因此，如何能夠?qū)F(xiàn) 有的攪拌反應(yīng)釜類設(shè)備進(jìn)行新的改進(jìn)和加工，對于化工產(chǎn)業(yè)來說具有非常重要的意義，而且它可以 應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)、科技活動、國防建設(shè)和人民生活的各個領(lǐng)域。同時還可以擴(kuò)化工設(shè)備的出口，促進(jìn)對外貿(mào)易和交流，因而對于振興我國的化工機(jī)械工業(yè)具有重大的作用，對于推動我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也具有極為深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。 反應(yīng)釜自 1912 年發(fā)明以來取得迅猛發(fā)展，至今全球仍以每年 3— 5%的速度遞增 。我國也正處于快速發(fā)展當(dāng)中，所以對其生產(chǎn)以及各類型的消費應(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 國研制的反應(yīng)釜以及在應(yīng)用上跟國外相比，還是有一定差距的。 首先，國外所制造的反應(yīng)釜，除了燃料行業(yè) 2020040000L，其他的均可達(dá)到 120m3；而我國多在 6000L 以下。因為反應(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化工產(chǎn)品的質(zhì)量，成本以及銷量。其次，國外的自動化水平高，在大工廠當(dāng)中已經(jīng)實現(xiàn)了電腦自動化生產(chǎn)，而我國的設(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，同時對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)，而國外更是除了裝有攪拌器外，還使釜體沿水平線旋轉(zhuǎn)，從而提高反應(yīng)速度。 雖然我國跟國外在反應(yīng)釜的研制與應(yīng)用上還有一定差距，但我國在這一領(lǐng)域上也一直處于 高速增長期，反應(yīng)釜生產(chǎn)和消費應(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 年我國反應(yīng)釜消費量為 26 萬噸， 1999 年為 153 萬噸， 2020 年為 173 萬噸， 2020年為 225 萬噸， 2020 年反應(yīng)釜消費量達(dá)到 447 萬噸左右，居全世界第一位， 2020 年反應(yīng)釜消費量達(dá)到 600 萬噸以上，其中鉻鎳奧氏體反應(yīng)釜的消費量占反應(yīng)釜總消費量的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，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）或無鎳反應(yīng)釜，今年我國鐵素體反應(yīng)釜的產(chǎn)量有望達(dá) 200萬噸。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 萬噸左右，占反應(yīng)釜行業(yè)鎳用量的 35％ 。從而可見中國在這一領(lǐng)域發(fā)展的快速。 陳剛： 4 隨著近 年來全球氣候變暖，在化工行業(yè)的發(fā)展的同時，對其產(chǎn)生的污染控制也越來越嚴(yán)格，所以，從大的趨勢上來看，未來反應(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，以滿足市場與發(fā)展潮流的變化。 對于攪拌反應(yīng)釜的研究，除功率問題外，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，攪拌器的功能不僅引起液體的整個運功，而且要在液體中產(chǎn)生湍動，湍動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。由此可見在攪拌操作中，對于流體力學(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特性，所以對于非牛頓型液體的研究是當(dāng)今的一個重要課題。對高粘度液休，特別是非牛頓型流體的攪拌傳熱的研究，也是近年來的一個方向。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，以便使它們在使用中能夠充分發(fā)揮作用。渦輪式攪拌器現(xiàn)正被廣泛使用，因為這種攪拌器在工業(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，對密封性能要求較嚴(yán)， 1935～ 1945年間在英美等國均開始研究和應(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： 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。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。對軸的精度和光潔度的要求沒有 填料密封那樣嚴(yán)格，耐振性能好。當(dāng)軸擺動較大時，機(jī)械密封也能良好工作。同時，軸對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 (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。機(jī)械密封的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝拆不便，對動環(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，也要求攪拌設(shè)備大型化。如國外聚合釜的容積已由最初的 8～ 40m3擴(kuò)大到 60～ 100m3，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)長型向矮胖型發(fā)展，而且采用底部攪拌的方式越來越多。 總的來說，隨著設(shè)備行業(yè)的發(fā)展，反應(yīng)釜要求越來越高?；どa(chǎn)對反應(yīng)釜的具體要求和發(fā)展趨勢如下： 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)品成本的有畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 效途徑和發(fā)展趨勢。染料生產(chǎn)用反應(yīng)釜國內(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)。國外，除了裝有攪拌器外，尚使釜體沿水平線旋轉(zhuǎn)，從而提高反應(yīng)速度。 以生產(chǎn)自動化和連續(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，又可消除對環(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。 陳剛： 6 第 2 章 反應(yīng)釜釜體的設(shè)計 釜體 DN 、 PN 的確定 釜體 DN 的確定 由文獻(xiàn)《過程設(shè)備設(shè)計》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 筒體內(nèi)物料類型 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) 2iDL， L= iD 則， 34iiDHVD?? （ 21） Di=1330mm圓整 Di=1400mm 釜體 PN 的確定 因設(shè)計壓力 p＝ ，故： PN ＝ 釜體筒體壁厚的設(shè)計 設(shè)計參數(shù)的確定 設(shè)計壓力 p ： p ＝ ； 計算壓力 cp ： cp =p = ； 設(shè)計溫度 t ： t≤ 110℃； 焊縫系數(shù) ? ： ? ＝ （面焊全焊透對接接頭，局部無損檢測）； 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 []t? ：根據(jù)材料 Q345R、設(shè)計溫度 55℃，由文獻(xiàn) [1]表 D1 知 []t? ＝ 189MPa ； 鋼板負(fù)偏差 1C ： 由文獻(xiàn) [2] 表 146 得 1C ＝ （ GB665496） 腐蝕裕量 2C ： 2C ＝ （雙面腐蝕）。 筒體壁厚的設(shè)計 由公式設(shè)計壁厚22[ ] cid t cpDSCp????? 得： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 考慮 1C ，則 nS? = dS + 1C =， 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 封頭的選型 由文獻(xiàn) [2]316頁表 163選釜體的封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球型，代號 EHA、標(biāo)準(zhǔn) JB/T4746— 2020。 設(shè)計參數(shù)的確定 Pc= ? ＝ （ 整板沖壓 ） ； 1C ＝ （ GB665496）； 2 C ＝ 。 封頭的壁厚的設(shè)計 由公式 ? ? ccpDpcti ???? ??? 得 mmn ????? 圓整 得 mmn 6?? 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 頁表 16 5 知： 直邊 高度 1h ： 25mm 體積 FV ： 3m 曲邊深度 2h ： 350mm 內(nèi)表面積 A： 2m 質(zhì) 量 m: H 的設(shè)計 筒體長度 H 的設(shè)計 TFV V V??， TFV V V?? ， 24 iFD H V V? ?? 24FiVVHD??? =1299mm 圓整得 : H =1300mm 釜體長徑比 / iLD的復(fù)核 mm Sd 06 . 4 1 7 . 0 85 . 0 189 2 4 . 1 7 . 0 ? ? ? ? ? ? ? 陳剛： 8 35025130021 ??????? ii D hhHDL 在 ~ 之間，滿足要求。 外壓筒體壁厚的設(shè)計 設(shè)計外壓的確定 由設(shè)計條件可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的壓力為 ，取設(shè)計外壓 p = 。 圖算法設(shè)計筒體的壁厚 設(shè)筒體的壁厚 nS ＝ 12mm，則： eS = nSC? =122= 10mm ， 2o i nD D S?? =1420mm， 21014 240 ??eSD 筒體的計算長度： L = H+2h1 =1300+2 25 =1350(mm ) 9 4 4 2 41 3 5 00 ??DL 在文獻(xiàn) [2]中圖 15 4 的 / oLD坐標(biāo)上找到 的值，由該點做水平線與對應(yīng)的 ?DL 線相交，沿此點再做豎直線與橫坐標(biāo)相交，交點的 對應(yīng)值為： A ≈ 。 由文獻(xiàn) [2]中選取圖 156，在水平坐標(biāo)中找到 A = 104點，由該點做豎直線與對應(yīng)的材料溫度線相交，沿此點再做水平線與右方的縱坐標(biāo)相交，得到系數(shù) B 的值為： B≈ 130MPa 。 根據(jù) []p =/oeBDS得： []p =130/=（ MPa ） ． 因為 p ＝ []p ＝ ，所以假設(shè) nS ＝ 12mm 合理，取筒體的壁厚 nS＝ 12mm。 外壓封頭壁厚的設(shè)計 設(shè)計外壓的確定 封頭 的設(shè)計外壓與 筒體 相同，即設(shè)計外壓 p = 。 封頭 壁厚的 計算 設(shè)封頭的壁厚 nS =12mm，則 : eS = nS –C = 122= 10（ mm ），對于標(biāo)準(zhǔn)橢球形封頭 K =， iiR KD? ＝ 1400=1260（ mm