搅拌反应釜的釜体设计及夹套设计讲解

概述
筒体和夹套三部分组成。封头有椭圆形封头

釜体材料的选择
2）确定封头、筒体及夹套的材料。此设
0Cr18Ni9与夹套材料选用Q235-B，热轧钢板，其性能与用途
2-1。
2-1 Q235-B性能与用途
性能 用途举例
—B 温度20℃左右情况下用，抗拉强度：370-500MPa 伸长率：26%（厚度40mm以下）
20°） 广泛应用于常、低压压力容器的筒体、加强板、支座等方面的材料选用
冷、热加工性能好，无磁性和好的低温性能。具有足够的耐晶间腐蚀能力 广泛应用于化工设备，工业设备，常、

2-1可知，0Cr18Ni9和Q235—B材料能够满足
Q235—B能使设备安全运转，
而且相对与其他钢号价格便宜，所以本设计
0Cr18Ni9与夹套材料采用Q235-B，热轧钢板。
封头的选择
本设计采用椭圆形标
mmh45，其内径取与筒体内径相同的尺寸。
由于椭圆部分径线曲率平
封头中的应力分布不均匀。对于2
a得标准形封头，封头与直边的连

釜体几何尺寸的确定
釜体的几何尺寸是指筒体的内径
D和高度H。釜体的几何尺寸首先要满足
V为主要决定参数。
确定筒体的内径
而搅拌器直径往往需随釜体直
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
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，
DH）。
DH 取值在1.7-2.3之
DH=2.3。
<<搅拌设备设计>>可知：
D=3
(4
DHV （2-1）
有：操作容积=全容积0.8=6.4
V——操作容积，3m；H——筒体高度，m；
D——筒体内径；1——
0.8。

D=3
.28.04.64
m
D值圆整到标准直径，取筒体内径iD=1600mm。
确定筒体的高度

)(4
D122ihihVVDVVH （2-2）
V——下封头所包含的容积，在《材料与零部件》中查得，hV=0.617 。
（0.617
.0.6.46.142H
m
H的值圆整到H=3700mm，则：
.2
3700
DH
夹套的结构和尺寸设计
（1）仅圆筒部分有夹套，用于需加热面积
（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
以提高内筒的稳定性，在夹套中介质压
（4）
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

当夹套中用蒸汽作为载热体时，蒸汽一般从上端进

确定夹套与封头的内径
D一般按公称尺寸系列选取，以利于按标准选择夹套封头，具
D按表2-2中推荐的数值选用。
2-2 夹套内径与筒体内径的关系
D 500—600 700—800 2000—3000
D iD+50 iD+100 iD+200
D=iD+200=2001600=1800mm。
确定夹套筒体高度

S=iD1H+封S（2-3）

H=
D SS封夹（2-4）
S=122m，封头的内表面积封S=298.2m
H=
D SS封夹
14.398.212
mm2600
H=2600mm。

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
21.0
MP，釜体外压设计压力为315.0aMP。夹套的筒

体以及釜体
21.0
MP。
釜体的筒体壁厚计算
首先对筒体按照承受21.0
MP的内压进行计算

CPPDttid （2-5）

t为内压筒体设计厚度；P为设计压力，P=21.0aMP； iD为筒体内径，mm；
Q235—B热轧钢板，在设计温度下的许用应力，t=137
MP； 为焊
采用双面焊缝，局部无损探伤，=85.0；
C为腐蚀裕度，取值为0mm。
2-5）中得：
tmm24.28.0
.085.01372160021.0
t=6mm。
2）按照承受315.0
MP的外压进行计算
设筒体的有效厚度
t=10mm
D =mm16201021600
L，
tD的值
h=450mm，D=1620mm

： L=
H
2600

L=604.116202600
tD=162101620
A=0005.0，B=
MP

tDBp=308.016250aMP<315.0aMP


t=12mm
D=
D+2et=mm16241221600
L=6.116242600
tD=121624=3.135
A=0005.0，B=3.64
MP

p=
tDB=3.1353.64=315.047.0aMP
t=12mm时，满足外压稳定性要求
t取12mm。
釜体的封头厚度计算
1）首先对封头按照承受21.0
MP的内压进行计算
P=21.0
MP，iD=1600mm，85.0，采用双面焊缝，%100无损探
t=137
MP，C=321CCC=8.0008.0

tC
PDti5.02（2-6）
.0
.05.085.01372160021.0
.2mm
取封头与筒体相等壁厚，即取封头壁厚名义
t=12mm。

夹套的筒体壁厚计算
21.0
MP的内压计算
C
PDttid2 （2-7）
P=21.0
MP，iD=1800mm，t=113aMP，85.0，
21CCC=8.2mm
(2-7)式中，得：
t =8.2
.085.01132180021.0
77.4mm

t=8mm。
水压试验校核
1）试验压力

P=
P25.1aMP
P+1.0
MP（2-8）

P——试验压力，aMP；
1

——对釜体试验压力，P=26.0
MP，对夹套试验压力，
=39.0
MP，

26.0
MP和39.0aMP。
2）内压水压试验

=
eiTttDP2（2-9）
P=26.0aMP，iD=mm1600，et=Ctn=8.012=2.11mm

=
.222.11160026.0
MP
5.2112359.0%90
aMP
S%90，所以水压试验强度足够。
P=39.0aMP，iD=mm1800，et=Ctn=8.28=2.5mm代
2-10）中得：
=
.522.5180039.0
7.67
MP
5.2112359.0%90
aMP
S%90，所以水压试验强度足够。
根据式：
=
4.01eiTtDKP （2-10）
P=26.0aMP，iD=mm1600，1K=9.0et=Ctn=8.212=2.9mm

=
.922.94.016009.026.0
6.16
MP
5.2112359.0%90
aMP
S%90，所以水压试验强度足够。

3）外压水压试验

mmCtt
e2.118.012
tDD
i4.16222.11216002

tD=86.1442.114.1622
.1
.16222600DL
A=
.0，B=63
MP。
P=
tDB=86.14463=43.0aMP
P=26.0aMP
P
P，则作水压试验时应在釜体内充压，以防止

计算结果的统计
2-3
2-3
釜体 夹套
12mm 8mm
12mm
传热面积的校核
122m。
（如果其小
。
反应釜搅拌装置的设计
概述
它的功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动
=
3mkg，
SP
.。
搅拌器的选型—《搅拌设备设计》
，本设计选用六直叶圆盘涡轮式。

根据不同的搅拌过程的搅拌器型式，可选用表3-1中的几种搅拌器型式。
3-1
挡板条件 推荐型式
液
进
有挡板 桨式、涡轮式、推进式
所以选用上表

所推

液体的粘度对搅拌状态有很大影响，所以根据搅拌介质的粘度大小来选
=1SP
.，属于低粘度介质，
由于其结构简单且用挡板可改善流型，所以在低粘

根据涡轮式搅拌器型式的适用条件，表3-2所示：
3-2 桨式搅拌器型式的适用条件
流动状态 搅拌目的 槽 容 量 范 围 转 速 范 围 最 高 粘 度 对流循
湍 流 扩 散 剪 切 流 低粘度液
溶 解 结 晶 传热 液 相 反 应
0 0 0 0 0 0 0 0 1-300 10-300 2
0”表示适合。
其中流体
83m ， 转速为
minr，选用涡轮式搅拌器。
搅拌器的尺寸及搅拌层数的确定
搅拌器的尺寸确定
d与釜体内径之比，一般涡轮式搅拌器
iDd=8.035.0,本设计取
iDd=5.0，则涡轮径jd=8005.01600mm。搅拌器示意图如图3-1所示。

3-1 搅拌器示意图
搅拌层数的确定
当液体粘度不高时，搅拌器转速足够高
，另外，在釜体内的离心力作用下甩向器壁，
，为了消除湍流状态时的

4块互成90角的挡板，如图3-2所示。挡板的作用：
将切向流动转变为轴向流动，对于釜体内液体的主体对流扩散、轴向扩散和



3-2 挡板示意图
搅拌器的位置确定
2-3所示，接近封头与筒体的连接处。
3-3 搅拌器位置示意图
搅拌器的功率计算
转速、液体性质、反应釜的尺寸和内部附件以及



N=
3
ndN=2.135.066.0366.03sin2.3102.110iDbiPeeeDHRRBRA （3-1）
R换成
R=
.011.04.0252
iiiiDbDbDdDb
A——14+1856.06702
iiDdDb；
—— iiiDdDb14.15.043.1210；
——4276.05.241.1
IiiDbDdDb，
Db=1600100=0625.0，iiDd=1600800=5.0；
=90；
——桨叶宽度，m；
——叶层深度，m。
Db和iiDd的值代入cR、A、B和P中，得：
R=
.011.04.0252
iiiiDbDbDdDb
.00625.011.00625.04.05.00625.0252
12.34
A=14+1856.05.06700625.02
26
B=5.014.15.00625.043.1210
9.0
=42064.05126.05.05.20625.041.1t
324.1
R、A、B和P的值分别代入PN得计算式中，得：
N=625.035.0324.1
.0366.03
.16.212.342.31012.342.1109.012.3426
83.1KW

= 53
PdnfN （3-2）
f1
N=100083.13
6058.0
6.0KW
搅拌轴的设计
搅拌轴材料的选择
#45钢为搅拌轴的材料。
#45钢为高强度中碳钢，其特点是强度较高，塑性及韧性较好，

轴的支承条件设计
搅拌轴依靠减速箱内的一对称轴支持，但是，由于搅拌往往较
当搅拌轴悬臂过长而细时，常会将轴扭弯，
（如图3-4所

L14-5；dL140-45
L为悬臂长度轴，m；
为轴承间距， m；
为搅拌轴直径，m。
L=3700mm， B=900mm，d=85mm
L1=9003700=1.4，dL1=853700=53.43

3-4 搅拌轴的支撑图
搅拌轴的强度计算
它承受扭转的和弯曲的联合作用，但扭转作用为主，轴承受

ax=
tWM (3-3)
M=
Ne9551和pW=163d 代入(2-3)式中,得：
5.36
Ne(3-4)
3-3）和(3-4)式中：
ax为截面上最大剪应力，Pa；
M为轴传递的扭矩，Nm；
W为抗扭截

面系数，3m；
MP，已知：=30aMP；
N为电机功率，由搅拌器功率圆整后修正得到，
N=2.2KW；
为搅拌轴的转速，n=60minr；
为搅拌轴的直径，m。
d=5.36
Ne
30602.25.36
mm
d=
mm,这个满足强度条件,但不满足支承条件。
搅拌轴的刚度计算
不得超过许用扭转角作为扭转的刚度条件：
180
tGJM（3-5）

m ；
为剪切弹性模量，Pa，对于碳钢及合金G=0.81510
MP；
J为轴截面的牛顿惯性矩，4m ；
m，一般传动中取
1-1,在本设计中取值为1；
M为轴传递的扭矩，Nm。
J=
4d，G=0.81510aMP，=1m，tM=nNe9551代入（3-5）式中，得：
65
1081.0955132180nNe
65
1101081.02.2955132180
.39mm
d=50mm,满足强度和刚度条件。
搅拌轴的临界转速
并出现很大的弯曲，这
n。轴在接近临界转速转动时，常因剧烈振动而破坏，因此
通常把工作转速
低于第一临界转速
nn7.0；把工作转速n大于第一临界转速的轴称为柔性
nn3.1。轴还有第二、第三临界转速。搅拌轴一般转速较低，很少达

一般不会发生共振。当搅拌轴转速nmin200r时，应