【文章內容簡介】 葉一般以扁鋼制造，當釜內物料對碳鋼有顯著腐蝕性時，可用合金鋼或有色金屬制成，也可以用鋼制外包橡膠或環(huán)氧樹脂，酚醛玻璃布等方法。槳葉安裝形式分為平直葉和折葉兩種。平直葉是頁面與旋轉方向互相垂直；折葉則是與旋轉方向成一斜角度。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。漿式攪拌器的運轉速度較慢，一般為 10100r/min,圓周速度在 。廣泛應用于促進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 。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 3 第 1 章 緒論 隨著中國的發(fā)展越來越快，反應釜化工產(chǎn)品的出口量逐漸增加。全球對高效，高質化工產(chǎn)品的需求也日益增長，隨著企業(yè)產(chǎn)生對科學研究技術的需求，強力渴望生產(chǎn)技術，生產(chǎn)設備的提高、進步和需求，進行國際間交流，將是中國成為全球化工制造業(yè)中心，為化工設備帶來巨大的市場潛力。 同時，隨著科學技術的發(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)設備有了更新的要求，而反應釜作為精細化工當中必不可缺的設備，更是成為重中之重。 鑒于攪拌反應釜是化工行業(yè)當中普遍使用的釜類設備，因此，如何能夠將現(xiàn)有的攪拌反應釜類設備進行新的改進和加工，對于化工產(chǎn)業(yè)來說具有非常重要的意義，而且它可以 應用到國民經(jīng)濟、科技活動、國防建設和人民生活的各個領域。同時還可以擴化工設備的出口，促進對外貿易和交流，因而對于振興我國的化工機械工業(yè)具有重大的作用，對于推動我國科學技術的進步和國民經(jīng)濟的發(fā)展也具有極為深遠的戰(zhàn)略意義。 反應釜自 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)展當中，所以對其生產(chǎn)以及各類型的消費應用也保持在非常高的水平。但是由于科學技術的限制，我國研制的反應釜以及在應用上跟國外相比，還是有一定差距的。 首先，國外所制造的反應釜，除了燃料行業(yè) 2020040000L，其他的均可達到 120m3；而我國多在 6000L 以下。因為反應釜的容積小大與產(chǎn)量，批量生產(chǎn)中的質量誤差以及降低產(chǎn)品成本都有著密切相關的關系，所以這也限制了我國化工產(chǎn)品的質量，成本以及銷量。其次 ，國外的自動化水平高，在大工廠當中已經(jīng)實現(xiàn)了電腦自動化生產(chǎn)，而我國的設備操縱還是普遍存在手工操作，這影響了產(chǎn)品的產(chǎn)量以及質量，同時對人身體的健康也有一定的影響。再者，在反應釜的構成上，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，從而提高反應速度。 雖然我國跟國外在反應釜的研制與應用上還有一定差距，但我國在這一領域上也一直處于 高速增長期，反應釜生產(chǎn)和消費應用的已廣泛應用于石油、化工、輕工、食品、釀酒、制藥、家電、水電、機械、建筑、市政和各種民用器具中。 1990 年我國反應釜消費量為 26 萬噸， 1999 年為 153 萬噸， 2020 年為 173 萬噸， 2020年為 225 萬噸， 2020 年反應釜消費量達到 447 萬噸左右，居全世界第一位， 2020 年反應釜消費量達到 600 萬噸以上，其中鉻鎳奧氏體反應釜的消費量占反應釜總消費量的75%— 80%。 反應釜結構調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，反應釜生產(chǎn)商從生產(chǎn)常規(guī)的奧氏反應釜（含 8%的鎳）轉向生產(chǎn)低鎳（含 12%的鎳及 810%的錳）或無鎳反應釜，今年我國鐵素體反應釜的產(chǎn)量有望達 200萬噸。此外，不 銹鋼反應釜含鎳生鐵的應用替代了金屬鎳的部分需求，今年我國從東南亞等地進口了大量鎳礦，反應釜廠含鎳生鐵的使用量將達到 200 萬噸左右，占反應釜行業(yè)鎳用量的 35％ 。從而可見中國在這一領域發(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格，所以，從大的趨勢上來看，未來反應釜的發(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。 對于攪拌反應釜的研究，除功率問題外，有關攪拌的流體力學研究具有重要意義。這方面已做了許多工作 ，但尚需擴大和深入。在液體中進行攪拌時，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而產(chǎn)生的旋渦現(xiàn)象有密切關系。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，對于流體力學理論的研究是極其重要的。 近代化學工業(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系甚大。對于各種常用攪拌器型式的反應釜之傳熱，前人給出了許多方程式，近年來在一些文章中也補充丁有關反應釜的傳熱系數(shù)的推算公式。 關于攪拌器，除非遇有特殊的任務，需要特殊設計之外，現(xiàn)有的各種攪拌器，尤其常用的框式、平漿式、推進式和渦輪式等已足夠應用。而且這些攪拌器已有相應的標準，所以對已有攪拌器性能的深刻了解。應予以更多的注意，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)上適應性是很大的，它幾乎能有效地完成所有的攪拌任務，并能處理那些特別是化學工業(yè)中經(jīng)常遇到的各種粘度的物料。 反應釜的軸封多是用填料密封和機械密封。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。由于石油化學工業(yè)的發(fā)展，易燃易爆物質比較多，對密封性能要求較嚴， 1935～ 1945年間在英美等國均開始研究和應用機械密封，并得到到較快發(fā)展。機械密封較填料密封有很多優(yōu)點： ① 泄漏量極少。機械密封的泄漏量是填料密封的 1%。 ② 摩擦功 率損失相當小。由于接觸面的摩擦系數(shù)很小，因此，機械密封的功率損失約為填料密封的 l0～ 15%。③ 使用壽命長。一般質量好的機械密封可用 2～ 5 年，在正常工作條件下不需要維護調整。對軸的精度和光潔度的要求沒有填料密封那樣嚴格，耐振性能好。當軸擺動較大時，機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。機械密封的缺點是結構復雜，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。因而機械密封已日益得到廣泛應用。 隨著科學技術的發(fā)展，設備有大型化發(fā)展的趨勢，也要求攪拌設備大型化。如國外聚合釜的容積已由最初的 8～ 40m3擴大到 60～ 100m3，最大的已達到 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)品質量。隨著容積的大型化，釜型逐漸由細長型向矮胖型發(fā)展，而且采用底部攪拌的方式越來越多。 總的來說， 隨著設備行業(yè)的發(fā)展，反應釜要求越來越高。化工生產(chǎn)對反應釜的具體要求和發(fā)展趨勢如下： 大容積化，這是增加產(chǎn)量、減少批量 生產(chǎn)之間的質量誤差、降低產(chǎn)品成本的有安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 5 效途徑和發(fā)展趨勢。染料生產(chǎn)用反應釜國內多為 6000L 以下，其它行業(yè)有的達 30m179。；而其它行業(yè)可達 120 m179。 反應釜的攪拌器，已由單一攪拌器發(fā)展到用雙攪拌器或外加泵強制循環(huán)。國外，除了裝有攪拌器外，尚使釜體沿水平線旋轉，從而提高反應速度。 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，余熱或反應后產(chǎn)生的熱能充分地綜合利用。熱管技術的應用 將是今后的發(fā)展方向。 陳剛： 6 第 2 章 反應釜釜體的設計 釜體 DN 、 PN 的確定 釜體 DN 的確定 由文獻《過程設備設計》表 85 可知 幾種攪拌設備筒體的高徑比如表 21： 表 21 幾種攪拌設備筒體的高徑比 種類 筒體內物料類型 高徑比 反應釜、混合槽 液 液或液 固體系 反應釜、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)：反應釜內介質為染料和有機溶劑，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 因設計壓力 p＝ ，故： PN ＝ 釜體筒體壁厚的設計 設計參數(shù)的確定 設計壓力 p ： p ＝ ； 計算壓力 cp ： cp =p = ； 設計溫度 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）； 許用應力 []t? ：根據(jù)材料 Q345R、設計溫度 55℃，由文獻 [1]表 D1 知 []t? ＝ 189MPa ； 鋼板負偏差 1C ： 由文獻 [2] 表 146 得 1C ＝ （ GB665496） 腐 蝕裕量 2C ： 2C ＝ （雙面腐蝕）。 筒體壁厚的設計 由公式設計壁厚22[ ] cid t cpDSCp????? 得： 安徽工程大學畢業(yè)設計（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 釜體封頭的設計 封頭的選型 由文獻 [2]316頁表 163選釜體的封頭選標準橢球型，代號 EHA、標準 JB/T4746— 2020。 設計參數(shù)的確定 Pc= ? ＝ （ 整板沖壓 ） ； 1C ＝ （ GB665496）； 2 C ＝ 。 封頭的壁厚的設計 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 [2]318 頁 表 16 5 知： 直邊 高度 1h ： 25mm 體積 FV ： 3m 曲邊 深度 2h ： 350mm 內表面積 A： 2m 質 量 m: H 的設計 筒體長度 H 的設計 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。 外壓筒體壁厚的設計 設計外壓的確定 由設計條件可知，夾套內介質的壓力為 ，取設計外壓 p = 。 圖算法設計筒體的壁厚 設筒體的壁厚 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 [2]中圖 15 4 的 / oLD坐標上找到 的值，由該點做水平線與對應的 ?DL 線相交，沿此點再做豎直線與橫坐標相交，交點的對應值為： A ≈ 。 由文獻 [2]中選取圖 156，在水平坐標中找到 A = 104點，由該點做豎直線與對應的材料溫度線相交，沿此點再做水平線與右方的縱坐標相交，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 nS ＝ 12mm 合理，取筒體的壁厚 nS＝ 12mm。 外壓封頭壁厚的設計 設計外壓的確定 封頭 的設計外壓與 筒體 相同，即設計外 壓