1、反应釜设计程序反应釜设计程序(1)确定反应釜操作方式根据工艺流程的特点，确定反应釜是连续操作还是间歇操作。(2)汇总设计基础数据工艺计算依据如生产能力、反应时间、温度、装料系数、物料膨胀比、投料比、转化率、投料变化情况以及物料和反应产物的物性数据、化学性质等。(3)计算反应釜体积(4)确定反应釜设计（选用）体积和台数。如系非标准设备的反应釜，则还要决定长径比以后再校算，但可以初步确定为一个尺寸，即将直径确定为一个国家规定的容器系列尺寸。(5)反应釜直径和筒体高度、封头确定。(6)传热面积计算和校核。(7)搅拌器设计。(8)管口和开孔设计。(9)画出反应器设计草图（条件图），或选型型号。3.设计
2、要求（1）进行罐体和夹套设计计算；（2）选择接管、管法兰、设备法兰；（3）进行搅拌传动系统设计；（4）设计机架结构；（5）设计凸缘及选择轴封形式；（6）绘制配料夹套反应釜的总装配图；（7）从总装图中测绘一张零件图或一张部件图。1罐体和夹套的设计1.1 确定筒体内径 表4-2 几种搅拌釜的长径比i值搅拌釜种类设备内物料类型长径比i值一般搅拌釜液-固相或液-液相物料 i11.3气-液相物料 i12发酵罐类 I1.72.5 当反应釜容积V小时，为使筒体内径不致太小，以便在顶盖上布置接管和传动装置，通常i取小值，此次设计取i1.1。一般由工艺条件给定容积V、筒体内径 按式4-1估算：得D=1366mm
3、.式中 V工艺条件给定的容积， ； i长径比， （按照物料类型选取，见表4-2） 由附表4-1可以圆整 1400，一米高的容积 1.539 1.2确定封头尺寸 椭圆封头选取标准件，其形式选取化工设备机械基础课程设计指导书图4-3，它的内径与筒体内径相同，釜体椭圆封头的容积由附表4-2 0.4362 ，（直边高度取50mm）。1.3确定筒体高度反应釜容积V按照下封头和筒体两部分之容积之和计算。筒体高度由计算H1=（2.2-0.4362）/1.539=1.146m，圆整高度 1100mm。按圆整后的 修正实际容积由式V=V1mH1+V封=1.5391.100+0.4362=2.129 式中 ； 一
4、米高的容积 /m 圆整后的高度，m。1.4夹套几何尺寸计算 夹套的结构尺寸要根据安装和工艺两方面的要求。夹套的内径 可根据内径 由500600700180020003000 +50 +100 +200选工艺装料系数 =0.60.85选取，设计选取 0.80。1.4.1夹套高度的计算H2=（V-V封）/V1m=0.755m1.4.2.夹套筒体高度圆整为 800mm。1.4.3罐体的封头的表面积由化工设备机械基础附表4-2查的F封=2.345。1.4.4一米高的筒体内表面由化工设备机械基础附表4-1查的。F1m=4.401.4.5实际的传热面积F=5.66653，由化工设备机械基础式4-5校核5.
5、66653所以传热面积合适。2夹套反应釜的强度计算 强度计算的参数的选取及计算均符合GB150-1998钢制压力容器的规程。此次设计的工作状态已知时，圆筒为外压筒体并带有夹套，由筒体的公称直径 mm，被夹套包围的部分分别按照内压和外压圆筒计算，并取其中较大者。 . 过程装备 夹套反应釜 化工机械 化工课程设计 反应釜设计摘要本次设计主要是化工容器反应釜的完整设计。主要介绍了压力容器的发展背景和在化学工业中的作用，反应釜的设计过程以及关于化工压力容器的设计的了解。本设计是通过对筒体壁厚的设计及筒体的宽度设计，加深对压力容器的认识，达到研究的目的和期望的结果，加深对涉及国内外先进的制造技术和有关压
6、力容器设计及工艺等方面的内容的学习和认识。通过查阅各种相关的文献，据此熟悉的研究内容、合理的安排课题进度和容器设计路线。设计过程主要包括校核方案的最优化选取，导向方案中材料参数的设定，校核方法的选择，采用此设计方案的原因及形状的选择；筒体的计算；工件的加工精度分析等。1前言1.1课题介绍在化工容器制造过程中，一台压力容器从设计到投入运行，要经过设计、制造、检验、安装、运行监督和维修等多个环节，设计是其中一个十分重要的环节。设计的正确、合理与否，不仅涉及到制造、检验等环节的难易程度，影响到压力容器的制造成本和运转费用，而且直接关系到产品运行的可靠性。1.2课题研究背景及发展趋势压力容器从产生到现
7、在，大约可以分为三个阶段：第一阶段，主要表现在20世纪初，随着石油化学工业的发展，所以一些应用于化工生产的中、低压容器的设计与试验应用，主要是薄壁容器的碳钢容器及部分不锈钢容器的应用。第二阶段，20世纪50年代以后，随着世界经济的飞速发展，压力容器有广泛的应用于工业、农业、军工及民用等许多部门，这时的压力容器不能单独地构成一台设备，它内部必须装入为完成某一化工单元操作所需的内件。诸如合成塔、分离器、热交换器及特殊工业的高压容器。第三阶段，21世纪的中国等发展中国家，制造业的发展是社会发展、经济提高的基础。但随着世界性的能源危机，许多国家正在大力的开发能源，一方面加紧开发煤气和天然气，另一方面积
8、极发展核能发电，这些能源装置需要大量的高压容器和超高压力容器。预计在不久的将来，高压容器的设计理论与制造技术将会成为我们所要掌握的关键部分。1.3压力容器的组成简介1. 筒体起定位或总装置作用的主要元件或部件2. 封头起封端部作用的重要部件3. 法兰用于开孔连接的元件或部件4. 支腿用于支撑筒体及整个部件的元件5. 密封件用于部件连接的密封以防止泄露的部件6. 吊耳用于在制作过程中吊转容器的部件7. 牌铭用于介绍每件容器的简单介绍书但是并非所有压力容器都包括上述各类部件，然而其中小部件则是每一压力容器都不可缺少的组成部分。1.4课题设计内容、设计参数及意义1.4.1设计内容图27.1-1为反应
9、釜的工序图，工件的基本材料为：釜体及其上管道：0Cr18Ni9；夹套16MnR；其余：Q235A1.4.2 设计参数详见后面设计计算部分1.4.3 意义通过对此反应釜的设计，就设计中所涉及到的一些力学问题，加深对一些有关应力分析和强度设计的基本理论的了解。2 反应釜结构及特点(1) 结构基本相同(2)操作压力较高(3)操作温度较高(4)其中通常进行化学反应(5)多属间歇操作2.1反应釜的用途及作用反应釜设备主要用于医药，化工，食品，轻工等行业中的水解，中扣，结晶，蒸馏，蒸发，储存等生产环节。反应釜设备主要用于医药，化工，食品，轻工等行业中的水解，中扣，结晶，蒸馏，蒸发，储存等生产环节。3 反应
10、釜设计3.1 尺寸和容积确定方案计算过程中用到的符号V设备容积，操作容积， 高度直径比，曲面高度，mm曲面高度，mm，直边高度，mmH夹套高度，mm，D夹套直径，mm设计温度下封头材料的许用应力，Mpa焊接接头系数，p设计压力，MpaL筒体的计算长度，mm筒体的有效厚度，mm筒体的名义厚度，mm夹套直径与筒体直径的关系筒体直径D 600 6001800 18003000夹套直径 D+50 D+100 D+200夹套高度:筒体高度的75%1.夹套的结构 夹套传热结构简单，基本上不需要进行检修。但有衬里的反应釜和釜壁采用导热性不良的材料制造时，因传热效果差，不宜采用夹套传热。采用夹套传热时，因夹套
11、向外有热量损失，故需要在夹套外包以保温材料。夹套有以下几种：1型仅圆筒部分有夹套；2型仅圆筒和下封头部分有夹套；3型为减小外压容器计算长度L，在圆筒部分的夹套采用分段结构或带有加强圈；4型圆筒，下封头及上封头的一部分有夹套。根据工艺要求，此次反应釜夹套选择2型夹套。2型夹套中用蒸汽作为载热体时，一般以上端进入夹套，凝液从夹套底部排出，如用液体作为冷却时则相反。采取下端进，上端出，以使夹套中经常充满液体，充分利用传热面积，加强传热效果。夹套的高度选取筒体高度的0.75倍夹套的直径与与筒体直径的关系如下表此外，夹套高度的确定，还应考虑两个因素：当反应釜筒体与上封头用设备法兰联结时，夹套顶边至少应在
12、法兰下方150200mm处，而当反应釜具有悬挂支座时，须考虑避免因夹套顶部位置，而影响支座的焊接位置。2厚度的确定中低压反应釜釜体部分和夹套厚度，基本上按容器的设计方法来确定。反应釜在压力状态下操作，如不带夹套，则筒体及上，下封头均按内压容器设计，以操作时釜内最大压力为工作压力；如带夹套，则反应釜筒体及机下封头应按承受内压和外压分别进行计算，并取最大值。按内压计算时，最大压力差为釜内工作压力；按外压时，最大压力差为夹套内工作压力（当釜内为常压或尚未升压时）或夹套内工作加0.1Mpa（当釜内为真空时）。上封头如不包在夹套内，则不承受外压作用，只按内压容器计算，但常取与下封头相同的厚度。夹套筒体及
13、夹套封头则以夹套内的最大工作压力按内压容器设计，真空时按受外压进行设计。通常封头与筒体取相同厚度，必要时还得考虑内外筒体膨胀差的影响。当夹套上有支撑件时，还应考虑容器和所装物料的重量。1.筒体的直径和高度：高度直径比取装料系数：=0.8,设备容积V与操作容积:根据V与选定的H/，取：设备容积V=m，内直径根据公称直径标准系列取2=1400mm封头取相同的内径，其曲面高度表查16-6得，直边高度根据查表初步取为40mm,当=1400mm，=40mm,从表16-6中查得椭圆形封头的容积H=2.夹套的直径和高度3.筒体的高度内压情况：假定钢板的厚度在616mm范围内，查表=130Mpa,的名义厚度为
14、10mm水压实验：0.9满足水压条件外压情况：假设,L=1700+(240)+(2由图A=0.00043查得B=51Mpa假设,L=2013mm由图A=0.00092查得B=83Mpa4夹套的厚度夹套的名义厚度为4mm3.4 总图上尺寸及技术要求的标注详见装配图、零件图4制造加工与检验4.1简单的焊接，加工，装配工艺的完成略4.2 无损检测和机械实验工序2003年3月国务院第373号令颁布的我国特种设备安全监察条例规定，特种设备是指涉及生命安全危险性较大的锅炉、压力容器(含气瓶)、压力管道、电梯、起重机械、客运索道和大型游乐设施等设备。确保特种设备安全是保护和发展社会生产力、促进社会和经济健康
15、发展的基本条件。工业发达国家都颁布有关法规规范对特种设备的设计、制造、安装和使用等过程进行严格控制，以确保其安全运行。我国原劳动部、原国家质量技术监督局和国家质量监督检验检疫总局先后颁布了一系列安全技术监察规程、规定、规则和技术要求对我国特种设备的设计、制造(组焊)、安装、使用、检验、修理和改造等环节进行安全监察和质量控制，以确保我国特种设备的安全运行。在特种设备各个环节的控制中，无损检测对其制造质量控制和安全使用非常重要，尤其在承压类特种设备中广泛使用，对机电类特种设备一般进行磁粉和渗透检测，对一些大轴等重要部件进行超声检测法，对一些重要焊缝进行射线检测，对钢丝绳进行漏磁检测。承压类特种设备
16、采用的主要无损检测标准为JB47302005承压设备无损检测。4.3工件打磨和抛光精度分析不锈钢化学抛光设备简单、投资少、效率高。随着不锈钢制品使用的增加，不锈钢化学抛光也成为人们关注的热点。不锈钢化学抛光设备简单、投资少、效率高。随着不锈钢制品使用的增加，不锈钢化学抛光也成为人们关注的热点。4.3.1适合于化学抛光的不锈钢材质不锈钢有奥氏体和非奥氏体两大类。奥氏体不锈钢为非磁性，这类不锈钢中各元素质量分数分别为Cr1230，Ni(或Mn)620，C0.2，还含有Ti、Nb等元素。常用的有1Cr18NiTi、cr18MnNi5，这类不锈钢因含有易钝化Ni、Mn等元素，抛光效果好。非奥氏体不锈钢
17、又分为马氏体和铁素体，马氏体中各元素质量分数分别为Cr：1218，C：010.4，如1Cr132Cr13，铁素体含Cr：1230，c0.25，如Crl7、28，这类不锈钢易被酸腐蚀而出现黑膜，化学抛光质量较差。4.3.2化学抛光液组成不锈钢化学抛光液大都含有腐蚀剂、氧化剂(钝化剂)和添加剂(粘度调节剂、酸雾抑制剂、光亮剂)，在一定温度条件下，在上述物质共同作用下，不锈钢表面的金属及其氧化物不断被溶解的同时，表面形成类似于电化学抛光的钝化膜或粘性膜，由于凹处钝化膜活性小或粘膜厚度大，使得凸起处金属溶解速率大于凹处的溶解速率，金属表面不断被整平，变得平滑而光亮。4.3.3常用的化学抛光液1）硝酸型
18、化学抛光液添加剂为含氮杂环类化合物，是一种高光亮低成本不锈钢抛光工艺。上述配方中含硝酸，抛光过程中有大量黄烟产生，污染环境，人们不断探索无黄烟或少黄烟化学抛光配方。为抑制氮化物产生常常加入少量抑制剂，如尿素、氨基磺酸等。2）非硝酸型化学抛光液不含硝酸的化学抛光液多用于表面光洁度比较高的工件，而且一般操作温度比较低。4.4材料选用4.5材料的力学性质抗拉强度抗拉强度是材料的主要强度指标之一。它是指材料在拉伸受力过程中,从开始加载至断裂所能承受的最大应力。抗拉强度是决定材料许用应力的主要依据之一。屈服点屈服点是指呈现屈服现象的金属材料,在所加外载荷不再增加,而材料仍然继续伸长变形时所对应的应力。对
19、于在压力容器行业中通常使用的材料,规定以残余伸长率为0.2%时的应力作为决定材料许用应力时的屈服点。韧性韧性用来衡量材料的抗裂纹扩展能力。对低碳钢、铝、铜一类塑性材料,其晶格结构能够由于裂纹尖端的局部屈服而终止裂纹的扩展;对于类似铸铁等脆性材料,其晶格结构不会使裂纹尖端产生局部屈服现象,不能终止裂纹扩展,因此脆性裂纹不耐拉伸。而在压缩条件下,任何已经存在的裂纹都可能闭合。刚性刚性是结构抗弯曲和翘曲的能力,是度量构件在弹性范围内受力时变形大小的因素之一,它与材料的弹性模量和结构元件的截面形状有关。GB150附录I给出了不同类别钢材在不同温度下的弹性模量。硬度硬度是抵抗其它物体刻划或压入其表面的能
20、力。用标准试验方法测得的表面硬度是材料耐磨能力的重要指标。如果容器是用于处理有摩擦性的固体或含有引起磨蚀的悬浮固体的流体物料时,则应考虑材料的表面硬度。疲劳材料或元件在交变应力作用下,经过一段时间后,在内部缺陷或应力集中的部位,局部产生细微的裂纹,裂纹逐渐扩展以致在应力远小于屈服点或强度极限的情况下,突然发生脆性断裂,这种现象称为疲劳。疲劳极限即材料承受近无限次应力循环,而不破坏的最大应力值。4.5.1材料的耐腐蚀性能均匀腐蚀均匀腐蚀的特点是在整个金属表面均匀的发生腐蚀作用。这种腐蚀相对于其他形式的腐蚀其危害性最小。在设计中根据经验考虑腐蚀余量或选用适宜腐蚀材料就可以保证设备的强度要求和使用寿
21、命。电化腐蚀电化腐蚀是金属和电解质溶液间由于电化学作用而产生的对金属材料的腐蚀。压力容器在使用过程中,可能以各种方式形成阴极区域从而组成电化学电池,这种阴极区域可以是不同的金属材料;腐蚀产物;金属中的夹渣等杂质;充气不良的区域;浓差区域;不同变形的区域等,从而形成了腐蚀过程。应力腐蚀应力腐蚀是指金属在应力和腐蚀性介质联合作用下产生腐蚀裂纹,并能使裂纹迅速发展,从而可能出现金属材料的早期脆性破坏的腐蚀形式。晶间腐蚀晶间腐蚀发生在晶粒边界处,并沿晶粒边缘向深处发展,使晶粒间的连接遭到破坏,显著降低材料的力学性能,外表不易发现,金属的破坏是突然发生的。点蚀点蚀是一种局部腐蚀,是在金属表面形成凹坑的非
22、常局部的腐蚀。一旦形成点蚀,则可能会引起材料的穿透。腐蚀疲劳腐蚀疲劳是指在腐蚀环境中由于循环应力所引起的材料早期失效,甚至在弱腐蚀条件下也可能大大减少结构元件的寿命;与应力腐蚀不同,腐蚀疲劳能够出现在任何腐蚀环境中,并不决定于某一特定腐蚀介质和金属材料的组合,因此,对于承受循环应力的结构,必须要选用具有良好耐蚀性材料。此外,还要注意材料的加工工艺性能,如焊接性能,成型工艺性能等。钢材的金属结构和热处理状态,如材料的金相组织,热处理等。4.6 材料检验制造设备的材料，除了应符合有关材料标准的规定外，还要符合图纸上的要求。对于板材内部的缺陷，大都采用超声波探伤检验。需否逐张检验，应根据设备的压力、
23、物料的性质、钢种与板厚来确定。由于轧制过程的原因，厚板的质量大多较薄板的质量差一些，通常情况下，碳钢的厚度大于38mm，低合金钢的厚度大于25mm时，都需进行逐张超声波探伤。4.7 焊接及特点焊接是化工设备制造中的主要手段。化工生产要求设备上所有的焊缝不但应严密牢固，能承受相当高的温度和压力载荷，而且要求能抵抗物料的腐蚀。因此，反应釜的质量除钢板本身的质量外主要取决焊接的质量。因为它将直接影响到塔设备反应釜的使用寿命和安全运行。为此，焊接前应根据技术要求制定焊接工艺规程，并由考试合格的焊工施焊。焊接要求金属先熔化后凝固，这是一种快速反应的冶金过程。引起焊接变形与产生个应力的因素很多，主要有以下
24、几方面：焊缝金属由液态凝固时体积缩小。焊接时不均匀的冷却和受热。母材的显微组织发生相变，引起体积不均匀变化。经过塑性变形后的焊件，焊接时可能发生再结晶，使金属纤维发生不均匀的变形。两个被焊接厚度相差较大。焊接本身的重量和厚度。这些因素都可能引起变形，其中受热而引起的变形，称为热变形，因结晶组织改变而引起的变形称为结构变形。如果变形受到焊接本身的刚性，重量或外力的阻碍，在焊件内就会产生应力。减低应力或防止变形的措施有两类：即从设计上拟定合理的焊接结构和在制造上实施合理的焊接工。4.8 密封机械密封和填料密封4.7.1填料密封填料密封原理是依据轴向压紧填料，使之产生径向扩张而起到密封，由于周与填料
25、为动密封，填料对轴的摩擦力很大，导致轴发热使轴的工作状况变坏，轴的所需功率增大，而且密封性能较差，如轴的安装有较大偏差时，会引起泄漏，但填料密封的价格较便宜。4.7.2机械密封机械密封是一种功率小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长的转轴密封，被广泛地应用于各个技术领域。机械密封在运行时，除了装在轴上的浮动环由于磨损需作轴向移动补偿外，安装在浮动环上的辅助密封则随浮动环沿轴表面作微小移动，故轴或轴套被磨损是微不足道的。因而可免去轴或轴套的维修。由于机械密封有许多优点，因此，在搅拌设备上被大量采用。其原理如下；当轴旋转时，设置在垂直于转轴的两个密封面（其中一个安装在轴上随轴转动，另一个安装在静止
26、的机壳上），通过弹簧力的作用，始终使它们保持接触，并作相对运动，使泄漏不致发生。机械密封常因轴的尺寸和使用压力增加而使结构趋于复杂。4.7.3机械密封和填料密封比较的特点密封可靠，在一个较长的使用期间，不会泄漏或很少泄漏当密封端面磨损一些后，弹簧的恢复力能使动环（静环）产生轴向移动，来补偿端面的磨损，从而始终满足密封要求。使用寿命长。正确地选择摩擦副的材料和比压的机械密封可用2年多，而填料密封只有最多6个月轴和轴套不易磨损，摩擦功耗小，一般约为填料密封的10%50%。维修周期长。正常工作情况下，不需要维修对轴的振动和轴对壳体孔的偏心不敏感运用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压，各种转速及各
27、种腐蚀性、易燃、易爆，有毒的介质密封结构比填料密封复杂，需要有一定的加工和安装技术。5.小结我做的课题设计为反应釜设计，本课题与我们所学的专业课知识相关，但还是要学习许多新的知识。通过这次课程设计，使我重新复习了所学的专业课，学习了新知识并深入理解，使之应用于实践，将理论知识灵活化。在此次设计的全过程中，我达到了最初的目的，对化工机械有了较深入的认识，对化工设备的设计方面的知识有了较全面的认识，熟悉了压力容器设计的全过程及工具用书。我去图书馆查阅了这方面的有关书籍并上了维普等一些网站检索了相关内容，从中学到了很多知识，受益匪浅。由于时间和经验等方面的原因，该设计中还存在很多不足。如图纸上还存在
28、一定错误、对反应釜的了解还不够全面等等。今后有兴趣会进一步学习6.参考文献1 GB1502000钢制压力容器.国家技术监督局发布2 中华人民共和国行业标准，JB钢制压力容器分析设计标准，20003 约翰;F;哈维著.刘汉等译.压力容器部件结构设计与材料.化学工业出版社,19854 赵正修编.石油化工压力容器设计.石油工业出版社,1985秦艽星著.大容量反应釜的技术特点与改进.CHINAADHESIVES,2005中小型反应釜常见的缺陷及危害1 前言反应釜是化工行业用来完成物质的物理!化学反应等工艺过程的典型设备之一,通常由釜体、传热、传动、搅拌及密封等部分组成。虽然反应釜常见的零部件早就有部标
29、或者国标，但除搪瓷釜外，至今尚未查见整机的部标或者国标，真正近乎完美的设备并不多见。大多数情况下，反应釜是一种带有常见缺陷的化工设备，由于反应釜工作时存在易燃、易爆、毒害、腐蚀介质，因此，反应釜的缺陷在不同程度上危害人身、财产安全，也影响着产品质量。 据统计，中国平均每年都有四十多起与反应釜有关的重大事故。2 反应釜常见的缺陷及危害21 釜体和传热部分（1） 改薄釜体或传热夹套的钢板，尤其是价格较高的不锈钢板，此举危险极大。 釜体耐压强度和刚度等性能下降，可造成设备爆炸恶性事故。（2） 改薄法兰材料，未达到额定负荷时变形，造成法兰面密封失效。 即使无害介质高压%高温下的突然失效都会有严重的后果,有害介质更甚.(3)为省料,封头不压出直边,封头刚度下降,设备容量降低.(4) 为了保证设备的强度,防腐性能和釜内的清洁,筒体、衬里底座和法兰等应该内、外双面焊的，也常被简化为外侧单面焊。内侧少焊后，用户在外观上不易看出来，但设备的可靠性下降。未焊的内侧将形成夹缝，釜内物料容易渗入，又难以清洗，渗入物的成份通常不定，既可能长期滞留夹缝深层腐蚀设备，脱落后又可能污染产品。（5） 反应釜内壁和釜内部件不抛光，釜内壁粗糙，易生锈、结垢，使用初期或置换产品时清洗困难。（6） 混淆全容积和公称容积概念，通常设备的全容积是反应釜筒体和上下封头包含的所有空间，而公称容积仅仅是釜体夹套对应的
