陈祥伟-搅拌反应器的结构设计.doc

2 搅拌反应器的结构设计

内筒压力:
夹套压力:
内筒温度:<120℃
夹套温度:<150℃
内筒介质:104%发烟硫酸+RQ液固相
夹套介质:冷却水、蒸汽
介质腐蚀:微弱
夹套传热面积:8m2
转速:50r/min
搅拌功率:
操作容积:
设备容积:3 m3


桨式搅拌器是结构最简单的一种搅拌器,一般以扁钢加工制成,接或用螺栓固定在轮毂上,叶片数是或片。材料可以采用碳钢、合金钢、有色金属或碳钢外包橡胶、环氧树脂、酚醛玻璃布等。其结构形式可分为平直叶和折叶氏两种,即根据叶片的形状特点不同可分为平桨式搅拌器和斜桨式搅拌器。平桨式搅拌器产生的是径向力,斜桨式搅拌器产生的是轴向力,桨式搅拌器适用于低黏度的液体,悬浮液及溶解液搅拌。桨式搅拌器的直径约取简体内径的倍,其中约等于。本设计选择平直式桨式搅拌器就能满足要求。

挡板一般是指长条形的竖向固定在罐底上的板,主要是在湍流状态时,为了消除罐中央的“圆柱状回转区”而增设的。选择块竖式挡板,且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。
罐体设计

选择圆柱形筒体,采用标准椭圆形封头


发酵罐类设备长径比取值范围是,综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取。根据设计给定的数据可知,罐体全容积,罐体公称容积(操作时盛装物料的容积)。
初算筒体直径:

即15
圆整到公称直径系列,取。封头取与内筒体相同内径,封头直边高度。

当时,查《化工容器及设备简明设计手册》表13-6得封头的容积
,取
核算与
,该值处于之间,故合理。
该值接近,故也是合理的。
夹套设计

夹套是搅拌反应器常用的传热构件,是套在反应器筒外面能形成密封空间的容器。夹套材料一般为碳钢,与筒体间的连接大多为不可拆连接。夹套的一般结构是—个薄壁圆柱形壳体,在下端焊上—个底封头,套在搅拌罐内筒和内封头的外部。在本设计当中,采用了整体夹套(U形)这种常用的结构型式,。

夹套与内筒的连接方式有两种,一种是可拆性连接,另一种是不可拆连接。本设计选择前者,因为其可用于需要检修内筒外表面以及夹套需定期更换。。
可拆式夹套结构

表1 夹套直径与内通体直径的关系
内筒径
夹套
由表1,取
夹套封头也采用标准椭圆形,并与夹套筒体取相同直径

工艺要求传热面积为,查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积高筒体表面积为
总传热面积为
故满足工艺要求。
设夹套高度Hj等于料液高度(一般不低于料液高度),则:
圆整后取Hj=2000mm。

,确定设计压力
按照《钢制压力容器》()规定,查表4-1(续),决定选用高合金钢板(),该板材在以下的许用应力由《过程设备设计》(第二版)附表(续)查取,,常温屈服极限
。
根据给定的设计参数,内筒压力:,夹套压力:。

根据《钢制压力容器》()附录,夹套材料选用热轧钢板,其,钢板使用温度为。
夹套筒体计算壁厚:

夹套采用双面焊,局部探伤检查,查《过程设备设计》(第二版)表4-3得
则
查《过程设备设计》(第二版)表4-2取钢板厚度负偏差,对于不锈钢,当介质的腐蚀性极微时,可取腐蚀裕量,对于碳钢腐蚀裕量不小于1,取,故内筒体厚度附加量,夹套厚度附加量。
根据钢板规格,取夹套筒体名义厚度。
夹套封头计算壁厚为
取厚度附加量,确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。

(1)按承受内压计算
焊缝系数同夹套,则内筒体计算壁厚为:
(2)按承受外压计算
设内筒体名义厚度,则,内筒体外径。
内筒体计算长度。
则,,由《过程设备设计》第二版图4-6查得,图4-9查得,此时许用外压为:
满足强度要求,
故取内筒体壁厚可以满足强度要求。

考虑到加工制造方便,取封头与夹套筒体等厚,即取封头名义厚度。按内压计算肯定是满足强度要求的,下面仅按封头受外压情况进行校核。
封头有效厚度。,由《过程设备设计》(第二版)表4-5,利用插值法求得标准椭圆形封