攪拌反應釜設計

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1、第三章 立式攪拌反應釜設計 第一節(jié) 推薦的設計程序 一、工藝設計 1、作出流程簡圖； 2、計算反應器體積； 3、確定反應器直徑和高度； 4、選擇攪拌器型式和規(guī)格； 5、按生產(chǎn)任務計算換熱量； 6、選定載熱體并計算K值； 7、計算傳熱面積及夾套高度； 8、計算攪拌軸功率。 二、機械設計 1、確定反應器的結構型式及尺寸； 2、選擇材料； 3、強度計算； 4、選用零部件； 5、繪圖； 6、提出技術要求。 三、化工儀表選型

2、 四、編制計算結果匯總表 五、繪制反應釜裝配圖 六、編寫設計說明書 第二節(jié) 釜式反應器的工藝設計 一、反應釜體積和段數(shù)的計算 1、間歇釜式反應器： V=VR/φ （3—1） VR=VO(t+t￠) （3—2） 式中 V—反應器實際體積，m3； VR—反應器有效體積，m3。 VO—平均每秒鐘需處理的物料體積，m3/s

3、； t￠ —非反應時間，s； t —反應時間，s； （3—3） 等溫等容情況下 （3—4） 對一級反應 對二級反應 f—裝料系數(shù)，一般為0.4～0.85，具體數(shù)值可按下列情況確定： 不帶攪拌或攪拌緩慢的反應釜 0.8～0.85； 帶攪拌的反應釜 0.7～0.8； 易起泡沫和在沸騰下操作的設備 0.4～0.6。

4、 2、連續(xù)釜式反應器 (1)單段連續(xù)釜式反應器： （3—5）其中 FA,O—每秒鐘所處理的物料摩爾數(shù)，kmol/s。 對于一級反應：（-γA）=kCA=kCA,O（1-） 則有效反應體積： 其中 VO—每秒所處理的物料體積，m3/s 對于二級反應：（-γA）=，代入式（3-5）中 則有效反應體積為：VR= 其中 —轉化率，其它符號同前。 (2)多級連續(xù)釜式反應器 V=， 而 VR,i= （3—6） 其中 VR,

5、i —第i段釜反應體積, m3 ，—第 i段反應釜進口及出口物料濃度，kmol/ｍ３ —第 i 段反應釜內(nèi)反應物反應速度，kmol/ｍ３．s VR,i 的計算方法有解析法和圖解法 I．解析法 A．對于一級反應 VR,i= （3—7） B．對于二級反應 VR,i= （3—8） II．圖解法，常用的有兩種 A．對于一級反應：根據(jù)式VR,i=，采用圖解代替運算，求出VR，i，具體步驟如下： a．將根據(jù)動力學方程計算或實驗測得的~（-γA）數(shù)據(jù)，標繪在以

6、（－γA）為縱坐標，以為橫坐標的圖上，可得一曲線。 b．在橫坐標上分別標出起始和各釜出口的轉化率，、、、…、。并由標出的各點向上作垂線分別與曲線相交于點1、2、…、。 c．由各交點，根據(jù)Vn=逐一畫出矩形，則各矩形面積分別為各級反應器的反應體積。 B．對于一時難以找到動力學模型，但已取得了等溫條件下一組動力學數(shù)據(jù)~（-γA）的均相反應，可采用圖解法求各級反應器出口轉化率，反應器級數(shù)及反應器體積 ∵ ∴ 表明（-γA）i~呈線性關系，其斜率為CA,O／τi，截距為 又∵τi= ∴根據(jù)斜率求出τi，再根據(jù)Vo即可求出Vi 。 具體步驟如下： a．將已知動力學數(shù)據(jù)標

7、繪出~（-γA）曲線。 b．在軸上標出要求達到的最終轉換率。 c．根據(jù)式逐級圖 解，對于一級，n=1 ∴由原點出發(fā)作斜率為的直線交MN于R1，作垂線得（一級反應器出口轉化率），若各級反應器的空間時間τi相同，則可依次找出R1、R2…，進而得出各級反應器出口轉化率。通常各級反應器反應體積相同，進而τi相同，所以可作出一系列平行線，得出各級反應器出口轉化率。 d．對于級數(shù)已知各級反應器體積VR，i，進而τi相同的反應體系，可在最初轉化率和最終轉化率之間作相似直角三角形，得出斜率，進而根據(jù)τi=求出VR，i 。 二、反應器直徑和高度的計算 在已知攪拌器的

8、操作容積后，首先要選擇罐體適宜的長徑比(H/Di)，以確定罐體直徑和高度。選擇罐體長徑比主要考慮以下兩方面因素： 1、長徑比對攪拌功率的影響：在轉速不變的情況下，PμD5（其中D---攪拌器直徑，P——攪拌功率），P隨釜體直徑的增大，而增加很多，減小長徑比只能無謂地損耗一些攪拌功率。因此一般情況下，長經(jīng)比應選擇大一些。 2、長徑比對傳熱的影響：當容積一定時，H/Di越高，越有利于傳熱。 長徑比的確定通常采用經(jīng)驗值.即表3-1 表3-1 罐體長徑比經(jīng)驗表 種類 罐體物料類型 H/Di 一般攪拌罐 液—固或液—液相物料 1--1.3 氣—液相物料

9、 1--2 發(fā)酵罐類 1.7--2.5 在確定了長徑比和裝料系數(shù)之后，先忽略罐底容積，此時 （3—9） 將上式計算結果圓整成標準直徑，代入下式得出罐體高度 （3—10） 其中 v--封頭容積 三、攪拌器的選擇 攪拌器的作用是使釜內(nèi)物料混合均勻。攪拌器的類型很多，分為∶推進式、槳式、渦輪式、錨式、框式、螺桿式、螺帶式等，攪拌器選型時，主要考慮∶ （1）保證從反應器壁或浸入式熱交換裝置到反應混合物能有高

10、的給熱系數(shù)。 （2）具有顯著的攪拌效果，特別是對多相反應。 （3）攪拌所消耗的能量應盡可能小。 具體選擇方法可參考粘度圖及攪拌器型式選用表。 攪拌器結構的確定按標準構型攪拌裝置考慮。 四、攪拌器轉速的確定： 根據(jù)經(jīng)驗確定，若物料粘度不是太高，通常轉速在80～120轉/分。 五、攪拌功率的計算 1、對液—液系統(tǒng)關聯(lián)式 Np=KRexFry （3—11） Np=P/rN3D5 Re=D2Nr/m Fr=N2D/g

11、 或F=Np/Fry=KRex=／ （3—12） 對于不打旋的系統(tǒng)Φ＝ＮＰ＝＝ 其中 Np—功率準數(shù)； Re—葉輪雷諾數(shù)； Fr—弗魯?shù)聹蕯?shù)； P—功率消耗，W； G—重力加速度，m/s2； N—葉輪轉速，轉/s；參考經(jīng)驗值 D—葉輪直徑，m； r—液體密度，kg/m3； m—液體粘度，Pa﹒S； K—系統(tǒng)幾何構型的總形狀系數(shù)。 Φ—功率函數(shù) F或Np可由功率曲線圖上查出?；蛴孟率龉接嬎悖? Re<10 P=K1mN2D3

12、 （3—13） Re>104 P=k2rN3D5 （3—14） 對無擋板而Re>300的攪拌系統(tǒng)，不能忽略重力影響時，須用式3—12， 其中 （3—15） 式中 a、b的值列表3—3中。 W—葉片寬度。 、值及a、b值可由表3—2和表3-3上查得。 表3-2

13、 攪拌器的K1和K2值 攪 拌 器 K1 K2 攪 拌 器 K1 K2 螺旋槳式，三葉片 螺距=D 41.0 0.32 雙葉單平槳式D/W=4 43.0 2.25 螺距=2D 43.5 1.00 =6 36.5 1.60 渦輪式，四個平片 70.0 4.50 =8 33.0 1.15 六個平片 71.0 6.10 四葉雙平槳式 D/W=6 49.0 2.75 六個彎片 70.0 4.80 六葉

14、三平槳式 D/W=6 71.0 3.82 扇形渦輪 70.0 1.65 表3-3 Re>300時攪拌器的a和b值 形 式 螺 旋 槳 式 渦輪式 六個平片 D/T 0.48 0.37 0.33 0.30 0.20 0.30 0.33 a 2.6 2.3 2.1 1.7 0 1.0 1.0 b 18.0 18.0 18.0 18.0 18.0 40.0 40.0 當攪拌器的形式在文獻上查不到功率曲線；可根據(jù)攪拌器的形狀因子對構型相近的攪拌器的功率曲線加以校正，估算出該裝置的

15、功率值。 （1）對徑向流葉輪（平槳、渦輪），湍流態(tài)下： NPμ （3—16） 對軸向流葉輪，湍流態(tài)下： NPμ （3—17） 其中 T——容器直徑。 （2）對平槳和渦輪： NPμ （3—18） I、對六葉片盤式渦輪： W/D=0.2～

16、0.5時 NPμ （3—19） II、 渦輪nb的影響： 湍流攪拌：NPμ （3—20） 層流攪拌：NPμ （3—21） 以六葉片渦輪為基準：NPμ （3—22） 其中：nb—葉片數(shù)目 隨葉片數(shù)目的減少，平葉片渦輪的排液量降低，而彎葉片渦輪排液量降

17、低不多，但功率消耗降低。在層流時彎葉片渦輪與平直葉片渦輪的功率消耗相同，但在湍流時彎葉片的功率消耗低于平直葉片。 （3）葉層深度H： NPμ （3—23） 對高粘度液體上式的指數(shù)近似于0，功率消耗與液深無關。 （4）對低、中粘度液體，葉輪安裝高度Hj對功率無影響；對高粘度液體，葉輪近液面（Hj=0.9）時功率消耗低，反之高。 （5）各種渦輪其葉輪間距距離S對功率輸入的影響見《精化過程及設備》。 上述各項修正公式可查閱《精化過程及設備》。 2、固體懸

18、浮系統(tǒng)的攪拌功率 3、氣液懸浮系統(tǒng)的攪拌功率 4、氣流攪拌 2、3、4項內(nèi)容可參考《精細化工過程及設備》 5、電動機功率的確定 在求算電動機功率時，可用下式表示： P電機= （3—24） P—穩(wěn)定條件下，攪拌器在不帶附屬裝置的容器內(nèi)運轉的功率，W； K—容器裝料高度的系數(shù)； d—由于容器內(nèi)附屬裝置而導致功率增加的系數(shù)； 表3—4各種附件的功率附加值d （適用于介質粘度在0.1Pa·S以下的場合） 設備附件的名稱 槳式 框式 渦輪式 推進式 寬為容器直徑

19、0.08倍的四塊擋板，平均分布在設備的四周 附加一塊直徑與主要槳葉相同的水平槳葉 壓料管 溫度計管或浮球夜位計 沿設備周圍位置90o以外布置的兩根垂直管 沿器壁布置的螺旋狀蛇管 直徑為容器直徑0.033～0.54倍布置在器底的螺旋狀蛇管 固定推進器導流筒的零件 100 0.35 0.20 0.10 0.30 2.0 2.5～— — — — — 0.20 0.10 0.30 — — — 1.50 — 0.20 0.10 0.30 — — — 0.50 — 0.20 0.10 0.15 — —

20、 0.05 b—由于啟動或攪拌過程中阻力增加而引起功率增大的系數(shù)； Pc—填料函內(nèi)的摩擦消耗功率，其值取決于填料函的結構； h—傳動效率。 現(xiàn)分別對上式中某些系數(shù)介紹如下： （1）系數(shù)K￠值 系數(shù)K￠值系指容器裝料高度對功率的影響，其值為： K￠=Ho/Di （3—25） 式中 Ho----容器實際裝料高度，m Di-----容器直徑 通常，實際裝料高度可近似地考慮為容器高度的0.75～0.8。 （2）系數(shù)b值 大多數(shù)場合下，由于啟動器增加的功率

21、可以不予考慮，即b=1。在個別場合下，例如在攪拌重的、快速分層的懸浮液，攪拌高粘度的介質（約大于0.5Pa·S）或者是在攪拌過程中介質的阻力會改變，則必須考慮啟動時的功率增加，并取b>1。 根據(jù)攪拌裝置的型式及操作條件，b值可以在較寬的范圍內(nèi)變動。 推進式攪拌裝置…………………………………b<1.3 槳式攪拌裝置……………………………………b<2 多槳葉的、框式的或渦輪式攪拌裝置…………b<2.5 在選擇b值時應該很小心，最好盡可能選用較小的值。 （3）填料函的摩擦功率Pc Pc=M摩擦.N

22、 （3—26） 式中 N------攪拌槳每秒的轉數(shù)，r/s； M摩擦= （3—27） d------攪拌軸的直徑，cm； h------填料層深度，cm； c------摩擦系數(shù)，0.04～0.08； q------填料的側壓力。q=k＇P＇， Pa； k＇------填料的彈性系數(shù)，其值小于1； P＇------軸向壓力。 P＇=Po， Pa； Po----設備內(nèi)壓力

23、，Pa； S------填料的寬度，cm。 （4）機械傳動效率h 電動機通過各種傳動裝置將能量傳給攪拌器時，由于摩擦作用，必定消耗一部分能量。表3—5列出的數(shù)值可供初步計算。 表3—5 機械傳動的效率 傳動機械 h，% 三角皮帶 90～95 傘齒輪 90～95 正齒輪 90～95 渦輪（三線或四線） 70～90 渦輪（雙線） 60～80 六、反應釜的熱量衡算 1、間歇釜式反應器 由于間歇釜式反應器是一封閉物系，如果不考慮攪拌器對反應物系所作的功，則由熱量衡算方程式可導出下式： mtCp,t=K0Ah(Tc

24、－T)－(－DHR)(－rA)VR （3-28） 上式為間歇釜式反應器反應物料的溫度與時間的關系式，式中 mt—反應物料質量，kg； Cp,t—反應物料從基準溫度改變到實際溫度的平均熱容，J/kg℃； Tc—傳熱介質溫度，℃； T—反應物系溫度，℃； τ —反應時間，s (－DHR)—基準溫度下反應熱，J/kmol； K0—總傳熱系數(shù)， J/m2s℃；即：W/m2.℃ Ah—傳熱面積，m2。 (1)若為等溫反應， dT=0，上式變?yōu)? KAh(Tc－T)=(－

25、DHR)(－rA)VR （3—29） (2)對變溫反應器，需聯(lián)立下式求解 nA,o=(－rA)VR （3—30） 可得反應過程的溫度和轉化率的關系式 =K0Ah(Tc－T)－nA，o(－DHR) （3—31） (3)當反應在絕熱下進行時 dT=－nAo(－DHR)dxA 若Cpt可視為常數(shù)，對上式積分有 T－To=－(xA－xAo)

26、 （3—32） 式中 To—反應開始時的溫度，℃。 2、連續(xù)釜式反應器的熱量衡算 根據(jù)熱量衡算基本方程式可求得在等溫情況下 (－rA)(－DHA)VR=VorCpt(T－To)+K0Ah(T－Tc) （3—33） Qr = Qc 即：放熱速率=移熱速率 其中 V0—平均每秒處理的物料量m3/s; VR—反應器有效體積m3 3、總傳熱系數(shù)K0的確定 計算K0值的基準面積，習慣上常用設備的外表面積A0，當設計對象的

27、基準條件(設備型式、雷諾準數(shù)Re、流體物性等)與某已知K值的生產(chǎn)設備相同或相近時，則可采用已知設備K值作為自己設計的K0值，表2—1列出K0值大致范圍。K0值也可用下式計算 式中 K0—總傳熱系數(shù)，W/m2.℃ a------給熱系數(shù)，W/m2.℃； R------污垢熱阻，m2℃/W； d-------壁厚，m； l-------設備壁導熱系數(shù)，W/m℃。 下標 i、o、m分別表示設備內(nèi)、外和平均。 當Ao/Ai<2時近似按平壁計算，即 Ai?Am?Ao。 (1)污垢熱阻通常采

28、用經(jīng)驗值，常用污垢熱阻大致范圍可查閱《化工原理》。 (2)給熱系數(shù)的確定 A.釜側的傳熱膜系數(shù)，可采用如下的關聯(lián)式求取，在夾套傳熱的場合為 =0.36 （3—34） 在蛇管傳熱的場合 =0.87 （3—35） Di—釜內(nèi)徑，m； l—體的導熱系數(shù) ，W/m.k； N—攪拌漿每秒鐘轉數(shù)，r/s； D—攪拌漿直徑，m； m，ms—流體的粘度及流體在側壁上的粘度， Pa·S； Cp—熱容，J/kgK。 B.夾套內(nèi)的

29、傳熱膜系數(shù) 如夾套內(nèi)走的是蒸汽，由于釜側(反應區(qū)側)的傳熱膜系數(shù)往往較小，因此蒸汽冷凝的傳熱膜系數(shù)取a=6000～9000W/m2K，對整個的傳熱系數(shù)不至于有多大的誤差。 如果夾套內(nèi)通的是冷水，則可采用如下的關聯(lián)式： Re<4400時： ao=400 W/m2K （3—36） u—水在夾套內(nèi)流速，m/s， De ------夾套的當量直徑，m。 ΔT—夾套壁溫與水溫間的溫度差，K。 Re>3600時： ao=9300 W/m2K （3—37） 蛇管側的傳

30、熱膜系數(shù)： a蛇 =(1+3.5)a直管 dt—管子直徑，m dC—蛇管圈直徑，m 七、傳熱面積的計算 1、連續(xù)釜式反應器 根據(jù)熱量衡算式計算出反應過程放出的熱量 Q=(－rA)(－DHR)VR－VorCpt(T－Tc) 若要達到等溫操作，則載熱體帶出熱量應等于放出熱量 Q=K0Ah(T－Tc) 傳熱面積可按下式計算： Ah= （3—38） 2、間歇釜式反應器 若為等溫操作，則反應過程放出的熱量等于載熱體移走的熱量，首先計算出放熱量，根據(jù)下式計算出傳熱面

31、積 Q=(－DHR)(－rA)VR=K0Ah(T－Tc) Ah== （3—39） 3、夾套直徑Dj及高度Hj計算 （1）夾套直徑Dj的計算： Dj可根據(jù)罐體內(nèi)徑按下表推薦的數(shù)據(jù)選取。 表3—6夾套直徑Dj與罐體直徑Dj的關系（mm） Di 500～600 700～1800 2000～3000 Dj Di+50 Di+100 Di+200 （2）夾套高度Hj的計算： 主要決定于傳熱面積Ah 的要求，且一般不低于液面高度，以保證充分傳熱。此

32、時可按下式估算： Hj1> （3—40） ν—罐體下封頭容積，m3 φ—裝料系數(shù)，可取0.6~0.85 按計算的夾套高度，校核傳熱面積，如果不符合要求，需選擇其它形式的傳熱裝置。 同時Hj2= （3—41） 裝料高度Hj3= （3—42） Hj取Hj1、Hj2和Hj3中大者。 其中 As—下封頭內(nèi)表面積，m

33、2； S—罐體內(nèi)橫截面積，m2。 4、夾套類型的選擇 夾套類型有整體夾套、半圓管夾套、型鋼夾套和蜂窩夾套。通常整體夾套的壓力不能超過1MP ，否則將會因罐體及夾套壁厚太大，增加制造的困難。當反應器直徑較大或采用的傳熱介質壓力較高時，可采用后三種類型，這樣不但能提高傳熱介質的流速，改善傳熱效果，而且能提高筒體承受內(nèi)、外壓的強度和剛度，各種夾套的使用范圍見下表： 表3—7幾種夾套的使用范圍 夾套類型 溫度，0C 壓力MPa 整體夾套 350 0.6 半圓管夾套 280 1.0～6.4 型鋼夾套 225 0.6～2.5 蜂窩夾套 250 2

34、.5～4.0 第三節(jié) 立式攪拌反應釜機械設計 一、反應釜的總體結構 （一）總體結構中的主要部件及其用途 反應釜的總體結構如附錄8所示，通常由以下幾部分組成： 1、釜體部分 釜體是物料進行化學反應的空間，由筒體和上下封頭組成，通常是密閉的，有時也采用敞開式，主要視反應介質而定。 2、傳熱裝置 在釜體的內(nèi)部或外部設置供加熱或冷卻用的傳熱裝置，通常為釜體外部夾套或釜內(nèi)蛇管。 3、攪拌裝置 為使物料混合均勻，接觸良好，需在釜內(nèi)設置攪拌裝置。攪拌裝置由攪拌軸和攪拌器組成。其轉動由電動機經(jīng)減速器減到適宜轉速后

35、，再經(jīng)聯(lián)軸器來帶動。立式攪拌軸是懸臂的。需要時也可在釜內(nèi)設置中間軸承或底軸承。 4、軸封裝置 由于攪拌軸是動的，而釜體封頭是靜的，所以在攪拌軸伸出之處必需進行密封（軸封），軸封的作用是保持設備內(nèi)的壓力（或真空度），防止反應物料逸出和雜質滲入。軸封通常采用填料密封或機械密封。 5、其它結構 主要包括人孔、手孔、各種接管、溫度計、壓力表、視鏡、安全泄放裝置等。 （二）攪拌反應釜的技術特性及工藝參數(shù)的確定 反應釜的技術參數(shù)通常包括：操作容積及全體積；釜內(nèi)及夾套內(nèi)（蛇管）的工作壓力、工作溫度、工作介質、腐蝕情況、傳熱面積；攪拌器型式、轉速及軸

36、功率；推薦材料；裝配哪些接口管等。由工藝設計定機械設計的任務是對工藝設計條件表的各項內(nèi)容進行分析研究，并對攪拌器型式、傳動裝置、軸封裝置以及其它零部件標準進行合理選擇、校驗。 二、反應釜的釜體及換熱裝置 （一）釜體壁厚的確定 釜體壁厚的確定可按“內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強度設計”和“外壓圓筒與封頭的設計”方法確定。具體方法是：當釜內(nèi)為正壓操作，且釜內(nèi)壓力大于夾套時，釜體壁厚應從按承受釜體內(nèi)壓強度與承受夾套外壓穩(wěn)定的計算所得兩個值中取其大者。當釜內(nèi)正壓操作，但其壓力小于夾套壓力時，釜體壁厚由穩(wěn)定計算確定，不受外壓作用的封頭則由強度計算壁厚。當釜內(nèi)為負壓操作時，應將夾套內(nèi)

37、內(nèi)壓與釜內(nèi)負壓之和作為釜體設計外壓，不受夾套壓力影響的上封頭，可按外壓確定壁厚。為焊接方便，常取上封頭與筒體等壁厚。 （二）夾套傳熱及其結構 1、整體夾套的結構類型 常用的夾套形式為整體夾套，結構類型有四種，如圖，其中a型僅圓筒的一部分有夾套，用在需加熱面積不大的場合。b型為圓筒的一部分和下封頭包有夾套，是最常用的典型結構。c型是考慮到筒體受外壓時為了減小筒體的計算長度Ｌ，或者為了實現(xiàn)分段控制而采用分段夾套。d型為全包式夾套，與前三種比較，有最大傳熱面積。 整體夾套型式 2.整體夾套連接型式 1）夾套封頭根據(jù)夾

38、套直徑及所選封頭型式按標準選取。 2）整體夾套與筒體的連接方式分為兩種 （1）可拆卸式 可拆卸整體夾套結構 （2）不可拆卸式 不可拆卸整體夾套結構 3）夾套封閉構件厚度的確定或計算： A型． 適用范圍及計算： ①適用于圖19-3中各種型式夾套 ②d0≥d1 ③當夾套封閉件不是由夾套筒體直接彎制成形，如圖b時，封閉件與夾套筒體之間應采用全焊透的對接焊，為保證焊透宜加墊板。 B型．

39、 ①僅用于19-3（a）型夾套 ②δa按無折邊的錐形封頭確定， 且δa≥δ1 C型． ①適用于圖19-3（a）型夾套 ②（δi-C）≤16mm ③δo（m

40、m）取下兩式中較大值： δo=2（δ1-C） δo=0.707j ④b不小與δo與δ中的較小值，c不小于δi 注：本表參考了董大勤主編的《化工設備機械基礎》P549~P550。 4）夾套底部的封閉結構有三種 5）穿越夾套的接管有三種結構 （a）制造較麻煩，但對筒體有加強作用。（b)制造方便傳熱面有損失，強度差。（c)用于在夾套邊緣有接管的場合，制造麻煩，非不得已勿用。 穿越夾套的接管 3、夾套上的接管結構 整體夾套上的出口接管和一般容器一樣，不需要進行特殊處理。進口管則應采取一定措施：（a）、（b）管端焊有擋板，（c）

41、、（b）圖所示接管不深入夾套內(nèi)部，在夾套壁上另焊一擋板。應注意，進水管或蒸氣擋板的開孔面積不得小于接管通道的橫截面積。 三、反應釜的攪拌裝置 攪拌裝置包括攪拌器、傳動裝置及攪拌軸 （一）攪拌器 1、常用攪拌器 1）槳式：（1）材料：扁鋼、合金鋼、有色金屬、或鋼外包橡膠或環(huán) 氧樹脂、酚醛玻璃布等。 （2）形式 平直：葉面與旋轉方向垂直 折葉：葉面與旋轉方向成一傾斜角 （3）尺寸：攪拌器直徑dj=(1/3～2/3)Di；槳葉寬度b=(0.1～0.25)dj

42、 加強筋的厚度常與漿葉厚度相同 （4）固定方式：當d<50mm時，除用螺栓對夾外，再用緊固螺釘固定；當d>50mm時，除用螺栓對夾外再用穿軸螺栓或圓柱銷固定在軸上。 （5）轉速：20～100r/min圓周速度在1.0～5.0m/s 槳式攪拌器 （a）平槳；（b）加筋平槳；（c）折葉平槳 2）框式和錨式攪拌器 （1）形式 錨式和框式， （2）尺寸 dj=(2/3～9/10)Di b=(0.07～0.1)dj h=(0.5～1.0)dj （3）固定方式：與漿式類似，漿葉之間多用螺栓連接，小型

43、 時可用鑄造或焊接。 （4）材料：扁鋼、角鋼居多。 （5）轉速：一般為20～100r/min，線速度為1.0～5.0m/s 3）推進式攪拌器 推進式也稱旋槳式，常為整體鑄造，采用焊接時，模鍛后再與軸套焊接，加工較困難。制造時應做靜平衡實驗?？捎幂S套、平鍵和緊定螺釘與軸連接。 尺寸：dj=(1/4～1/3)Di ； 厚度d：需經(jīng)計算； 速度：100～500 r/min 4）渦輪式攪拌器 （1）特點：漿葉數(shù)量多，種類多，轉速高，使流體均勻地由垂直方向運動改變成水平方向運動。

44、 （2）形式：a圓盤渦輪，b平葉開啟渦輪， c彎葉渦輪，d折葉開啟式渦輪 （3）連接方式：開啟式采用角鋼和軸套焊接；圓盤渦輪其槳葉和圓盤焊接或以螺栓聯(lián)接，而后將圓盤焊在軸套上。 （4）尺寸： dj：L：b=20：5：4； dj=1/3Di； 葉數(shù)＝6； d 由強度決定。 （5）渦輪材料：Q235F、0Cr13、1Cr18Ni9Ti、2G1Cr13、ZG1Cr18Ni9、L1、L2、HT150等 注：平直圓盤渦輪攪拌器目前已有部標準，可供選用。 2、攪拌器的選型 參見表3—9 表3—9 攪拌器型式選擇 攪拌

45、器 型 式 流動狀態(tài) 攪拌目的 攪拌設備容量， 轉 速， 最高粘度 Pa.s 對流循環(huán) 渦流擴散 剪切流 低粘 度液 混合 高粘度液混合及傳熱反應 分散 溶解 固體懸浮 氣體吸收 結晶 傳熱 液相反應 渦輪式 槳式 推進式 折葉開啟渦輪式 錨式 螺桿式 螺帶式 Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο

46、 Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο 1～100 1～200 1～1000 1～1000 1～100 1～50 1～50 10～300 10～300 100～500 10～300 1～100 0．5～50 0．5～50 50 2 50 50 100 100 注：表中“Ο”為適合，空班為不適合或不許。 （二）反應釜的傳動裝置 1、電動機的基本特性及選用 通常電動機與減速機配套供應，設計時可根據(jù)反應器應配電機

47、功率、轉速、安裝形式及防爆要求，選擇電動機及配套的減速機。電動機基本特性見表3-10。 2、減速裝置 1）主要形式： 目前我國已頒布的標準釜用立式減速機，有擺線針齒行星減速機、兩級齒輪減速機、三角皮帶減速機和諧波減速機四種。 a）擺線針齒行星減速機：減速比87～9，轉速16～160r/min，功率0.6～30Ｋw。特點是傳動效率高，結構緊湊，拆裝方便，壽命長，承載能力高，工作平穩(wěn)，允許正反轉。 b）兩級齒輪減速機：為兩級同中心距并流式斜齒輪減速傳動裝置。減速比11.6～5.63。轉速125～250r/min。功率0.6～30KW。體積小，效率高，制造成

48、本低，結構簡單，裝配檢修方便，可以正反轉。 c）三角皮帶減速機，為單級三角皮帶傳動的減速裝置。減速比4.53～2.9，轉速320～550r／min，功率0.6～5.5Ｋw。結構簡單，過載時打滑，起保護作用，允許反轉。 d）諧波減速機：減速比359～90，轉速4～16r／min。功率0.6～13Ｋw。結構簡單，體積小，重量輕，承載能力高，運轉平穩(wěn)，封閉性好，可用于有防爆要求的場合。 2）選用詳見表3—11 表3-10 電動機基本特性 分 類 系列名稱 特 點 用途及使用范圍 使用條件及工作方式 安裝型式 一 般 異

49、 步 電 動 機 J2、JO2系列小型三相異步電動機 J2型能防止水滴或其它雜物在垂直方向落入電機內(nèi)部。JO2型能防止灰塵，鐵屑或其他雜質侵入電機內(nèi)部。運行可靠，壽命長，使用維護方便，性能優(yōu)良，體積小，重量輕，轉動慣量小，用料省 適用于拖動在起動性能，調(diào)速性能及轉差率均無特殊的一般機械，JO2可適用于灰塵較多，水土飛濺的地方 1.環(huán)境溫度不超過+40℃ 2.海拔不超過1000米 a.額定電壓380V，3千伏以下為Y接法，其他均為D接法 b.額定頻率：50Hz c.工作方式：連續(xù)使用 有D2，T2，D2/T2，L3等四種 JO3系列三相異步電動

50、機 其結構能阻止機座內(nèi)外空氣自由交換，但不完全密封.采用新興電磁材料及優(yōu)質絕緣材料，較JO2系列體積縮小37%，重量減輕22% 適用于對轉差率無特殊要求的機械拖動，也可用于起動靜止負荷或慣性負荷比較大的機械上 額定電壓：>4KW為220V(D接法)，<4KW為220/520V(D/Y接法) 有D2，T2，D2/T2，L3等四種 JO2-F系列化工防腐用異步電動機 具有JO2特點，相宜采取了防腐密封措施 腐蝕氣體含量： NH3200mg/m3 SO2160mg/m3 H2S50mg/m3 CL2200mg/m3 NH3200mg/m3 HCL100mg/m3

51、 氮的氧化物40mg/m3 在氮肥，氯堿系統(tǒng)中化工廠的腐蝕環(huán)境中使用 １．空氣溫度不超過+40℃ ２．空氣相對濕度￡95％ ３有酸霧，堿霧，腐蝕性粉塵，凝露等 外型及安裝尺寸與JO2同 JO2-W系列戶外用電動機 對于潮氣，霉菌，鹽霧，雨水，雪，日輻射，風沙，嚴寒(-40℃)等氣候有防護作用 能在一般戶外的環(huán)境下進行工作，不需加任何附加防護措施 環(huán)境溫度： -40～+40℃ 有D2，T2，D2/T2，L3等四種 防爆異步電動機 AJO2、BJO2、BJO2Q系列防爆三相異步電動機 結構與特點與JO2相似，適當加固以防爆。AJO2為防爆安全型，BJO2為隔爆型，

52、BJO2Q為高啟動轉矩隔爆型 適用于具有爆炸危險性混合物的場所 與JO2系列相同，可連續(xù)使用 有D2，T2，D2/T2，L3等四種 注：1．安裝型式代號意義見圖19-29 2．當選用AJO2或BJO2系列電動機時，應分別在標定符號前加“A”或“B”字，用JO2系列時不加標記。 釜用立式攪拌機減速機外形及尺寸可查標準HG5-745-747-78 3、攪拌軸 1）攪拌軸的整體結構 軸主要由軸徑、軸頭、軸身三部分組成，支承軸的部分叫軸徑，安裝攪拌器的部分叫軸頭，其余部分為軸身。軸上有鍵槽，軸有實心和空心之分。 表3

53、—11 釜用立式減速機的基本特性 特 性 減 速 機 類 型 諧波減速機 擺線針齒行星減速機 兩級齒輪減速機 三角帶減速機 減速比范圍 359～90 87～9 11．6～5.63 4.53～2.9 輸出軸轉速范圍（rpm） 4～16 16～160 125～250 320～500 功率范圍 0.6～13 kW 0.6～30 kW 0.6～30 kW 0.6～5.5 kW 效率（%） > 0.83 ≥0.9 ≥0.96 主要特點 本機為利用行星輪為柔輪的少齒差內(nèi)嚙合的大速比的新型機械傳動，與其它型式嚙合相比，具有結構簡

54、單，體積小，重量輕，速比大，承載能力高，運轉平穩(wěn)，封閉性能好 本機為利用少齒差內(nèi)嚙合行星傳動的減速裝置，故減速比大，傳動效率高，結構緊湊，裝拆方便，壽命長，承載能力高，工作平穩(wěn)，重量輕，體積小，故障少，有取代渦輪減速機的趨向。 本機為兩級同中心距并流式斜齒輪減速傳動裝置，傳動比準確，壽命長。在相同速比范圍內(nèi)，較之于其它傳動來說，具有體積小，效率高，制造成本低，結構簡單，裝配檢修方便等。 本機為單級三角皮帶傳動的減速裝置，結構簡單，過載時會產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，因此能起到安全保護作用，但由于皮帶滑動不能保持精確的傳動比。 特性參數(shù) 柔輪分度圓直徑 電動功率、機型號、減速比 中心距 三角皮

55、帶型號及根數(shù) 應用條件 不需多級傳動而用于轉速極低的攪拌傳動裝置，可用于有防爆要求的場合 對過載和沖擊載荷有較弱承載能力，可短期過載75%，起動轉矩為額定轉矩的2倍，允許反正旋轉，可用于有防爆要求的場合，與電動機直連供應，可依軸承載壽命來計算容許的軸向力，本機要求采用夾殼式聯(lián)軸節(jié)（HG5—213—65） 允許反正旋轉，可采用夾殼式聯(lián)軸節(jié)（HG5—213—65）或彈性塊式聯(lián)軸節(jié)（HG5—743—78）與攪拌軸聯(lián)接，不許承外加軸向載荷或允許軸向力小的場合， 可用于有防爆要求的場合，與電機直連供應 允許反正旋轉，本系列采用夾殼式聯(lián)軸節(jié)（HG5—213—65）與攪拌軸聯(lián)接，攪拌器及軸的重量

56、均由本機軸承承受，本機不能用于有防爆要求的場合。 標定符號 XB分度圓公稱直徑—順序號 BLD型號代號—機型號—減速比—軸頭型號 LC中心距—順序號，輸出軸結構Ⅰ或Ⅱ P三角皮帶型號、三角皮帶根數(shù)—順序號 標準圖號 HG5—744—78 HG5—745—78 HG5—746—78 HG5—747—78 注：電動機若采用型時，在標定符號前加“A”字樣，對加“B”字樣，對型電極則不加寫代號 2）攪拌軸的材質及加工要求 攪拌軸工作時，主要受扭轉、彎曲和沖擊作用，故軸的材質應有足夠的強度、剛度和韌性。此外，為了便于加工制造，還要有優(yōu)良的切削加工性能。所以常采用45

57、＃鋼。對于要求較低的攪拌軸，也可用Ｑ235－A 或35＃鋼。當有腐蝕要求時，也可采用不銹鋼。壓力在1.6MPa下，通過填料箱一段軸的粗糙度可達 3）軸的計算 （1）軸徑 tmax而MT=9.55×106 （3—41） Wp （實心軸） （3—42） \d= （mm） （3—43）其中 —Kw —Mpa n—rpm （2）軸的臨界軸速：通常攪拌軸轉速

58、￡200rpm所以可不 考慮對軸進行臨界轉速驗算。 4）聯(lián)軸器 用于立式攪拌軸上的聯(lián)軸器主要有以下幾種： （a）凸緣聯(lián)軸器 結構：由兩個帶凸緣的圓盤組成，圓盤稱為半聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器與軸通過鍵作周邊固定，通過軸上的螺紋與鎖緊螺母實現(xiàn)二者軸向固定。兩個半聯(lián)軸器靠螺栓連接。 優(yōu)點：結構簡單、成本低，制造方便，傳遞較大扭矩。 缺點：無減震性，適于低速、振動小和剛性大的軸。 標定符號GT—軸徑，如GT—90。 （b）夾殼聯(lián)軸器 結構：兩個半圓夾殼組成，材質為鑄鐵，用一組螺栓鎖緊，用平鍵完

59、成周邊固定，用兩個半環(huán)組成的懸吊環(huán)完成軸邊固定。 優(yōu)點：拆裝方便，不用作軸向移動。 缺點：不適于有沖擊的場合。 標定符號JQ—軸徑，如JQ—90。 （c）套筒聯(lián)軸器 結構：用鍵或銷釘將套筒與軸聯(lián)接起來組成一體。 優(yōu)點：結構簡單、同心度高。 缺點：拆裝時軸須作軸向移動。 （d）彈性圈柱銷聯(lián)軸器 結構：與凸緣聯(lián)軸器相似，區(qū)別在于用一個套有彈性圈的柱 銷代替聯(lián)接螺栓，彈性圈材料為橡膠或皮革等。 優(yōu)點：吸震能力強，可用于頻繁正反轉場合。 標定符號：TK—軸徑 如TK—90；各種聯(lián)軸器尺寸詳見附錄9

60、 4、傳動裝置的機架 分三種形式，且均已標準化，標準代號CD130B6－86 （1）無支點機架（WJ型） CD130B6－86 軸徑系列（mm）—30、35、40、45、50、55、65、70、80、90、100、110、130等 軸徑系減速機輸出軸軸徑值。 接板型式（A、B）。 A－A型接板，是配擺線針齒形星減速機的接板 B－B型接板，是配ＬC兩級齒輪減速機的接板 機架代號：WJ軸徑A（B），如WJ45A （2）單支點機架（DJ型） CD130B7－86 機架類型：

61、DJ－單支點 機架代號：DJ軸徑A（B）如： DJ45A 軸經(jīng)系列及接板型式同無支點機架。 （3）雙支點機架（SJ）CD130B8－86 機架類型：SJ－雙支點。 其余同上。 5、底座結構共有8種類型 其中（a）～（f）為整體底座，（g）～（h）為分 裝式底座。詳見《化工工藝設計手冊》。 第四節(jié) 反應釜的軸封裝置 （一）填料密封 1、結構及原理 結構：填料箱、填料、壓蓋和螺栓等。 原理：擰緊螺栓，使壓蓋沿軸

62、向壓緊填料，填料產(chǎn)生經(jīng)向 膨脹抱緊攪拌軸，起到密封作用。 (a) 帶冷卻水套 (b)帶油環(huán) 1-襯套；2-箱體；3-o型密封圈 填料箱 1-加油口；2-箱體；3-壓蓋 4-水套；5-油環(huán)；6-壓蓋 4-雙頭螺栓；5-油環(huán)；6-填料 7-雙頭螺栓；8-填料 2、填料及選擇 見表3-12 表3-12 幾種常用填料的應用條件 名 稱 型 號 耐溫℃ 耐壓（MPa） 使 用 介 質 備

63、 注 油浸石棉 方型填料 YS 250 YS 350 YS 450 250 350 450 4．5 4．5 6．0 蒸氣、空氣、重油燃料，石油產(chǎn)品弱酸性溶液、腐蝕性蒸氣和氣體等 油浸石棉 組合填料 YNS250 YNS350 YNS450 250 350 450 4．5 4．5 6．0 同上 用于需要良好潤滑性能的高溫高壓密封。 油浸棉 填 料 M 200 108 20 水、空氣、腐蝕性弱的氣體潤滑油碳氫化合物，石油類燃料等 規(guī)格有3、5、6、8、10、13、16、19、22、25、28、32、38、42、45

64、、50（mm） 油浸麻 填 料 M 160 100 16 同上，外加堿溶液、鹽水等 規(guī)格同上 橡膠石棉填料（含橡膠芯） XRH 250 250以下 4．5 特別適合于具有彈性及耐磨性能的條件下使用 規(guī)格有13、16、19、22、25、28、32、35、42、45、50（mm） 3、常用填料箱簡介（共7個） 1)襯套及冷卻水套鑄鐵填料箱（HG5-214-81) 適用壓力￡0.6MPa 適用溫度3100℃ 214型填料箱 2)帶襯套鑄鐵填料箱（HG5-215-81）

65、 適用壓力￡0.6MPa 適用溫度<100℃ 215型填料箱 尺 寸 表(mm)(HG5-214-81) (HG5-215-81) d d1 D D1 D2 D3 D4 H H1 H2 n1 h2 法蘭 螺栓孔 壓蓋 螺柱 重量 （kg） n φ 數(shù)量 直徑 HG5-1410 HG5-1411-81 30 40 50 65 80 95 110 130 50 60 76 91 106 127 142 162 80 90 105 120 145 165 185 210

66、 80 100 125 125 150 175 200 225 116 135 164 164 188 217 245 271 150 170 200 200 225 253 280 305 185 205 235 235 260 290 315 340 195 205 251 266 280 331 346 366 14 24 32 47 62 75 90 110 119 119 146 146 146 173 173 173 25 25 25 25 29 29 29 29 30 30 30 30 34 35 35 35 4 4 8 8 8 8 8 8 18 18 18 18 18 18 18 18 2 2 2 2 4 4 4 4 M12 M12 M16 M16 M12 M16 M16 M16 10.5 13.2 21.0 22.5 32.4 46.6 52.8 7