搅拌反应釜设计

第六章 主要设备的设计及选型

6.1 搅拌反应釜

6.1.1 反应釜体积

由物料衡算结果可知：

生产每釜成品需要废涤纶的质量为：=1m 584.53 kg ；废涤纶密度

38.11=ρ3/cm g ，需要异辛醇的质量为：=2m 1187.32 kg ；异辛醇密度

832.02=ρ3/cm g

则废涤纶所占体积：=⨯=

=

3

1

1

110

38.153.584ρm V 0.424 m 3

， 异辛醇所占体积： =⨯=

=

3

2

2

210

832.032.1187ρm V 1.427 m 3

所以物料总体积为： =+=21'V V V 0.424 + 1.427 = 1.851 m 3 由于还有催化剂的加入，故取 V = 1.860 m 3

考虑到废涤纶较松散且呈沸腾状态及釜内安装的附件，参照《化工设备设计基础》，根据标准投料系数范围，取反应釜投料系数为0.7，则所需反应釜体积为：

657.27

.0860.1==V m 3

6.1.2 反应釜直径和高度

参照《化工设备设计基础》，取反应釜的长径比H/D i ＝1.2，反应釜的内径D i 由下式估算：

3

24

4π

π+

=

i

i D H

V

D

由1.1的所得数据及长径比，代入以上公式可求得内径为：=i D 1.353 m ，取圆整值1400mm 。

选取标准反应釜，具体参数如下：

釜体容积 =V 2.689 m 3，封头容积 f V = 0.421 m 3，选取釜体壁厚s = 10 mm ，封头直边高度=0h 40 mm ，曲边高度=i h 350 mm ，内表面积F=2.306 m 2 。

则筒体高度为：474.14.14

421

.0689.24

2

2

=⨯-=

-=

π

π

i h

D V V H m ，取圆整值1.5 m 。

所以釜的总高度：)(200i h h H H ++=＝28.2)35.004.0(25.1=+⨯+ m

6.1.3 壁厚

根据设计任务，反应釜工作时压力为0.3 MPa ，内径i D ＝1400 mm ，取设计压力p 为0.33 MPa 。

原材料腐蚀不强，从经济方面考虑，反应釜采用通用材料0Cr18Ni9，查《化工设备机械基础》附表得知0Cr18Ni9材料在205℃、H/i D =1.2时，圆筒的壁厚选用10 mm ，其许用压力为0.38MPa ；椭圆封头厚度同釜壁，选用10 mm ，许用压力为0.49MPa ，大于设计压力0.33MPa ，均符合设计要求。

6.1.4 夹套

选用常用的不可拆式连接结构，夹套与内筒之间采用焊接，加工简单，密封可靠。

考虑加热介质性质，选取夹套材料与釜体一致，材料型号为0Cr18Ni9。 夹套所需壁厚由下式计算：

2[]c i

c t c

p D C p δσϕ⋅=

+⋅-

夹套内压为0.15MPa ，计算压力c p =0.15⨯1.1=0.165MPa ，查得在设计温度下许用压力[]t σ为122MPa ，焊接系数ϕ取0.9，腐蚀裕量C 取2 mm ，故

0.1651400

221220.90.165

c δ⨯=+⨯⨯-=3.05 mm

考虑容器在制造、运输及安装过程中的刚度强度要求，参照《化工设备机械基础》，选取夹套壁厚为8 mm 。

夹套内径按釜尺寸系列选取，以利于按标准选择夹套封头，夹套的内径取1400+100＝1500 mm ，符合压力容器的公称直径。

夹套筒体高度j H 由下式估算：

j H ＝

24f i V V D ηπ-＝20.7 2.6890.421

1.44

π⨯-⨯＝0.950 m 反应釜筒体与上封头采用法兰连接，考虑物料的反应情况，选取夹套筒体高度j H ＝1.2 m ，夹套顶边距离法兰的高度H 0＝1.5-1.2＝0.3 m ，符合釜体法兰螺栓的装拆距离。

6.1.5 搅拌器设计选型

反应釜内为液固非均相反应，考虑到加入的物料及物料粘度，选用︒45斜桨式搅拌器。

（1）叶轮尺寸确定 依据《化工设备设计基础》：

取D d /＝0.5，即叶轮直径d ＝1400⨯0.5＝700 mm

取B d /＝6，即叶片宽度B=d/6＝700/6＝116.7 mm ，取120 mm 。 取D C /＝0.25，即叶轮的安装高度C ＝0.25⨯1400=350 mm 取Z ＝2，即叶片数为2。 （2） 挡板

为了消除“圆柱状回转区”和“打漩”，以及为了避免固体堆积或液体粘附，在反应釜采用离壁安装的竖挡板，挡板数为4，板宽为釜体内径的1/10，即B = 140 mm 。 挡板与釜壁的缝隙为板宽的1/6，即140⨯1/6＝23.33，取25 mm 。 （3）搅拌器的转速

搅拌器的转速n 、直径d 与叶端切线速度u 之间有如下关系式：d n u ⋅=π 叶端切线速度反映了搅拌作用的剧烈程度，根据搅拌目的、物料性质等来确定，桨式搅拌器的切线速度范围：1.0～5.0 m/s ，取u ＝3 m/s ，则转速：

827

.014.360360=⨯⨯=⋅⨯=d u n π r/min

（4）搅拌器功率

依据《化工厂设计》之搅拌器设计，斜式搅拌器消耗的功率按罗顿、顾斯许和爱弗兰脱等导出的一般关联式计算：

(0.35) 1.2

35

'(')()(sin )'/Re B s D p s P g H A N E B n d D

θρ+=+ 功率函数'p N ＝)(Re s f ，以及系数'A 、'B 、E （与搅拌器的几何尺寸有关）及雷诺数的值按下列公式计算：

222

2

'10exp[1.34(

0.5) 1.14]'14()[670(0.6)185]

1.14()

2.5(0.5)

Re s B d

A D D

B d

B D D

B d E D D nd ρμ

=---=+-+=+--=