. . . . 目 录1 绪论11.1 反应釜的概述11.2 搅拌反应设备的主要用途11.3 反应釜设计的基本要求21.3.1安全可靠要求21.3.2满足过程要求31.3.3综合经济性好31.3.4优良的环境性能31.4 反应釜的应用场合与工程背景32 设计方案的选择与设计参数的确定52.1 搅拌反应釜类型的选择52.2 设计参数的确定52.2.1 设计压力的确定52.2.2 设计温度的确定52.2.3 材料的选用63反应釜结构设计73.1 釜体的结构设计73.2 釜体的几何尺寸的确定73.2.1 筒体径计算73.2.2 筒体封头尺寸的确定83.2.3 筒体高度计算83.2.4 筒体与上封头连接形式93.3夹套几何尺寸的确定93.3.1 夹套的直径103.3.2 夹套高度与传热面积校核103.4 筒体与夹套壁厚设计计算103.4.1 筒体与夹套受力分析103.4.2 筒体壁厚的计算113.4.3 筒体封头厚度计算113.4.4 夹套壁厚的计算113.4.5 夹套封头厚度计算123.5 水压试验与强度校核计算123.5.1 筒体水压试验校核123.5.2 夹套水压试验校核134 反应釜的搅拌装置154.1 搅拌轴的设计154.1.1 搅拌轴的选材154.1.2 搅拌轴的结构154.2.3 搅拌轴的强度计算154.2 搅拌器的安装方式与其与轴连接的结构设计164.2.1 搅拌器的形式164.2.2 搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求174.3 搅拌器轴的支承174.4 搅拌轴的临界转速校核计算175 反应釜的传动装置195.1 电动机的选用195.2 釜用减速机类型、标准与其选用195.3 凸缘法兰与安装底盖的选用205.4 机架205.5 联轴器216 反应釜的轴封装置237 反应釜的其他附件257.1 设备接口257.1.1 出料管257.1.2过夹套进料管257.1.3 夹套进液管267.2 视镜277.3 挡板277.4 人孔287.5 支座297.5.1 支座的选用297.5.2 支座的校核297.6 开孔补强设计计算317.6.1人孔补强设计计算317.6.2视镜补强设计计算328 结论35参考文献37致39 / 1 绪论1.1 反应釜的概述 在生产实践中，许多化工生产过程都需要反应设备，广泛应用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应和制备催化剂等生产过程。反应设备有反应器、分解塔、聚合釜、合成塔、高压塔、煤气发生炉等。反应釜就是反应器中的一种，其适用于各种物性（如黏度、密度）和各种操作条件（温度、压力）。 广义的反应釜，实际上就是一个罐式容器。在反应釜的中心垂直位置上常安装机械搅拌器，以加速物料充分混合和反应。而在反应釜容器外围以夹套的方式来传热的反应釜为夹套反应釜。 图1-1所示为夹套反应釜结构图，由图可以看出夹套反应釜的结构常主要由搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些其他附件等组成。 本次设计的植物油植物油反应釜就是夹套反应釜。 图1-1 反应釜结构图 1搅拌器；2釜体；3夹套；4搅拌轴；5压出管； 6 支座；7人孔；8轴封；9传动装置 搅拌容器分筒体与夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为低、中压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为带动搅拌装置设计的，主要由电动机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为填料密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成了完整的夹套反应釜。1.2 搅拌反应设备的主要用途 搅拌反应设备的作用一般有如下几点： 1、使物料混合均匀； 2、使气体在液体中很好地分散； 3、使固体颗粒（如催化剂）在液相中均匀地悬浮； 4、使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化； 5、加强相间传质（如吸收等）； 6、强化传热（维持反应或反应产生的热量）。 搅拌反应设备在工业生产中应用围很广，尤其是石油化工中，很多化工生产中都应用搅拌操作，石油化工工艺过程中的很多化学变化是以参加反应物的充分混合为前提的，对于加热、冷却、液体的萃取以与气体的吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到良好的效果，搅拌反应设备在许多场合是作为反应器来应用的。在化工生产中，制造乙烯、丙乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺染料等工艺过程，都采用各种型式的搅拌反应设备。其他如染料、医药、农药、油漆等行业，搅拌反应设备的应用也相当广泛。1.3 反应釜设计的基本要求 反应釜为压力容器，其设备设计必须满足以下基本要求1：1.3.1安全可靠要求 为了保证设备必须可靠运行安全运行，防止事故的发生，化工设备应具有足够的能力来承受使用寿命可能遇到的各种载荷。要求所使用的设备具有足够的强度、刚度、韧性和与介质的相容性，以与良好的密封性、耐腐蚀性和抗失稳能力。 强度是指载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力。化工设备是由不同的材料制造而成的，其安全性与材料本身的强度密切相关。在一样的设计条件下，提高材料强度无疑可以保证设备具有较高的安全性。但满足强度要求并非是选用材料的强度等级越高越好，而是要选择合适的材料。无原则地选用高强度材料，结果只会导致材料和制造成本提高以与设备抗脆断性能力降低。由于选材、焊接和使用条件等各种原因，化工设备不可避免地会产生各种各样的缺陷，如果在选材时充分考虑材料的破坏前吸收变形能量的能力水平（即材料的韧性），并注意材料的强度和韧性的合理搭配，最大限度地降低化工设备对缺陷的敏感程度，对于保证设备的安全运行也是一个非常有效的措施。 另外，过程设备各零部件的强度并不一样，整体的强度往往取决于强度最弱的零部件的强度。如使各零部件的强度相等，可以充分利用材料的强度，节省材料，减轻重量，简化制造、安装和运输，从而降低成本，提高综合经济性。 刚度指作用在弹性元件上的力或力矩的增量与相应的位移或角位移的增量之比，是设备在载荷作用下保持原有形状的能力。刚度不足是过程设备过度变形的原因之一，失稳是化工设备常见的失效形式之一，因此，化工过程保证刚度使设备具有足够的抗失稳能力。 韧性是指材料断裂前吸收变形能量的能力。材料韧性一般随着材料的强度的提高而降低。在选择材料时，应特别注意强度和韧性的合理匹配。在满足强度的要求下，尽可能选用高韧性材料。 密封性是指化工过程设备防止介质或空气泄漏的能力。泄漏分为泄漏和外泄漏。泄漏可能会引起产品污染，严重时还会引起爆炸事故。化工设备的介质往往具有危害性，外泄漏不仅仅有可能引起中毒、燃烧和爆炸等事故，而且还会造成环境污染。因此，密封是化工设备安全操作的必要条件。 耐腐蚀性是保证化工设备安全运行的一个基本要求。特别是处理化工生产中的介质，由于它们具有不同程度的腐蚀性，一方面，可能使设备的厚度减薄，使用寿命缩短；另一方面，还会在应力集中与两种材料或构件焊接处等区域造成更为严重的腐蚀，结果引起泄漏或爆炸。因此，材料和介质必须相容。选择合理的材料或采用相应的防腐措施，将大大提高化工设备的使用寿命和安全可靠性。1.3.2满足过程要求 过程要求主要有功能要求和寿命要求。 功能要以满足生产的需要，如生产量、传热量。功能要求得不到满足，会影响整个过程的生产效率，造成经济损失。 寿命要求：反应设备工作年限不少于15年。1.3.3综合经济性好 在保证化工设备安全运行和满足工艺条件的前提下，要尽量做到经济合理。因为经济性是否合理是衡量化工设备优劣的一个重要指标。化工过程设备的综合经济性主要体现在以下几个方面：.生产效率高、消耗低；.结构合理、制造简便；.易于运输和安装。.易于操作、维护和控制 化工设备除了要满足安全可靠性、工艺条件和考虑经济性能外，还必须考虑操作简单、可维护性和可修理性好以与便于控制等几个方面。1.3.4优良的环境性能 随着社会的进步，人们的环保意识日益加强，产品的竞争趋向国际化，化工过程设备失效的外延也在不断扩大，它不仅仅是指爆炸、泄漏、生产效率降低等功能失效，还应包括环境失效。1.4 反应釜的应用场合与工程背景 反应釜常用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等行业，用以完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以与有机染料和中间体的许多其它工艺过程的反应设备。 反应釜的操作性能直接关系到产品的质量、能耗和生产成本，工程界和学术界对搅拌混合都非常重视，进行了大量的研究工作，取得了不少的研究成果。 同时反应釜是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一。目前，反应釜的选型和构件的设计在很大程度上依赖试验和经验，对放大规模还缺乏深入的认识，对于能耗和生产成本只能在一定规模的生产装置上对比后才能得出结论，由于对产品的回收率和质量要求越来越高，对反应釜的研究日趋深入，已从早期对搅拌功率和混合时间的研究，20世纪80年代对反应釜的流体速度场分布的研究，进入20世纪90年代以来的搅拌釜三维流场的数值模拟研究。流场数值模拟必须在深入进行流体力学研究的基础上，综合考虑流体流动的三维性、随机性、非线性和边界条件不确定性。通过数值模拟不但可以解决反应器的放大机理，而且可以优化设计开发新型高效搅拌器，使机械搅拌器的设计理论更加完善。 反应釜在生活中越来越得到人们的普遍认可，它的发展态势是势不可挡的，根据业人士的有关分析，认为反应釜行业未来的发展态势将主要体现在以下几个方面： 1、反应釜将会向“大容积化”进军。这是增加产量、降低产品成本、减少批量生产之间的质量误差的有效途径和发展趋势。反应釜的釜体方式将发生变革。 2、反应釜的搅拌器已经摒弃了单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。从国外来看，他们除了装有搅拌器外，其零件中的釜体还沿水平线旋转来提高反应速度。它代表了一种发展趋势，预言在未来国反应釜的釜体也会沿袭这一种趋势。 3、热管技术的应用将会成为一种潮流。合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率，将会最大限度的降低热损失。热管技术的应用，将是今后发展的方向。 4、生产自动化和连续化将取代笨重的间隙手工操作。采用程序控制，既可以消除对环境的污染，又可以保证稳定生产，提高产品质量，减轻体力劳动，从而增加收益。 2 设计方案的选择与设计参数的确定2.1 搅拌反应釜类型的选择 搅拌反应釜是化工生产中常用的典型设备，一台搅拌反应设备主要由搅拌容器（釜体）、换热元件、搅拌装置、传动装置以与密封装置等组成。搅拌容器的作用是为物料反应提供合适的空间。搅拌筒体基本上是圆筒形，封头常采用椭圆形封头、锥形