3 搅拌反应釜机械设计举例
3.1 已知条件见表3-1：
3-1 搅拌反应釜设计有关参数工作压力 釜内 夹套 釜内 夹套 釜内 介质 夹套 腐蚀情况 型式 搅拌 转速 功率 操作容积V0 传热面积 推荐材料 ≤0.20Mpa ≤0.30Mpa ≤120℃ ≤150℃ 染料及有机溶剂 冷却水 轻微 桨式 85r/min 4KW 2m 7m Q235-B 33工作温度 3.2 确定釜体的直径和高度3.2.1 确定设备全容积
按2.3.2.1选取反应釜装料系数η＝0．8，由于操作容积V0?2m3，所以由式2-1可得设备容积
2?2.5m30.8V?V0??3.2.2 确定釜体直径
由表2－1选取釜体长径比i?H/D1?1，按式2－2计算釜体内径为：
4V4V4?2.5?3?3?1.47m?H?i??1
Di将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体内径DN?Di?1.4m。
D1?3
3.2.3 确定釜体封头尺寸
查附表2，DN?Di?1.4m的标准椭圆封头，曲面高度h1=350mm，直边高度初选为h2
＝40mm（与壁厚有关，预计封头壁厚?n?100.4202m3，表面积Fh＝2.3005m2。
20mm，见附表2注），则封头容积V
封
＝
3.2.4 确定釜体高度
V?V封按（2－3）式计算釜体高度为：
H1??4?2.5 ?0.4202Di2??1.35m将釜体高度圆整为H＝1.4m=1400mm。3.2.5 验算釜体长径比和装料系数由已经确定的数据可知
H/Di?1400/1400?1
26
?1.424
??V0V02?＝?0.78??VDi2H?V封?1.42?1.4?0.4202
44均符合要求。
3.3 确定夹套的直径和高度
由表2－2可知，对于筒体内径Di＝700～1800mm，夹套的内径Dj?Di?100，
因此Dj=1400十100＝1500mm，符合压力容器公称直径。估算夹套的高度为
H??V?V封?V0?Vh?2?0.4202?1.03mj????Di2?Di2?1.42444选取夹套高度Hj＝1100mm。
3.4 验算夹套传热面积
查附表1，Di?1400mm的圆筒每米高度内表面积为F1m?4.4m2；查附表2可知，封头内表面积F封＝2.3005m2，所以实际总传热面积为：
A?F1mHj?F封?4.4?1.1?2.3005?7.14m2?7m2所以夹套传热面积符合设计要求。3.5 釜体和夹套的强度计算
3.5.1 选择设备材料，确定许用应力
由已知建议并分析工艺要求和腐蚀因素（微弱），决定采纳建议意见，选用Q235－B普通碳素钢板。由参考文献3表9－4查得，Q235－B钢板在1201500C下的许用应力为。????113MPa（设?n?316mm）
3.5.2 确定计算压力Pct
夹套筒体和封头是内压容器，按已知条件，设计压力为P=0.33Mpa；
釜体的筒体和封头既受内压，又受外压的作用。内压设计压力P=0.22Mpa，设计外压
的取法是考虑操作过程可能出现的最大压差，所以取P=0.33Mpa为设计外压。
釜体液柱静压力PH?10?6?gh?10?6?1000?9.8?1.4?0.014MPa?5%P?0.05?0.22
?0.0011MPa，所以釜体筒体和封头的计算内压Pc?P?PH?0.234MPa。釜体筒体和封头
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的计算外压为Pc?P?0.33MPa。
夹套筒体和封头的计算内压为Pc?P?0.33MPa
3.5.3 夹套筒体和封头壁厚计算（按内压强度）（1）夹套筒体厚度?夹
??PcDit
2?????Pct式中Pc?0.33MPa，Di?Dj?1500mm，????113MPa，选取双面对接焊，局部无损探伤，焊缝系数??0.85，则
??PcDi2?????Pct?0.33?1500?2.58mm2?113?0.85?0.33?min?3mm ????min
?可取?n??min?C1?C2???3?0.6?2?0.4?6mm
（取腐蚀裕量C2?2mm，钢板厚度预估为6mm，所以可取钢板负偏差为0.6mm。）
又?e??n?C1?C2?6?2?0.6?3.4mm???2.58mm?取?n?6mm合适。
即夹套筒体名义厚度?夹筒＝?n?6mm（2）夹套封头壁厚?夹封计算厚度
PcDi2?????0.5Pct
0.33?1500?2.58mm2?113?0.85?0.5?0.33???封头的壁厚附加量也只考虑C1和C2，加工成型的减薄量由制造厂根据加工条件来确定。以保证壁厚符合图纸数值,设计计算时可不作考虑。取C1＝0．6mm, C2＝2mm，则
封头名义厚度?夹封＝?n?2.58?2?0.42???5mm。考虑到筒体与封头焊接方便，可取：
?夹封＝?夹筒?6mm
???n?C1?C2?6?0.6?2?3.4mm? e1.5Di1.5?1500??2.25mm10001000，
?取?夹封＝6mm合适。
3.5.4 釜体的筒体壁厚?筒（1）按承受Pc?0.234MPa内压计算
28
??PcDi2?????Pct?0.234?1400?1.71mm2?113?0.85?0.234?min?3mm ????min
?取?筒??n??min?C1?C2???3?0.6?2?0.4?6mm
又?e??n?C1?C2?6?0.6?2?3.4mm???1.71mm?取?筒??n?6mm合适。
（2）按承受0.33Mpa外压计算设筒体名义厚度?n?8mm
取壁厚负偏差C1＝0．8mm，腐蚀裕量C2＝2mm。则有效厚度为
?e??n?C1?C2?8?0.8?2?5.2mm 筒体外径D0?Di?2?n?1400?2?8?1416mm
内筒受外压作用的计算长度L为被夹套包围的筒体部分加封头的直边段部分以及封头高的1/3
式中
筒体计算长度
h350L?Hj?h2?1 ?1100?25??1242mm33
Hj——夹套高度
h2——封头直边高度
h1——封头内壁曲面高度（见附表2）
D0?e?1416?2735.2 L
D0?12421416?0.88由参考文献3P150图11-5查得系数A＝0.0003；
釜体材料Q235-B之?s?245MPa，由参考文献3P152图11-8材料的B-A曲线图查得B=43Mpa（已知釜体内t?1200C，夹套内t?1500C），所以许用外压为：
?p??DB0则壁厚?n?8mm不能满足外压稳定性要求，需加大壁厚重新计算。29 再取?n?10mm，
?e43? 273?0.16MPa?p?0.3MPa
则?e??n?C1?C2?10?0.8?2?7.2mmD0?Di?2?n?1400?2?10?1420mm。
由附表2注可知?n?10mm，DN?1400mm之椭圆封头的直边高度和内壁曲面高度分别为h2?40mm， h1?350mm，则计算长度为：
L?Hj?h2??h1350?1100?40??1257mm33 D0 ?e L 由
1420?197.27.2?12571420?0.89D0LD0A???曲线图查得A=0.0005，再由材料的B-A曲线图查出B=70Mpa，即可
计算出许用外压：
?p??DB?0?e70?0.35MPa?p?0.33MPa197.2因此，名义厚度?n?10mm的筒体能满足0.33Mpa的外压稳定性要求。
由于筒体既可能承受内压，又可能承受外压，所以筒体壁厚应取两者中的较大者，即
确定筒体壁厚为?筒?10mm。
?0.234?1400?1.71mm2?113?0.85?0.5?0.2343.5.5 釜体的封头壁厚?封（1）按内压计算（上封头）
??PcDi
2?????0.5Pct
搅拌反应釜课程设计指导书 - 图文
