搅拌反应釜设计

1、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：m=584.53kg；废涤纶密度P=1.38g/cm3,需要异辛醇的质量为：m=1187.32kg；异辛醇密度12P=0.832g/cm32则废涤纶所占体积：V=m=584.53=0.424m3,p1.38x1031异辛醇所占体积：V=2=1.427m3P0.832x1032所以物料总体积为：V=V+V=0.424+1.427=1.851m312由于还有催化剂的加入，故取V=1.860m3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

2、反应釜投料系数为0.7，则所需反应釜体积为：1.8600.7=2.657m36.1.2反应釜直径和高度参照化工设备设计基础Di由下式估算：取反应釜的长径比H/Dj=1.2，反应釜的内径D=iV兀H冗+-4D24由1.1的所得数据及长径比取圆整值1400mm。i代入以上公式可求得内径为：D=1.353mi选取标准反应釜，具体参数如下：釜体容积V=2.689m3,封头容积Vf=0.421m3,选取釜体壁厚s=10mm,封头直边高度h=40mm,曲边高度h=350mm,内表面积F=2.306m2。0iV一V2689一0421则筒体咼度为：H=h=1.474m,取圆整值1.5m。兀兀，D2X1.424

3、i4所以釜的总高度：H二H+2(h+h)=1.5+2x(0.04+0.35)二2.28m00i6.1.3壁厚根据设计任务，反应釜工作时压力为0.3MPa，内径D=1400mm,取设计i压力p为0.33MPa。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205C、H/D=1.2时，圆筒的壁厚i选用10mm,其许用压力为0.38MPa；椭圆封头厚度同釜壁，选用10mm,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

4、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：5=pcDi+Cc2Qt叩一pc夹套内压为0.15MPa，计算压力p=0.15x1.1=0.165MPa，查得在设计温度c下许用压力bt为122MPa，焊接系数申取0.9，腐蚀裕量C取2mm,故50.165x1400+23055=+2=3.05mmc2x122x0.9-0.165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8mm。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=1500mm，符合压力容器的公称直径。夹套筒体高度H由下

5、式估算：jnV-V0.7x2.689-0.421H=匚=0.950m兀*x1.424j兀_D24i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H=1.2m,夹套顶边距离法兰的高度H0=1.5-1.2=0.3m,符合釜体法兰螺栓的装拆距离。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。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=1400X0.5=700mm取d/B=6,即叶片宽度B=d/6=700/6=116.7mm,取120mm。取C/D=0.25，即叶轮的安装高度C=0.25x1400=350mm取Z=

6、2,即叶片数为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=140mm。挡板与釜壁的缝隙为板宽的1/6,即140 x1/6=23.33,取25mm。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：u二d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：1.05.0m/s,取u=3m/s，则转速：ux603x60n=82r/minnd3.14x0.7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

7、脱等导出的一般关联式计算：-二A(N)E(H)(0-35+B)(sin9)1.2+B/Repn3d5pDs功率函数N=f(Re)，以及系数A、B、E(与搅拌器的几何尺寸有关)ps及雷诺数的值按下列公式计算：BdA=10exp1.3-4（万-0.5）2-1.14万BdB=14+（万）670（万-6）2+185BdE=1+4（万）-1万-5）2pnd2Re=代入各数值，得：TOC o 1-5 h z0.120.7A=10exp1.34(0.5)21.14=10.4420.7B=14+()670(0.6)2+185=30.4320.7E=1.1+4()2.5(

8、0.5)2=1.4431.41.482c丿1.106x103xx0.723.723x10-3Re=-n-2=60=1.9894x105s卩其中料液混合黏度卩=yP=3.366x1.106x10-3=3.723x10-3kg/(m.s)。c由Re值查桨式搅拌器功率函数图(ReN关联图)，得N=0.53。将sspp以上数值代入总公式，得：Psg=10.444x0.53x1.443x1.2(0-35+步)x(sin45)1.2+30.431二5.7pn3-51.9894x105所以搅拌器功率的消耗为：8211P二5.7x1.106x103x()3x(0.7)5xx二2.7kWs609.81102考虑

9、温度计套管等附件后搅拌功率消耗，贝U：P=Px1.2=2.7x1.2=3.24sskW搅拌轴设计根据轴的各方面要求较高的特点，选用经过调质处理的45#钢作为轴的材料，其许用扭转应力为：t=3040MPa。轴强度计算：M轴的扭转强度条件是：t=看产tmaxWp式中：t轴横截面上的最大剪应力，MPa；M轴所传递的扭距，maxTN-mm；W轴的抗扭截面系数，mm3；t降低后的材料的许用应力，pMPa。45钢取30MPa40MPa。P而M=9.55x106Tn对于实心轴p=3.24kW,取t=30MPa，则d365*=40.01mm轴刚度计算：为了防止搅拌轴产生过大的扭转变形，从而在运转中引起振动，影

10、响正常工作，应把轴的扭转变形限制在一个允许的范围内，即规定一个设计的扭转刚度条件。工程上以单位长度的扭转角6不得超过许用扭转角6作为扭转的刚度条件,即TOC o 1-5 h zM180。6=匸x103x15374p=15374=48.31mm4G6巾8.1x104x82x0.5搅拌轴的直径应同时满足强度和刚度两个条件，取两者较大值，即取d=48.31mm，考虑到轴上键或孔对轴横截面的局部削弱，以及介质对搅拌轴的腐蚀,将搅拌轴直径增大并圆整，以便与其他零件相配合，取60mm。传动装置电机：要确定搅拌器马达所需要的实际功率，除了考虑搅拌液体时克服流体摩擦阻力所消耗的功率P之外，还要考虑搅拌器空运转

11、时克服机械摩擦阻力所需的功s率P。因此马达运转时的实际功率P是两者之和。一般中小型搅拌器P为1.50W0kW，则马达运转时实际功率P=3.24+1.5=4.74kW。W一般情况启动功率可达运转功率的1.5倍,4.74x1.5=7.11kW，所以实际选用7kW的马达。选用1500r/mi的Y系列三相异步电动机，安装形式为V1（直立）型，型号为Y200M-4，参数如下：表6-1电动机的选型及相关的参数项目数值及说明电动机类型Y系列三相异步电动机标定型号Y200M-4功率几w7频率/Hz50电压W380功率/kW7转速/加/门1450标准编号GB755-87减速器：电动机与减速机配套使用。减速机下设

12、置一机座，安装在反应釜的封头上。考虑到传动装置与轴封装置安装时要求保持一定的同心度以及装卸检修的方便，常在封头上焊一底座。整个传动装置连同机座及轴封装置都一起安装在底座上。根据设计需要，选用立式摆线针齿行星减速机，型号为：BLD7.5-4-17；参数如下：项目数值及说明减速机类型摆线针齿行星减速机标定符号BLD7.5-4-17公称出轴转速r/min85公称减速比17表6-2减速器的选型及相关参数6.1.8反应釜传热计算夹套内壁对釜液的传热系数按ChiltonDrew和Jekens在夹套搅拌器公式：aDi=0.36(Re)0.67Pr0.33(V)0.14入is相关参数计算如下：820.72xx

13、1106Re二二60二1.9894x105卩3.723x10-33600C卩gP=pr尢3600 x0.75x3.539x1-4x9.81=115.40.0812js3.473.0=1.16(其中：C=0.75kcal/kg.C；九=0.0812kcal/m.h.C；h=3.539x10-4kg.s/mp2-EHH液体在王体温度下粘度，器壁温度t200C时，H3.47C；H液体在器壁温度下粘度，器壁温度t210C时，H3.0C。wwwp故内壁总传热系数：0.0812a二x0.36x(1.9498x105)0.67x115.40.33x1.160.14357.75kcal/m.h.Ci1.4釜壁

14、及垢层传热系数：取垢层厚度8为0.3mm,查得：九1.8kcal/m.h.Cs碳素钢厚度：8=10mm，查得：九38.0kcal/mh.C11i夹套内联苯对釜壁给热系数给热系数可由lehrer公式计算：hD0.03Re0.75Pr0eKi1+1.74(Re)一8(Pr1)相关数据：夹套内定性温度取为t=210C，查得：九0.094kcal/m.h.C；wC=0.58kcal/m.h.C；p=904kg/m3；卩=1.368kcal/m.h；材料热膨胀系数pB=0.3x10-3；常数g二1.27x108m/h2；联苯质量流量W：W0.31x36001116kg/h；联苯接管内径d，d=25mm；

15、00夹套总高度：H1.6m相关参数计算：8DD=(/Je31.5001.4002)二0.08165m4WV=0兀d2po4x11163.14x(0.025)2x9042516.21m/h丫4W4x1116A兀(D2一D2)p3.14x(1.521.42)x904215.42m/hV=(g-p-At)0.5H0.5二(1.27x108x0.3x10-3x30)0.5x1.60.51352.33m/hBjDe-p贝URe=(VV)0.5+V卩0AB0.08165x9041.368x2516.21x5.42)0.5+1352.3379267.14Pr=C卩p九0.58x1.3680.094=8.44九0.03Re0.75-PrTOC o 1-5 h za-oD丄e1+1.74Re8(Pr1)0.0940.03x79267.140.75x8.44x0.0816511+1.74x79267.148x(8.441)287.51kcal/m2.h.C夹套总传热系数：aa1110.0003001+357.75287.511.838.0149.18kcal/m2.h.