搅拌反应釜的釜体设计及夹套设计
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表 2-1 Q235-B 性能与用途
材料
性能
用途举例
Q235—B
0Cr18Ni9
温度 20℃左右情况下用，抗拉强度： 广泛应用于常、低压
370-500MPa
压力容器的筒体、加
伸长率：26%（厚度 40mm 以下）
强板、支座等方面的
冲击功：≥27J（试验温度 20°）
材料选用
冷、热加工性能好，无磁性和好的低温性 广泛应用于化工设备，
2.3 封头的选择
搅拌反应釜顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头，本设计采用椭圆形标 准封头，直边高度 h 45mm ，其内径取与筒体内径相同的尺寸。
椭圆形封头是由半个椭圆球体和一个圆柱体组成，由于椭圆部分径线曲率平 滑连续，封头中的应力分布不均匀。对于 a b 2 得标准形封头，封头与直边的连 接处的不连续应力较小，可不予考虑。椭圆形封头的结构特性比较好。
搅拌反应釜的釜体设计及夹套设计
2.1 概述
夹套式反应釜的釜体是由封头、筒体和夹套三部分组成。封头有椭圆形封头 和锥形封头等形式。上、下封头与筒体常为焊接。
2.2 釜体材料的选择
根据工艺参数及操作条件（见附录 2）确定封头、筒体及夹套的材料。此设 计的釜体材料选用 0Cr18Ni9 与夹套材料选用 Q235-B，热轧钢板，其性能与用途 见表 2-1。
夹套上设有介质进出口。当夹套中用蒸汽作为载热体时，蒸汽一般从上端进 入夹套，冷凝液从夹套底部排出，如用液体作为冷却液时则相反，采取下端进， 上顿出，以使夹套中经常充满液体，充分利用传热面，加强传热效果。
2.5.1 确定夹套与封头的内径
夹套的内径 D j 一般按公称尺寸系列选取，以利于按标准选择夹套封头，具
根据釜体长径比对搅拌功率、传热的影响以及物料特性对筒体长径比的要求，
又由实践经验，针对一般反应釜，液—液相物料， H Di 取值在 1.7-2.3 之间， 并且考虑还要在封头上端布置机座和传动装置，因此，取 H Di =2.3。
由<<搅拌设备设计>>可知：
Di = 3
4V 1 (H Di )
（2-1）
能。具有足够的耐晶间腐蚀能力
工业设备，常、低压
压力容器的筒体等方
面的材料选用
由工艺参数及操作条件和表 2-1 可知，0Cr18Ni9 和 Q235—B 材料能够满足 任务书中的设计温度、设计压力。在操作条件下，Q235—B 能使设备安全运转， 并且不会因腐蚀而对介质产生污染，而且相对与其他钢号价格便宜，所以本设计 釜体材料选用 0Cr18Ni9 与夹套材料采用 Q235-B，热轧钢板。
t 为 Q235—B 热轧钢板，在设计温度下的许用应力， t =137 MPa ； 为焊缝
系数，采用双面焊缝，局部无损探伤， = 0.85 ； C2 为腐蚀裕度，取值为 0 mm 。
将上述各值代入（2-5）中得：
td
0.211600 2 137 0.85 0.21
0.8
2.24mm
压设计压力为 0.21 MPa ，釜体外压设计压力为 0.315 MPa 。夹套的筒体以及釜体
的上封头按内压容器设计，其设计压力为 0.21 MPa 。
2.6.1 釜体的筒体壁厚计算
(1) 首先对筒体按照承受 0.21 MPa 的内压进行计算
由于：
td
PDi
2 t P
C2
（2-5）
式中：
t d 为内压筒体设计厚度； P 为设计压力， P = 0.21 MPa ； Di 为筒体内径， mm ；
有：操作容积=全容积 0.8=6.4
式中：V ——操作容积， m3 ； H ——筒体高度， m ； Di ——筒体内径；1
——装料系数，取值为 0.8。
则：
Di = 3
4 6.4 0.8 2.3
=1.638 m
将 Di 值圆整到标准直径，取筒体内径 Di =1600 mm 。
2.4.2 确定筒体的高度
2.4 釜体几何尺寸的确定
釜体的几何尺寸是指筒体的内径 Di 和高度 H 。釜体的几何尺寸首先要满足 化工工艺的要求。对于带搅拌器的反应Leabharlann Baidu来说，容积V 为主要决定参数。
2.4.1 确定筒体的内径
由于搅拌功率与搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器直径往往需随釜体直 径的增加而增大。因此，在同样的容积下筒体的直径太大是不适宜的。对于发酵 类物料的反应釜，为使通入的空气能与发酵液充分接触，需要有一定的液位高度， 筒体的高度不宜太矮。因此，要选择适宜的长泾比（ H Di ）。
则：
H1
=
S 夹
S封 D1
（2-4）
已知：传热面积 S 夹 =12 m 2 ，封头的内表面积 S封 = 2.98m2
则：
H
1
=
S
夹
S D1
封
= 12 2.98 3.14 1600
= 2600mm
圆整后取： H1 = 2600 mm 。
2.6 釜体和夹套的壁厚的确定
釜体和夹套的强度和稳定性设计可按内、外压容器的设计方法进行。 本设计中，釜体的筒体与其下封头按承受内压和外压分别进行计算，釜体内
Di
3700 1600
2.3
2.5 夹套的结构和尺寸设计
常用的夹套结构形式有以下几种：（1）仅圆筒部分有夹套，用于需加热面 积不大的场合；（2）圆筒一部分和下封头包有夹套，是最常用的典型结构； （3）在圆筒部分的夹套中间设置支撑或加强环，以提高内筒的稳定性，在夹套 中介质压力较大时，由于这种结构减小了内筒的计算长度，从而减小了筒体的壁 厚；（4）为全包式夹套，与前三种相比，传热面积最大。本设计中夹套的结构 选择第一种最最常用的典型结构。
体可根据筒体直径 Di 按表 2-2 中推荐的数值选用。
表 2-2 夹套内径与筒体内径的关系
Di
500—600
700—800
2000—3000
Dj
Di +50
Di +100
Di +200
由此关系可取： D j = Di +200=1600 200 =1800 mm 。
2.5.2 确定夹套筒体高度
由于： S 夹 = Di H1 + S封 （2-3）
由《搅拌设备设计》可知：
H V Vh Di 2
4 Di 2
(V 1
Vh )
（2-2）
4
式中：Vh ——下封头所包含的容积，在《材料与零部件》中查得，Vh =0.617 。
H 4 （ 6.4 0.617） 1.62 .0.8 =3.689 m
把 H1 的值圆整到 H =3700 mm ，则：
H
材料
性能
用途举例
Q235—B
0Cr18Ni9
温度 20℃左右情况下用，抗拉强度： 广泛应用于常、低压
370-500MPa
压力容器的筒体、加
伸长率：26%（厚度 40mm 以下）
强板、支座等方面的
冲击功：≥27J（试验温度 20°）
材料选用
冷、热加工性能好，无磁性和好的低温性 广泛应用于化工设备，
2.3 封头的选择
搅拌反应釜顶盖在受压状态下操作常选用椭圆形封头，本设计采用椭圆形标 准封头，直边高度 h 45mm ，其内径取与筒体内径相同的尺寸。
椭圆形封头是由半个椭圆球体和一个圆柱体组成，由于椭圆部分径线曲率平 滑连续，封头中的应力分布不均匀。对于 a b 2 得标准形封头，封头与直边的连 接处的不连续应力较小，可不予考虑。椭圆形封头的结构特性比较好。
搅拌反应釜的釜体设计及夹套设计
2.1 概述
夹套式反应釜的釜体是由封头、筒体和夹套三部分组成。封头有椭圆形封头 和锥形封头等形式。上、下封头与筒体常为焊接。
2.2 釜体材料的选择
根据工艺参数及操作条件（见附录 2）确定封头、筒体及夹套的材料。此设 计的釜体材料选用 0Cr18Ni9 与夹套材料选用 Q235-B，热轧钢板，其性能与用途 见表 2-1。
夹套上设有介质进出口。当夹套中用蒸汽作为载热体时，蒸汽一般从上端进 入夹套，冷凝液从夹套底部排出，如用液体作为冷却液时则相反，采取下端进， 上顿出，以使夹套中经常充满液体，充分利用传热面，加强传热效果。
2.5.1 确定夹套与封头的内径
夹套的内径 D j 一般按公称尺寸系列选取，以利于按标准选择夹套封头，具
根据釜体长径比对搅拌功率、传热的影响以及物料特性对筒体长径比的要求，
又由实践经验，针对一般反应釜，液—液相物料， H Di 取值在 1.7-2.3 之间， 并且考虑还要在封头上端布置机座和传动装置，因此，取 H Di =2.3。
由<<搅拌设备设计>>可知：
Di = 3
4V 1 (H Di )
（2-1）
能。具有足够的耐晶间腐蚀能力
工业设备，常、低压
压力容器的筒体等方
面的材料选用
由工艺参数及操作条件和表 2-1 可知，0Cr18Ni9 和 Q235—B 材料能够满足 任务书中的设计温度、设计压力。在操作条件下，Q235—B 能使设备安全运转， 并且不会因腐蚀而对介质产生污染，而且相对与其他钢号价格便宜，所以本设计 釜体材料选用 0Cr18Ni9 与夹套材料采用 Q235-B，热轧钢板。
t 为 Q235—B 热轧钢板，在设计温度下的许用应力， t =137 MPa ； 为焊缝
系数，采用双面焊缝，局部无损探伤， = 0.85 ； C2 为腐蚀裕度，取值为 0 mm 。
将上述各值代入（2-5）中得：
td
0.211600 2 137 0.85 0.21
0.8
2.24mm
压设计压力为 0.21 MPa ，釜体外压设计压力为 0.315 MPa 。夹套的筒体以及釜体
的上封头按内压容器设计，其设计压力为 0.21 MPa 。
2.6.1 釜体的筒体壁厚计算
(1) 首先对筒体按照承受 0.21 MPa 的内压进行计算
由于：
td
PDi
2 t P
C2
（2-5）
式中：
t d 为内压筒体设计厚度； P 为设计压力， P = 0.21 MPa ； Di 为筒体内径， mm ；
有：操作容积=全容积 0.8=6.4
式中：V ——操作容积， m3 ； H ——筒体高度， m ； Di ——筒体内径；1
——装料系数，取值为 0.8。
则：
Di = 3
4 6.4 0.8 2.3
=1.638 m
将 Di 值圆整到标准直径，取筒体内径 Di =1600 mm 。
2.4.2 确定筒体的高度
2.4 釜体几何尺寸的确定
釜体的几何尺寸是指筒体的内径 Di 和高度 H 。釜体的几何尺寸首先要满足 化工工艺的要求。对于带搅拌器的反应Leabharlann Baidu来说，容积V 为主要决定参数。
2.4.1 确定筒体的内径
由于搅拌功率与搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器直径往往需随釜体直 径的增加而增大。因此，在同样的容积下筒体的直径太大是不适宜的。对于发酵 类物料的反应釜，为使通入的空气能与发酵液充分接触，需要有一定的液位高度， 筒体的高度不宜太矮。因此，要选择适宜的长泾比（ H Di ）。
则：
H1
=
S 夹
S封 D1
（2-4）
已知：传热面积 S 夹 =12 m 2 ，封头的内表面积 S封 = 2.98m2
则：
H
1
=
S
夹
S D1
封
= 12 2.98 3.14 1600
= 2600mm
圆整后取： H1 = 2600 mm 。
2.6 釜体和夹套的壁厚的确定
釜体和夹套的强度和稳定性设计可按内、外压容器的设计方法进行。 本设计中，釜体的筒体与其下封头按承受内压和外压分别进行计算，釜体内
Di
3700 1600
2.3
2.5 夹套的结构和尺寸设计
常用的夹套结构形式有以下几种：（1）仅圆筒部分有夹套，用于需加热面 积不大的场合；（2）圆筒一部分和下封头包有夹套，是最常用的典型结构； （3）在圆筒部分的夹套中间设置支撑或加强环，以提高内筒的稳定性，在夹套 中介质压力较大时，由于这种结构减小了内筒的计算长度，从而减小了筒体的壁 厚；（4）为全包式夹套，与前三种相比，传热面积最大。本设计中夹套的结构 选择第一种最最常用的典型结构。
体可根据筒体直径 Di 按表 2-2 中推荐的数值选用。
表 2-2 夹套内径与筒体内径的关系
Di
500—600
700—800
2000—3000
Dj
Di +50
Di +100
Di +200
由此关系可取： D j = Di +200=1600 200 =1800 mm 。
2.5.2 确定夹套筒体高度
由于： S 夹 = Di H1 + S封 （2-3）
由《搅拌设备设计》可知：
H V Vh Di 2
4 Di 2
(V 1
Vh )
（2-2）
4
式中：Vh ——下封头所包含的容积，在《材料与零部件》中查得，Vh =0.617 。
H 4 （ 6.4 0.617） 1.62 .0.8 =3.689 m
把 H1 的值圆整到 H =3700 mm ，则：
H