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1、毕业设计（论文）2.0立方米反应器摘 要反应器在石化行业广泛应用许多领域，其设计已有一整套成熟的设计方法及规范标准。机械搅拌反应器灵活性大，根据生产需要，可以生产不同规格、不同品种的产品，生产的时间可长可短。可在常压、加压、真空下生产操作，可控范围大。反应结束后出料容易，反应器的清洗方便，机械设计十分成熟。本文针对设计要求，按照国标给出了2.0立方米反应器的设计及计算方法，并对主要元件进行了强度校核。关键词：2.0立方米；反应器；机械；搅拌目 录前 言3第1章 绪论3第1.1节 反应设备的基本类型3第1.2节 常见反应器的特点31.2.1机械搅拌式反应器31.2.2 管式反应器31.2.3固定
2、床反应器31.2.4流化床反应器3第1.3节 机械搅拌反应器31.3.1基本结构31.3.2 搅拌容器31.3.3 换热元件3第2章 反应器设计计算说明3第2.1节 设计标准与规范3第2.2节 工艺条件3第2.3节 反应器结构设计32.3.1 筒体设计32.3.2 搅拌器设计32.3.3 搅拌功率计算32.3.4 搅拌轴设计32.3.5 机械密封32.3.6 传动装置设计32.3.7 其它零部件设计3第3章 设计计算3第3.1节 筒体设计33.1.1 筒体与封头的计算和选用33.1.2 筒体与封头的厚度设计3第3.2节 搅拌器的选用33.2.1 选取搅拌器33.2.1 搅拌器尺寸3第3.3节
3、搅拌器的搅拌功率计算33.3.1 符号命名33.3.2 搅拌功率3第3.4节 搅拌器的强度计算33.4.1 符号命名33.4.2 搅拌器设计功率3第3.5节 搅拌轴的机械计算33.5.1 符号命名33.5.2 按扭转变形计算搅拌轴的轴径33.5.3 根据临界转速核算搅拌轴轴径33.5.4 按强度计算搅拌轴的轴径3第4章 压力试验校核3第5章 制造、检验与验收3结 论3参考文献3致 谢336前 言设计任务：2.0立方米反应器。内容简介：1第一章对各类反应器的特点、应用场合进行了比较。通过对比，更进一步的了解到反应器在化学工艺中所起到的不同作用。2. 第二章、第三章是设计的核心部分。在对比各种反应
4、器的特点和应用场合后，对于2.0立方米的反应器进行了具体的设计计算。此工艺条件下的设备、零部件以及相关国家标准中没有相应尺寸的标准件按照GB150-1998等规范设计。完成总体结构设计后，对其进行了强度校核。3. 第四章针对反应器在压力、泄露等方面的要求，进行了关于压力试验和气密性试验的设计。4第五章对制造、检验与验收等方面提出了要求。5在本文的最后，对此次毕业设计过程进行了总结。本次毕业设计历经四个月，确定课题、选择材料、文献查阅、设计计算、绘制CAD图纸、完成说明书等等按照导师的要求独立、按时完成，顺利完成了毕业设计的各项要求。在设计的过程中得到了老师和同学的很多帮助，尤其是严世成老师孜孜
5、不倦的指导和教诲是我可以按时、顺利的完成毕业设计的前提。虽然经过多次检查考证，但由于本人学识较浅，所以在设计过程中肯定还存在很多纰漏和不足之处，请读者见谅。第1章 绪论第1.1节 反应设备的基本类型反应设备可分为化学反应设备和生物反应设备。前者是指在其中实现一个或几个化学反应，并使反应物通过化学反应转变为反应产物的设备；后者是指为细胞或酶提供适宜的反应环境以达到细胞生长代谢和进行反应的设备。为使反应过程经济有效的进行，进入反应设备前后必须具备一定的条件。原料需经过一系列的预处理，如混合、加热、灭菌等，以达到进入反应器的要求，这些过程统称为前处理。反应产物同样需要经过分离、提纯等后处理，以获得符
6、合质量要的产品。可见，反应设备是过程工业的核心设备。综合运用反应动力学、传递、机械设计、控制等方面的知识，正确选用反应设备的形式、确定其最佳操作条件、设计高效节能的反应设备，是过程工业中一个十分关键的问题。第1.2节 常见反应器的特点1.2.1机械搅拌式反应器(1)这种反应器可用于均相反应，也可用于多相反应，可以间歇操作，也可以连续操作。连续操作时，几个釜串联起来，通用性很大，停留时间可以得到有效的控制。机械搅拌反应器灵活性大，根据生产需要，可以生产不同规格、不同品种的产品，生产的时间可长可短。可在常压、加压、真空下生产操作，可控范围大。反应结束后出料容易，反应器的清洗方便，机械设计成熟。1.
7、2.2 管式反应器(1)管式反应器结构简单，制造方便。混合好的气相或液相反应物从管道一端进入，连续流动，连续反应，最后从管道另一端排出，根据不同的反应，管径和管长可根据需要设计。管外壁可以进行换热，因此传热面积大。反应物在管内的流动快，停留时间短，经一定的控制手段，可使管式反应器有一定的温度梯度和浓度梯度。管式反应器也可用于连续生产，也可用于间歇操作，反应物不返混，也可在高温、高压下操作。1.2.3固定床反应器(1) 气体流动经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置称为固定床反应器。它主要用于气固相催化反应，具有结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应
8、用很广泛的反应器。固定床反应器有三种的基本形式：轴向绝热式、径向绝热式和列管式。固定床反应器的缺点是床层的温度分布不均匀，由于固相粒子不动，床层导热性较差，因此对放热量大的反应，应增大换热面积，及时移走反应热，但这会减少有效空间。1.2.4流化床反应器(1) 液体以较高的流速通过床层，带动床内的固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流中进行反应，并具有类似流体流动的一些特性的装置称为流化床反应器。流化床反应器的最大优点是传热面积大、传热系数高和传热效果好。流态化较好的流化床，床内各点温度相差一般不大，可以防止局部过热。流化床的进料、出料、废渣排放都可以用气流输送，易于实现自动化生产。流化床反应器的
9、缺点是：反应器内物料返混大，粒子磨损严重；通常要有回收和集尘装置；内构件比较复杂；操作要求高等。除上面介绍的四种反应器外，还有回转筒式反应器、喷嘴式反应器和鼓泡式反应器等。每种反应器都有其优点和缺点，设计时应根据使用场合和设计要求等因素，确定最合适的反应器。本设计就是根据现场工艺参数和介质及生产条件，选用机械搅拌反应器。第1.3节 机械搅拌反应器1.3.1基本结构(1) 机械搅拌反应器（也称为搅拌釜式反应器）适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、化肥、染料、涂料、食品、冶金、废水处理等行业。如实验室的搅拌反应器
10、可小至数十毫升，而污水处理、湿法冶金、磷肥等工业大型反应器的容积可达数千立方米。除用作化学反应器和生物反应器外，搅拌反应器还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收、或解吸、传热等操作。搅拌反应器由搅拌容器和搅拌机大部分组成。搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。搅拌器、搅拌轴极其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。一台通气式搅拌反应器，由电机驱动，经减速机带动搅拌轴及安装在轴上的搅拌器，以一定转速旋转，使流体获得适当的流动场，并在流动场内进行化学反应。为满足工艺的换热要求，容器上装有夹套。夹套内螺旋导流板的作用是改善传热性能。容器内设置有气体分布器、挡板等内构件。在搅拌轴下部安装径向流搅拌器、
11、上层为轴向流搅拌器。1.3.2 搅拌容器(1) 搅拌容器的作用是为物料反应提高合适的空间。搅拌容器的桶体基本上是圆筒，封头常采用椭圆形封头、锥形封头和平盖，以椭圆形封头应用最广。根据工艺需要，容器上装有各种接管，以满足进料、出料、排气等要求。为对物料加热或取走反应热，常设置外加套或内盘管。上封头焊有凸缘法兰，用于搅拌容器与机架的连接。操作过程中为了对反应进行控制，必须测量反应物的温度、压力、成分及其他参数，容器上还设置有温度、压力等传感器。支座选用时应考虑容器的大小和安装位置，小型的反应器一般用悬挂式支座，大型的用裙式支座或支撑式支座。(2)在确定搅拌容器的容积时，应考虑物料在容器内充装的比例
12、即装料系数，其值通常可取0.6-0.85。如果物料在反应过程中产生泡沫或呈沸腾状态，取0.6-0.7；如果物料在反应中比较平稳，可取0.8-0.85。工艺设计给定的容积，对直立式搅拌容器通常是指筒体和下封头两部分容积之和；对卧式搅拌容器则指筒体和左右两封头容积之和。根据使用经验，搅拌容器中筒体的高径比可按表选取。设计时，根据搅拌容器的容积、所选用的筒体高径比，就可确定筒体直径和高度。1.3.3 换热元件(1) 有传热要求的搅拌反应器，为维持反应器的最佳温度，需要设置换热器元件。常用的换热元件有夹套和内管盘。当夹套的换热面积能满足传热要求时，应优先采用夹套，这样可减少容器内构件，便于清洗，不占用
13、有效容积。所谓夹套就是在容器的外侧，用焊接或法兰的方式装设各种形状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。在此空间内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容器内的物料。夹套的主要结构形式有：整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套，本设计选取用半圆管夹套。第2章 反应器设计计算说明第2.1节 设计标准与规范由给定的工艺条件，故设计规范可选用GB150钢制压力容器。第2.2节 工艺条件工艺条件：操作温度：95操作压力：0.35MPa物料性质：轻微腐蚀物料粘度：2300厘泊容积：2.0立方米搅拌速度：300rmp加热方式：蛇管加热加热介质：140材料：不锈钢第2.3节 反应器结构设计2.3.1 筒体设计
14、搅拌容器的筒体选择圆形筒体DN=1200mm，封头选用椭圆形封头。根据工艺需要，容器上装有各种接管，以满足进料、出料、排气等要求。上封头焊有凸缘法兰，用于搅拌容器与机架的连接。操作过程中为了对反应进行控制，必须测量反应物的温度、压力、成分及其他参数，容器上还设置有温度、压力等传感器。支座选用时应考虑容器的大小和安装位置。装配图见图21图21 反应器装配示意图2.3.2 搅拌器设计搅拌器又称搅拌强或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件。其功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近形成高湍动的充分混合区，并产生一般高速射流推动液体在搅拌容器内循环流动。这种
15、循环流动的途径称为流型。(1) 搅拌器的流型与搅拌效果、搅拌效率的关系十分密切。搅拌器的改进和新型搅拌器的开发往往从流型取决于搅拌器的形式、搅拌容器和内构件几何特征，以及流体性质、搅拌器转速等因素。对于搅拌机顶插式中心安装的立式圆筒，有三种基本流型。径向流 流体的流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到容器壁面分成两股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、下两个循环流动。轴向流 流体的流动方向平行于搅拌轴，流体由桨体推动，使流体向下流动，遇到容器底面再翻上，形成上下循环流。切向流 无挡板的容器内，流体绕轴做旋转运动，流速高时液体表面会形成旋涡，这种流型成为切向流。此时流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混合效果较差。 上述三种流型通常同时存在，其中轴向流与径向流对混合起主要作用，而切向流应加以抑制，采用挡板可削弱切向流，增强轴向流和径向流。(2) 除中心安装的搅拌机外，还有偏心式、底插式、侧插式、斜插式、卧式等安装
