搅拌反应釜的设计(2)

一、设计（论文）题目 1.2m3搅拌反应釜的设计 二、设计（论文）参数及依据 设计参数： 技术特性 工作压力 夹套 釜内 工作温度 夹套 釜内 介质 夹套 腐蚀情况 型式 搅拌 转速 功率 操作容积 夹套传热面积 推荐材料 管口表 公称直径编号 名称 蒸汽进a 口 32 DN(㎜) 1.2m3 4.5 m2 Q345 圆盘涡轮式 125r/min 2.0Kw 140℃ 液体与液体均匀混合 釜内 0.3Mpa 0.4Mpa 110℃ 饱和蒸汽 一般腐蚀

b c d 进料 视镜 温度计接口 蒸汽进50 80 65 e f g h i 口 出料 冷凝液出口 手孔 安全阀 32 65 25 150 40 设计依据：《钢制压力容器》（GB150-1998）、《压力容器安全监察规程》、《化工机械基础课程设计》

1.绪论

搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散,从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。在工业生产中，搅拌操作是从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。搅拌操作分为机械搅拌和气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气体群以密集状态上升借所谓气升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体所进行的搅拌是比较弱的，对于几

千毫帕.秒以上的高黏度液体是难以适用的。但气流搅拌无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下的反应液体的搅拌是很便利的。在工业生产中，大多数的搅拌操作是机械搅拌。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。

从1-1图中可以看出，一台反应釜大致由：釜体部分、传热、搅拌、传动及密封等装置组成。釜体部分有包容物料反应的空间，由筒体及上下封头组成

传热装置是为了送入或带走热量，图中的是夹套传热装置结构。搅拌装置由搅拌器与搅拌轴组成。为了给搅拌传动，就需要传动的装置，用电机经V带传动，蜗杆减速机减速 后，在经过联轴器带动搅拌器转动。反应釜上的密封装置有两种类型：静密封是指管法兰，设备法兰等处的密封；动密封是指转轴出口处的机械

密封或填料密封等。反应釜上还根据工艺要求配有各种接管口、人孔、手孔、视镜及支座等部件。反应釜的机械设计是在工艺要求确定之后进行的。反应釜的工艺要求通常包括反应釜的容积，最大工作压力，工作温度，工作介质及腐蚀情况，传热面积，搅拌形式，转速及功率，配备哪些接管等几项内容。这些要求一般以表格及示意图形式反应在工艺人员提出的设备设计要求当中。

搅拌设备在工业中的作用和地位:化工过程可分为传递过程(热量传递、质量传递的物理过程)和化学反应过程。通常，反应设备都是过程工业的核心设备。

本课题之所以介绍搅拌设备，这是因为搅拌设备是一种典型的在静态容器的基础上加入动态机械的特殊设备。搅拌设备在工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。化学工艺过程的种种变化，是以化学反应物质的充分混合为前提的。对于加热、冷却和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到好的效果。搅拌设备的作用如下：①使物料混合均匀；②使气体在液相中很好地分散；③使固体粒子（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强化相间的传质（如吸收等）⑥强化传热。对于均相反应，主要是①、⑥两点。混合的快慢、均匀程度和传热情况好坏，都会影响反应结果。

搅拌设备在石油化工生产中被应用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油的混合调整和精制，汽油中添加四乙基铅等添加物而进行混合使原料液或产品均匀化。化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺染料和油漆颜料等工艺过程，都装着各种型式的搅拌设备。搅拌设备大量应用于化学纤维生产中，如聚酯、尼龙等生产装置。

搅拌也可以在管路中进行采用在管路中安装装置的办法对气-液系和液-液系进行混合。在石油精制中，也采用使液体流过设置在管路中的锐孔板或挡板，以便使两种液体进行接触。还有在管道中放入搅拌器的，即所谓管道搅拌。

2.釜体的选材与设计

釜体的材料要满足生产工艺的要求，例如耐压、耐温、耐介质腐蚀，以及保证产品清洁等。由于材料的不同，搅拌容器的制造工艺、结构也有所不同，因

此可分为钢制搅拌设备、搪玻璃搅拌设备和带衬里的搅拌设备等。这里釜体材料为Q345，其力学性能热处理状态是固溶，屈服强度?0.2?345Mpa，抗拉强度符合所设计的搅拌工艺要求，所以选用Q345作釜体的材料。 ?b?510?600Mpa，

2.1确定筒体的型式

从技术特性表上所得到的工作压力及温度以及该设备的工艺性质，可以看出它是属于带搅拌的低压反应釜类型，一类低压容器，根据惯例选择圆柱形筒体。

2.2确定筒体、封头和夹套的直径与高度

反映物料为液-固相类型，从表3-1中，H/Di为1～1.3.设备容积要求为1.0m3,考虑到容器的体积不大，可取H/Di=1，这样可以使直径不致太小，从工艺上反应状态无泡沫或沸腾情况，黏度也不大，故取装料系数η=0.8。

表3-1 罐体长径比经验表

种类 一般搅拌罐 发酵罐类 反应釜的直径估算如下： VN=Vη V=

4V3罐体物料类型 液—固或液—液相物料 气—液相物料 H/Di 1～1.3 1～2 1.7～2.5 VNη=

1.00.8=1.25 m3

Di=

?H?π??Di??=34?1.253.14?1=1.14m

圆整至公称直径标准系列，取Di=1100mm,封头取相同的内径， 确定筒体的高度

当DN=1100mm，查得标准椭圆形封头的容积Vh=0.198m3，则筒体的高度估算为 H=

V?Vhπ4Di2=

1.25?0.1983.144=1.11m

?1.1?2取H为1.1m，于是H/Di=1,

确定夹套的直径

搅拌反应釜上的夹套的类型有整体型、半圆管型、型钢型、蜂窝型，在现在采用最多的夹套型式是整体夹套，由于应用广泛，工程上习惯简称为夹套。这种夹套是在罐体的外面再套上一个直径稍大的容器。结构简单方便基本上不需要维修。缺点是换热面积受到罐体几何形状的限制而不能做得太大。

整体夹套的结构类型

按照对罐体的包覆程度夹套可分为4种类型。

I型仅圆筒的一部分有夹套，用在需要加热面积不大的场合。

II型为圆筒的一部分和下封头包有夹套。这种夹套是常用的典型结构。 III型是为了减少罐体的外压计算长度（当按外计算罐体壁厚时）L，或者为了实现在罐体的轴线方向分段地控制温度、进行加热和冷却而采用的分段夹套，各段之间设置加强圈或采用能够起到加强圈作用的夹套封口件。此结构适用于罐体细长的场合。

IV型为全包覆式夹套。与前3种夹套比较具有最大的换热面积。

I型 II型 III型 IV型

考虑到本课题设计的要求，传热面要求不大，故使用II型圆筒的一部分和下封头包有夹套较为合适。夹套封头根据夹套直径及所选封头型式按标准选取,整体夹套与筒体的连接方式分为两种可拆卸式和不可拆卸式。不可拆卸式夹套（图3-1）的结构简单，密封可靠，主要适用于同一种材料支撑的搅拌设备。如果釜体与夹套用不同的材料制造，两者材料不能用焊接方法连接，或者因操作条件恶劣要求定期检查釜体表面时，应采用可拆连接（图3-2）。本课题设计搅拌反应釜釜体所用的材料Q345与夹套的材料Q345相同且是碳钢制的搅拌设备，所以整体夹套采用不可拆卸式,结构简单，密封可靠。

图3-1 可拆卸整体夹套结构

图3-2 不可拆卸整体夹套结构

夹套的内径与釜体的内径有关，可按表3－2

夹套的内径为：Dj?DN?100?1100?100?1200mm ； 表3-2 夹套直径Dj与罐体直径DN的关系（mm） DN Dj500～600 DN+50 700～1800 DN+100 2000～3000 DN+200 夹套的高度Hj

夹套的尺寸为1200mm，夹套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取相同的直径。

从文献?6?查得筒体每一米的容积V1?0.95m3/m,则夹套筒体的高度估算如下:

Hj??V?VhV1?0.8?1.25?0.1980.95?0.84m

取Hj为900mm。 2.3校核传热面积

当DN为1100mm时从文献?6?表16-5、16-3查得封头内表面积Fh?1.398m2；筒体一米内表面积F1?3.46m2，则

F?Fh?1.1?F1?1.398?0.9?3.46?4.512m2?4.5m2

计算所得传热面积4.512m2大于工艺要求的4.5m2，说明以上确定的夹套高度是可以的。

2.4内筒及夹套的受力分析

工艺条件中：反应釜内的工作压力为0.2Mpa，夹套内工作压力为0.3Mpa，则夹套筒体和夹套封头为受0.3Mpa的内压而内筒的筒体和下封头为既承受0.2Mpa的内压同时又承受0.3Mpa的外压，其最恶劣的工作条件为停止操作时内筒无压力而夹套内仍有蒸汽压力，此时内筒承受0.3Mpa的外压。

2.5计算夹套筒体的厚度

夹套筒体与内筒的环焊缝，因检测困难，故取??0.85，从安全计夹套上所有的焊缝均取??0.85，封头采用由钢板压制的标准椭圆形封头，材料均为Q345.

夹套的厚度计算如下： ?d?pcDj2?????pct?C2?1.1?0.3?12002?170?0.85?1.1?0.3?2?3.37mm

夹套的厚度为4mm,圆整至钢板规格厚度并考虑封头的标准，夹套筒体的厚度为?n?4mm。

2.6计算筒体的厚度

①承受0.2Mpa内压时筒体的厚度 ?d?

pcDi2????t?pc?C2?1.1?0.2?11002?170?1.1?0.2?2?2.71mm

②承受0.3Mpa外压时筒体的厚度

承受0.3Mpa外压时筒体的厚度为简化起见，首先假设?n?4mm，则

?e??n?C?4?2.25?1.75mm，由于夹套顶部距离容器法兰面积实际定为

150mm，因此内筒体承受外压部分的高度为H-150mm，并以此定L值。

D0?Di?2?n?1100?2?4?1108mm L?H?150?h?13h1?1100?150?25?13D0及D0?e之

?275?1066.67mm

式中h——标准椭圆封头之边高度，根据Di?1100mm由文献?6?表查得总深度h?h1?300mm，再由表推荐得h?25mm。

h1——标准椭圆封头曲面高度，h1?275mm。 则 LD0=1066.67D01108?0.96

1108?633.1 =?e1.75因此由文献［6］图5-19查得A=0.00002，再据此查图3-4，B不存在。 因此当名义厚度为4mm时，不能满足稳定要求。

再假设?n?8mm，则?e??n?C1?C2?8?0.8?2?5.2mm

LD0=1066.671108?0.96 =11085.2=213.08

D0?e由文献［6］图5-19，查得A=0.0005，据此查图3-4得B=64 ?p??BD0?64213.08?0.31Mpa>0.3Mpa

?e因此名义厚度为8mm时，筒体能满足0.3Mpa的外压要求。

由于筒体既可承受内压，又可能承受外压，因此筒体壁厚应选取两者中最大值，即确定筒体厚度为8mm.

3.封头的选择

凸形封头包括椭圆形封头、蝶形封头、球冠形封头（见图3-1、图3-2、图3-3）和半球形封头（图3-4）。

椭圆形封头推荐采用长短轴比值为2的标准型。

蝶形封头球面部分的内半径应不大于封头的内直径，通常取0.9倍的封头内直径，封头转角内半径应不小于封头内直径的10%，且不得小于3倍的名义厚度δn。

图 3-1

图 3-2

图 3-3

图 3-4

椭圆形封头是由半个椭球面和一圆筒直边段组成（图2-1），其结构设计充分吸取了半球形封头受力好和碟形封头深度浅的优点，其应用最为广泛。所以选择椭圆形封头。

3. 符号

Di------封头内直径,mm；

Dn------封头外直径（Dn=Di+2δn），mm; hi------封头曲面深度，mm; pc------计算压力，Mpa;

［pw］------最大允许工作压力，Mpa；

Ri------蝶形封头或球冠形封头球面部分内半径，mm; r------蝶形封头过渡段转角内半径，mm; δ------封头计算厚度，mm; δe------封头的有效厚度，mm; δn------封头的名义厚度，mm;

［σ］t设计温度下封头材料的许用应力，Mpa; φ------焊接接头系数

3.2 标准椭圆形封头的计算

??

pcDi2???t??0.5pc

3.3 夹套封头厚度计算

根据工艺上的工作压力和工作温度以及工艺参数性质，可以确定搅拌反应釜为低压反应釜，一类低压容器。根据Q345的力学性能特性，标准椭圆形封头的选材： Q345

根据钢板或钢管的厚度负偏差按钢材标准的规定,当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6％时，负偏差可忽略不计 ，故《钢制压力容器》中规定凸型封头的壁厚附加量也是只考虑腐蚀裕量C2，不计钢板厚度负偏差C1和热压成型加工时的厚度减薄量C3,这个问题由封头制造厂来考虑，保证符合图纸数值要求，故也取C2＝2mm。计算椭圆形封头的壁厚δ为：

??pcDi2???t??0.5pc+C2=

1.1?0.3?12002?170?0.85?0.5?0.33?2?3.38mm

取夹套封头的厚度为4mm。 确定筒体封头的厚度 ①承受0.2Mpa内压 ?d?pcDi2????t?0.5pc?C2?1.1?0.2?11002?170?1?0.5?1.1?0.2?2?2.9mm

②承受0.3Mpa外压，设?e??n?C?8?2.8?5.2mm A?0.1250.9D0?0.1250.9?11085.2?0.00065，查文献［6］图5-19得B=85

?e则

?p??0.9BD0?850.9?11085.2?0.44Mpa>0.3Mpa。

?e所以满足稳定要求。

4.水压试验及强度校核

水压试验是检验容器质量，保证安全操作的重要环节，釜体和夹套制成后应分别作水压试验，需要校核水压试验时的强度和稳定性。供试验用的液体一般为

洁净的水，需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验时液体的温度应低于其闪点或沸点。奥氏体不锈钢制容器用水进行液压试验后，应将水澄清除干净，当无法达到这一要求时，应控制水的氯离子含量不超过25mg/L 。碳素钢液压试验时，液体温度不得低于5℃；其他低合金钢容器，试验时液体温度不得低于15℃。如果由于板厚等因素造成材料无延性转变温度升高，则需相应提高试验液体温度；其他钢种容器液压试验温度按图样规定。

4.1 试验方法

（1）试验时容器顶部应设排气口，以便充液时将容器内的空气排尽。试验过程中，应保持容器观察表面干燥。

（2）试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不小于30 min（在此期间容器上的压力表读数应保持不变）。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，应进行标记，卸压后修补，检修好后重新试验，直至合格为止。

（3）对于夹套容器，应首先进行内筒液压试验，合格后再焊夹套，然后进行夹套的液压试验。

（4）液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。 4.2釜体水压试验压力，校核釜体强度。

据标准文献[1]公式（3－5），确定水压试验的压力值，釜体试验压力：

PT?P2?0.1?0.22?0.1?0.32Mpa

或PT?1.25P2?1.25?0.3?0.375Mpa 为求方便读数，故取pT＝0.4Mpa。

据标准文献[1]公式（3－7），计算釜体水压试验时筒体的应力?T为 ?T?PT[D?(S?C)]2(S?C)?0.4?[1100?(10?2)]2?(10?2)?27.7Mpa

在标准文献[1]中，钢材Q345的屈服极限为?s?345Mpa，则

0.9???S?0.9??345?310.5Mpa

所以?T< 0.9??s 所以釜体水压试验安全。

4.3夹套水压试验压力，校核夹套强度 据文献标准[5]中公式（3－5）

PT?P1?0.1?0.33?0.1?0.43Mpa

或PT?1.25P1?1.25?0.33?0.4125Mpa 为求方便读数，故取pT＝0.45Mpa。

据文献标准[1]中（3－7）公式，夹套水压试验筒体应力?T为：

1?T?PT[D1?(S1?C2)]2(S1?C2)?0.45?[1200?(4?2)]2?(4?2)?135.225Mpa

所以?T<0.9??s 1所以夹套水压试验也安全。当夹套充压时将使釜体受外压作用，因水压试验压力值大于设计压力，可能使釜体在夹套水压试验压力作用下外压失稳，因此应考虑在釜体内适当充压。由于夹套的水压试验压力为pT＝0.6Mpa大于釜体的许

1用外压0.484Mpa，故在夹套水压试验时需要考虑向釜体内充压；确保这个压力0.44Mpa>P>0.06MPa。为方便读数，取P=0.2Mp

5.搅拌器的设计

搅拌是一种广泛应用的单元操作，它的复杂性正在于它的原理要涉及流体力学、传热、传质及化学反应等多个过程。从本质上讲搅拌过程就是在流动场中进行单一的动量传递或者是包括动量、热量、质量传递及化学反应的过程，而搅拌器就是通过是搅拌介质获得适宜的流动场而向其输入机械能的装置。

搅拌过程既然有依赖于搅拌器的正常运转，当然搅拌器的结构、强度、也是不容忽视的问题。由于搅拌操作的多种多样，也使搅拌器存在着许多型式。各种搅拌器在配合各种可控制流动状态的附件后，更能使流动状态以及供给能量的情况出现多种变化，更有利于强化不同的搅拌过程。典型的搅拌器的型式有桨式、涡轮式、推进式、布鲁马金式、齿片式、锚式、框式、螺带式、螺杆式等（如图5-1）。

5.1搅拌器的选型

搅拌的目的的多样性，物料性质的多样性，以及搅拌设备型式的多样性再加上物料在搅拌设备内流动的复杂性，使搅拌设备的选型、设计难以在一个严密的理论指导下完成，仍在很大程度上依赖于经验。设计的优劣可使搅拌设备的效益相差很大，此有必要在明确搅拌目的和无聊性质的基础上，搅拌设备的各个要素，例如叶轮的形状、叶轮直径、叶轮的层数、叶轮的安装位置、转速、设备形式、挡板的尺寸和个数等进行优化。一般，搅拌设备的设计顺序：搅拌条件的确认

???搅拌叶轮形式及内构件的选定???确定叶轮的尺寸及转速???计算搅

拌功率???搅拌装置机械设计。

5.1.1搅拌器的型式

目前由于搅拌过程种类繁多，介质情况千差万别，所以使用的搅拌器型式多种多样，在典型的搅拌器的基础上出现了许多改型。这些改型的适应性不一定很广，但是某种过程可能有针对性，搅拌效果较好。为了便于选型，现将主要的搅拌器的资料归纳在文献?5?表5-1中。

5.1.2搅拌器型式的选择

?

桨式叶轮

桨式叶轮通常仅有两枚叶片，是搅拌叶轮中最简单的一种。与涡轮式叶轮一样，根据叶片垂直或倾斜安装可分成径向流型和轴向流型。浆式叶轮主要用于排出流是必要的场合，由于在同样的排量下，轴向流叶轮的功耗比径向流低，故轴向流叶轮使用较多。

?

锚式叶轮

锚式、框式叶轮属于同一类，这些叶轮的浆径对罐径之比d/D较大，通常在低速下运行，在搅拌低黏度液体时不产生大的剪切力，因此它不适用于液——液和气——液分散。另一方面，在这些叶轮在罐移动的流量大，水平回转流占支配地位，不具有良好的混合均一性，然而在罐壁附近的流速比其他叶轮大，能得到大的传热膜系数，故常用于传热、晶析操作。

?

齿片式叶轮

在所有叶轮中齿片式叶轮使用的是转速最高，通常其转速为500～3000r/min，相当于叶端线速度15～30m/s。在低黏度液体的场合，叶径与罐径

之比为0.25～0.35，随黏度的增加，叶径增大，但d/D没有超过0.5的。

?

推进式叶轮

作为搅拌用的推进式叶轮,其叶片不像船舶推进器那样都由立体曲面组成,通常由钢板扭曲而制得。推进式叶轮在旋转时使液体向前方成轴向流排出，使之在罐内形成循环。然而，若将推进式叶轮安装在无挡板的圆筒形搅拌罐的中心，则在叶轮旋转的同时，罐内液体也旋转，与轴向流相比，还是水平回转流占主要地位，其混合效果就减弱，这是因为轴向循环流动才是促进宏观混合的真正动力。为防止水平回转流，可在罐内装挡板，也可将搅拌轴偏心或倾斜安装，若把推进式叶轮于导流筒配合，则能得到规整的轴向流。使用挡板以及使叶轮倾斜或偏心安装都将使叶轮排出流受到限制，增加的剪切的作用，故推进式叶轮仍将有相当部分的能量分配到剪切作用上。

?

涡轮圆盘直叶式

旋涡式叶轮随叶片形状和安装的角度不同其名称和用途也不同。从形式上看有两大类，一类是有有一个圆盘安装在轮毂上，叶片再安装在圆盘上，称圆盘涡轮式，根据根据工艺要求，本课题所设计的搅拌器为涡轮圆盘直叶式。对于圆盘涡轮直叶式搅拌器，由于它能在叶轮下一度保持气体进而使之分散，减少气体浪费，因此很多气——液操作都用它。另一方面，轴向流涡轮使液体沿与轴平行的方向排出，使其进行有效的轴向循环。产生同样的排量，这种叶轮所需要的功率仅占径向流涡轮的一半，所以对罐内循环占重要地位的场合，它是有效的叶轮。这种叶轮主要用于液——液系和固——液系中需要强循环的场合，如均一混合、反应、传热等。涡轮式叶轮的叶径与罐径之比通常为0.25～0.5，转速为50～300r/min，适应的最高黏度为30Pa·s左右。

叶轮的尺寸参照文献［8］表10-10 图10-4 5.1.3搅拌附件

搅拌附件通常指在搅拌罐内为了改善流动状态而增设的零件，如前面谈到的挡板、导流筒等。

1. 挡板

挡板一般是指长条形的竖向固定在罐璧上的板，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。显然这种挡板适用于径流形叶轮在湍流

区的操作，而层流状态时不用这种挡板来改变流型。挡板还可提高叶轮的剪切性能，如有悬浮聚合的搅拌装置，在设有挡板时可以使颗粒细而均匀。

挡板的数量及其大小以及安装方式都不是随意的，它们会影响流型和动力消耗。

挡板的宽度Wd??110~112?D。在高黏度液时也可减小到?120?D。挡板的数量nb视罐径的大小而异，在小直径罐时用2～4个，在大直径罐时用4～8个，以4个或6个居多。挡板的安装方式（如图5-2）。

挡板的上缘一般可与静止液面齐平，当液面上有轻而易浮不宜湿润的固体物料时，则需在液面上造成漩涡，这时挡板上缘可低于液面100～150mm。挡板的下缘可到罐底。有利于用挡板的高度来改变流型，如在罐底希望使较重物料易于沉降而分离出来时，就可将挡板下端取在叶轮之上，这样可使罐底出现水平回转流，有利于物料的沉降。

2.导流筒

导流筒主要用于推进式、螺杆式搅拌器的导流，涡轮式搅拌器有时也用导流筒。导流筒是一个圆筒形，紧包围着叶轮。可以使叶轮排出的液体在导流筒内部与外部形成上下的循环流动。

推进式叶轮与导流筒的几何关系，如图5-3。其中d??0.3~0.33?D，液面高度H与搅拌罐高度H1的关系一般为H?0.75H1。叶轮安装高度（离罐底）

C?1.2d。导流筒总高H2为罐体圆通部分高度的一半。导流筒的内径（与桨叶

?d1?1.1d相对的直段部分）。导流筒的上段高度h1?d1，上段喇叭口的角度为14。

?导流筒下段喇叭口角度为30。导流筒下缘离罐底高度C1?0.8d。导流筒直段高

度

h3一般可取为叶轮轮毂高度。 5.2搅拌器与罐径的几何关系

从搅拌器的功能可以知道，叶轮的大小不是任意决定的，它可以影响叶轮的

排除流量。也可以影响动力消耗，也就是可以影响向液体中输入能量的大小，说明叶轮的大小直接影响搅拌过程的进行。如果叶轮的大小选择合理，就能供给搅拌过程所需要的动力，还能提供良好的流动状态，完成预期的操作。桨径与罐内

径之比叫桨径罐径之比dD，一般桨式叶轮的dD=0.35~0.8。涡轮式叶轮的桨式之所以将dD的范围取大些，是因为它的转速较低，dD一般为0.25~0.5。

还常用在黏度较高的条件下。考虑到具体的操作目的，还可将桨径尺寸选择更合理些，例如对于液-液分散操作时，为使轻相组分不致集中在轴的附近，要使罐的中心部分和四周部分的分散相能同时分散，取dD?13最合适。对于气-液分散操作，也取dD?13。据认为在这个条件下，当动力消耗一定时，传质速度较大。当固-液相悬浮操作时，为使罐底的固体颗粒易于搅起，对不同类型的罐底可取不同的桨径。桨径罐径比分别为：平底圆罐dD?0.45~0.5，椭圆形底圆罐dD?0.4，半球形底圆罐dD?0.3。对于特殊的液-液乳化搅拌，为取得高的剪切能力，叶轮要高速回转，其桨径罐径比更小，一般为16~110。

在液体黏度很大，大到使流体进入层流状态是，轴附近的“圆柱状回转区”几乎变小到零，但因液体黏滞力很大，罐内易出现死区，所以桨径要取得很大，如采用锚式、框式及螺带式等，其dD都在0.9以上。

如图5-4的几何尺寸关系可称为涡轮式的标准型尺寸。只有尺寸选择合理，才有可能良好地发挥搅拌器的功能，特别是高黏度液体的搅拌，其叶轮尺寸、安装尺寸尤其重要，应当慎重选择。

5.3搅拌器的结构与强度计算

根据工艺要求，选择6叶折叶圆盘涡轮式。

圆盘涡轮的叶片数量以6叶或8叶的多见。在强度计算时，以各叶片同样受力、各自做功相等来处理，这样，总的动力消耗除以叶片数即得一个叶片的动力消耗。6叶折叶的圆盘涡轮的设计如下：

每个叶片的危险断面都是I-I，该断面的弯矩值为： M?1591x0?r3x0?Nnj （N.m）

这个弯矩值对平直叶、弯叶都是适用的。对折叶圆盘涡轮应当求出对折叶断面主惯性轴的弯矩，其值为：

M?1591x0?r3x0?Nnj?1sin? （N.m）

2平直叶、弯叶的W值可用式W?所以其值也用上式计算。应力为??搅拌器的设计如下：

①叶轮强度计算中的计算功率

Njb?6MW计算，折叶的弯矩是对断面主惯性轴的，,也应满足校核公式?1????。

?k?Na?Nm?1.2?0.98?0.96?3?0.2?3.12Kw

②圆盘涡轮式的强度计算

x0?34?r1?r2r?r314432?34N?22022043?110?11043?176.8mm；

3.12125M?1591x0?r3x0?jn?1sin??1591?176.8?123176.8??1.4?15.5 (N.M)

设叶片的厚度为6mm；

W?b?6MW?2?88?6?528mm

15.55283?1??0.029

?1????；

所以满足要求。 6.搅拌轴的设计

搅拌轴的设计主要是确定危险截面处轴的最小尺寸,进行强度、刚度计算或校核、验算轴的临界转速和挠度，以便保证搅拌轴能安全平稳地运转。一般情况下，搅拌轴径d必须满足强度和要求，当有特殊要求时，还应满足扭转或径向位移的要求。确定轴的实际直径时，通常还得考虑材料的腐蚀裕量，最后把直径圆整为标准轴径。

表7.1搅拌轴轴径系列（摘自IBG92001--86） 搅拌

225 △3△△△ 7△

轴公称直径 0 90 （95） 30 100 5 △110 40 120 50 130 60 140 （65） 0 160 80 180 200 注：1.搅拌轴公称直径系指搅拌轴通过填料箱或机械密封部位的轴径；

2. 带符号△的为选用之值，括号内数值为不推荐之值。 轴的直径计算如下：

d?A3Pn?11132125?27.9mm

通过考虑设计的腐蚀，考虑到轴轴径系列圆整轴径为30mm。

通过计算，搅拌轴的直径均小于圆整后的直径5毫米，所以搅拌轴的直径确定为50毫米。除了通常按正常条件确定搅拌轴的设计载荷外，不可忽略在一些特殊操作状况下引起设计载荷的变化和增大，设计必须充分注意这可能遇到的特殊情况，从而加大设计载荷或采取必要的防止措施。这些特殊情况主要是指一些影响流体作用力急剧变化的因素：（1）叶轮埋入固体沉淀层中的启动。（2）在叶轮转动中向搅拌器内进料或排放，会使流体作用力增大。（3）叶轮浸入液体的深度不够，譬如当叶轮离液面深度减小到等于或小于叶轮直径时，可能会使流体的流动形态发生变化，变得很不稳定并加大了流体作用力。特别是对于叶片端部打出液面的情况，将导致流体作用力的急剧增加，而且由于叶轮不完全浸没在流体之中，流体阻尼作用减小，因此还可能引起轴的强烈振动。旋涡也将使流体的作用力增大，因为旋涡会影响到叶轮与流体表面的距离，造成上述由于叶轮浸入深度不够而产生的不良影响。较理想的叶轮浸入也面深度大约为不小于两倍叶轮直径的距离。（4）进入液层中的流体进口位置应远离叶片。实验证明，一般对准叶轮径向的进入的相对很小的物流，尽管其流量只为叶轮泵送流量的1/10，但叶片上引起的径向流体作用力却大约要大一倍。（5）启动扭矩的影响：如果在正常运转条件下传动装置传递于搅拌轴的扭矩不超过完全载荷直接启动时的力矩（大多情况如此），那么在确定搅拌轴的设计载荷，应考虑计入启动过程中的较大超过正常运转的启动扭矩载荷搅拌轴常用金属材料，如轴是有塑性材料制成，应力情况为静应力时，则应力集中并不危险。因为轴上发生过载应力的地方常引起塑性变形，使应力的最高峰被削平，所以轴的静力强度并不因此降低。但如果应力

情况为变应力，则轴的疲劳强度将因应力集中而大为降低。假如轴由脆性材料制成，则不论在变应力或静应力的情况下，凡在应力集中的地方，其强度都要降低。在轴的结构设计中，不可避免地有轴径的变化，因此应尽量使其圆滑过渡，过渡圆角半径取得要适当大些。键槽对于轴的疲劳强度影响也较大，键槽的圆角半径也尽可能取得大些。

7.传动装置的选择 7.1几种传动方式

搅拌设备具有单独的传动机构，一般包括电动机、减速装置、联轴器及搅拌轴等。

在比电动机速度低得多的搅拌器上常用的减速装置是装在设备上的齿轮减速器、涡轮减速器、三角皮带以及摆线针齿行星减速器等。其中最常用的是固定和可移动的齿轮搅拌减速器，这是由于它们结构简单、装配检修方便。有时由于设备的条件的限制或其他情况必须采用卧式减速器时，也可利用一对伞齿轮来改变方向，但需注意由于只有一个轴承所以必须设置底轴承。这种结构因为伞齿轮不是浸在油箱内，故不能应用在有防火、防爆的场合。

减速器价格较贵、制造困难，因此，如果速比不大，可采用三角皮带减速，但不要在有爆炸危险场合使用。

当搅拌器快速转动并和电动机同步，可与电动机直接连用。也可制造可移动的搅拌器，对简单的圆筒形或方形敞口设备可将传动装置安装在筒体上，搅拌轴斜插入筒体内。

对高黏度搅拌过程，有时为了提高搅拌效果，往往需要两种不同型式不同转速的搅拌器，使之能够同时达到搅拌、刮壁等要求。这时可采用双轴传动减速器，即利用 一台电动机驱动二根同心安装的搅拌轴。根据需要双轴旋转方向可设计成相同或者相反。

随着工业的发展，反应釜有大型化的趋势，搅拌轴从设备底部伸入的底搅拌结构也逐渐增多。这是由于底搅拌轴短，不需要装设中间轴承和底轴承，而且轴承所承受的应力小，运转稳定，对密封也有利。底搅拌的传动装置可安放在地面基础上，便于维护检修，也有利于上封头接管的排列和安装，并且可在封头上加

设夹套以冷却气相介质。

轴承的布置问题是保证设备正常运转的关键。轴承的布置一般有三种情况：①轴承设在支架内；②轴承设在设备底部，主要承受径向载荷，轴向载荷有减速器或电动机的向心推力轴承承担，但所能承受的轴向力是有限的；③轴承设在密封处并与密封紧密相连，主要控制密封处的摆动量，保证密封正常运行。

7.2电动机的选择

搅拌设备选用电动机的问题，主要是确定系列、功率、转速以及安装型式和防爆要求等几项内容。

一般异步电动机的同步转速按电动机的极数而分成几档。如3000rmin、

1500rmin、1000rmin、750rmin及600rmin等，其中1500rmin的电动机价

格较低，供应也较普通，故应用得最广泛。

电动机的安装型式一般有以下几种：B3型----卧式，机座带底脚，端盖上无凸缘；B5型----卧式，机座不带底脚，端盖上有凸缘；B35型----卧式，机座带底脚，端盖上有凸缘；V1型----立式，机座不带底脚，端盖上有凸缘；V15型----立式，机座带底脚，端盖上有凸缘等见文献［6］表9-19。选用时可根据所选减速器及机座对电动机安装位置的安排而定。

反应釜用的电动机绝大部分与减速机配套使用，只有在搅拌转速很高时。才见到电动机部经减速机而直接驱动搅拌轴。因此电动机的选用一般应与减速机的选用互相配合考虑。很多场合下，电动机与减速机一并配套供应，设计时可根据选定的减速机而选用配套的电动机。

反应釜常用的电动机系列：Y（异步电动机）、YB（隔爆型异步电动机）、YX（改进型异步电动机）等几种。

分 类 系列名称 围 用途特 点 及使用范使用条件及工作方式 安装型式

J2、J2型能防止适用1.环境温有D?，T2，JO2系列小水滴或其它杂物于拖动在度不超过+40℃ D2/T2，L3等四种 型三相异在垂直方向落入起动性能，2.海拔不步电动机 电机内部。JO2型调速性能超过1000米 能防止灰尘，铁及转差率一 般 异 步 电JO3系列三止机座内外空气于对转差压：?4KW为D2/T2，L3等四种 相异步电自由交换，但不率无特殊220V(?接法)，动动机 完全密封.采用要求的机<4KW为 新兴电磁材料及械拖动，也220/520V(?/Y机优质绝缘材料，可用于起接法) 较JO2系列体积动静止负缩小37%，重量减荷或惯性轻22% 负荷比较大的机械上 其结构能阻适用额定电有D?，T2，使用维护方便，适用于灰法 性能优良，体积尘较多，水b.额定频a.额定电屑或其他杂质侵均无特殊压380V，3千伏入电机内部。运的一般机以下为Y接法，行可靠，寿命长，械，JO2可其他均为?接小，重量轻，转土飞溅的率：50Hz 动惯量小，用料地方 省 c.工作方式：连续使用

JO2-F系列化工防腐用异 具有在氮１．空气温外型及安装JO2特点，相宜采肥，氯碱系度不超过+40℃ 尺寸与JO2同 取了防腐密封措统中化工２．空气相步电动机 施 厂的腐蚀对湿度?95％ 腐蚀气体环境中使３有酸雾，碱雾，腐蚀性粉尘，凝露等 含量： NH3?200mg/m3 SO2?160mg/m3 用 H2S?50mg/mCL2?200mg/m3 NH3?200mg/m3 3 HCL?100mg/m3 氮的氧化物?40mg/m3 JO2-W系列户外对于潮气，能在环境温度： -40～有D?，T2，霉菌，盐雾，雨一般户外D2/T2，L3等四种 用电动机 水，雪，日辐射，的环境下+40℃ 风沙，严寒(-40℃)等气候有防护作用 进行工作，不需加任何附加防护措施 防AJO2、爆BJO2、结构与特点适用与JO2系列有D?，T2，与JO2相似，适于具有爆相同，可连续使D2/T2，L3等四种

异BJO2Q系列当加固以防爆。炸危险性用 步防爆三相电异步电动动机 机 AJO2为防爆安全混合物的型，BJO2为隔爆场所 型，BJO2Q为高启动转矩隔爆型 电动机功率必须满足搅拌器运转功率与传动系统、密封系统功率损失的要求，还要考虑到有时在搅拌操作中会出现不利条件造成功率过大。电动机的功率可按下式确定：

Na?N?Nm'?=

2?0.460.82?3Kw

密封系统的摩擦造成的功率损失因密封系统的机构而异。填料密封的功率损失较大，机械密封则较小。作为粗略的估算，填料箱密封的功率损失约为搅拌器的10%，机械密封的功率损失一般为填料密封的10%~15%。传动系数的效率也和其结构有关，一般为0.7~0.98见文献［5］。

电动机的型号为Y132s-6 7.3减速器的选择 7.3.1搅拌常用减速器

①摆线针齿行星减速器；②齿轮减速器；③皮带减速器；④谐波减速器；⑤行星齿轮减速器；⑥蜗轮蜗杆减速器；⑦无极变速器。

7.3.2减速器选型原则

①出轴旋转方向单向或双向；②搅拌轴轴向力的方向，减速器是否能承受该轴向力；③传动比、功率、进出轴的转速，两轴相对位置；④防爆或非防爆；⑤外形尺寸要满足安装及检修要求；⑥工作平稳性，如振动和载荷变化情况；⑦使用地区、工厂制造和检修能力；⑧造价是否昂贵等进行综合考虑；⑨其他特殊要求。说明如下：

①有防爆要求时，一般不能采用皮带传动，而应用闭式齿轮或蜗轮传动。 ②传动功率较大并连续工作时，一般选择传动效率较高的齿轮传动等 ③若电机已定，而所配用的减速器所得到的输出轴转速与工作要求的搅拌转速不一致时，可根据需要作相应的变化。对于同样大小的功率，可允许选择所得

转速比要求转速稍低一些但不能偏高。这是由于搅拌器的转速增加而所需要搅拌功率将显著提高，一般搅拌功率与搅拌转速的三次方成正比。

根据设计我选择的减速器的型号是LC-100-4-125，其安装及外形尺寸参照文献［6］图9-7和表9-35，它的传动比、输出转速、输入功率和输出轴许用转矩参照文献［6］表9-34。

7.4凸缘法兰与安装底盖的选用

安装底盖与凸缘法兰、机架和轴封的关系如文献［6］图9-3，凸缘法兰、安装底盖、机架、传动轴径d以及搅拌设备直径之间常用的搭配关系参照文献［6］表9-2。

7.4.1凸缘法兰

R型、M型、LR型、LM型凸缘法兰的结构型式和尺寸为标准型的，适用于设计压力PN?0.1~1.6Mpa、设计温度-20～300℃的搅拌设备。用以连接搅拌设备传动装置安装底盖。

凸缘法兰的型式参照文献［6］表9-70和图9-33。

根据设计我选择的凸缘法兰的型号为HG21564 法兰 R250-16Mn。 7.4.2安装底盖

RS型和LRS型、RX型和LRX型、MS型和LMS型、MX型和LMX型的安装底盖的结构型式和尺寸为标准型的，适用于设计压力PN?0.1~1.6Mpa、设计温度-20～300℃的搅拌设备，用以支承机架、填料箱、机械密封等部件。

安装底盖的结构形式参照文献［6］表9-1和图9-34～图9-37。 根据设计我选择的安装底盖的型号为RS250-250-50-16MnR-F4。

7.4.3封垫片和紧固件

1.安装底盖和凸缘法兰、轴封（机械密封和填料密封）之间的密封垫片选用石棉橡胶垫片（代号XB）、柔性石墨复合垫片（代号G），以及聚四氟乙烯包覆垫片（代号F4），并应分别符合HG20627、HG20629、HG20628标准规定。

2.安装底盖、凸缘法兰、轴封的连接紧固件应符合HG20634的有关规定，螺柱材料选35钢，螺母选用25钢。如选用其他紧固件材料应在订货时注明。

3.安装底盖与机架（两者公称直径不同）的连接紧固件按HG21566、HG21567

HG21565 底盖

标准的有关规定。

7.5传动装置机架的选用

反应釜立式传动装置是通过机架安装在反应釜封头的底座或安装在底盖上的，机架上端需与减速器装配，下端则与底座或底盖装配。如文献［7］图18-21和图18-22。在机架上一般还需要有容纳联轴器、轴封装置等部件及其安装操作所需的空间，有时机架中间还要安装内置轴承，以改善搅拌轴的支承条件。选用时，首先考虑上述需要，然后根据所选减速器的输出轴颈及其安装定位面的结构尺寸选配合适的机架。

1.单支点机架（DJ型） CD130B7－86

本类机架适用于反应釜传来的轴向力不大时。减速机输出轴联轴器型式为带短节联轴器，公称直径为200、250、300mm的组件结构参照文献［7］图18-28。公称直径为400、500、700mm时则不用压环，而以轴承座而于即架用螺栓、螺母连接。其中A型适用于不带内置轴承的机械密封，B型适用于填料密封和带内置轴承的机械密封。

2.双支点机架（SJ）CD130B8－86

本类机架适用于反应釜传来的轴向力较大时，减速机输出联轴器型式为带短节联轴器，其公称直径400、500、700mm的组件结构文献［7］图18-29。公称直径为300mm时的下轴承座与盖的连接形式类似于单支点机架DN为200mm时的轴承座与盖的结构。A型适用于不带内置轴承的机械密封，B型用于带内置轴承的机械密封和填料密封。

根据设计需要选择的机架型号为XD2-50-A-40-C。 7.6联轴器的选择

联轴器的作用是将两个独立设备的轴牢固地联在一起，以进行传递运动和功率。联轴器除了将两轴联在一起回转外，为确保传动质量，要求被联接的轴要安装在同一轴心上即同心，另一方面要求传动中的一工作如有振动、冲击，尽量不要传给另一方。联轴器随联接的不同要求而有各种不同的结构，基本上分为刚性联轴节和弹性联轴器两类。

根据机架的设计，所以联轴器的设计选择凸缘联轴器，其型号为HG-21569.2-1995 联轴器 30-HT。

8. 反应釜的密封装置

密封装置按照密封面间有无相对运动。可分为静密封和动密封两大类型。对于反应釜来说。例如封头与釜身的压力容器法兰、法兰管口、人孔、视镜等附件上的密封处，它们密封面间是相对静止的，故称为静密封。静止的反应釜封头和转动的搅拌轴之间存在相对运动，为了防止介质的泄露也须采用密封装置，称为搅拌轴密封装置，或简称为“轴封”。由于转动轴和静止釜体零件之间存在一个相对运动的密封面，因此这种密封装置称为动密封。最常用的有填料密封、机械密封、迷宫密封、浮动环密封等。综合考虑价格和工艺要求，设计为填料密封。

填料密封的结构大体上如图8-1所示，它是由衬套、填料箱体、填料环、压盖、压紧螺栓等组成。

8.1填料密封的原理

被装填在搅拌轴和填料函之间环形间隙中的填料，在压盖压力的作用下，对搅拌轴表面产生径向的压紧力。由于填料中含有润滑剂，因为，在对搅拌轴产生径向压紧力的同时也产生一层极薄的液膜。这层液膜一方面使搅拌轴得到润滑，另一方面起到阻止设备内流体漏出或外部流体渗入的作用，这就是填料密封的原理。

8.2填料密封的材料

为了适应搅拌设备在各种不同情况下操作的转轴密封的需要，密封填料所用的材料，种类是很多的。确定选用何种材料的主要依据是搅拌设备的搅拌轴转速、操作温度、操作压力以及物料的化学性质。用于制造密封填料的材料必须满足以下的要求：

①应有足够的塑性，在填料函压盖的压缩下能适应轴和填料函的形状而变形。

②应耐设备内介质及润滑剂的浸泡和腐蚀，且不含有被介质和润滑剂所溶胀及削弱的其他物质。

③应有足够的弹性，以吸收在设计上不能避免的轴的环动。

④在填料函压盖压得过紧的情况之下具有运转自如，不产生破坏性摩擦和热的性能。

⑤不会咬住或腐蚀轴。

⑥磨损缓慢，很少需要调整和更换。

通常用来制造密封填料的材料有纤维、金属和润滑剂等。 8.3填料的结构

填料的横断面常常被加工成方形或圆柱形的，因为这种横断面有利于将填料加工成连续的条状，并使其能适应较大范围的轴径和填料尺寸。横断面也做成其他形状例如：楔形填料、杯锥形填料、锥形填料等。

8.4填料的选择

选择填料时，主考虑介质的物理和化学性质、工作温度和工作压力，以及转速等，其中尤以介质的腐蚀性（常用pH值表示）、pV值及使用温度最为重要，同时兼顾填料的价格与来源。参考文献［6］表10-3给出了填料的耐化学品性能。表10-4为常用填料的使用性能。

对于搅拌设备用填料密封，可按照文献［6］ 图10-4来选取填料的材质类型应用时，首先根据已知的轴径线和轴速度线得到它们的交点，再通过交点作垂直线（向上或向下）交已知的压力线，按此交点在曲线图上的范围即可确定填料的材质。一般情况下，当压力小于0.2Mpa而介质又无毒、非易燃易爆时，可选用一般石棉作填料；当压力较高或介质毒、易燃易爆时，常用浸渍石墨石棉作填料；当用于高真空条件时，可选用石棉绳浸渍聚四氟乙烯填料，但注意此时搅拌轴的转速不宜过高。

8.5填料腔的结构设计

填料腔除设有装填料的空间外，还应设计相应的冷却（包括散热）、润滑、液封或冲洗结构。设计原则：

①容易加工；

②散热有效，接通冷却液方便；

③留有液封孔口，其位置恰当，便于与高压封液相连通； ④转轴应与机械密封互换等。

填料腔的尺寸主要依靠长期使用经验来决定，其中宽度尺寸还与轴径大小有关。填料腔的环数即填料圈数，其值与介质压力的关系见文献［6］10-5。填料的宽度选择可参考文献［6］图10-9来选取。

在填料的圈数和宽度确定后，就能确定填料腔的尺寸。如使用液封环，则填

料腔深度应加上其宽度。总深度还应加上压盖填入填料腔的尺寸，一般取5～10mm。往复运动轴配合应深些，于是得填料腔尺寸轴径d；填料宽度?；填料腔的内径D?d?2?；填料的总宽度L?n?（n为填料圈数）；填料腔总深度（无液封环时）L1?n???5~10?mm或L1?1.2n?L1??n?2????5~10?mm参照文献［6］图10-10。

；（有液封时）

填料腔内壁的表面粗糙度取Ra?3.2~1.6?m，与压盖的配合一般取要求较高时，取H8f9已足够；填料腔的内端面可以是垂直于轴线的H11d11，

平面，也可以是斜面。

8.6搅拌设备填料密封的选用原则

①优先选用标准填料密封，现行标准填料密封适用于操作压力

?0.03~1.6Mpa，介质温度?300℃的使用条件。

②当填料无冷却效果、无润滑润滑时，转轴线速度不应超过1ms。而当填料密封的结构和填料材质选择合理，并有良好润滑和冷却条件时，可在较高的工作压力、工作温度和转轴线速度下使用。

③搅拌设备内介质温度大于200℃时，应对密封填料进行有效地冷却。 ④若需从填料箱油环中压注密封润滑液时，润滑液压力一般应略高于被密封介质的压力，以防止设备内介质的泄露。采用密封液时，还应考漏入的密封液对工艺性能的影响。

⑤填料箱一般不设支承衬套，应将搅拌轴的支承设置在机架上。 9．选择釜体法兰和容器支座 9.1选择釜体法兰

石油、化工上用的法兰标准有两类，一类是压力容器法兰标准，一类是管法兰标准。

平焊法兰的两种类型的比较情况如下

名 称 压力等级 直径范围温度范备注

PN（MPa） 甲0.25，0.6，l.0，1.6 0.25～1.6DN（mm） 300～2000 围 -20300℃ ～乙型法兰有一个壁厚不小于16mm的圆筒形短节，因而使乙型平焊法兰的刚性比甲型平焊法兰好；-20～ 型 平焊法兰 压力等级中较乙大直径范围还型 可用于2.5 和4.0两个压力等级中较小直径范围 300～3000 甲型的焊缝开V型坡口，乙型的焊缝开U型坡口，所以乙型也比甲型具有较高的强度和刚度 350℃ 压力容器法兰分类和规格

类型 甲型 标准号 简图 按照釜内操作压力、温度和釜体直径，初选甲型平焊法兰，法兰材料为Q345的板材，公称压力Pn0.25的取Q345甲型平焊法兰，在操作温度250℃时的允许工作压力为0.24Mpa大于釜体设计压力，所选甲型平焊法兰适用。 选择石棉橡胶垫片和光滑面型法兰密封面．法兰和垫片的标记为： 法兰- MFM 1100 0.25 JB/T4702-2000 垫片830×800×3 NB/T 3985

JB4701 平焊法兰 乙型 JB4702 对焊法兰 长颈 JB4703

法兰的重量约120㎏，法兰的各部分尺寸供绘图使用。 9.2容器支座的选择

耳式支座已由有关部门制订了系列标准，分A型、AN型（不带垫片）和筋半比比较厚的B型、BN型（不带垫片）四种。AN，BN型用与一般立式钢制焊接容器；A，B型适用于带保温层的立式焊接容器，因其L较长，保温层的厚度将不影响底版上通孔的定位作用，又称长腿耳座。BN型系列参数尺寸查文献[4]表16－23。反应釜常用立式容器的耳式支座，夹套外有保温层时采用B型(长脚)支座，按照反应釜的总重量选择支座型号．反应釜的总重量包括釜内物料的重量，釜体、夹套、法兰和接管等的重量，搅拌和传动装置的重量，釜外保温层的重量等。

釜内物料的重量应分别考虑操作时反应物料的重量或水压试验时水的重量。因为操作时物料并不装满，而且大多物料的比重接近l，所以通常是水压试验时釜内和夹套内都装满水时的重量较大，我们就计算水压试验时反应釜的总重量。充满水时，水重W1为：

?2???2W1??D1H1?D?H?H1??Vf?Vf1??4?4?????223??1.1?1.5??1.0??1.7?1.5??1.51?0.198??104?4??1930kg

D1---------夹套内径；

H1---------夹套高度； D-----------釜体内径； -----------釜体高度； -----------釜体封头容积； -----------夹套封头容积；

HVfVf1封头重量为90.5㎏和53.7㎏，釜体Dn1100×10每米筒体重量为249㎏，夹套1200×5每米筒体重量为136㎏。

釜体和夹套的重量为：

W2?249?1.7?136?1.5?90.5?2?53.7?860kg

电动机重量约为40㎏，减速器重量约为60㎏，搅拌装置重量约为40㎏，釜体法兰重量约为120㎏，保温层重量约为100㎏。

附件重量W3为：

W3?40?60?40?120?100?360kg

反应釜总重量 W为：

W?W1?W2?W3?1930?860?360 ?3150kg总重力Q为31.5KN

选用的耳式支座本体允许载荷Q＝60KN，适用容器的公称直径DN＝1000mm，高度H＝250mm，底板长200 mm，宽140 mm，厚度14mm；筋板长160 mm，宽160 mm，厚度8mm；垫板厚度8mm，地脚螺栓d=30mm、规格M24，支座质量为11.1㎏。

10．选择手孔、视镜和工艺接管 10.1工艺接管的确定

按照设计任务书提供的条件在反应釜上布置各个工艺接管，并为这些接管配置法兰。进料管应伸进罐内，并在管端截成450斜角指向釜体中央，防止料液沿釜壁流动；温度计接管应深入料液中，将受到料液的冲刷，常采用套管保护。为了观察釜内反应情况，常在釜体顶盖上设置两个视镜，一个供观察用，另一个供照明用。因为釜内有搅拌轴，两个视镜不安装在搅拌轴的对称位置。

直径较小的开孔，通常不需要另行补强。釜体顶盖上开孔很多，有的直径较大，应合理布置在顶盖中心的80%顶盖直径范围内。这些开孔对顶盖强度的削弱较大，应作开孔补强的验算，可参阅《钢制压力容器》(GB 150—98)。通常选取釜体顶盖的壁厚与简体的壁厚相同，筒体是既受内压又受外压作用的，按外压确定的壁厚较大，按内压确定的壁厚较小。顶盖只受内压作用，不受外压作用，按内压确定的壁厚较小，而顶盖的实际壁厚较大，所以在一般情况下，顶盖的开孔补强验算总是合格的。

10.2手孔及视镜的选择

选择平盖手孔的公称直径Dn150，公称压力Pn0.6，光滑密封面法兰。注：检查孔管径部小于40mm，有适当的备用管口，则不设检查孔。

手孔A Pn1.6,Dn150 JB89-79

选择碳n钢视镜的公称直径Dn80，公称压力Pn0.6。 视镜Ipn0.6 Dn80 JB593－64

采用两个视镜，一个供观察用，另一个供照明用。因为釜内有搅拌轴，两个视镜不安装在搅拌轴的对称位置。

10.3工艺接管的布置

进料管公称直径Dn50，选用无缝钢管?57×3.5，伸进釜内的一端截成45°斜口指向釜体（以避免喷洒现象），外伸100mm，内伸150mm，采用固定式进料管口。进口管如需浸没与料液重，以减少冲击面而产生泡沫，管口稍长，液面以上部分开小孔可以防止虹吸现象。

出料管公称直径Dn65，选用无缝钢管?76×4，外伸200mm，如需把反应釜内液体物料输送到位置更高或与它并列的另一设备中去时，可采用压料管装置，利用压缩空气或惰性气体的压力，将物料压出。压料管一般做成可析式，釜体上的管口大小要保证压料管能顺利取出。为防止压料管自釜内因搅拌影响而晃动，除使其基本与釜体贴合外，并以关卡或挡板固定。如图：

加热蒸汽进口管公称直径Dn32，选用无缝钢管?38×3.5，外伸150mm。冷凝液管公称直径D25，选用无缝钢管?30×3.5，外伸100mm。管口伸出长度查[4]表16－26 管口伸出长度。选择加强套管温度计的公称长度1430mm，温度计接管为无缝钢管?76×4，外伸100 mm。配用凸面板式平焊管法兰Pn0.6Mpa，Pn65，GB9119.6－88和凸面管法兰盖Pn0.6Mpa,DN65,GB9123.7-88。其他接管也配用凸面板式平焊法兰。反应釜顶盖上的各个工艺接管斗布置在顶盖中心?700的圆周上。因顶盖壁厚的强度裕量很大，所以不作开孔补强验算。

11．搅拌设备的制造、检验及运行和故障处理 11.1搅拌机制造和检验的技术要求

? 一般情况下，加工面未注尺寸公差按GB 1804 《未注公差尺寸的极限偏差》中的第12级精度，非加工面的未注尺寸按GB 1804第14级精度。对于铸件的非加工面的未注尺寸公差按GB6414 《铸件尺寸公差》中CT14要求。

? 当搅拌容器有抛光要求时,搅拌器接触物料的表面也应进行抛光,其表面粗糙度应与所在容器相同。

? 锚式、框式及桨式搅拌器的轴线应与桨叶垂直，其垂直度允差为桨叶总长度的4/1000，且不超过5mm。

? 当搅拌器转素小于60r/min时，可以不作静平衡试验；当转速等于或大于60r/min时，应作静平衡试验。

? 采用焊接结构的搅拌器，设计时还应提出焊接方面（焊接材料、焊接方法等）的要13.2

? 加工面未注尺寸公差按GB 1804中的第12级精度。装配轴承、联轴器、搅拌器之轴上配合表面，其同轴度允差按GB 1184《形状和位置公差》中第8级要求选取。

? 当搅拌容器有抛光要求时，搅拌轴接触物料的表面也应进行抛光，其表面粗糙度应与所在容器相同。

? 对于长轴应尽量采用吊挂直立防止，否则应采取措施以防变形。 11.2搅拌设备试运转和检验

? 搅拌设备组装完毕后，先进行空载试运转，时间不得少于30分钟，然后再以水代料进行负荷试运转，使设备内达到工作压力，把水充满到工作液位的高度，运转时间不得少于4个小时，且对密封、噪声、运转性能等进行全面检查；在试运转过程中，设备应平稳，噪声小于或等于85dB，不得有补正常的噪声和震动等不良现象。

? 采用机械密封时，试运转的时间还需达到机械密封的饱和时间。 ? 对于柔性搅拌轴，应在充水高度为正常工作的最低液位上试运转，严禁在正常工作液位以下或空载试验。

11.3反应釜常见的缺陷及危害

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。

? 釜体和传热部分：

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。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。为省料,封头不压出直边,封头刚度下降,设备容量降低。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。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。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体积，也就是可投料的体积。明显后者小于前者。为了保证传动装置的稳定，釜盖上的基座应该为平台的，常被简化成三点支撑，因这种结构单薄、刚度差。 除不得已在低速的搪瓷釜上使用外，在常用的反应釜上易造成搅拌轴、减速机架和电机抖动，致使轴封失效，物料逸漏，设备运动件磨损加剧。

减速机配置不当， 在轴封要求较高的场合，如使用机械密封时，应选用出轴摆动较小的减速机，而有的厂家会使用价格相对低廉的涡轮减速机，因出轴摆动大，连带搅拌轴摆动，此时，机械密封因工况无法保证而失效。釜内带压时，轴封泄漏更甚。 若釜内是易燃、易爆、毒害、腐蚀介质、其危害可想而知。减速机机架过短，无调整机械密封和考贝轮的空间，更换机械密封易损件时，须拆卸减速机和电机，非常不方便。而减速机架足够长时，只须分解考贝轮，其它都

不必动。 虽然，短机架为制造商或用户节约少许制造成本，但以后用户维修设备消耗的工时费通常会大大超过少许节约的费用。减速机机架中间无定位轴承，搅拌轴摆动过大，造成轴封失效。底轴承与减速机架不同轴，或搅拌轴与减速机出轴不同轴，造成搅拌轴别劲，摆动，底轴承因磨损减低寿命以及轴封失效。

? 零部件和接管：

手孔的密封面应该是榫槽，常被改成平面。正常带榫槽的手孔在反复开闭时，上盖的凸面很容易滑入榫槽内自动定位，因垫片嵌入凹槽内不易损坏，即使损坏，残片仍留在凹槽内，不会落入釜内。 有压力时，垫片不容易冲掉。 而简化成平面后，上盖和垫片不能自动找正，闭合定位非常麻烦。每次使用时，垫片都会位移，稍不注意，就容易泄漏，暴露在外的垫片既容易污染，也容易损坏，脱落的残片可能落入釜中污染产品。手孔的丝杠应该是传动型的梯形螺纹的，改成连接型的细牙螺纹。因梯形锣纹可承受较大的力量，锣距大，手孔闭合时转动圈数少。 相比之下，细牙螺纹转动圈数多，使用不方便，力量稍大就滑丝。又因螺纹浅，再加上磨损和腐蚀双重作用，很容易损坏。接管口倾斜，放料口偏方向。 相当多的化工机械厂不注意接管法兰的焊接，不了解法兰是有方向性的，设备接管法兰的问题可使对接的阀门手轮歪斜，后续接管随之偏斜，阀门、管件和管道安装非常不便，不仅耗工费事，管路不美观，而且不好操作。物料流动又不畅，在死角区残留料，污染下批产品。

? 反应釜缺陷产生的原因：

反应釜制造过程中的缺陷，表面原因看是未按容器标准、零部件标准和图纸制造和加工，其实包含了两个主要原因：经济原因，中、小型反应釜的主要用户是众多精细化工厂、这些工厂因设备规模较小、为降低设备采购成本大多向中、小型化工机械厂订购。而某些化工机械厂在利益驱动下，为了扩大利润，尽量压低材料费、工时费，简化制造过程，更有极少数者有意偷工减料；技术原因，各专业交叉、融合程度低，尤其是工艺、机械专业间未能充分沟通，设备在设计时就可能有某种缺陷，化工机械厂技术水平低，对技术规范掌握不够。除了有意行为外，许多制造者并没有意识到自己的认为无关紧要的制造方式会给今后的生产带来隐患，给安全带来危害，给维修带来不便，也不曾想过制造过程一次性地、

短时地简化或省事，会给后面的使用者和维修者带来多次性的、长期地、甚至常年累月的不安全、不方便。

建议坚持设计、制造资格的审批；设计过程、制造过程的质量管理和监督；健全规程。提倡理论学习和技术培训，提高业务水平。加强反应釜的工艺设计、机械设计乃至使用者制造者之间的交流，不仅设计者、制造者要学习，用户自己也必须学习，许多问题需要用户监督、提醒，捍卫用户作为消费者的权益。采用新技术，在提高和保证设备质量的前提下，降低制造难度，减少维护成本。例如：取消中、高速搅拌底轴承，以稳定环或平衡片代之。使用柔性联轴器等。都可使釜中心轴线上各零部件的同轴度要求降低。尽量使用工具，尤其是专用工具，减少人工误差。尽量在机械厂验收、设备试运行，发现问题后，可利用机械厂相对强大的机加工能力和起重条件改进和补救。 若在化工厂发现问题，常因条件所限，不得不勉强使用。

11.4故障分析与处理

搅拌设备由搅拌容器、搅拌机两大部分组成，搅拌机又与搅拌器、搅拌轴、轴封、减速机等主要部件组成，这里重点列出各类齿轮减速机、摆线减速机、涡杆副传动减速机和机械密封机器循环保护系统的常见故障、原因及处理办法。

常见故障及处理方法

类别 减 速 故障现象 1、运转时有异声 故障原因 1、 滚动轴承损坏 2、 圆锥滚子轴承间隙过大 3、 齿轮或蜗杆副损严重 4、 针线销、套、轮损 1、润滑油过多或润滑油过少 2、不来油或润滑1、 放油降低油位或补充润滑至规定的油位 处理方法 1、 更换滚动轴承 2、 调整圆锥滚子轴承间隙 3、 更换齿轮或蜗杆副 4、 更换新零件

机 2、齿轮箱或轴承温升高 情况不好 3、轴承损坏 4、圆锥滚子轴承间隙调整过紧 5、两轴联结处不同心，产生轴承偏磨 6、润滑油变质 7、超负荷运转 2、 油泵未启动，旋转方向不对或进入端漏气 3、 更换新轴承 4、 重新调整轴承间隙 5、 检查并调整至规定的两轴线对中值 6、 放油并清洗油池再加新油 7、 降低负荷 3、轴头或结合面漏油 效 1、油位过高 1、放油降低油位至规2、结合面密封失定位置 2、清理结合面重新密3结合面压紧螺封 栓松动 4、油封损坏 3、拧紧螺栓或拆开清理结合后重新密封均匀拧紧螺栓 4、更换新油封 1、两轴联结处相对位移量过大 2、零、部件联结处油松动 1、检查并按规定要求调整好两轴线的对中 2、检查电动机、箱体、联轴器、机架等件的松动并4、减速机振幅大 3、轴承或其他零紧固好 件损坏 4、超载使用 3、更换轴承或零件 4、降低载荷 1、 检查并调整两轴线的对中，固定好联轴器 1、 釜内两轴联结处相对位移量过大或联轴

搅 拌 容 器 5、搅拌容器振幅大 器紧固螺栓松动 2、 底轴承盒导向轴承中心产生偏移或轴承损坏 3、 搅拌器本体不平衡 4、 釜内液面低于搅拌器 5、 搅拌轴产生弯曲 器 2、 检查并调整两轴承的对中性或更换轴承 3、 重新平衡搅拌4、 提高液面并注意检查搅拌轴的弯曲 5、 校整或更换 机 械 密 封 及 其 循 环 保 护 系 统 6、机械密封泄漏量过大、温度过高 1、 轴的轴向传动量超过允许值 2、 轴封处轴的径向位移超过允许值 3、 密封腔内压力低于釜内压力 4、 密封液中有固体杂质，密封面严重损坏 5、 密封液温度过高超过允许值 6、 动、静环等处的O形圈损坏 圈 1、 按规定值调整好轴向传动量 2、 按规定值调整好轴的径向位移量 3、 调整循环保护系统，一般应高于釜内压力0.05-0.1Mpa 4、 放液并冲洗机封内腔及循环保护系统，更换动、静环 5、 加大冷却水流量，没有冷却系统的应增设冷却系统 6、 更换新的O形7、 增加润滑液，液面应高于密封面15mm，严重的应冲洗换液

7、 单端面外装式机封润滑盒内液面低于密封面 8、 单端面外装式静环端面与搅拌轴垂直度超差 12.参考文献

1.《钢制压力容器》（GB150-1998） 2.《压力容器安全监察规程》

3.《化工机械基础课程设计》 韩叶象主编 高等教育出版社

8、 检查并调整，垂直度应不大于0.05 mm 4.《化工设备设计全书 化工容器》 丁伯民 黄正林等主编 化工工业出版社 工业装备与信息工程出版中心

5.《化工设备设计全书 搅拌设备》 王凯 虞并等主编 化工工业出版社 工业装备与信息工程出版中心

6.《搅拌与混合设备设计选用手则》 陈志平 章序文 林兴华等主编 化工工业出版社

7.《化工设备机械基础》 汤善浦 朱思明 主编 华东理工大学出版社 8.《化工设备设计手册》 朱有庭 曲文海 于浦义 主编 化学工业出版社

7、 单端面外装式机封润滑盒内液面低于密封面 8、 单端面外装式静环端面与搅拌轴垂直度超差 12.参考文献

1.《钢制压力容器》（GB150-1998） 2.《压力容器安全监察规程》

3.《化工机械基础课程设计》 韩叶象主编 高等教育出版社

8、 检查并调整，垂直度应不大于0.05 mm 4.《化工设备设计全书 化工容器》 丁伯民 黄正林等主编 化工工业出版社 工业装备与信息工程出版中心

5.《化工设备设计全书 搅拌设备》 王凯 虞并等主编 化工工业出版社 工业装备与信息工程出版中心

6.《搅拌与混合设备设计选用手则》 陈志平 章序文 林兴华等主编 化工工业出版社

7.《化工设备机械基础》 汤善浦 朱思明 主编 华东理工大学出版社 8.《化工设备设计手册》 朱有庭 曲文海 于浦义 主编 化学工业出版社

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