反應釜開題報告

1、沈陽理工大學畢業(yè)設計（論文）開題報告設計（論文）題目： 水解反應釜設計 系 （部）： 機 械 系 專業(yè)班級：過程裝備與控制工程0702學生姓名： 指導教師： 開題時間： 2010年 月 日指導教師評閱意見指導教師簽字：年 月 日1.課題的目的和意義1.1 課題的目的化工設備畢業(yè)設計是培養(yǎng)我們學生設計能力的重要實踐環(huán)節(jié)，通過畢業(yè)設計，可以使我們獨立的運用所學到的基本理論并結合生產實際的知識，綜合的分析和解決工程實際問題的能力，因而在我們完成畢業(yè)設計后，應達到下列目的：（1） 通過畢業(yè)設計，能夠將我們所學的知識，在設計中綜合的加以運用，使學到的知識得到鞏固、加深和提高。（2） 使我們具有獨立進行工

2、程設計的能力，樹立正確的設計思想，掌握化工容器及設備設計的基本方法和程序，為今后從事工程設計打下良好的基礎。（3） 通過畢業(yè)設計可以使我們熟悉和運用設計資料，如有關國家頒布標準，以完成我們在機械設計方面所必備的基本訓練。1.2 課題的意義攪拌釜是化學、醫(yī)藥及食品等工業(yè)中常用的典型設備之一。本設計為對硝基苯酚生產過程中的一臺水解反應釜，對硝基氯化苯的水解反應過程中，應用此設備。2攪拌可以使兩種或多種不同的物質在彼此之中互相分散，從而達到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質過程。攪拌操作的例子頗為常見，例如在化學實驗室里制備某種鹽類的水溶液時，為了加速溶解，常常用玻璃棒將燒杯中的液體進行攪拌。在工業(yè)生產

3、中，攪拌操作是從化學工業(yè)開始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過程的一部分而被廣泛應用，攪拌操作分機械攪拌和氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體鼓泡通過液體層，對液體產生攪拌作用，但氣泡的作用對液體所進行的攪拌是比較弱的，對粘度高的液體不適用，在工業(yè)生產中，大多數(shù)的攪拌操作均系機械攪拌。攪拌設備主要由攪拌裝置、軸封和攪拌罐三大部分組成。本設計說明書著重對此作計算和說明。攪拌設備在工業(yè)生產中的應用很廣，尤其是化學工業(yè)中，很多的化工生產都或多或少地應用著攪拌操作?；瘜W工藝過程的種種化學變化，是以參加反應物的充分混合為前提的，對于加熱、冷卻和液體萃取以及氣體吸收等物理變化過程，也往往要采用攪

4、拌操作才能得到好的效果。攪拌設備在許多場合是作為反應器來應用的。例如在三大合成材料的生產中，攪拌設備作為反應器約占反應器總數(shù)的90，其它如染料、醫(yī)藥、農藥、油漆等行業(yè)，攪拌設備的使用亦很廣泛。攪拌設備的應用范圍之所以這樣廣泛，還因攪拌設備操作條件（如濃度、溫度、停留時間等）的可控范圍較廣，又能適應多樣化生產。攪拌設備的作用：使物料混合均勻。使氣體在液相中很好地分散。使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻地懸浮。使不相溶的另一液相均勻懸浮或充分乳化。強化相間的傳質（如吸收等）。強化傳熱。對于均勻相反應，主要是、兩點。攪拌設備在石油化工生產中被用于物料混合、溶解、傳熱、制備懸浮液、聚合反應、制備催化劑

5、等。例如石油工業(yè)中異種原油的混合調整和精制，汽油中添加四乙基鉛等填加物而進行混合，使原料液或產品均勻化?；どa中，制造苯乙烯、乙烯、高壓聚乙烯、聚丙烯、合成橡膠、苯胺染料和油漆顏料等工藝過程，都裝備著各種型式的攪拌設備通過此次設計可以使我們能更好的了解其工作原理和工藝流程并對其進行更進一步的發(fā)展。2. 國內、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2.1 國內現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢對國內反應釜市場的調查顯示了反應釜的種類原理和發(fā)展趨勢：低壓反應釜，一般是指1.6MPa以下的反應釜1。由于工藝條件和介質的不同，反應釜的材料選擇及結構也不盡相同，但基本組成是相同的，它包括傳動裝置、傳熱和攪拌裝置、釜體（上蓋、筒體、釜底）、工

6、藝接管等2。設備的外觀尺寸，一般取反應釜有效高度Hgz/反應釜內徑Di=1.01.2，如果Hgz/Di1.5，則需增設槳葉數(shù)。槳葉直徑di通常取1/3/Di，上、下槳葉的間距應略大于槳徑。在設備的結構上設置必要的傳熱和攪拌裝置是為了強化反應過程。 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、軸封結構、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： （1） 結構反應釜結構基本相同，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，并不強化傳質過程3。 （2） 操作壓力反應釜操作壓力較高。

7、釜內的壓力是化學反應產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。 （3） 操作溫度反應釜操作溫度較高，通?；瘜W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： a 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節(jié)器所組成，當采用高壓水時，設備機械強度要求高，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4。 b 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；10018

8、0范圍內，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，可用其它介質來代替水和蒸汽，如礦物油（275300）、聯(lián)苯醚混合劑（沸點258）、熔鹽（140540）、液態(tài)鉛（熔點327）等。 c 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生溫差壓力5。采用電加熱時，設備較輕便簡單，溫度較易調節(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

9、，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。 d 反應釜攪拌結構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。e 反應釜的工作反應釜多屬間隙操作，有時為保證產品質量，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、觀察反應情況和進入設備內部檢修。 f 化工生產對反應釜的要求和發(fā)展趨勢： 大容積化，這是增加產量、減少批量生產之間的質量誤差、降低產品成本的有效途徑和發(fā)展趨勢。染料生產用反應釜國內多為6000L以

10、下，其它行業(yè)有的達30m；國外在染料行業(yè)有2000040000L，而其它行業(yè)可達120m。 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，從而提高反應速度。 以生產自動化和連續(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，提高產品質量，增加收益，減輕體力勞動，又可消除對環(huán)境的污染6。 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。2.2 國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢反應釜是化工行業(yè)用來完成物質的物理

11、化學反應等工藝過程的典型設備之一7。但是大多數(shù)情況下 反應釜也是一種帶有常見缺陷的化工設備由于反應釜工作時存在易燃 易爆 毒害 腐蝕介質 因此 反應釜的缺陷在不同程度上危害人身 財產安全也影響著產品質量8。他目前所處的一種狀態(tài)也是人們所擔心的，因此應該采取一定的措施進行補救，以及對其進行進一步的發(fā)展?，F(xiàn)就其危險現(xiàn)狀進行說明：（1）改薄釜體或傳熱夾套的鋼板尤其是價格較高的不銹鋼板此舉危險極大釜體耐壓強度和剛度等性能下降可造成設備爆炸惡性事故（2）改薄法蘭材料未達到額定負荷時變形造成法蘭面密封失效即使無害介質高壓 高溫下的突然失效都會有嚴重的后果有害介質更甚（3）為省料封頭不壓出直邊封頭剛度下降設

12、備容量降低（4）減速機配置不當在軸封要求較高的場合如使用機械密封時應選用出軸擺動較小的減速機而有的廠家會使用價格相對低廉的渦輪減速機因出軸擺動大連帶攪拌軸擺動此時機械密封因工況無法保證而失效9。釜內帶壓時軸封泄漏更甚，若釜內是易燃 易爆 毒害 腐蝕介質 其危害可想而知（5）底軸承與減速機架不同軸或攪拌軸與減速機出軸不同軸造成攪拌軸別勁 擺動 底軸承因磨損減低壽命以及軸封失效等等這些都會對人以及對機器本身造成傷害，因而在以后的發(fā)展中我們應正確操作避免以上事故發(fā)生。因而我們在以后的發(fā)展中用做到以下幾點： 堅持設計制造資格的審批設計過程制造過程的質量管理和監(jiān)督 健全規(guī)程 提倡理論學習和技術培訓，提高

13、業(yè)務水平，加強反應釜工藝設計 采用新技術，在提高和保證設備質量的前提下降低制難度減少維護成本10。例如：取消中 高速攪拌底軸承以穩(wěn)定環(huán)平衡片代之使用柔性聯(lián)軸器等 都可使釜中心軸線上各零部的同軸度要求降低盡量使用工具 尤其是專用工具 減少人工誤差盡量在機械廠驗收，設備試運行發(fā)現(xiàn)問題后可利用械廠相對強大的機加工能力和起重條件改進和補救。若在化工發(fā)現(xiàn)問題常因條件所限不得不勉強使用3. 課題的主要工作3.1 確定工藝計算的物性數(shù)據(jù)，進行設備的工藝計算；（1）確定設備各元件的基本尺寸，確定各元件強度設計參數(shù)；進行釜體的計算（2）筒體容積的設計（3）筒體長徑比的設計（4）確定筒體的直徑和高度及夾套的高度設

14、計（5）同體容積的校核及夾套高度的確定（6）筒體厚度的計算及校核（7）封頭厚度和夾套壁厚的計算（8）釜體及夾套的水壓試驗及筒體穩(wěn)定性校核3.2 進行接管的選擇及開孔補強計算（a）接管的選擇（包括：進料管、溫度計接管、壓力表接管、空壓管接管、壓料口接管、蒸汽及冷卻水進出口接管、排氣口接管和安全閥接管的選擇）（b）進行補強計算3.3 對筒體的攪拌裝置進行選型設計及計算（1）攪拌器的的選型（2) 攪拌器的參數(shù)確定和攪拌器功率的計算（3）攪拌器的校核3.4 傳動裝置的計算及選型（a）電機功率的計算（b）攪拌軸的設計及機械計算 （c）電動機的選擇 （d）減速機的選擇3.5 零部件選擇選用零部件附件的結構

15、在滿足工藝要求的條件下由受力條件、制造、安裝等因素決定其中包括（安裝底蓋選擇、機架的選擇、法蘭選型、聯(lián)軸器選型、攪拌軸底軸承選型、攪拌機軸封的選型、密封填料的選擇、填料箱的選擇）3.6 支座的選型和底座的設計及選型（1）支座的選型（2）底座的設計及選型3.7 繪圖及說明書的編寫繪制裝配圖及各個零件圖，并編寫說明書。4. 完成課題所需的條件按照設計的需要查閱技術文獻、資料手冊、工具書等。并且進行繪圖。5. 課題的進度安排第1周：結合課題或所學專業(yè)查閱和收集有關英文資料，查閱設計參考文獻；第2周：了解畢業(yè)設計課題內容及要求，并確定方案。第3周：結合課題選擇英文資料并進行翻譯，撰寫開題報告；第4周：

16、完成開題報告和英文資料翻譯第5周：確定工藝計算的物性數(shù)據(jù)，進行設備的工藝計算；第6周：完成設備的工藝計算，確定設備的工藝結構尺寸確定設備結構尺寸。第7周：確定設備各元件的基本尺寸、強度計算方法，確定各元件強度設計參數(shù)； 第8周：設備的強度計算；第9周：完成設備的強度計算，確定設備的最終尺寸；第10周：施工圖設計，確定施工圖繪制方案；第11周：繪制裝配圖；第12周：繪制零件圖； 第13周：基本完成設計說明書、設計圖紙，交指導教師初步審查；第14周：修改、整理設計說明書、設計圖紙；第15周：完善設計說明書、設計圖紙； 第16周：打印圖紙、設計說明書，撰寫答辯自述材料； 第17周：指導教師審查設計圖紙和設計說明書；準備答辯；第18周：答辯，整理裝訂全部設計文件。6主要參考文獻1刁玉瑋，王立業(yè).化工設備機械基礎M.大連：大連理工大學出版社，2006,122吳宗澤.機械設計師手冊（上）M，北京：化學工業(yè)出版社，2001,13吳宗澤.機械設計實用手冊 M，北京