1.2立方米攪拌裝置(反應釜)設計畢業(yè)設計

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1、1.2立方米攪拌裝置(反應釜)設計畢業(yè)設計 1.2m3反應釜設計 摘 要 帶攪拌的夾套反應釜是化學、醫(yī)藥及食品等工業(yè)中常用的典型反應設備之一。它是一種在一定壓力和溫度下，借助攪拌器將一定容積的兩種（或多種）液體以及液體或氣 體物料混勻，促進其反應的設備。 一臺帶攪拌的夾套反應釜。它主要由攪拌容器、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置、支座、人孔、工藝接管和一些附件組成。 本文主要介紹的時一種推進式夾套反應釜設計，包括整體結(jié)構(gòu)設計、強度校核以及一些工藝設計。夾套反應釜分罐體和夾套兩部分，主要有封頭和筒體組成，多為中、低壓壓力容器；攪拌裝置有攪拌器和攪拌軸組成，其形式通常由工藝而定；

2、傳動裝置主要有電動機、減速器、聯(lián)軸器和傳動軸等組成；軸封裝置一般采用機械密封或填料密封；它們與支座、人孔、工藝接管等附件一起，構(gòu)成完整的夾套反應釜。 關鍵詞：反應釜、筒體設計、夾套設計、法蘭、接管、焊縫、開孔補強 1.2m3 reactor design Abstract A stirred jacketed reactor is the chemical, pharmaceutical and food industries in the typical reaction to one of the devices used. It is a certain pressur

3、e and temperature, by means of a stirrer to a volume of two (or more) of liquid and the liquid or gas,Body material mix, promoting the reaction of the device. A jacketed stirred reactor. It mainly consists of mixing vessel, a stirring device, transmission device, the shaft sealing device, bearing

4、, manholes, pipe connection and some accessories. This paper describes time-jacketed reactor one kind push design, including the overall structural design, strength check, and some process design. Jacketed reactor tank and a jacket of two parts, the main composition and the cylinder head, mostly in

5、 low pressure vessel; stirring means with a stirrer and the stirring shaft, whose form is usually determined by the process and; transmission main motor, reducer, couplings and drive shafts and other components; seal device commonly used mechanical seal or packing seal; them with support, manholes,

6、and other accessories takeover process, together constitute a complete jacketed reactor. Keywords: reactor、cylinder design、jacket design、flange、 receivership、 welds, opening reinforcement  引言 反應釜的廣義理解即有物理或化學反應的不銹鋼容器，根據(jù)不同的工藝條件需求進行容器的結(jié)構(gòu)設計與參數(shù)配置，設計條件、過程、檢驗及制造、驗收需依據(jù)相關技術標準，以實現(xiàn)工藝要求的加熱、蒸發(fā)、冷卻及低高速的混配

7、反應功能。壓力容器必須遵循GB150{鋼制壓力容器}的標準，常壓容器必須遵循NB/T47003.1-2009{鋼制焊接常壓容器}的標準。隨之 反應過程中的壓力要求對容器的設計要求也不盡相同。生產(chǎn)必須嚴格按照相應的標準加工、檢測并試運行。不銹鋼反應釜 根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝、操作條件等不盡相同，反應釜的設計結(jié)構(gòu)及參數(shù)不同，即反應釜的結(jié)構(gòu)樣式不同，屬于非標的容器設備。 不銹鋼反應釜廣泛應用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)型用戶和各種科研實驗項目的研究，用來完成水解、中和、結(jié)晶、蒸餾、蒸發(fā)、儲存、氫化、烴化、聚合、縮合、加熱混配、恒溫反應等工藝過程的容器。 反應釜是綜合反應容器，根據(jù)

8、反應條件對反應釜結(jié)構(gòu)功能及配置附件的設計。從開始的進料-反應-出料均能夠以較高的自動化程度完成預先設定好的反應步驟，對反應過程中的溫度、壓力、力學控制（攪拌、鼓風等）、反應物/產(chǎn)物濃度等重要參數(shù)進行嚴格的調(diào)控。 第1章 緒論 1.1反應釜的用途 反應釜的廣義理解即有物理或化學反應的不銹鋼容器，根據(jù)不同的工藝條件需求進行容器的結(jié)構(gòu)設計與參數(shù)配置，設計條件、過程、檢驗及制造、驗收需依據(jù)相關技術標準，以實現(xiàn)工藝要求的加熱、蒸發(fā)、冷卻及低高速的混配反應功能。壓力容器必須遵循GB150{鋼制壓力容器}的標準，常壓容器必須遵循NB/T47003.1-2009{鋼制焊接常壓容器}的標準。隨之 反

9、應過程中的壓力要求對容器的設計要求也不盡相同。生產(chǎn)必須嚴格按照相應的標準加工、檢測并試運行。不銹鋼反應釜 根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝、操作條件等不盡相同，反應釜的設計結(jié)構(gòu)及參數(shù)不同，即反應釜的結(jié)構(gòu)樣式不同，屬于非標的容器設備。 不銹鋼反應釜廣泛應用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)型用戶和各種科研實驗項目的研究，用來完成水解、中和、結(jié)晶、蒸餾、蒸發(fā)、儲存、氫化、烴化、聚合、縮合、加熱混配、恒溫反應等工藝過程的容器。 反應釜是綜合反應容器，根據(jù)反應條件對反應釜結(jié)構(gòu)功能及配置附件的設計。從開始的進料-反應-出料均能夠以較高的自動化程度完成預先設定好的反應步驟，對反應過程中的溫度、壓力、力

10、學控制（攪拌、鼓風等）、反應物/產(chǎn)五濃度等重要參數(shù)進行嚴格的調(diào)控。反應釜材質(zhì)一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基（哈氏、蒙乃爾）合金及其它復合材料。反應釜可采用SUS304、SUS316L等不銹鋼材料制造。攪拌器有錨式、框式、槳式、渦輪式，刮板式，組合式，轉(zhuǎn)動機構(gòu)可采用擺線針輪減速機、無級變速減速機或變頻調(diào)速等，可滿足各種物料的特殊反應要求。密封裝置可采用機械密封、填料密封等密封結(jié)構(gòu)。加熱、冷卻可采用夾套、半管、盤管、米勒板等結(jié)構(gòu)，加熱方式有：蒸汽、電加熱、導熱油，以滿足耐酸、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕等不同工作環(huán)境的工藝需要。而且可根據(jù)用戶工藝要求進行設計、制造。 1.2反應釜的常見類型 根據(jù)反應

11、釜的制造結(jié)構(gòu)可分為開式平蓋式反應釜、開式對焊法蘭式反應釜和閉式反應釜 三大類。反應釜按材質(zhì)及用途可分為不銹鋼反應釜,搪玻璃反應釜。每一種結(jié)構(gòu)都有他的適用范圍和優(yōu)缺點。其主要類型有以下幾種： 不銹鋼反應釜 不銹鋼反應釜由釜體、釜蓋、夾套、攪拌器、傳動裝置、軸封裝置、支承等組成。材質(zhì)一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基（哈氏、蒙乃爾）合金及其它復合材料；根據(jù)反應釜的制造結(jié)構(gòu)可分為開式平蓋式反應釜、開式對焊法蘭式反應釜和閉式反應釜三大類。 不銹鋼反應釜攪拌形式一般有錨式、槳式、渦輪式、推進式或框式等，攪拌裝置在高徑比較大時，可用多層攪拌槳葉，也可根據(jù)用戶的要求任意選配.。 不銹鋼反應釜的密封型式不

12、同可分為：填料密封機械密封和磁力密封。加熱方式有電加熱、熱水加熱、導熱油循環(huán)加熱、外(內(nèi))盤管加熱等，冷卻方式為夾套冷卻和釜內(nèi)盤管冷卻。 不銹鋼反應釜廣泛應用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品，用來完成硫化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過程的壓力容器，例如反應器、反應釜、分解鍋、聚合釜等。 搪玻璃反應釜 搪玻璃反應釜是將含高二氧化硅的玻璃，襯在鋼制容器的內(nèi)表面，經(jīng)高溫灼燒而牢固地密著于金屬表面上成為復合材料制品。因此搪玻璃反應釜具有玻璃的穩(wěn)定性和金屬強度的雙重優(yōu)點，是一種優(yōu)良的耐腐蝕設備。搪玻璃反應釜技術規(guī)范： 使用壓力：0.2---0.8Mpa。 耐酸性：　對各種有機酸、

13、無機酸、有機溶劑均有較好的抗蝕性。 耐堿性：搪玻璃對堿性溶液抗蝕性較酸溶液差。但將我廠搪玻璃試樣置于1N氫氧化鈉溶液腐蝕，試驗溫度80℃時間48h。 操作溫度：搪玻璃設備加熱和冷卻時，應緩慢進行。我廠制造的搪玻璃設備使用溫度為-20－200℃，耐溫急變性≥200℃。 瓷層厚度：玻璃設備的瓷層厚度0.8-2.3mm，搪玻璃設備附件的瓷層厚度0.6-1.8mm。 耐壓電：搪玻璃具有良好的絕緣性，當搪玻璃在規(guī)定厚度內(nèi)用20KV高頻電火花檢查瓷層時，高頻電火花不能擊穿瓷層。 耐沖擊性：玻璃層的內(nèi)應力越小，彈性越好，硬度越大，抗彎抗壓強度越高，則耐沖擊就越好。我廠之玻璃層在規(guī)定厚度內(nèi)，用直徑3

14、0mm，重量112g鋼球沖擊時，其沖擊功為28210-3J（優(yōu)等品指標為26010-3J） 磁力攪拌反應釜 采用靜密封結(jié)構(gòu)，攪拌器與電機傳動間采用磁力偶合器聯(lián)接，由于其無接觸的傳遞力矩，以靜密封取代動密封，能徹底解決以前機械密封與填料密封無法解決的泄漏問題，使整個介質(zhì)各攪拌部件完全處于絕對密封的狀態(tài)中進行工作，因此，更適合用于各種易燃易爆、劇毒、貴重介質(zhì)及其它滲透力極強的化學介質(zhì)進行反應，是石油、化工、有機合成、高分子材料聚合、食品等工藝中進行硫化、氟化、氫化、氧化等反應最理想的無泄漏反應設備。 不飽和聚酯樹脂全套設備 不飽和聚脂樹脂設備由立式冷凝器、臥式冷凝器、反應釜、儲水器、分餾柱

15、五部分組成 適用范圍：用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、ABS樹脂、油漆的關鍵設備。 根據(jù)反應釜的密封型式不同可分為：填料密封，機械密封和磁力密封。 蒸汽反應釜 使用的前提是客戶本身備有外加入源（如蒸汽）或冷卻源（如自來水） 。必須注意，蒸汽加熱方式為上進下出液體加熱或冷卻為下進上出。在各種方式出口管路無閥門，保證暢通。 電加熱反應釜 電加熱反應釜具有加熱迅速、耐高溫、耐腐蝕、無環(huán)境污染等特點，廣泛應用于石油、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等行業(yè)，也用來完成硫化、硝化、氫化、烴化、縮合、聚合等工藝過程。電加熱反應釜材質(zhì)一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基（哈氏、蒙乃爾、

16、因康鎳）合金及其它復合材料；根據(jù)反應釜的制造結(jié)構(gòu)可分為開式平蓋式反應釜、開式對焊法蘭式反應釜和閉式反應釜 三大類，每一種結(jié)構(gòu)都有他的適用范圍和優(yōu)缺點。根據(jù)反應釜的密封型式不同可分為：填料密封，機械密封和磁力密封。 種子罐、發(fā)酵罐 發(fā)酵設備是廣泛用于微生物生長的一種反應設備。在發(fā)酵種子罐內(nèi)各種微生物在適當?shù)沫h(huán)境中生長，新陳代謝和形成發(fā)酵產(chǎn)物。因此該設備廣泛地用于制藥、味精、酶制劑、食品等行業(yè)。 1.3反應釜基本特點 反應釜體普遍采用鋼制(或襯里)、鑄鐵或搪玻璃。反應釜所用的材料、攪拌裝置、加熱方法、軸封結(jié)構(gòu)、容積大小、溫度、壓力等各有異同、種類很多，它們的基本特點分述如下： 結(jié)構(gòu)：反

17、應釜結(jié)構(gòu)基本相同，除有反應釜體外，還有傳動裝置、攪拌和加熱(或冷卻)裝置等，可改善傳熱條件，使反應溫度控制得比較均勻，并不強化傳質(zhì)過程。 操作壓力：反應釜操作壓力較高。釜內(nèi)的壓力是化學反應產(chǎn)生或由溫度升高而形成，壓力波動較大，有時操作不穩(wěn)定，突然的壓力升高可能超過正常壓力的幾倍，因此，大部分反應釜屬于受壓容器。 操作溫度：反應釜操作溫度較高，通常化學反應需要在一定的溫度條件下才能進行，所以反應釜既承受壓力又承受溫度。獲得高溫的方法通常有以下幾種： 水加溫要求溫度不高時可采用，其加熱系統(tǒng)有敞開式和密閉式兩種。敞開式較簡單，它由循環(huán)泵、水槽、管道及控制閥門的調(diào)節(jié)器所組成，當采用高壓水時，設備

18、機械強度要求高，反應釜外表面焊上蛇管，蛇管與釜壁有間隙，使熱阻增加，傳熱效果降低。 蒸汽加熱加熱溫度在100℃以下時，可用一個大氣壓以下的蒸汽來加熱；100~180℃范圍內(nèi)，用飽和蒸汽；當溫度更高時，可采用高壓過熱蒸汽。 用其它介質(zhì)加熱若工藝要求必須在高溫下操作或欲避免采用高壓的加熱系統(tǒng)時，可用其它介質(zhì)來代替水和蒸汽，如礦物油(275～300℃)、聯(lián)苯醚混合劑(沸點258℃)、熔鹽(140～540℃)、液態(tài)鉛(熔點327℃)等。 電加熱將電阻絲纏繞在反應釜筒體的絕緣層上，或安裝在離反應釜若干距離的特設絕緣體上，因此，在電阻絲與反應釜體之間形成了不大的空間間隙。前三種方法獲得高溫均需在

19、釜體上增設夾套，由于溫度變化的幅度大，使釜的夾套及殼體承受溫度變化而產(chǎn)生溫差壓力。采用電加熱時，設備較輕便簡單，溫度較易調(diào)節(jié)，而且不用泵、爐子、煙囪等設施，開動也非常簡單，危險性不高，成本費用較低，但操作費用較其它加熱方法高，熱效率在85%以下，因此適用于加熱溫度在400℃以下和電能價格較低的地方。 反應釜攪拌結(jié)構(gòu)：在反應釜中通常要進行化學反應，為保證反應能均勻而較快的進行，提高效率，通常在反應釜中裝有相應的攪拌裝置，于是便帶來傳動軸的動密封及防止泄漏的問題。 反應釜的工作：反應釜多屬間隙操作，有時為保證產(chǎn)品質(zhì)量，每批出料后都需進行清洗；釜頂裝有快開人孔及手孔，便于取樣、測體積、觀察反應情

20、況和進入設備內(nèi)部檢修。 1.4安裝使用 1、 應安裝在堅固、平整的工作臺上，工作臺高度根據(jù)使用情況決定，設備與工作臺四周應留有一定的空間（≥360cm），以便安裝與后期維修。 2、 安裝時要求傳動軸與地水平面垂直，不垂直度（傾斜度）不得大于設備總高度的1/1000。 3、 設備本身各工藝接管上的自備件，安全閥，必須按反應釜的要求配備。 4、 安裝完畢檢查各連接部件及傳動部位是否牢固可靠，各連接管道、管口、密封件及整機做氣密試驗，應無泡、冒、滴、漏現(xiàn)象。 5、 開機前減速機注入46#機械油，打開電機防護罩用手轉(zhuǎn)動風葉檢查有無卡怠現(xiàn)象，攪拌槳有無刮壁現(xiàn)象，清理釜內(nèi)污物，方可開機。

21、空車運轉(zhuǎn)30分鐘無不正常噪音、振動，方可正式投料生產(chǎn)。另視生產(chǎn)情況定期更換減速機油。 1.5反應釜的發(fā)展趨勢 1、大容積化，這是增加產(chǎn)量、減少批量生產(chǎn)之間的質(zhì)量誤差、降低產(chǎn)品成本的有效途徑和發(fā)展趨勢。染料生產(chǎn)用反應釜國內(nèi)多為6000L以下，其它行業(yè)有的達30m；國外在染料行業(yè)有20000～40000L，而其它行業(yè)可達120 m。 2、反應釜的攪拌器，已由單一攪拌器發(fā)展到用雙攪拌器或外加泵強制循環(huán)。反應釜發(fā)展趨勢除了裝有攪拌器外，尚使釜體沿水平線旋轉(zhuǎn)，從而提高反應速度。 3、以生產(chǎn)自動化和連續(xù)化代替笨重的間隙手工操作，如采用程序控制，既可保證穩(wěn)定生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加收益，減輕體力勞

22、動，又可消除對環(huán)境的污染。 4、合理地利用熱能，選擇最佳的工藝操作條件，加強保溫措施，提高傳熱效率，使熱損失降至最低限度，余熱或反應后產(chǎn)生的熱能充分地綜合利用。熱管技術的應用，將是今后反應釜發(fā)展趨勢。 第2章 反應釜釜體的設計 2.1 釜體、的確定 2.1 .1 釜體的確定 將釜體視為筒體，取L/D=1.1 由V=(π/4)，L=1.1 則 （1-1） 圓整 由表8-1查得釜體的 2.1.2 釜體PN的確定 因操作壓力＝0.2， 故：＝0.25 2.2 釜體筒體壁厚的設計 2.2.1 設計參數(shù)的

23、確定 設計壓力：＝0.22Mpa 工作壓力： 0.2； 設計溫度： 150℃ ； 焊縫系數(shù)： ＝1.0（雙面對接焊，100%無損探傷）； 許用應力：根據(jù)材料Q235-A、設計溫度150℃，由文獻[2]252頁表知＝113； 鋼板負偏差：＝0.25（GB6654） 腐蝕裕量：＝1.0（雙面腐蝕）。 2.2.2 筒體壁厚的設計 由公式 得： (1-2) 考慮，則=+=2.41，圓整 剛度校核：不銹鋼的 考慮筒體的加工壁厚不小于5mm，故筒體的壁厚取 12.3 釜體封頭的設計 2.3.1 封頭的選型 由文獻316

24、頁表16-3選釜體的封頭選標準橢球型，代號EHA、標準JB/T4746—2002。 設計參數(shù)的確定 ＝0.22Mpa； 0.2； ＝1.0（整板沖壓）； ＝0.25（GB6654）； ＝1.0。 2.3.2 封頭的壁厚的設計 由公式 得： (1-3) 考慮 ，圓整得 根據(jù)規(guī)定，取封頭壁厚與筒體壁厚一致 23.3 封頭的直邊尺寸、體積及重量的確定 根據(jù)，由文獻[2]196頁表8-27知： 直邊高度; 體積V：V=0.2545 曲面： 內(nèi)表面積f：f=1.665 質(zhì) 量

25、m: m= 63.5kg 2.3.4 筒體長度的設計 筒體長度H的設計 ，， ==0. 836 圓整得: H =840 2.3.5 釜體長徑比的復核 = 在1.0~1.3之間，滿足要求。 2.4 外壓筒體壁厚的設計 設計外壓的確定 由設計條件單可知，夾套內(nèi)介質(zhì)的壓力為常壓，設計外壓=0.3。 2.4.1 設計筒體的壁厚 查文獻449表18-4 當DN=1200mm，時。 不能滿足要求。 同理查上述文獻可知當時，， 滿足外壓的要求。 因為＝0.3<＝0.4，所以假設＝8合理，取封頭

26、的壁厚＝8。。 2.5外壓封頭壁厚的設計 2.5.1 設計外壓的確定 封頭的設計外壓與筒體相同，即設計外壓=0.3。 2.5.2封頭壁厚的計算 設封頭的壁厚=8， 則:=–= 5-1.25 = 6.75， 對于標準橢球形封頭 =0.9，＝0.91200=1080， =1080/6.75 = 160 計算系數(shù)：== 7.812510-4 由文獻[2]中圖14- 3中選取，在水平坐標中找到=7.812510-4點，由該點做豎直線與對應的材料溫度線相交，沿此點再做水平線與右方的縱坐標相交，得到系數(shù)的值為值為：≈80、=2.0105 根據(jù)=得： ==0.5（）． 因

27、為＝0.3 < ＝0.5， 所以假設＝8偏大，考慮到與筒體的焊接，取封頭的壁厚與筒體一致， 故?。?。 由在文獻[2]317中表, 釜體封頭的結(jié)構(gòu)如圖1-1，封頭質(zhì)量：106（） 圖1-1 釜體封頭的結(jié)構(gòu)與尺寸 第3章 反應釜夾套的設計 3.1 夾套的、的確定 3.1.1夾套的確定 由夾套的筒體內(nèi)徑與釜體筒體內(nèi)徑之間的關系可知： ＝1200+100=1300 3.1.2夾套的確定 由設備設計條件單知，夾套內(nèi)介質(zhì)的工作壓力為常壓，取＝0.3 3.2 夾套筒體的設計 夾套筒體壁厚的設計 因為為常壓0.3，所

28、以需要根據(jù)剛度條件設計筒體的最小壁厚。 又因為＝1300＜3800，取min＝2 /1000且不小于3 另加， 所以min＝3+1=4（），圓整=5。 對于碳鋼制造的筒體壁厚取＝6。 夾套筒體長度的初步設計 == 圓整后 =660mm 3.3 夾套封頭的設計 封頭的選型 夾套的下封頭選標準橢球型，內(nèi)徑與筒體相同（＝1300）。代號EHA，標準JB/T4746—2002。 橢球形封頭壁厚的設計 因為為常壓0.3，所以需要根據(jù)剛度條件設計封頭的最小壁厚。 ∵ ＝1300＜3800，取min＝2/1000且不小于3 另加，

29、 ∴min＝3+1=4（） 對于碳鋼制造的封頭壁厚?。?。 橢球形封頭結(jié)構(gòu)尺寸的確定 由文獻[1]頁表8－27。見表2-1 表2-1封頭尺寸 直邊高度 深度 容積 質(zhì) 量 25 375 0.3977 102.9 封頭的下部結(jié)構(gòu)如圖2-1。由設備設計條件單知：下料口的＝50，封頭下部結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)尺寸＝100。 圖 2-1 下封頭的結(jié)構(gòu) 3.4 傳熱面積的校核 =1200mm釜體下封頭的內(nèi)表面積 = 1.665 =1200mm筒體（1高）的內(nèi)表面積= 4.772 夾套包圍筒體的表面積= = 4.770.66=3.1482

30、（2） +=1.6552 + 3.9878=4.8132>3 故滿足傳熱面積要求。 第4章 反應釜釜體及夾套的壓力試驗 4.1 釜體的水壓試驗 4.1.1 水壓試驗壓力的確定 水壓試驗的壓力：且不小于(+0.1)，查.0 ，（+0.1）= 0.32， 取=0.32 4.1.2 液壓試驗的強度校核 由 得： ＝ （4-1） 0.9 =0.92351.0=211.5（） 由＝28.60<0.9=211.5 故液壓強度足夠 4.1．3 壓力表的量程 壓力表的最大量程： =

31、2=20.32=0.64 或1.5PT 4PT 即0.48MPa1.28 4.1.4 水壓試驗的操作過程 操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.32，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.2，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將釜體內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質(zhì)量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。 4.2釜體的氣壓試驗 4.2.1氣壓試驗壓力的確定 氣壓試驗的壓力： (4-2) =

32、1.150.221.0=0.253（） 取=0.26 4.2.2氣壓試驗的強度校核 由得： ＝ = 23.24 (4-3) 因為＝23.24＜0.8 =0.82351.0=159.8（） 所以氣壓強度足夠 4.2.3氣壓試驗的操作過程 做氣壓試驗時，將壓縮空氣的壓力緩慢將升至0.06，保持5min并進行初檢。合格后繼續(xù)升壓至0.1，其后按每級的0.04級差，逐級升至試驗壓力0.26，保持10，然后再降至0.16，保壓足夠長時間同時進行檢查，如有泄露，修補后再按上述規(guī)定重新進行試驗。釜體試壓合格后，再焊上夾套進行壓力試驗。

33、 4.3夾套的液壓試驗 4.3.1液壓試驗壓力的確定 液壓試驗的壓力：且不小于(+0.1) ，查=1.0 =1.250.31.0=0.375，(+0.1)= 0.4 ＜(+0.1)， 取=0.4 4.3.2液壓試驗的強度校核 由 得： ＝ = 35.75 （4-4） 因為＝35.75 ＜0.9 =0.92351.0=211.5 所以液壓強度足夠 4.3.3壓力表的量程 壓力表的量程： = 2=20.4=0.8 或1.5PT 4PT 即 0.6MPa 1.6MPa 4.3.4液壓試驗的操作過程 在保持夾套表

34、面干燥的條件下，首先用水將夾套內(nèi)的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.4，保壓不低于30min，然后將壓力緩慢降至0.168，保壓足夠長時間，檢查所有焊縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質(zhì)量合格，緩慢降壓將夾套內(nèi)的水排凈，用壓縮空氣吹干。若質(zhì)量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。 第5章 反應釜附件的選型及尺寸設計 5.1 釜體法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設計 設計內(nèi)容包括：法蘭的設計、密封面形式的選型、墊片設計、螺栓和螺母的設計。 5.1.1 法蘭的設計 根據(jù)＝1200mm、＝0.25，由文獻[1]254頁表10-2確定法蘭的類型為甲型平焊法蘭。 標記：法蘭、 RF1200-0.25

35、 JB/T4701 材料：0Cr18Ni10Ti 5.1.2 法蘭的結(jié)構(gòu)和主要尺寸如圖5—1 如表5—1 圖5—1 甲型平焊法蘭 表5-1法蘭的主要尺寸 公稱直徑DN/ 法蘭/ 螺栓 規(guī)格 數(shù)量 1200 1330 1290 1255 1241 1238 58 23 M20 48  5.1.3 密封面形式的選型 根據(jù)＝0.25＜1.6、介質(zhì)溫度120℃和介質(zhì)的性質(zhì)，由文獻[1]331頁 表16－14 知密封面形式為光滑面。 5.1.4 墊片的設計 由文獻【1】表331頁16-14得墊

36、片選用耐油橡膠石棉墊片，材料為耐油橡膠石棉板（GB/T539），結(jié)構(gòu)及尺寸見圖5—2 和。尺寸見表5-2 圖4-2 墊片的結(jié)構(gòu) 表4-2 墊片的尺寸 1240 5.1.5 螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格 本設計選用六角頭螺栓（C級、GB/T5780-2000）、Ⅰ型六角螺母（C級、GB/T41-2000）平墊圈（100HV、GB/T95-2002） 5.1.6螺栓長度的計算： 螺栓的長度由法蘭的厚度（）、墊片的厚度（）、螺母的厚度（）、墊圈厚度（）、螺栓伸出長度確定。 其中=44、=2、=30、=34、螺栓伸出長度取=0.323 螺栓的長

37、度為： =132.9（） ?。?33 螺栓標記： GB/T5780-2000 螺母標記： GB/T41-2000 墊圈標記： GB/T95-2002 24-100HV 5.1.7 法蘭、墊片、螺栓、螺母、墊圈的材料 根據(jù)甲型平焊法蘭、工作溫度=130℃的條件，由文獻[3]附錄8法蘭、墊片、螺栓、螺母材料匹配表進行選材，結(jié)果如表4—2所示。 表4—3 法蘭、墊片、螺栓、螺母的材料 法 蘭 墊 片 螺 栓 螺 母

38、 墊 圈 0Cr18Ni10Ti 耐油橡膠石棉 35 20 100HV 5.2 工藝接管的設計 由GB_T_17395查無縫鋼管 5.2.1 水蒸氣進口、水蒸氣出口 采用573.5無縫鋼管，罐內(nèi)的接管與夾套內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL50-0.25 RF 0Cr18Ni10Ti。 5.2.2 安全閥進口 采用271.0無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL25-0.25 RF 0Cr18Ni10Ti。 5.2.3 溫度計接口 采用210.5無縫鋼管，伸入釜體內(nèi)一定長度。配

39、用突面板式平焊管法蘭：HG20592-2009 法蘭 PL20-0.5 RF 0Cr18Ni10Ti。 5.2.4 放料口 采用無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL50-3.0 RF 0Cr18Ni10Ti。與其配套的是手動下展式鑄不銹鋼放料閥，標記：放料閥6-100 HG5-11-81-3. 5.2.5 進料口 采用573.5無縫鋼管，罐內(nèi)的接管與下封頭內(nèi)表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL50-0.25 RF 20。 5.2.6 冷凝器接口 采用無縫鋼管，罐內(nèi)的接管與下封

40、頭內(nèi)表面磨平磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL80-0.1 RF 20。 5.2.7 視鏡 采用無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG20592 法蘭 PL80-4 RF 0Cr18Ni10Ti。 5.3 管法蘭尺寸的設計 工藝接管配用的突面板式平焊管法蘭的結(jié)構(gòu)如圖。由文獻【3】311表10-25得并根據(jù)、和接管的，由板式平焊管法蘭標準（HG20592）確定法蘭的尺寸。管法蘭的尺寸見表4-3。 圖5—3 板式平焊管法蘭 5.3 墊片尺寸及材質(zhì) 工藝接管配用的突面板式平焊管法蘭的墊片尺寸、材質(zhì)文獻【4

41、】49頁表5-2查如表6-5所示。 墊片的結(jié)構(gòu) 圖4-4 管道法蘭用軟墊片  密封面形式及墊片尺寸 表4-5 密封面形式及墊片尺寸 接管名稱 密封面型式 墊片尺寸() 墊片材質(zhì) 外徑 內(nèi)徑 厚度 安全閥接口 RF 64 34 2 耐油石棉橡膠板 水蒸氣的進出口 RF 96 61 2 耐油石棉橡膠板 有機溶劑的進出口 RF 96 64 2 耐油石棉橡膠板 溫度計接口 RF 54 27 2 耐油石棉橡膠板 冷凝器接口視鏡1、2 RF 132 89 2 油石棉橡膠板 5.4 視鏡的選型 由于釜內(nèi)介質(zhì)壓力

42、較低（＝0.2）且考慮，本設計選用兩個=80的帶頸視鏡。其結(jié)構(gòu)見圖4-6。 由文獻【5】 4-159頁表4-5-7確定視鏡的規(guī)定標記、標準圖號、視鏡的尺寸及材料。 標 記：視鏡Ⅱ0.25，80 標準圖號：HG502-1986-8。 圖4-6 視鏡的結(jié)構(gòu)型式 表4-7 視鏡的尺寸 視鏡玻璃 雙頭螺柱 數(shù)量 直徑 80 160 130 36 24 86 133 140 8 M12 表4-8 視鏡的材料 件號 名稱 數(shù)量 材料 件號 名稱 數(shù)量 材料 1

43、 視鏡玻璃 1 硼硅玻璃(SJ-6) 4 壓緊環(huán) 1 Q235-A 2 襯 墊 2 石棉橡膠板 5 雙頭螺柱 8 Q235-A 3 接 緣 1 1Cr18Ni9Ti 6 螺母 16 Q235-A 5.5 支座的選型及設計 5.5.1 支座的選型及尺寸的初步設計： 文獻 632頁表22-25所以選耳式B型支座，支座數(shù)量為4個 反應釜總質(zhì)量的估算： 式中：—釜體的質(zhì)量（）；—夾套的質(zhì)量（）；—攪拌裝置的質(zhì)量（）—附件的質(zhì)量（）； 查文獻可知 物料總質(zhì)量的估算： 式

44、中：—釜體介質(zhì)的質(zhì)量（）；—夾套內(nèi)水蒸氣的質(zhì)量（） 反應釜的總質(zhì)量估算為500，物料的質(zhì)量為1200（以水裝滿釜體計算），夾套的質(zhì)量和水約為1500kg 裝置的總質(zhì)量： 每個支座承受的重量約為：32009.81/4＝7.9（） 根據(jù)由文獻[1]632表22-25初選B型耳式支座，支座號為3。 標記： JB/T4725-92 耳座B3 材料：Q235-AF 系列參數(shù)尺寸如表6—16。 底板 筋板 墊板 地腳螺栓 支座 重量 規(guī)格 200 160 105 10 5

45、0 205 125 8 250 200 8 30 30 24 8.3 表6—16 B型耳式支座的尺寸 5.5.2 支座載荷的校核計算 耳式支座實際承受的載荷按下式近似計算： 式中 D支座的安裝尺寸，mm g 重力加速度，取 D==1533.2， ＝9.81， ， =3200，，=4，=0， 將已知值代

46、入得 因為＜[Q]=30KN，所以選用的耳式支座滿足要求。 第5章 反應釜的攪拌裝置 攪拌裝置由攪拌器、軸及其支撐組成。攪拌器的形式很多，根據(jù)任務說明書的要求，本次設計采用的是推進式攪拌器。推進式攪拌器的特點是能使液體產(chǎn)生激烈流動及湍流運動的性能很高。推進式攪拌器的主要運用范圍是攪拌及混合絕對粘度小于36000厘泊的各種流動性的液體，以及制成乳濁液或懸浮液。 推進式攪拌器機械設計的主要內(nèi)容是：確定攪拌軸的直徑、攪拌器直徑、攪拌器與攪拌軸的連接結(jié)構(gòu)。進行攪拌軸的強度設計和臨界轉(zhuǎn)速校核、選擇軸的支撐結(jié)構(gòu)及材料的選用。由于介質(zhì)具有一定的腐蝕性，攪拌裝

47、置的材料選用與反應罐主體材料相同的材料06Gr19Ni10 同一數(shù)字代號S30403。 由前四章的相關設計得知反應釜凈直徑Di=1200mm，凈高H=1440mm；工作溫度：100℃；工作壓力：0.2MPa。 5.1 攪拌器形式的確定 根據(jù)實際生產(chǎn)要求，初步設定攪拌器為兩層攪拌，采用三葉開啟渦輪式攪拌器(又稱為螺旋推進式攪拌器）。 攪拌器直徑Dj取標準值，即攪拌容器直徑的三分之一：[4] 底間距（C）即攪拌器距容器底部高度，通常底間距與攪拌容器內(nèi)徑比值一般在0.

48、05-0.3范圍內(nèi)選取[4]。則 因為底間距比值越小，固相完全離底懸浮臨界轉(zhuǎn)數(shù)越小，所以在滿足底層槳軸向排量的前提下，該比值盡量取得最小。但是考慮到實際生產(chǎn)中容器底部會出現(xiàn)一定量的沉積物，C值不能太?。?C值太大攪拌效果不足，結(jié)合實際取C=200mm 攪拌器浸入攪拌容器液面下的深度（S），攪拌器浸入液體內(nèi)的最佳深度為：[2] S= 對于雙層攪拌器，攪拌器層間距（Sp）與槳徑之比一般為0.5~2范圍內(nèi)，由攪拌槳的軸向作用范圍和反應釜的高度決定攪拌槳層數(shù)。對于兩層以上的多層槳，要調(diào)整槳徑和層數(shù)取得合理的層間距，達到攪拌效果好，軸功率低

49、的效果。 故： 取Sp=400mm 攪拌器和容器的幾何參數(shù)條件如表3-1[5]： 表3-1 攪拌器容器幾何參數(shù)條件 擋板數(shù)量 無 攪拌器距容器底部距離 擋板寬度 無 攪拌器潛液深度 S=960 擋板與容器內(nèi)壁間距 無 攪拌器直徑 Dj=400 攪拌器槳葉數(shù)量 Zj=3 攪拌器槳葉的螺距 表3-2推進式槳葉尺寸表 Dj d d1 螺釘 δ1 δ1 h 鍵槽 a P/n 不大于 d2 b t 400 50 90 M16 14 8 95 16 55.1 3

50、519′ 0.031 5.2 攪拌軸的設計 攪拌軸將電動機的動力傳遞給攪拌器。它承受的是以扭轉(zhuǎn)為主的扭—彎聯(lián)合作用。 5.2.1 攪拌軸軸徑的設計計算 攪拌軸的材料：選用1Cr18Ni9Ti； 攪拌軸的結(jié)構(gòu)：用實心直軸 攪拌軸功率： P= 4 Kw 攪拌軸轉(zhuǎn)速： n=200r/min 表3-4傳動裝置各零部件的傳動效率η1 類別 傳動形式 傳動效率η1 圓柱齒輪傳動 開式傳動，鑄齒（考慮軸承損失） 0.9—0.93 開式傳動，鐵齒（考慮軸承損失） 0.95 單級圓柱齒輪減速器 0.97—0.98 雙級圓柱

51、齒輪減速器 0.95—0.96 行星齒輪減速器 0.9—0.93 圓錐齒輪傳動 開式傳動，鑄齒（考慮軸承損失） 0.9—0.93 開式傳動，鐵齒（考慮軸承損失） 0.9—0.93 單級圓錐齒輪減速器 0.9—0.93 雙級圓錐—圓柱齒輪減速器 0.9—0.93 5.2.2 攪拌軸直徑的初步計算 （1）攪拌軸直徑的設計 電機的功率＝4 ，攪拌軸的轉(zhuǎn)速＝200，文獻[1]235表11-1取用材料為1Cr18Ni9Ti ， []＝40，剪切彈性模量＝8.1104，許用單位扭轉(zhuǎn)角[]＝1/m。 由得：=（） 利用截面法得： =（） 由 得：

52、 = 由于攪拌軸為實心軸，則： = 得 ≥28.79mm ?。?0mm （2）攪拌軸剛度的校核 由得： =0.556（） 因為最大單位扭轉(zhuǎn)角max＝0.556＜[] ＝1 所以圓軸的剛度足夠?？紤]到攪拌軸與聯(lián)軸器配合，＝30可能需要進一步調(diào)整。 5．2.3 攪拌抽臨界轉(zhuǎn)速校核計算 由于反應釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速=200200，故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計算。 5.3 攪拌器

53、與攪拌軸的連接 連接方式的選取 攪拌器的軸套與攪拌軸采用鍵連接并用止動螺釘將其固定攪拌器軸套的外徑d1 取d1=70 由攪拌軸的公稱直徑d=40，查文獻[4]表12-11可知見得公稱尺寸 深度t=5，工作長度L=50mm。 第6章 傳動裝置的選型和尺寸計算 6.1電動機的選型 由于反應釜里的物料一定的腐蝕性，故選用隔爆型三相異步電機（防爆標志Ⅱ）。根據(jù)電機的功率＝4、攪拌軸轉(zhuǎn)速＝200，由文獻 16-52頁表16-1-28選用的電機型號為：Y112M-4kw電動機。 6.2減速器的選型 減速器的選

54、型 根據(jù)電機的功率＝4、攪拌軸的轉(zhuǎn)速＝200、傳動比為1500/200＝7.5選用LC100（JB/T2982-1994），由文獻【6】1218頁表9-2-35確定其安裝尺寸。 6.2.1 減速機的外形安裝尺寸 6.3機架的設計 由于反應釜傳來的軸向力不大，減速機輸出軸使用了C型凸緣聯(lián)軸器，且反應釜使用不帶內(nèi)置軸承的機械密封，故選用單支點機架（HG21566—95）。由攪拌軸的直徑＝40mm可知，機架的公稱直徑250。結(jié)構(gòu)如圖6—2所示。 圖6—2 WJ型無支點機架 6.4底座的設計 對于不銹鋼設備，本設計如下底座的結(jié)構(gòu)，其上部與機架的輸出端接口和軸封裝置采用可拆相

55、聯(lián)，下部伸入釜內(nèi)，結(jié)構(gòu)與尺寸如圖6-3所示。 圖6-3 底座的結(jié)構(gòu) 6.5 反應釜的軸封裝置設計 Production of xylanase by Aspergillus awamori on complex medium in stirred tank and airlift tower loop reactors Abstract Aspergillus awamori was cultivated on complex medium containing wheat bran as sole carbon source in theprecultures a

56、s well as in the main cultures in stirred tank and airlift tower loop reactors. The decomposition of the wheat bran particles by h-amylase and xylanase produced by the fungus was investigated by monitoring the enzyme activities, the CO2 production rate, the concentrations of reducing sugars, glucose

57、, xylose, phosphate and ammonium as well as by applying transmission electron microscopy. By applying synthetic medium in the preculture, the time lag was longer, the growth faster, the xylanase activity higher in the main culture, than by using wheat bran in the preculture. With increasing the stir

58、rer speed the intimate contact between the pellets and the wheat bran was reduced, which caused a decrease of the growth and the xylanase production. By applying ground wheat bran, ?lamentous mycelium was formed, the growth and the substrate uptake rates increased, but the xylanase production decrea

59、sed due to the less intimate contact between the fungus and the wheat bran. In the airlift tower loop reactor ?lamentous mycelium was formed due to the low speci?c power input. In spite of the high medium viscosity, high xylanase productivity was obtained. With ground wheat bran the particles wer

60、e completely covered by ?lamentous mycelium, medium viscosity strongly increased and as consequence the growth and xylanase production decreased. 1997 Elsevier Science B.V. Keywords: Aspergillus awamori; Wheat bran; Stirred tank; Airlift tower loop reactor; Filamentous mycelium; Pellets; Xyla

61、nase; Amylase 1 Introduction In the previous papers (Siedenberg et al., 1997a,b) Aspergillus awamori was cultivated on synthetic medium and the xylanase production was induced by xylan, which was added to the medium at different times. However, in industrial production, complex media were preferr

62、ed, be-cause of the high costs of the synthetic media and the inductors. The most popular complex media contain agri-cultural byproducts, which consist of cellulose,hemicellulose, starch, pectin and several other compounds in lower concentrations (Smith and Wood, 1991). When cultivating a fungu

63、s on these complex media, several enzymes are induced., e.g.in case of an Aspergillus strain cellulases, pecting-lycosidases, h-glucosidase, i-glucosidase, i-galac-tosidase, galactomannase, xylanase, xylobiase and various proteases with different activities were determined (Uhlig, 1991). Which of t

64、hese enzymes will be produced in large amount, depends on the strain, medium composition and cultivation conditions. It is well known that hemicelluloses, especially xylan from various sources, are excellent inductors for xylanase. Wheat (straw) bran is an inexpensive byproduct, which contains a

65、 lot of xylan.Therefore, it is one of the most popular components of complex media for xylanase production(Deschamps and Huet, 1985; Ghosh et al., 1993;Hoq et al., 1994). However, the wheat bran parti-cles suspended in the cultivation medium have tobe decomposed to soluble compounds to be used by th

66、e fungus. The aim of the presented project was to investigate the interaction between the mold and the wheat bran and the decomposition of the wheat bran by the enzymes produced by the fungus in stirred tank and airlift tower loop reactors at various operating conditions. 2.Materials and methods 2.1 Strain, preculture and main cultures Aspergillus awamori CBS 111.52 was used for the investigations. The strain was maintained at 4C on potato-dextrose-agar. Ne