反應(yīng)釜設(shè)計培訓(xùn)課程(PPT 41頁).ppt

1、第六章 反應(yīng)釜設(shè)計,第一節(jié) 概 述,機械攪拌反應(yīng)釜(攪拌反應(yīng)釜)：適用于各種物性（如粘度、密度）和各種操作條件（溫度、壓力）的反應(yīng)過程，應(yīng)用于合成塑料、合成纖維、合成橡膠、醫(yī)藥、農(nóng)藥、化肥、染料、涂料、食品、冶金、廢水處理等行業(yè)。,在化工生產(chǎn)過程中，為化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)空間和反應(yīng)條件的裝置，稱為反應(yīng)設(shè)備或反應(yīng)釜。,一、攪拌的目的,A）獨立的單元操作（以促進混合為主要目的）：液-液混合、固-液懸浮、氣-液分散、液-液分散和液-液乳化等; B）其他單元操作的必要手段（以促進傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)為主要 目的）：流體的加熱與冷卻、萃取、吸收、溶解、結(jié)晶、聚合等操作。,二、攪拌反應(yīng)釜的基本結(jié)構(gòu),主要由反應(yīng)

2、釜、攪拌裝置、傳動裝置和 軸封等組成。,反應(yīng)釜：釜體、傳熱裝置。它是提供反應(yīng)空間和反應(yīng)條件的部件。如夾套、蛇管、工藝接管等。 攪拌裝置：攪拌器、攪拌軸。靠攪拌軸傳遞動力，由攪拌器達到攪拌目的。 傳動裝置：為攪拌器提供攪拌動力 。 軸封：為反應(yīng)釜和攪拌軸之間的密封裝置，以封住釜內(nèi)的流體不致泄漏。,三、攪拌反應(yīng)釜機械設(shè)計的依據(jù),四、攪拌反應(yīng)釜機械設(shè)計的內(nèi)容,工藝設(shè)計所確定的對攪拌反應(yīng)釜的要求。,1）確定反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)形式與尺寸； 2）選擇材料； 3）計算強度或穩(wěn)定性； 4）選用主要零部件； 5）繪制圖樣，提出技術(shù)要求。,第二節(jié) 釜體與傳熱裝置,攪拌反應(yīng)釜釜體主要部分是一圓柱形容器,其結(jié)構(gòu)形式與傳熱方

3、式有關(guān)。 常用的傳熱形式有兩種:夾套式壁外傳熱結(jié)構(gòu)、釜體內(nèi)部蛇管傳熱結(jié)構(gòu) 和夾套和蛇管聯(lián)合使用。,一、釜體幾何尺寸的確定,表1 反應(yīng)釜的H/Di高徑比,釜體的幾何尺寸必須滿足化工工藝要求，對于帶攪拌器的反應(yīng)釜,其容積V為主要決定參數(shù)。,在確定反應(yīng)釜直徑及高度時,還應(yīng)根據(jù)反應(yīng)釜操作時所允許的裝料程度一裝料系數(shù)等予以綜合考慮,裝料系數(shù)：通常取0.60.85 1）物料在反應(yīng)過程中產(chǎn)生泡沫或呈沸騰狀態(tài)：0.60.7; 2）反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn)：0.80.85。 3）釜體的容積V與操作容積V0的關(guān)系: V0 =V,根據(jù)釜體容積V和物料性質(zhì)，選定H/Di，估算筒體內(nèi)徑Di 已知： 則： 圓整為標準直徑，筒體高度H

4、為： 計算值是否符合表1要求,二、傳熱元件,傳熱元件,夾套,蛇管,優(yōu)先采用夾套，減少容器內(nèi)構(gòu)件，便于清洗，不占有效容積。,1）夾套的結(jié)構(gòu)和尺寸,在容器外側(cè)，用焊接或法蘭連接方式裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與容器外壁形成密閉的空間。此空間內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，可加熱或冷卻容器內(nèi)的物料。 結(jié)構(gòu)型式：整體夾套、型鋼夾套、半圓管夾套和蜂窩夾套等。,各種碳鋼夾套的適用溫度和壓力范圍,圓筒和下封頭都包有夾套，傳熱面積大，最常用結(jié)構(gòu),a. 整體夾套,圓筒型,U型,傳熱面積較小，適用于換熱量要求不大的場合,分段式,全包式,(a) 圓筒型,(b) U型,連接方式,可拆卸式,不可拆卸式,要求定期檢查筒體外表面或更換

5、夾套時；當(dāng)筒體與夾套采用不同材料制造，兩者又不能采用焊接連接時。,夾套肩與筒體的聯(lián)接處，做成錐形的稱為封口錐，做成環(huán)形的稱為封口環(huán)，加工簡單，密封可靠。,夾套上介質(zhì)進出口的規(guī)定： 1）蒸汽作為載熱體時：蒸汽一般從上端進入夾套，冷凝液從夾套底部排出。 2）液體作為冷卻液時：采取下端進，上端出，以使夾套中經(jīng)常充滿液體，充分利用傳熱面,加強傳熱效果。,強化傳熱措施： 當(dāng)采用液體作為載熱體時,為了加強傳熱效果, 在釜體外壁焊接螺旋導(dǎo)流板 。導(dǎo)流板以扁鋼繞制而成，與簡體可采用雙面交錯焊，導(dǎo)流板與夾套筒體內(nèi)壁間隙越小越好。,注：夾套內(nèi)徑Di一般按公稱尺寸系列選取,以利于按標準選擇夾套封頭,具體可根據(jù)筒體直

6、徑Di按下表中推薦數(shù)值選用。,夾套內(nèi)徑Dj 與筒體內(nèi)徑Di的關(guān)系,夾套筒體高度Hj主要由傳熱面積確定,一般應(yīng)不低于料液高度,以保證充分傳熱。根據(jù)裝料系數(shù)和操作容積 V,夾套筒體的高度Hj可由下式估算:,確定夾套簡體高度考慮因素: 1）當(dāng)反應(yīng)釜簡體與上封頭采用法蘭連接時,夾套頂邊應(yīng)在法蘭下150m200mm處(視法蘭螺栓長度及拆卸方便而定); 2）當(dāng)反應(yīng)釜具有懸掛支座時,應(yīng)考慮避免因夾套頂部位置而影響支座的焊接。,b型鋼夾套,構(gòu)成角鋼與筒體焊接組成。結(jié)構(gòu)為沿筒體外壁軸向布置和沿筒體外壁螺旋布置（型鋼的剛度大，彎曲成螺旋形加工難度大）,c半圓管夾套,半圓管或弓形管由帶材壓制而成，加工方便。當(dāng)載熱介

7、質(zhì)流量小時宜采用弓形管。焊縫多，焊接工作量大，筒體較薄時易造成焊接變形。,半圓管夾套的安裝,(b)平行排管,d蜂窩夾套,特點,以整體夾套為基礎(chǔ)，采取折邊或短管等加強措施；提高筒體的剛度和夾套的承壓能力，減少流道面積；減薄筒體壁厚，強化傳熱效果。,2)蛇管的布置,當(dāng)反應(yīng)器的熱量僅靠外夾套傳熱，換熱面積不夠時可采用;釜體內(nèi)襯里隔熱不能采用夾套時可采用。它浸沒在物料中，熱量損失小，傳熱效果好，檢修較困難。,圖a 螺旋形蛇管,圖b 豎式蛇管,對稱布置的幾組 豎式蛇管：傳熱 和擋板作用,（一）蛇管的長度與排列,表1 蛇管長度與直徑比值,（二）蛇管的固定,蛇管的固定型式 單螺栓固定型式 ;(b) 單螺栓加

8、固型式 ; (c) 雙螺栓固定型式 ; (d) 自由支承型式 ; (e) 緊密排列固定型式 ; (f) 防振加固型式,蛇管的進出口結(jié)構(gòu) 與封頭固定 ;(b) 用法蘭連接 ; (c) 與短圓筒節(jié)焊接 ; (d) 帶襯里結(jié)構(gòu) ;(e) 螺紋連接,（三）蛇管的進出口結(jié)構(gòu),比較簡單，用在允許有少量飛濺和沖擊的場合。,套管式接管，用于易腐蝕、易堵塞的場合，內(nèi)管便于清洗和更換，需要時還可用不同于外管的材料制造。,很長，浸在液層中，可減少飛濺和沖擊液面引起的泡沫，還有液封作用，管子上部的小孔是為了避免虹吸現(xiàn)象。,進料管結(jié)構(gòu) (a) 固定式 ; (b) 可拆式 ; (c) 內(nèi)伸式,三、工藝接管,（一）進料管,

9、（二）出料管,管卡材料 Q235-A,上出料管,下出料管,1.攪拌器分類,按流體流動形態(tài),徑向流攪拌器,按結(jié)構(gòu)分類,平葉,折葉,螺旋面葉,槳式、渦輪式、框式和錨式的槳葉都有平葉和折葉兩種結(jié)構(gòu),推進式、螺桿式和螺帶式的槳葉為螺旋面葉,混合流攪拌器,軸向流攪拌器,一、攪拌器的形式和選用,第三節(jié) 反應(yīng)釜的攪拌裝置,按攪拌用途分類,低粘流體 用攪拌器,高粘流體 用攪拌器,推進式、長薄葉螺旋槳、槳式、開啟渦輪式、圓盤渦輪式、三葉后彎式等。,錨式、框式、鋸齒圓盤式、螺旋槳式、螺帶式（單螺帶、雙螺帶）、螺旋螺帶式,槳式、推進式、渦輪式和錨式攪拌器在攪拌反應(yīng)設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，據(jù)統(tǒng)計約占攪拌器總數(shù)的7580。

10、,2.攪拌器的形式,1)槳式攪拌器,結(jié)構(gòu)最簡單,葉片用扁鋼制成，焊接或用螺栓固定在輪轂上，葉片數(shù)是2、3或4 片，葉片形式可分為平直葉式和折葉式兩種。,2)渦輪式攪拌器,渦輪式攪拌器（又稱透平式葉輪），是應(yīng)用較廣的一種攪拌器，能有效地完成幾乎所有的攪拌操作，并能處理粘度范圍很廣的流體。,平直葉剪切作用較大，屬剪切型攪拌器。 彎葉葉片朝著流動方向彎曲，降低功率消耗，適用含有易碎固體顆粒的流體攪拌。,渦輪式攪拌器 : 開式直葉渦輪 (b) 開式彎葉渦輪式 (c) 開式折葉渦輪式 (d) 圓盤直葉渦輪式 (e) 圓盤彎葉渦輪式 (f) 閉式彎葉渦輪式,3）錨式、框式攪拌器,結(jié)構(gòu)簡單。適用于粘度在10

11、0Pas以下的流體攪拌；當(dāng)流體粘度在100Pas以上時，可在錨式槳中間加一橫槳葉，即為框式攪拌器，以增加容器中部的混合。,鋪式和框式攪拌器 適合于橢圓形或碟形下封頭的錨式攪拌器 ; (b) 適合于橢圓形或碟形下封頭的框式攪拌器 ; (c) 適用于錐形封頭的攪拌器,4）推進式攪拌器,推進式攪拌器（又稱船用推進器）常用于低粘流體中。,5）其他攪拌器,螺桿式攪拌器 螺帶式攪拌器,3.攪拌器的選用 攪拌器選型一般考慮攪拌目的、物料粘度和攪拌容器容積的大小。 選用時除滿足工藝要求外，還應(yīng)考慮功耗低、操作費用省，以及制造、維 護和檢修方便等因素。,攪拌目的與推薦的攪拌器形式,攪拌目的與推薦的攪拌器形式（續(xù)

12、）,二、按攪拌器型式和適用條件選型,攪拌機頂插式中心安裝立式圓筒的三種基本流型：徑向流、軸向流和切向流。,流體流動方向垂直于攪拌軸，沿徑向流動，碰到容器壁面分成二股流體分別向上、向 下流動，再回到葉端，不穿過葉片，形成上、下二個循環(huán)流動。,流體流動方向平行于攪拌軸，流體由槳葉推動，使流體向下流動，遇到容器底面再向上翻，形成上下循環(huán)流。,無擋板的容器內(nèi)，流體繞軸作旋轉(zhuǎn)運動，流速高時液體表面會形成漩渦，流體從槳 葉周圍周向卷吸至槳葉區(qū)的流量很小，混合效果很差。,攪拌器在容器內(nèi)的安裝方式,(a) 垂直偏心式,(b) 底插式,(c) 側(cè)插式,(d) 斜插式,(e) 臥式,三、攪拌附件,為了改善物料的流

13、動狀態(tài) , 在攪拌反應(yīng)釜內(nèi)增設(shè)的零件稱為攪拌附件 , 通常指擋板和導(dǎo)流筒。,(一) 擋板消除打漩和提高混合效果。一般在容器內(nèi)壁面均勻安裝4塊擋板, 寬度為容器直徑的1/121/10。 攪拌容器中的傳熱蛇管可部分或全部代替擋板，裝有垂直換熱管 時一般可不再安裝擋板。,豎向擋板的安裝位置： 要根據(jù)實際情況而定，安裝豎擋板時，一般可使擋板的上端與靜液面相齊，其下端略低于下封頭與筒的焊縫線即可。,在高黏度物料中使用槳式攪拌器時，可安裝橫擋板以增加摻合作用，擋板寬度可與攪拌葉同寬。,(二) 導(dǎo)流筒,1)上下開口圓筒，導(dǎo)流筒直徑約為容器直徑的70%。安裝于容器內(nèi)，在攪拌混合中起導(dǎo)流作用。 2)導(dǎo)流筒的作用

14、：提高混合效率。 一方面提高對筒內(nèi)液體攪拌程度 , 加強攪拌器對液體的直接機械剪切作用 ; 一方面 ,由于限制了流體的循環(huán)路徑 , 確定充 分循環(huán)的流型 ，使反應(yīng)釜內(nèi)所有物料均能通過導(dǎo)流筒內(nèi)的強烈混合區(qū) , 減小走短路的機會。,渦輪式或槳式攪拌器導(dǎo)流筒置于槳葉的上方,推進式攪拌器導(dǎo)流筒套在槳葉外面，或略高于槳葉。,第四節(jié) 傳動裝置,傳動裝置包括電動機、減速機、聯(lián)軸器、機座和機架。,1電動機； 2減速機； 3聯(lián)軸器； 4支架； 5攪拌軸； 6軸封裝置； 7凸緣； 8上封頭,由攪拌功率計算電動機的功率P ：,一、電動機的選型,式中Pe攪拌功率，kW；Ps軸封消耗功率，kW；傳動系統(tǒng)的機械效率。,電

15、動機的型號應(yīng)根據(jù)功率、工作環(huán)境等因素選擇。工作環(huán)境包括防爆、防護等級、腐蝕環(huán)境等。功率18.5KW電機采用6極電機（轉(zhuǎn)速950-1000r/min），其余用6極電機（轉(zhuǎn)速950-1000r/min）或4極電機（轉(zhuǎn)速1450-1500r/min） 。2極電機（轉(zhuǎn)速2950-3000r/min）,二、減速機選型,常用擺線針輪行星減速機、齒輪減速機、三角皮帶減速機以及圓柱蝸桿減速機。選用原則：根據(jù)功率、轉(zhuǎn)速。選用時應(yīng)優(yōu)先考慮傳動效率高的齒輪減速機和擺線針輪行星減速機。,擺線針輪行星 減速機,兩級齒輪 減速機,三角皮帶 減速機,四種常用減速機的基本特性,四種常用減速機的基本特性（續(xù)）,三、機座,機架,無支點機架,單支點機架,雙支