陈祥伟-搅拌反应器的结构设计

2 搅拌反应器的结构设计

2.1设计给定的原始参数

内筒压力：0.2MPa 夹套压力：0.3MPa 内筒温度：<120℃ 夹套温度：<150℃

内筒介质：104％发烟硫酸＋RQ液固相 夹套介质：冷却水、蒸汽 介质腐蚀：微弱 夹套传热面积：8m2 转速：50r/min 搅拌功率：1.4kW 操作容积：2.5m3 设备容积：3 m3

2.2搅拌器型式及搅拌附件的的选择

2.2.1搅拌型式的选择

桨式搅拌器是结构最简单的一种搅拌器，一般以扁钢加工制成，接或用螺栓

3或4片。材料可以采用碳钢、合金钢、有色金属或固定在轮毂上，叶片数是2、碳钢外包橡胶、环氧树脂、酚醛玻璃布等。其结构形式可分为平直叶和折叶氏两种，即根据叶片的形状特点不同可分为平桨式搅拌器和斜桨式搅拌器。平桨式搅拌器产生的是径向力，斜桨式搅拌器产生的是轴向力，桨式搅拌器适用于低黏度的液体，悬浮液及溶解液搅拌。桨式搅拌器的直径Dj约取简体内Di径的

0.35?0.80倍，其中b/Dj约等于0.1?0.25。本设计选择平直式桨式搅拌器就能

满足要求。

2.2.2搅拌附件的选择

挡板一般是指长条形的竖向固定在罐底上的板，主要是在湍流状态时，为了消除罐中央的“圆柱状回转区”而增设的。选择4块竖式挡板，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。

2.3 罐体设计

2.3.1筒体及封头形式

选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头 2.3.2搅拌罐内筒直径及高度的确定 2.3.2.1搅拌罐内筒直径的确定

发酵罐类设备长径比取值范围是1.7?2.5，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取H/Di?2.5。根据设计给定的数据可知，罐体全容积V?3m3，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）Vg?2.5m3。 初算筒体直径：

V??4DiH?2?4DiH3 ??2.5/?Di0. 834VgDi?H3??Di

即Di?34?2.5?1.15

3.14?2.5?0.833圆整到公称直径系列，取DN?1200mm。封头取与内筒体相同内径，封头直边高度h2?40mm。 2.3.2.2搅拌罐筒高的确定

当DN?1200mm,h2?40mm时，查《化工容器及设备简明设计手册》表13-6得封头的容积v?0.272m3

H?V?v?4?Di24(3?0.272)?2.413m，取H?2.5m

3.14?1.22核算H/Di与?

H/Di?2.5/1.2?2.08，该值处于1.7~2.5之间，故合理。

??VgV'?Vg?4?2.5DiH?v2?4?0.807

?1.2?2.5?0.2722该值接近??0.833，故也是合理的。 2.3.3 夹套设计

2.3.3.1夹套结构型式和与筒体连接形式的选择

夹套是搅拌反应器常用的传热构件，是套在反应器筒外面能形成密封空间的容器。夹套材料一般为碳钢，与筒体间的连接大多为不可拆连接。夹套的一般结构是—个薄壁圆柱形壳体，在下端焊上—个底封头，套在搅拌罐内筒和内封头的外部。在本设计当中，采用了整体夹套（U形）这种常用的结构型式，其结构如图2.2所示。

图2.1夹套结构

夹套与内筒的连接方式有两种，一种是可拆性连接，另一种是不可拆连接。本设计选择前者，因为其可用于需要检修内筒外表面以及夹套需定期更换。如图2.2所示为可拆性连接结构。

图2.2 可拆式夹套结构

2.3.3.2夹套直径的确定

表1 夹套直径与内通体直径的关系 内筒径Di,mm 夹套Dj,mm 500~600 700~1800 2000~3000 Di?50 Di?100 Di?200 由表1，取Dj?Di?100?1200?100?1300mm

夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径 2.3.4校核传热面积

工艺要求传热面积为8m2，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积Ai?1.71m2,2.5m高筒体表面积为

A1??Di?1.15?3.14?1.15?2.5?9.027m2 总传热面积为

A?1.71?9.027?10.737?8

故满足工艺要求。

设夹套高度Hj等于料液高度（一般不低于料液高度），则：

Hj?V0?v??4Di22.5?0.272?1.97m

3.14?1.2?1.24圆整后取Hj=2000mm。

2.4内筒体及夹套的壁厚计算

2.4.1选择材料，确定设计压力

按照《钢制压力容器》（GB150?98）规定，查表4-1（续），决定选用0Cr18Ni9高合金钢板（GB4237），该板材在150?C以下的许用应力由《过程设备设计》（第二版）附表D1（续）查取，[?]t?103MPa，常温屈服极限?s?137MPa。