搅拌反应釜设计

第三章 立式搅拌反应釜设计 第三章 立式搅拌反应釜设计 第一节 推荐的设计程序 一、工艺设计 1、作出 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 简图； 2、计算反应器体积； 3、确定反应器直径和高度； 4、选择搅拌器型式和规格； 5、按生产任务计算换热量； 6、选定载热体并计算K值； 7、计算传热面积及夹套高度； 8、计算搅拌轴功率。 二、机械设计 1、确定反应器的结构型式及尺寸； 2、选择材料； 3、强度计算； 4、选用零部件； 5、绘图； 6、提出技术要求。 三、化工仪表选型 四、编制计算结果汇总表 五、绘制反应釜装配图 六、编写设计 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 第二节 釜式反应器的工艺设计 一、反应釜体积和段数的计算 1、间歇釜式反应器： V=VRφ （3—1） VR=VO(+) （3—2） 式中 V—反应器实际体积，m3； VR—反应器有效体积，m3。 VO—平均每秒钟需处理的物料体积，m3s； —非反应时间，s； —反应时间，s； （3—3） 等温等容情况下 （3—4） 对一级反应 对二级反应 —装料系数，一般为04～085，具体数值可按下列情况确定： 不带搅拌或搅拌缓慢的反应釜 08～085； 带搅拌的反应釜 07～08； 易起泡沫和在沸腾下操作的设备 04～06。 2、连续釜式反应器 (1)单段连续釜式反应器： （3—5）其中 FA,O—每秒钟所处理的物料摩尔数，kmol/s。 对于一级反应：（-γA）=kCA=kCA,O（1- ） 则有效反应体积： 其中 VO—每秒所处理的物料体积，m3/s 对于二级反应：（-γA）= ，代入式（3-5）中 则有效反应体积为：VR= 其中 —转化率，其它符号同前。 (2)多级连续釜式反应器 V= ， 而 VR,i= （3—6） 其中 VR,i —第i段釜反应体积, m3 ， —第 i段反应釜进口及出口物料浓度，kmol/ｍ３ —第 i 段反应釜内反应物反应速度，kmol/ｍ３．s VR,i 的计算方法有解析法和图解法 ．解析法 A．对于一级反应 VR,i= （3—7） B．对于二级反应 VR,i= （3—8） ．图解法，常用的有两种 A．对于一级反应：根据式VR,i= ，采用图解代替运算，求出VR，i，具体步骤如下： a．将根据动力学方程计算或实验测得的 ~（-γA）数据，标绘在以 （－γA）为纵坐标，以 为横坐标的图上，可得一曲线。 b．在横坐标上分别标出起始和各釜出口的转化率， 、 、 、…、 。并由标出的各点向上作垂线分别与曲线相交于点1、2、…、 。 c．由各交点，根据Vn= 逐一画出矩形，则各矩形面积分别为各级反应器的反应体积。 B．对于一时难以找到动力学模型，但已取得了等温条件下一组动力学数据 ~（-γA）的均相反应，可采用图解法求各级反应器出口转化率，反应器级数及反应器体积 ∵ ∴ 表明（-γA）i~ 呈线性关系，其斜率为CA,O／τi，截距为 又∵τi= ∴根据斜率求出τi，再根据Vo即可求出Vi 。 具体步骤如下： a．将已知动力学数据标绘出 ~（-γA）曲线。 b．在 轴上标出要求达到的最终转换率 。 c．根据式 逐级图 解，对于一级，n=1 ∴由原点出发作斜率为 的直线交MN于R1，作垂线得 （一级反应器出口转化率），若各级反应器的空间时间τi相同，则可依次找出R1、R2… ，进而得出各级反应器出口转化率。通常各级反应器反应体积相同，进而τi相同，所以可作出一系列平行线，得出各级反应器出口转化率。 d．对于级数已知各级反应器体积VR，i，进而τi相同的反应体系，可在最初转化率 和最终转化率 之间作相似直角三角形，得出斜率 ，进而根据τi= 求出VR，i 。 二、反应器直径和高度的计算 在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择罐体适宜的长径比(H/Di)，以确定罐体直径和高度。选择罐体长径比主要考虑以下两方面因素： 1、长径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，PD5（其中D---搅拌器直径，P——搅拌功率），P随釜体直径的增大，而增加很多，减小长径比只能无谓地损耗一些搅拌功率。因此一般情况下，长经比应选择大一些。 2、长径比对传热的影响：当容积一定时，H/Di越高，越有利于传热。 长径比的确定通常采用经验值.即表3-1 表3-1 罐体长径比经验表 种类 罐体物料类型 H/Di 一般搅拌罐 液—固或液—液相物料 1--1.3 气—液相物料 1--2 发酵罐类 1.7--2.5 在确定了长径比和装料系数之后，先忽略罐底容积，此时 （3—9） 将上式计算结果圆整成 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 直径，代入下式得出罐体高度 （3—10） 其中 v--封头容积 三、搅拌器的选择 搅拌器的作用是使釜内物料混合均匀。搅拌器的类型很多，分为∶推进式、桨式、涡轮式、锚式、框式、螺杆式、螺带式等，搅拌器选型时，主要考虑∶ （1）保证从反应器壁或浸入式热交换装置到反应混合物能有高的给热系数。 （2）具有显著的搅拌效果，特别是对多相反应。 （3）搅拌所消耗的能量应尽可能小。 具体选择方法可参考粘度图及搅拌器型式选用表。 搅拌器结构的确定按标准构型搅拌装置考虑。 四、搅拌器转速的确定： 根据经验确定，若物料粘度不是太高，通常转速在80～120转/分。 五、搅拌功率的计算 1、对液—液系统关联式 Np=KRexFry （3—11） Np=P/N3D5 Re=D2N/ Fr=N2D/g 或=Np/Fry=KRex= ／ （3—12） 对于不打旋的系统Φ＝ＮＰ＝ ＝ 其中 Np—功率准数； Re—叶轮雷诺数； Fr—弗鲁德准数； P—功率消耗，W； G—重力加速度，m/s2； N—叶轮转速，转/s；参考经验值 D—叶轮直径，m； —液体密度，kg/m3； —液体粘度，Pa﹒S； K—系统几何构型的总形状系数。 Φ—功率函数 或Np可由功率曲线图上查出。或用下述公式计算： Re<10 P=K1N2D3 （3—13） Re>104 P=k2N3D5 （3—14） 对无挡板而Re>300的搅拌系统，不能忽略重力影响时，须用式3—12， 其中 （3—15） 式中 、的值列表3—3中。 W—叶片宽度。 、 值及、值可由表3—2和表3-3上查得。 表3-2 搅拌器的K1和K2值 搅 拌 器 K1 K2 搅 拌 器 K1 K2 螺旋桨式，三叶片 螺距=D 41.0 0.32 双叶单平桨式D/W=4 43.0 2.25 螺距=2D 43.5 1.00 =6 36.5 1.60 涡轮式，四个平片 70.0 4.50 =8 33.0 1.15 六个平片 71.0 6.10 四叶双平桨式 D/W=6 49.0 2.75 六个弯片 70.0 4.80 六叶三平桨式 D/W=6 71.0 3.82 扇形涡轮 70.0 1.65 表3-3 Re>300时搅拌器的和值 形 式 螺 旋 桨 式 涡轮式 六个平片 D/T 0.48 0.37 0.33 0.30 0.20 0.30 0.33 2.6 2.3 2.1 1.7 0 1.0 1.0 18.0 18.0 18.0 18.0 18.0 40.0 40.0 当搅拌器的形式在文献上查不到功率曲线；可根据搅拌器的形状因子对构型相近的搅拌器的功率曲线加以校正，估算出该装置的功率值。 （1）对径向流叶轮（平桨、涡轮），湍流态下： NP （3—16） 对轴向流叶轮，湍流态下： NP （3—17） 其中 T——容器直径。 （2）对平桨和涡轮： NP （3—18） 、对六叶片盘式涡轮： W/D=0.2～0.5时 NP （3—19） 、 涡轮nb的影响： 湍流搅拌：NP （3—20） 层流搅拌：NP （3—21） 以六叶片涡轮为基准：NP （3—22） 其中：nb—叶片数目 随叶片数目的减少，平叶片涡轮的排液量降低，而弯叶片涡轮排液量降低不多，但功率消耗降低。在层流时弯叶片涡轮与平直叶片涡轮的功率消耗相同，但在湍流时弯叶片的功率消耗低于平直叶片。 （3）叶层深度H： NP （3—23） 对高粘度液体上式的指数近似于0，功率消耗与液深无关。 （4）对低、中粘度液体，叶轮安装高度Hj对功率无影响；对高粘度液体，叶轮近液面（Hj=0.9）时功率消耗低，反之高。 （5）各种涡轮其叶轮间距距离S对功率输入的影响见《精化过程及设备》。 上述各项修正公式可查阅《精化过程及设备》。 2、固体悬浮系统的搅拌功率 3、气液悬浮系统的搅拌功率 4、气流搅拌 2、3、4项内容可参考《精细化工过程及设备》 5、电动机功率的确定 在求算电动机功率时，可用下式表示： P电机= （3—24） P—稳定条件下，搅拌器在不带附属装置的容器内运转的功率，W； K—容器装料高度的系数； —由于容器内附属装置而导致功率增加的系数； 表3—4各种附件的功率附加值 （适用于介质粘度在01Pa·S以下的场合） 设备附件的名称 桨式 框式 涡轮式 推进式 宽为容器直径008倍的四块挡板，平均分布在设备的四周 附加一块直径与主要桨叶相同的水平桨叶 压料管 温度计管或浮球夜位计 沿设备周围位置90o以外布置的两根垂直管 沿器壁布置的螺旋状蛇管 直径为容器直径0033～054倍布置在器底的螺旋状蛇管 固定推进器导流筒的零件 100 0.35 0.20 010 030 2.0 2.5～— — — — — 0.20 0.10 0.30 — — — 150 — 0.20 0.10 0.30 — — — 050 — 0.20 0.10 0.15 — — 0.05 —由于启动或搅拌过程中阻力增加而引起功率增大的系数； Pc—填料函内的摩擦消耗功率，其值取决于填料函的结构； —传动效率。 现分别对上式中某些系数介绍如下： （1）系数K值 系数K值系指容器装料高度对功率的影响，其值为： K=Ho/Di （3—25） 式中 Ho----容器实际装料高度，m Di-----容器直径 通常，实际装料高度可近似地考虑为容器高度的075～08。 （2）系数值 大多数场合下，由于启动器增加的功率可以不予考虑，即=1。在个别场合下，例如在搅拌重的、快速分层的悬浮液，搅拌高粘度的介质（约大于05Pa·S）或者是在搅拌过程中介质的阻力会改变，则必须考虑启动时的功率增加，并取1。 根据搅拌装置的型式及操作条件，值可以在较宽的范围内变动。 推进式搅拌装置…………………………………13 桨式搅拌装置……………………………………2 多桨叶的、框式的或涡轮式搅拌装置…………25 在选择值时应该很小心，最好尽可能选用较小的值。 （3）填料函的摩擦功率Pc Pc=M摩擦N （3—26） 式中 N------搅拌桨每秒的转数，r/s； M摩擦= （3—27） d------搅拌轴的直径，cm； h------填料层深度，cm； c------摩擦系数，004～008； q------填料的侧压力。q=k＇P＇， Pa； k＇------填料的弹性系数，其值小于1； P＇------轴向压力。 P＇=Po ， Pa； Po----设备内压力，Pa； S------填料的宽度，cm。 （4）机械传动效率 电动机通过各种传动装置将能量传给搅拌器时，由于摩擦作用，必定消耗一部分能量。表3—5列出的数值可供初步计算。 表3—5 机械传动的效率 传动机械 ，% 三角皮带 90～95 伞齿轮 90～95 正齿轮 90～95 涡轮（三线或四线） 70～90 涡轮（双线） 60～80 六、反应釜的热量衡算 1、间歇釜式反应器 由于间歇釜式反应器是一封闭物系，如果不考虑搅拌器对反应物系所作的功，则由热量衡算方程式可导出下式： mtCp,t =K0Ah(Tc－T)－(－HR)(－rA)VR （3-28） 上式为间歇釜式反应器反应物料的温度与时间的关系式，式中 mt—反应物料质量，kg； Cp,t—反应物料从基准温度改变到实际温度的平均热容，J/kg℃； Tc—传热介质温度，℃； T—反应物系温度，℃； τ —反应时间，s (－HR)—基准温度下反应热，J/kmol； K0—总传热系数， J/m2s℃；即：W/m2.℃ Ah—传热面积，m2。 (1)若为等温反应， dT=0，上式变为 KAh(Tc－T)=(－HR)(－rA)VR （3—29） (2)对变温反应器，需联立下式求解 nA,o =(－rA)VR （3—30） 可得反应过程的温度和转化率的关系式 =K0Ah(Tc－T)－nA，o(－HR) （3—31） (3)当反应在绝热下进行时 dT=－nAo(－HR)dxA 若Cpt可视为常数，对上式积分有 T－To=－ (xA－xAo) （3—32） 式中 To—反应开始时的温度，℃。 2、连续釜式反应器的热量衡算 根据热量衡算基本方程式可求得在等温情况下 (－rA)(－HA)VR=VoCpt(T－To)+K0Ah(T－Tc) （3—33） Qr = Qc 即：放热速率=移热速率 其中 V0—平均每秒处理的物料量m3/s; VR—反应器有效体积m3 3、总传热系数K0的确定 计算K0值的基准面积，习惯上常用设备的外表面积A0，当设计对象的基准条件(设备型式、雷诺准数Re、流体物性等)与某已知K值的生产设备相同或相近时，则可采用已知设备K值作为自己设计的K0值，表2—1列出K0值大致范围。K0值也可用下式计算 式中 K0—总传热系数，W/m2.℃ ------给热系数，W/m2.℃； R------污垢热阻，m2℃/W； -------壁厚，m； -------设备壁导热系数，W/m℃。 下标 i、o、m分别表示设备内、外和平均。 当Ao/Ai<2时近似按平壁计算，即 AiAmAo。 (1)污垢热阻通常采用经验值，常用污垢热阻大致范围可查阅《化工原理》。 (2)给热系数的确定 A.釜侧的传热膜系数，可采用如下的关联式求取，在夹套传热的场合为 =0.36 （3—34） 在蛇管传热的场合 =0.87 （3—35） Di—釜内径，m； —体的导热系数 ，W/m.k； N—搅拌浆每秒钟转数，r/s； D—搅拌浆直径，m； ，s—流体的粘度及流体在侧壁上的粘度， Pa·S； Cp—热容，J/kgK。 B.夹套内的传热膜系数 如夹套内走的是蒸汽，由于釜侧(反应区侧)的传热膜系数往往较小，因此蒸汽冷凝的传热膜系数取=6000～9000W/m2K，对整个的传热系数不至于有多大的误差。 如果夹套内通的是冷水，则可采用如下的关联式： Re<4400时： o=400 W/m2K （3—36） u—水在夹套内流速，m/s， De ------夹套的当量直径，m。 ΔT—夹套壁温与水温间的温度差，K。 Re>3600时： o=9300 W/m2K （3—37） 蛇管侧的传热膜系数： 蛇 =(1+3.5 )直管 dt—管子直径，m dC—蛇管圈直径，m 七、传热面积的计算 1、连续釜式反应器 根据热量衡算式计算出反应过程放出的热量 Q=(－rA)(－HR)VR－VoCpt(T－Tc) 若要达到等温操作，则载热体带出热量应等于放出热量 Q=K0Ah(T－Tc) 传热面积可按下式计算： Ah= （3—38） 2、间歇釜式反应器 若为等温操作，则反应过程放出的热量等于载热体移走的热量，首先计算出放热量，根据下式计算出传热面积 Q=(－HR)(－rA)VR=K0Ah(T－Tc) Ah= = （3—39） 3、夹套直径Dj及高度Hj计算 （1）夹套直径Dj的计算： Dj可根据罐体内径按下表推荐的数据选取。 表3—6夹套直径Dj与罐体直径Dj的关系（mm） Di 500～600 700～1800 2000～3000 Dj Di+50 Di+100 Di+200 （2）夹套高度Hj的计算： 主要决定于传热面积Ah 的要求，且一般不低于液面高度，以保证充分传热。此时可按下式估算： Hj1> （3—40） ν—罐体下封头容积，m3 φ—装料系数，可取0.6~0.85 按计算的夹套高度，校核传热面积，如果不符合要求，需选择其它形式的传热装置。 同时Hj2= （3—41） 装料高度Hj3= （3—42） Hj取Hj1、Hj2和Hj3中大者。 其中 As—下封头内表面积，m2； S—罐体内横截面积，m2。 4、夹套类型的选择 夹套类型有整体夹套、半圆管夹套、型钢夹套和蜂窝夹套。通常整体夹套的压力不能超过1MP ，否则将会因罐体及夹套壁厚太大，增加制造的困难。当反应器直径较大或采用的传热介质压力较高时，可采用后三种类型，这样不但能提高传热介质的流速，改善传热效果，而且能提高筒体承受内、外压的强度和刚度，各种夹套的使用范围见下表： 表3—7几种夹套的使用范围 夹套类型 温度，0C 压力MPa 整体夹套 350 06 半圆管夹套 280 10～64 型钢夹套 225 06～25 蜂窝夹套 250 25～40 第三节 立式搅拌反应釜机械设计 一、反应釜的总体结构 （一）总体结构中的主要部件及其用途 反应釜的总体结构如附录8所示，通常由以下几部分组成： 1、釜体部分 釜体是物料进行化学反应的空间，由筒体和上下封头组成，通常是密闭的，有时也采用敞开式，主要视反应介质而定。 2、传热装置 在釜体的内部或外部设置供加热或冷却用的传热装置，通常为釜体外部夹套或釜内蛇管。 3、搅拌装置 为使物料混合均匀，接触良好，需在釜内设置搅拌装置。搅拌装置由搅拌轴和搅拌器组成。其转动由电动机经减速器减到适宜转速后，再经联轴器来带动。立式搅拌轴是悬臂的。需要时也可在釜内设置中间轴承或底轴承。 4、轴封装置 由于搅拌轴是动的，而釜体封头是静的，所以在搅拌轴伸出之处必需进行密封（轴封），轴封的作用是保持设备内的压力（或真空度），防止反应物料逸出和杂质渗入。轴封通常采用填料密封或机械密封。 5、其它结构 主要包括人孔、手孔、各种接管、温度计、压力表、视镜、安全泄放装置等。 （二）搅拌反应釜的技术特性及工艺参数的确定 反应釜的技术参数通常包括：操作容积及全体积；釜内及夹套内（蛇管）的工作压力、工作温度、工作介质、腐蚀情况、传热面积；搅拌器型式、转速及轴功率；推荐材料；装配哪些接口管等。由工艺设计定机械设计的任务是对工艺设计条件表的各项内容进行分析研究，并对搅拌器型式、传动装置、轴封装置以及其它零部件标准进行合理选择、校验。 二、反应釜的釜体及换热装置 （一）釜体壁厚的确定 釜体壁厚的确定可按“内压薄壁圆筒与封头的强度设计”和“外压圆筒与封头的设计”方法确定。具体方法是：当釜内为正压操作，且釜内压力大于夹套时，釜体壁厚应从按承受釜体内压强度与承受夹套外压稳定的计算所得两个值中取其大者。当釜内正压操作，但其压力小于夹套压力时，釜体壁厚由稳定计算确定，不受外压作用的封头则由强度计算壁厚。当釜内为负压操作时，应将夹套内内压与釜内负压之和作为釜体设计外压，不受夹套压力影响的上封头，可按外压确定壁厚。为焊接方便，常取上封头与筒体等壁厚。 （二）夹套传热及其结构 1、整体夹套的结构类型 常用的夹套形式为整体夹套，结构类型有四种，如图，其中a型仅圆筒的一部分有夹套，用在需加热面积不大的场合。b型为圆筒的一部分和下封头包有夹套，是最常用的典型结构。c型是考虑到筒体受外压时为了减小筒体的计算长度Ｌ，或者为了实现分段控制而采用分段夹套。d型为全包式夹套，与前三种比较，有最大传热面积。 整体夹套型式 2.整体夹套连接型式 1）夹套封头根据夹套直径及所选封头型式按标准选取。 2）整体夹套与筒体的连接方式分为两种 （1）可拆卸式 可拆卸整体夹套结构 （2）不可拆卸式 不可拆卸整体夹套结构 3）夹套封闭构件厚度的确定或计算： A型． 适用范围及计算： ①适用于图19-3中各种型式夹套 ②d0≥d1 ③当夹套封闭件不是由夹套筒体直接弯制成形，如图b时，封闭件与夹套筒体之间应采用全焊透的对接焊，为保证焊透宜加垫板。 B型． ①仅用于19-3（a）型夹套 ②δa按无折边的锥形封头确定， 且δa≥δ1 C型． ①适用于图19-3（a）型夹套 ②（δi-C）≤16mm ③δo（mm）取下两式中较大值： δo=2（δ1-C） δo=0.707j ④b不小与δo与δ中的较小值，c不小于δi 注：本表参考了董大勤主编的《化工设备机械基础》P549~P550。 4）夹套底部的封闭结构有三种 5）穿越夹套的接管有三种结构 （a）制造较麻烦，但对筒体有加强作用。（b)制造方便传热面有损失，强度差。（c)用于在夹套边缘有接管的场合，制造麻烦，非不得已勿用。 穿越夹套的接管 3、夹套上的接管结构 整体夹套上的出口接管和一般容器一样，不需要进行特殊处理。进口管则应采取一定措施：（a）、（b）管端焊有挡板，（c）、（b）图所示接管不深入夹套内部，在夹套壁上另焊一挡板。应注意，进水管或蒸气挡板的开孔面积不得小于接管通道的横截面积。 三、反应釜的搅拌装置 搅拌装置包括搅拌器、传动装置及搅拌轴 （一）搅拌器 1、常用搅拌器 1）桨式：（1）材料：扁钢、合金钢、有色金属、或钢外包橡胶或环 氧树脂、酚醛玻璃布等。 （2）形式 平直：叶面与旋转方向垂直 折叶：叶面与旋转方向成一倾斜角 （3）尺寸：搅拌器直径dj=(1/3～2/3)Di；桨叶宽度b=(0.1～0.25)dj 加强筋的厚度常与浆叶厚度相同 （4）固定方式：当d<50mm时，除用螺栓对夹外，再用紧固螺钉固定；当d>50mm时，除用螺栓对夹外再用穿轴螺栓或圆柱销固定在轴上。 （5）转速：20～100r/min圆周速度在1.0～5.0m/s 桨式搅拌器 （a）平桨；（b）加筋平桨；（c）折叶平桨 2）框式和锚式搅拌器 （1）形式 锚式和框式， （2）尺寸 dj=(2/3～9/10)Di b=(0.07～0.1)dj h=(0.5～1.0)dj （3）固定方式：与浆式类似，浆叶之间多用螺栓连接，小型 时可用铸造或焊接。 （4）材料：扁钢、角钢居多。 （5）转速：一般为20～100r/min，线速度为1.0～5.0m/s 3）推进式搅拌器 推进式也称旋桨式，常为整体铸造，采用焊接时，模锻后再与轴套焊接，加工较困难。制造时应做静平衡实验。可用轴套、平键和紧定螺钉与轴连接。 尺寸：dj=(1/4～1/3)Di ； 厚度：需经计算； 速度：100～500 r/min 4）涡轮式搅拌器 （1）特点：浆叶数量多，种类多，转速高，使流体均匀地由垂直方向运动改变成水平方向运动。 （2）形式：a圆盘涡轮，b平叶开启涡轮， c弯叶涡轮，d折叶开启式涡轮 （3）连接方式：开启式采用角钢和轴套焊接；圆盘涡轮其桨叶和圆盘焊接或以螺栓联接，而后将圆盘焊在轴套上。 （4）尺寸： dj：L：b=20：5：4； dj=1/3Di； 叶数＝6； 由强度决定。 （5）涡轮材料：Q235F、0Cr13、1Cr18Ni9Ti、2G1Cr13、ZG1Cr18Ni9、L1、L2、HT150等 注：平直圆盘涡轮搅拌器目前已有部标准，可供选用。 2、搅拌器的选型 参见表3—9 表3—9 搅拌器型式选择 搅拌器 型 式 流动状态 搅拌目的 搅拌设备容量， 转 速， 最高粘度 Pa.s 对流循环 涡流扩散 剪切流 低粘 度液 混合 高粘度液混合及传热反应 分散 溶解 固体悬浮 气体吸收 结晶 传热 液相反应 涡轮式 桨式 推进式 折叶开启涡轮式 锚式 螺杆式 螺带式 Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο 1～100 1～200 1～1000 1～1000 1～100 1～50 1～50 10～300 10～300 100～500 10～300 1～100 0．5～50 0．5～50 50 2 50 50 100 100 注：表中“Ο”为适合，空班为不适合或不许。 （二）反应釜的传动装置 1、电动机的基本特性及选用 通常电动机与减速机配套供应，设计时可根据反应器应配电机功率、转速、安装形式及防爆要求，选择电动机及配套的减速机。电动机基本特性见表3-10。 2、减速装置 1）主要形式： 目前我国已颁布的标准釜用立式减速机，有摆线针齿行星减速机、两级齿轮减速机、三角皮带减速机和谐波减速机四种。 a）摆线针齿行星减速机：减速比87～9，转速16～160r/min，功率0.6～30Ｋw。特点是传动效率高，结构紧凑，拆装方便，寿命长，承载能力高，工作平稳，允许正反转。 b）两级齿轮减速机：为两级同中心距并流式斜齿轮减速传动装置。减速比11.6～5.63。转速125～250r/min。功率0.6～30KW。体积小，效率高，制造成本低，结构简单，装配检修方便，可以正反转。 c）三角皮带减速机，为单级三角皮带传动的减速装置。减速比4.53～2.9，转速320～550r／min，功率0.6～5.5Ｋw。结构简单，过载时打滑，起保护作用，允许反转。 d）谐波减速机：减速比359～90，转速4～16r／min。功率0.6～13Ｋw。结构简单，体积小，重量轻，承载能力高，运转平稳，封闭性好，可用于有防爆要求的场合。 2）选用详见表3—11 表3-10 电动机基本特性 分 类 系列名称 特 点 用途及使用范围 使用条件及工作方式 安装型式 一 般 异 步 电 动 机 J2、JO2系列小型三相异步电动机 J2型能防止水滴或其它杂物在垂直方向落入电机内部。JO2型能防止灰尘，铁屑或其他杂质侵入电机内部。运行可靠，寿命长，使用维护方便，性能优良，体积小，重量轻，转动惯量小，用料省 适用于拖动在起动性能，调速性能及转差率均无特殊的一般机械，JO2可适用于灰尘较多，水土飞溅的地方 1.环境温度不超过+40℃ 2.海拔不超过1000米 a.额定电压380V，3千伏以下为Y接法，其他均为接法 b.额定频率：50Hz c.工作方式：连续使用 有D，T2，D2/T2，L3等四种 JO3系列三相异步电动机 其结构能阻止机座内外空气自由交换，但不完全密封.采用新兴电磁材料及优质绝缘材料，较JO2系列体积缩小37%，重量减轻22% 适用于对转差率无特殊要求的机械拖动，也可用于起动静止负荷或惯性负荷比较大的机械上 额定电压：4KW为220V(接法)，<4KW为220/520V(/Y接法) 有D，T2，D2/T2，L3等四种 JO2-F系列化工防腐用异步电动机 具有JO2特点，相宜采取了防腐密封措施 腐蚀气体含量： NH3 200mg/m3 SO2 160mg/m3 H2S 50mg/m3 CL2 200mg/m3 NH3 200mg/m3 HCL 100mg/m3 氮的氧化物 40mg/m3 在氮肥，氯碱系统中化工厂的腐蚀环境中使用 １．空气温度不超过+40℃ ２．空气相对湿度95％ ３有酸雾，碱雾，腐蚀性粉尘，凝露等 外型及安装尺寸与JO2同 JO2-W系列户外用电动机 对于潮气，霉菌，盐雾，雨水，雪，日辐射，风沙，严寒(-40℃)等气候有防护作用 能在一般户外的环境下进行工作，不需加任何附加防护措施 环境温度： -40～+40℃ 有D，T2，D2/T2，L3等四种 防爆异步电动机 AJO2、BJO2、BJO2Q系列防爆三相异步电动机 结构与特点与JO2相似，适当加固以防爆。AJO2为防爆安全型，BJO2为隔爆型，BJO2Q为高启动转矩隔爆型 适用于具有爆炸危险性混合物的场所 与JO2系列相同，可连续使用 有D，T2，D2/T2，L3等四种 注：1．安装型式代号意义见图19-29 2．当选用AJO2或BJO2系列电动机时，应分别在标定符号前加“A”或“B”字，用JO2系列时不加标记。 釜用立式搅拌机减速机外形及尺寸可查标准HG5-745-747-78 3、搅拌轴 1）搅拌轴的整体结构 轴主要由轴径、轴头、轴身三部分组成，支承轴的部分叫轴径，安装搅拌器的部分叫轴头，其余部分为轴身。轴上有键槽，轴有实心和空心之分。 表3—11 釜用立式减速机的基本特性 特 性 减 速 机 类 型 谐波减速机 摆线针齿行星减速机 两级齿轮减速机 三角带减速机 减速比范围 359～90 87～9 11．6～5.63 4.53～2.9 输出轴转速范围（rpm） 4～16 16～160 125～250 320～500 功率范围 0.6～13 kW 0.6～30 kW 0.6～30 kW 0.6～5.5 kW 效率（%） > 0.83 ≥0.9 ≥0.96 主要特点 本机为利用行星轮为柔轮的少齿差内啮合的大速比的新型机械传动，与其它型式啮合相比，具有结构简单，体积小，重量轻，速比大，承载能力高，运转平稳，封闭性能好 本机为利用少齿差内啮合行星传动的减速装置，故减速比大，传动效率高，结构紧凑，装拆方便，寿命长，承载能力高，工作平稳，重量轻，体积小，故障少，有取代涡轮减速机的趋向。 本机为两级同中心距并流式斜齿轮减速传动装置，传动比准确，寿命长。在相同速比范围内，较之于其它传动来说，具有体积小，效率高，制造成本低，结构简单，装配检修方便等。 本机为单级三角皮带传动的减速装置，结构简单，过载时会产生打滑现象，因此能起到安全保护作用，但由于皮带滑动不能保持精确的传动比。 特性参数 柔轮分度圆直径 电动功率、机型号、减速比 中心距 三角皮带型号及根数 应用条件 不需多级传动而用于转速极低的搅拌传动装置，可用于有防爆要求的场合 对过载和冲击载荷有较弱承载能力，可短期过载75%，起动转矩为额定转矩的2倍，允许反正旋转，可用于有防爆要求的场合，与电动机直连供应，可依轴承载寿命来计算容许的轴向力，本机要求采用夹壳式联轴节（HG5—213—65） 允许反正旋转，可采用夹壳式联轴节（HG5—213—65）或弹性块式联轴节（HG5—743—78）与搅拌轴联接，不许承外加轴向载荷或允许轴向力小的场合， 可用于有防爆要求的场合，与电机直连供应 允许反正旋转，本系列采用夹壳式联轴节（HG5—213—65）与搅拌轴联接，搅拌器及轴的重量均由本机轴承承受，本机不能用于有防爆要求的场合。 标定符号 XB分度圆公称直径—顺序号 BLD型号代号—机型号—减速比—轴头型号 LC中心距—顺序号，输出轴结构Ⅰ或Ⅱ P三角皮带型号、三角皮带根数—顺序号 标准图号 HG5—744—78 HG5—745—78 HG5—746—78 HG5—747—78 注：电动机若采用 型时，在标定符号前加“A”字样，对 加“B”字样，对 型电极则不加写代号 2）搅拌轴的材质及加工要求 搅拌轴工作时，主要受扭转、弯曲和冲击作用，故轴的材质应有足够的强度、刚度和韧性。此外，为了便于加工制造，还要有优良的切削加工性能。所以常采用45＃钢。对于要求较低的搅拌轴，也可用Ｑ235－A 或35＃钢。当有腐蚀要求时，也可采用不锈钢。压力在1.6MPa下，通过填料箱一段轴的粗糙度可达 3）轴的计算 （1）轴径 max 而MT=9.55×106 （3—41） Wp （实心轴） （3—42） d= （mm） （3—43）其中 —Kw —Mpa n—rpm （2）轴的临界轴速：通常搅拌轴转速200rpm所以可不 考虑对轴进行临界转速验算。 4）联轴器 用于立式搅拌轴上的联轴器主要有以下几种： （a）凸缘联轴器 结构：由两个带凸缘的圆盘组成，圆盘称为半联轴器，半联轴器与轴通过键作周边固定，通过轴上的螺纹与锁紧螺母实现二者轴向固定。两个半联轴器靠螺栓连接。 优点：结构简单、成本低，制造方便，传递较大扭矩。 缺点：无减震性，适于低速、振动小和刚性大的轴。 标定符号GT—轴径，如GT—90。 （b）夹壳联轴器 结构：两个半圆夹壳组成，材质为铸铁，用一组螺栓锁紧，用平键完成周边固定，用两个半环组成的悬吊环完成轴边固定。 优点：拆装方便，不用作轴向移动。 缺点：不适于有冲击的场合。 标定符号JQ—轴径，如JQ—90。 （c）套筒联轴器 结构：用键或销钉将套筒与轴联接起来组成一体。 优点：结构简单、同心度高。 缺点：拆装时轴须作轴向移动。 （d）弹性圈柱销联轴器 结构：与凸缘联轴器相似，区别在于用一个套有弹性圈的柱 销代替联接螺栓，弹性圈材料为橡胶或皮革等。 优点：吸震能力强，可用于频繁正反转场合。 标定符号：TK—轴径 如TK—90；各种联轴器尺寸详见附录9 4、传动装置的机架 分三种形式，且均已标准化，标准代号CD130B6－86 （1）无支点机架（WJ型） CD130B6－86 轴径系列（mm）—30、35、40、45、50、55、65、70、80、90、100、110、130等 轴径系减速机输出轴轴径值。 接板型式（A、B）。 A－A型接板，是配摆线针齿形星减速机的接板 B－B型接板，是配ＬC两级齿轮减速机的接板 机架代号：WJ轴径A（B），如WJ45A （2）单支点机架（DJ型） CD130B7－86 机架类型：DJ－单支点 机架代号：DJ轴径A（B）如： DJ45A 轴经系列及接板型式同无支点机架。 （3）双支点机架（SJ）CD130B8－86 机架类型：SJ－双支点。 其余同上。 5、底座结构共有8种类型 其中（a）～（f）为整体底座，（g）～（h）为分 装式底座。详见《化工工艺设计手册》。 第四节 反应釜的轴封装置 （一）填料密封 1、结构及原理 结构：填料箱、填料、压盖和螺栓等。 原理：拧紧螺栓，使压盖沿轴向压紧填料，填料产生经向 膨胀抱紧搅拌轴，起到密封作用。 (a) 带冷却水套 (b)带油环 1-衬套；2-箱体；3-o型密封圈 填料箱 1-加油口；2-箱体；3-压盖 4-水套；5-油环；6-压盖 4-双头螺栓；5-油环；6-填料 7-双头螺栓；8-填料 2、填料及选择 见表3-12 表3-12 几种常用填料的应用条件 名 称 型 号 耐温℃ 耐压（MPa） 使 用 介 质 备 注 油浸石棉 方型填料 YS 250 YS 350 YS 450 250 350 450 4．5 4．5 6．0 蒸气、空气、重油燃料，石油产品弱酸性溶液、腐蚀性蒸气和气体等 油浸石棉 组合填料 YNS250 YNS350 YNS450 250 350 450 4．5 4．5 6．0 同上 用于需要良好润滑性能的高温高压密封。 油浸棉 填 料 M 200 108 20 水、空气、腐蚀性弱的气体润滑油碳氢化合物，石油类燃料等 规格有3、5、6、8、10、13、16、19、22、25、28、32、38、42、45、50（mm） 油浸麻 填 料 M 160 100 16 同上，外加碱溶液、盐水等 规格同上 橡胶石棉填料（含橡胶芯） XRH 250 250以下 4．5 特别适合于具有弹性及耐磨性能的条件下使用 规格有13、16、19、22、25、28、32、35、42、45、50（mm） 3、常用填料箱简介（共7个） 1)衬套及冷却水套铸铁填料箱（HG5-214-81) 适用压力0.6MPa 适用温度100℃ 214型填料箱 2)带衬套铸铁填料箱（HG5-215-81） 适用压力0.6MPa 适用温度<100℃ 215型填料箱 尺 寸 表(mm)(HG5-214-81) (HG5-215-81) d d1 D D1 D2 D3 D4 H H1 H2 n1 h2 法兰 螺栓孔 压盖 螺柱 重量 （kg） n φ 数量 直径 HG5-1410 HG5-1411-81 30 40 50 65 80 95 110 130 50 60 76 91 106 127 142 162 80 90 105 120 145 165 185 210 80 100 125 125 150 175 200 225 116 135 164 164 188 217 245 271 150 170 200 200 225 253 280 305 185 205 235 235 260 290 315 340 195 205 251 266 280 331 346 366 14 24 32 47 62 75 90 110 119 119 146 146 146 173 173 173 25 25 25 25 29 29 29 29 30 30 30 30 34 35 35 35 4 4 8 8 8 8 8 8 18 18 18 18 18 18 18 18 2 2 2 2 4 4 4 4 M12 M12 M16 M16 M12 M16 M16 M16 10.5 13.2 21.0 22.5 32.4 46.6 52.8 70.9 8.8 11.2 16.5 17.1 20.4 31.1 35.2 39.2 3)冷却水套碳钢填料箱（HG5-1410-81) 适用压力0.6MPa 适用温度100℃ 1410型 4)碳钢填料箱（HG5-1411-81） 适用压力0.6MPa 适用温度100℃ 尺 寸 表 (mm) (HG5-1410-81) (HG5-1411-81) d d1 D D1 D2 D3 D4 L h1 h2 h3 h4 h5 H H1 法兰 螺栓孔 压盖 螺栓 重量 （kg） n φ 数量 直径 HG5-1410 HG5-1411-81 30 40 50 65 80 95 110 130 50 60 76 91 106 127 142 162 80 90 105 120 145 170 185 205 110 120 140 150 170 200 215 235 116 135 164 164 188 217 245 271 150 170 200 200 225 255 280 305 185 205 235 235 260 290 315 340 60 60 65 60 65 65 70 70 4 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 22 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 55 55 67 67 67 79 79 79 27.5 28 30 30 30 32 32 32 39 39 39 39 39 43 43 43 172 172 209 209 209 247 247 247 109 109 136 136 136 163 163 163 4 4 8 8 8 8 8 8 18 18 18 18 18 18 18 18 4 4 4 4 4 4 4 4 M12 M12 M12 M12 M12 M16 M16 M16 10.2 11.9 17.8 18.5 22.1 33.5 37.7 41.8 9.3 11.2 16.5 17.1 20.4 31.1 35.2 39.2 1411型填料箱 5)带冷却水套不锈钢填料箱（HG5-1412-81） 公称压力0.6MPa 介质温度100℃，腐蚀性介质 1412型填料箱 6)不锈钢填料箱（HG5-1413-81) 公称压力0.6Mpa 适用腐蚀性介质，介质温度<100℃ 1413型填料箱 尺 寸 表（mm) HG5—1412—81 HG5—1413—81 d d1 D D1 D2 D3 D4 L h1 h2 h3 h4 h5 H H1 法兰 螺栓孔 压盖 螺栓 重量 (kg) n Φ 数量 直径 HG5-1412-81 HG5-1413-81 30 40 50 65 80 95 110 130 50 60 76 91 106 127 142 162 80 90 105 120 145 170 185 205 110 120 140 150 170 200 215 235 116 135 164 164 188 217 245 271 150 170 200 200 225 255 280 305 185 205 235 235 260 290 315 340 60 60 65 60 65 65 70 70 4 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 23 23.5 26 26 26 28 28 28 55 55 67 67 67 79 79 79 28.5 29 31.5 31.5 31.5 33.5 33.5 33.5 39 39 39 39 39 43 43 43 172 172 209 209 209 247 247 247 109 109 136 136 136 163 163 163 4 4 8 8 8 8 8 8 18 18 18 18 18 18 18 18 4 4 4 4 4 4 4 4 M12 M12 M12 M12 M12 M12 M12 M12 9.9 11.8 17.6 18.1 22.0 33.5 38.0 42.5 9.1 10.8 16.3 16.5 20.4 31.1 35.5 39.7 7)常压碳钢填料箱(HG5-218-81)、 常压不锈钢填料箱(HG5-1414-81) 适用压力<0.1Mpa 218 1414型填料箱 尺 寸 表 (mm) d d1 D D1 H H1 压盖螺栓 重量 (kg) 数量 直径 30 40 50 65 80 95 110 130 50 60 76 91 106 127 142 162 80 90 105 120 145 170 185 200 105 120 140 150 170 200 215 230 98 96 113 113 113 130 130 130 43 43 55 55 55 67 67 67 4 4 4 4 4 4 4 4 M10 M12 M12 M12 M12 M12 M12 M12 4.2 5.3 8.5 8.8 10.8 17.9 19.2 20.5 4、填料箱标记 采用两种方法如 （1）填料箱 Pg6 Dg80 HG5-214-81 标准号 公称轴径 公称压力 名称 （2）代号标准法 TLX 80－214 标准号 轴径 填料箱 （3）填料箱型式及使用范围 见《化工工艺设计手册》。 （二）机械密封 1、工作原理及结构 工作原理：用垂直于轴的两个密封元件相互贴合（依靠介质压力或弹性力），并作相对运动达到密封。 结构：由动环、静环、弹簧加荷装置（包括弹簧、弹簧座、动环压盖、紧定螺钉等）、销钉和密封圈（动环密封圈、静环密封圈）等部分组成。 2、釜用机械密封特点 釜用机械密封适用于气体和液体介质；转轴转速高，一般为200rpm～300rpm，最高可达500rpm；搅拌轴用活动联轴器（对半结构）连接于传动轴上，搅拌轴与传动轴间拆装方便，机械密封多采用夹壳联轴器(用于皮带轮减速机)及短轴联轴器(用于齿轮减速机、摆线针轮减速机。 3、釜用机械密封标准 (1)釜用机械密封标准(HG5-751-78 HG5-756-78共6个) (2)釜用机械密封型式及使用范围。见表3—13 （3）釜用机械密封结构及尺寸如下 202型机械密封（HG5-752-78） 204型机械密封（HG5-754-78） 表3-13 机械密封型式及使用范围 标准号 HG 5-751-78 HG 5-752-78 HG 5-753-78 HG 5-754-78 HG 5-755-78 HG 5-756-78 型 式 单端面 大弹簧 单端面 小弹簧 单端面 大弹簧 单端面 小弹簧 双端面 小弹簧 双端面 小弹簧 非平 衡型 非平 衡型 平衡型 平衡型 非平 衡型 非平衡型 代 号 201 202 203 204 205 206 公称压力（MPa） 0.1 0.25 0.1 0.25 0.25 0.59 0.98 1.57 0.25 0.59 0.98 1.57 0.25 0.59 0.59 0.98 1.57 适 用 范 围 轴径，毫米 30 40 65 90 95 110 压力 （MPa） 0.15～ 0.25 0.11～ 0.25 0.25～0.98 0.25～1.57 0～0.59 6～16 温度 ℃ -40～250 -40～250 -40～200 -40～200 -40～250 -40～250 转数 r/min ≤500 密封要求 一 般 要求较高 注：（1）压力、温度指密封腔内介质的压力和温度。 （2）O型密封圈，限用于≤200℃， 型密封圈用于≤250℃。 （3）密封要求较高，指密封要求较高的易燃、易爆、强腐蚀、带颗粒、低温等介质以及真空下的反应釜轴封。 202型、204型尺寸表 代号 202-30 204-30 202-40 204-40 202-50 204-50 202-60 204-60 202-65 204-65 202-70 204-70 202-80 204-80 202-90 204-90 202-95 204-95 202-100 204-100 202-110 204-110 202-120 204-120 202-130 204-130 D 30 40 50 60 65 70 80 90 95 100 110 120 130 D 185 205 235 235 235 260 260 290 290 315 315 340 340 D1 150 170 200 200 200 225 225 255 255 280 280 300 300 D2 116 135 164 164 164 188 188 220 220 245 245 260 260 D3 75 95 120 120 120 140 140 160 160 180 180 200 200 D4 60 70 80 92 97 112 112 122 127 132 142 147 152 D5（D6） 51 61 71 82 87 102 102 112 117 122 132 137 142 n-Φ 4-Φ18 8-Φ18 12-Φ18 205、206、207型机械密封 HG5-755-78 HG5-756-78 206型机械密封示意图 212型机械密封 适用范围： 温度：-10～120℃ 压力：0～0.5MPa 转速：≤500r/min 适用介质：无悬浮颗粒各种 气体。 212型系列尺寸表 代号 212- 30 212- 40 212- 50 212- 60 212- 65 212- 70 212- 80（76） 212- 90 212- 95 212- 100 212- 110 212- 120 212- 130 d 30 40 50 60 65 70 80（76） 90 95 100 110 120 130 78 87 98 110 115 120 130 140 145 150 162 172 182 60 72 80 90 95 100 110 120 125 130 140 150 162 70 87 100 110 115 120 130 140 155 150 165 175 177 n-φ 由所配反应釜的安装尺寸来定 D、 注：212型四氟波纹管机械密封，可用于搪玻璃反应釜上。 （4）釜用机械密封标记说明 釜用机械密封标记说明 □ □ □ □ □ — □ / — □ 使用压力 型号结构 轴径 动环材料代号 密封圈材料代号 静环材料代号 其它材料代号 密封材料及代号 其它零件材料代号 材 料 形状 代号 丁晴橡胶 0 1 硅橡胶 0 2 氟橡胶 0 3 氟丁橡胶 0 4 聚四氟乙烯 0 5 聚四氟乙烯 V 6 动环、静环材料代号及选用表 代号 L J Dg W O Dh Mg Mr Mk Mh Mt Ft Te Gt Nt Zb 材 料 氧化铝陶瓷 金属陶瓷 硬质合金 碳化钨 碳化硅 氮化硅 浸渍酚醛石墨 热压酚醛石墨 浸渍 呋喃石墨 浸渍环氧石墨 浸渍铜石墨 填充聚四氟乙烯 锡青铜 硅 铁 耐磨铸铁 整体不锈钢 例：203DnMkT3—30/0.6 HG5-753-78 第四节 釜配化工仪表的选用和确定 一、温度测量仪表的选用 （一）类型的选用 介质性质及使用条件 1、一般介质 （1）现场显示： t<5000C 液体、气体、固体膨胀式 t=800～32000C——光学高温计 （2）远传显示： a、t=－200～5000C-------热电阻; －50～1000C用铜电阻; －200～+5000C 铂电阻 b、t=0～16000C -------热电偶 0～3000C 铜—康铜; 0～6000C 镍铬—铜镍; 0～12000C镍铬—镍硅; 0～13000C铂铑—铂; 0～16000C铂铑—铂铑 c、t=100～32000C------高温计 700～320