高密度聚乙烯裝置聚合釜設(shè)計(jì)說明書

1、高密度聚乙烯裝置的反應(yīng)釜西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目高密度聚乙烯裝置的反應(yīng)釜學(xué)生姓名曾向峰學(xué)號(hào)0703020429教學(xué)院系機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)年級(jí)過程裝備與控制工程2007級(jí)指導(dǎo)教師馬廷霞職稱講師單位過程裝備與控制工程教研組完成日期2011年6月10日29Southwest Petroleum University Graduation ThesisHDPE Unit of Reactor DesignGrade: 2007Name: Zeng Xiangfeng Specialty: Process Equipment and ControlInstructor: Ma Tingxia Coll

2、ege of Electronic Engineering2011-6-10摘要 反應(yīng)釜由釜體、釜蓋、夾套、攪拌器、傳動(dòng)裝置、軸封裝置、支承等組成。反應(yīng)釜按材質(zhì)及用途可分為：不銹鋼反應(yīng)釜、搪玻璃反應(yīng)釜、磁力攪拌反應(yīng)釜、不飽和聚酯樹脂反應(yīng)釜和蒸汽反應(yīng)釜等。 本次設(shè)計(jì)60m3攪拌反應(yīng)釜。攪拌反應(yīng)釜在化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、制備懸浮液、聚合反應(yīng)、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調(diào)整和精制，汽油中添加四乙基鉛等添加物而進(jìn)行混合使原料液或產(chǎn)品均勻化。化工生產(chǎn)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，都裝備這各種形式的攪拌反應(yīng)釜。 本次設(shè)計(jì)

3、內(nèi)容包括高密度聚乙烯反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算和各種附件選型。同時(shí)對(duì)主要構(gòu)件攪拌器進(jìn)行攪拌功率計(jì)算，攪拌軸進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。 裝配圖、零件圖均依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇制圖。關(guān)鍵詞： 聚合釜；高密度聚乙烯；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Abstract Reactor from the reactor body, tank cover, jacket, agitator, transmission, shaft seal device, supporting other components. Reactor can be divided by material and use: stainless stee

4、l reactor, glass-lined reactor, magnetic stirrer tanks, unsaturated polyester resin reaction vessel and the steam reactor and so on. This design 60m3 stirred tank reactor, stirred tank reactor was used in chemical production material mixed, dissolved, heat transfer, preparation suspension polymeriza

5、tion, preparation of catalyst. For example, the oil industry, the heterogeneous mix of adjustment and the refining of crude oil, gasoline additives to add tetraethyl lead, which mixed the raw material solution or product uniformity. Chemical production,manufacture styrene, ethylene, high-pressure po

6、lyethylene, polypropylene, synthetic rubber, aniline dyes and paint pigments and other processes, are equipped with the various forms of stirred tank reactor. This design includes HDPE reactor structural design, strength calculation and selection of various accessories. Meanwhile, the main component

7、 mixer for mixing power calculation, stirring shaft for strength, stiffness and Check Calculation of critical speed.Assembly drawing, part drawings were selected based on relevant standards mapping.Keywords: reaction kettle, HDPE, Mixing目錄1引言11.1反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟11.2背景11.3目的22工藝技術(shù)32.1攪拌釜淤漿法HDPE工藝32.1.1淤

8、漿法制HDPE工藝流程33方案的選擇53.1聚合過程簡(jiǎn)述53.2聚合釜的主要設(shè)計(jì)參數(shù)63反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)63.1容器尺寸的確定及結(jié)構(gòu)選型63.1.1罐體幾何尺寸確定63.1.2夾套設(shè)計(jì)84選擇釜體容器法蘭、接管法蘭104.1接管結(jié)構(gòu)105反應(yīng)釜攪拌裝置135.1攪拌器的設(shè)計(jì)13在反應(yīng)釜中，為增加反應(yīng)速率，強(qiáng)化傳質(zhì)或傳熱效果以及加強(qiáng)混合等作用，常裝設(shè)攪拌裝置，攪拌裝置由攪拌器與攪拌軸組成，攪拌器型式很多；本高密度聚乙烯反應(yīng)釜采用平直圓盤渦輪式，材料為0Gr18NiTi，13兩層間距為:1500mm攪拌器距容器底的距離為：1200mm，液面高度4820mm。1352攪拌軸設(shè)計(jì)156傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)167

9、機(jī)械密封(端面密封)209. 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算229.1封頭人孔及補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算229.2 有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)起補(bǔ)強(qiáng)作用的金屬面積的計(jì)算2310. 壓試驗(yàn)241.01釜體水實(shí)驗(yàn)2410.2夾套的氣壓試驗(yàn)2511結(jié)論27謝辭28 1引言高密度聚乙烯裝置是乙烯工程的下游生產(chǎn)裝置之一，主要生產(chǎn)高密度聚乙烯 ， 多用于注塑吹塑等領(lǐng)域。其產(chǎn)品包括農(nóng)用地膜、 薄壁容器、 化學(xué)及農(nóng)用大型容器、 城市建設(shè)用管材等。該裝置同聚烯烴類其它裝置的工藝過程類似 ， 主要有催化劑配制聚合、 分離及干燥、 造粒等操作單元。聚合釜是該裝置的核心設(shè)備， 由于國內(nèi)制造水平落后， 在過去建設(shè)的生產(chǎn)線中， 聚合釜均為引進(jìn)設(shè)備。這不僅花費(fèi)了大量的國家外

10、匯 ， 也嚴(yán)重地阻礙 了我國聚乙烯工業(yè)的發(fā)展。隨著制造水平的提高， 已經(jīng)具備了聚合釜的國產(chǎn)化條件。因此 ， 九五期間的乙烯工程技術(shù)改造 。 根據(jù)國家重大設(shè)備辦的要求， 低壓聚乙烯裝置聚合釜的設(shè)計(jì)與制造均采用國產(chǎn)化。本文著重對(duì)該設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 主要零部件的選材、 設(shè)計(jì)。1.1反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟 1、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)工藝要求考慮制造和使用維修方便等，確定部分結(jié)構(gòu)形式和尺寸；2、選擇材料；3、計(jì)算強(qiáng)度和穩(wěn)定性；4、零部件設(shè)計(jì)選用；5、繪制圖樣；6、提出技術(shù)要求；7、編寫計(jì)算說明書。1.2背景 HDPE 呈乳白色半透明的蠟狀固體,是一種結(jié)晶度高、非極性的熱塑性樹脂, 與LDPE、LLDPE

11、比較, HDPE 支鏈化程度最小,分子能緊密地堆砌,密度最大(0. 9410. 965 g/cm3) ,結(jié)晶度高。HDPE 有較高的剛性及韌性,良好的力學(xué)性能及較高的使用溫度與LDPE 比較,有較高的耐溫、耐油性、耐蒸汽滲透性及抗環(huán)境應(yīng)力開裂性,電絕緣性和抗沖擊性及耐寒性都很好。HDPE 在強(qiáng)度和勁度方面比LDPE 好, 韌性比PVC、LDPE高。HDPE 吸水性極微小,無毒,化學(xué)穩(wěn)定性及佳, 薄膜對(duì)水蒸汽、空氣的滲透性小。HDPE 目前是世界生產(chǎn)能力和需求量位居第三大類的聚烯烴品種,其主要用于薄膜、吹塑、管材等。 低壓聚乙烯裝置是乙烯工程的下游生產(chǎn)裝置之一，主要生產(chǎn)高密度聚乙烯 ， 多用于注

12、塑吹塑等領(lǐng)域。其產(chǎn)品包括農(nóng)用地膜、 薄壁容器、 化學(xué)及農(nóng)用大型容器、 城市建設(shè)用管材等。該裝置同聚烯烴類其它裝置的工藝過程類似 ， 主要有催化劑配制聚合、 分離及干燥、 造粒等操作單元。聚合釜是該裝置的核心設(shè)備， 由于國內(nèi)制造水平落后， 在過去建設(shè)的生產(chǎn)線中， 聚合釜均為引進(jìn)設(shè)備。這不僅花費(fèi)了大量的國家外匯 ， 也嚴(yán)重地阻礙 了我國聚乙烯工業(yè)的發(fā)展。隨著制造水平的提高， 已經(jīng)具備了聚合釜的國產(chǎn)化條件。因此 ， 九五期間的乙烯工程技術(shù)改造 。 根據(jù)國家重大設(shè)備辦的要求， 低壓聚乙烯裝置聚合釜的設(shè)計(jì)與制造均采用國產(chǎn)化。自1953 年在低壓下使乙烯聚合生成HDPE ,迄今已有50 多年,高密度聚乙烯

13、的開發(fā)生產(chǎn)突飛猛進(jìn),技術(shù)進(jìn)展突出表現(xiàn)在催化劑開發(fā)的進(jìn)展、生產(chǎn)工藝技術(shù)的進(jìn)展。BCH 催化劑屬Ziegler - Natta 型催化劑是揚(yáng)子石化股份有限公司高密度聚乙烯( 簡(jiǎn)稱HDPE) 裝置所使用的主催化劑，由北京化工研究院近幾年研制的。是新一代的高效型催化劑,具有活性高、生產(chǎn)牌號(hào)廣,且不需脫灰處理等特點(diǎn),其性能達(dá)到日本專利產(chǎn)品PZ 催化劑的性能淤漿法高密度聚乙烯( HDPE) 裝置國產(chǎn)催化劑BCH 催化劑在揚(yáng)子石化股份有限公司HDPE 裝置的應(yīng)用,從工業(yè)應(yīng)用、產(chǎn)品質(zhì)量及技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面對(duì)國產(chǎn)催化劑進(jìn)行評(píng)價(jià),用BCH 催化劑生產(chǎn)出的產(chǎn)品完全符合質(zhì)量指標(biāo),并可使裝置生產(chǎn)能力提高約10 %。1.3目

14、的 通過高密度聚乙烯裝置的聚合釜設(shè)計(jì)，熟悉聚合釜裝置的設(shè)計(jì)流程，培養(yǎng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。 熟悉高密度聚乙烯裝置的聚合釜的工藝流程，合理選擇合適的催化劑，熟練應(yīng)用物料衡算和能量衡算過程，選擇合適的反應(yīng)器，對(duì)所設(shè)計(jì)高密度聚乙烯裝置的聚合釜的各個(gè)元件正確的選擇材料，選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，確定合適的強(qiáng)度尺寸，并給出有關(guān)制造和檢驗(yàn)的技術(shù)條件。2工藝技術(shù) 要設(shè)計(jì)聚合釜首先要對(duì)其工藝了解，而HDPE 的生產(chǎn)技術(shù)有3 種,即漿液聚合,氣相聚合和溶液聚合。淤漿法技術(shù)是將乙烯與脂肪烴溶劑混合,生產(chǎn)的聚合物懸浮于溶劑中,生產(chǎn)過程中壓力、溫度較低,漿液聚合是生產(chǎn)HDPE 主要方法,漿液法工業(yè)化時(shí)間早,工藝技術(shù)成熟,

15、使用漿液法生產(chǎn)技術(shù)主要有Hostalen 、Phillips、Innovates、Equistar 、Boreas、CX、Equistar 等,漿液法根據(jù)反應(yīng)器形式可以分為攪拌釜式和環(huán)管反應(yīng)器2 種。聚合釜多用于淤漿法。漿液法工藝生產(chǎn)HDPE 成熟,產(chǎn)品性能優(yōu)異,雙峰PE 產(chǎn)品具有良好的力學(xué)性能,便于加工,在薄膜、管道、吹塑成型、注射成型、電線電纜等領(lǐng)域均有廣泛的用途,可以做出PE 高強(qiáng)度級(jí)別的管材牌號(hào),但此方法工藝流程長,有溶劑回收單元,還產(chǎn)生部分低聚物蠟。從世界高密度聚乙烯的生產(chǎn)看,淤漿法裝置具有一定優(yōu)勢(shì),特別是吹塑、薄膜和管材等產(chǎn)品性能優(yōu)異,近10 年世界新建的HDPE 裝置中,約有70

16、 %的能力采用該工藝2.1攪拌釜淤漿法HDPE工藝2.1.1淤漿法制HDPE工藝流程攪拌釜式漿液聚合典型代表為Basely 公司的Hostalen 技術(shù)和三井油化公司的CX 技術(shù), Hostalen 技術(shù)采用Hoechst 公司首創(chuàng)的攪拌釜工藝如圖1,使用雙反應(yīng)器,可以進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)使用,該工藝中,聚合反應(yīng)溶劑為正已烷,催化劑為高活性Z -N 催化劑,乙烯和氫氣混合后進(jìn)入第一反應(yīng)器,與催化劑混合發(fā)生聚合反應(yīng),反應(yīng)器內(nèi)聚合物以淤漿形式懸浮在己烷中,聚合溫度約為80 ,聚合壓力小于10 bar（1MP） ,此工藝可以生產(chǎn)產(chǎn)品密度范圍為0. 9420. 965 g/cm3,熔融指數(shù)范圍為0. 280

17、 ,共聚單體為丙稀和丁烯- 1 ,生產(chǎn)傳統(tǒng)HDPE 和雙峰HDPE ,高密度管材性能優(yōu)異,適合制作受壓管材,達(dá)到PE100 + 。 1-1#反應(yīng)器；2-2#反應(yīng)器；3-后反應(yīng)器；4-離心分離器；5-流化床干燥器；6-粉末處理器；7-膜回收系統(tǒng)；8-溶劑精制、單體回收系統(tǒng)；9-擠壓造粒 圖2.1.1 工藝流程簡(jiǎn)圖 Fig. 2.1.1-1 Hostalen technology principle PFD淤漿法釜式反應(yīng)器連續(xù)聚合工藝的特點(diǎn)是:操作壓力和操作溫度低;雙釜反應(yīng)器可通過采用并聯(lián)及串聯(lián)不同的形式生產(chǎn)單峰及雙峰產(chǎn)品;工藝操作彈性高,產(chǎn)品牌號(hào)轉(zhuǎn)換快,對(duì)原料純度要求不高;共聚單體采用丙烯,1

18、- 丁烯;采用已烷作溶劑,回收單元簡(jiǎn)單。 圖2.1.1-2為淤漿法HDPE反應(yīng)器機(jī)構(gòu)示意圖攪拌軸最上部裝有一個(gè)己烷分布盤，分布盤下裝有三層6葉盤式渦輪，攪拌器轉(zhuǎn)速為60r/min，攪拌電機(jī)容量為120kw。乙烯是通過靠近釜壁的四根圓管和四很指形擋板從釜下部通入反應(yīng)器的。2.2淤漿法制HDPE工藝特點(diǎn) 1） 采用鈦系高效催化劑，活性為120600KgP/EgTi式。 2）用同一催化體系能調(diào)節(jié)聚合物密度、分子量及其分布。 3）無脫灰工序，粉料不需均化。 4)）產(chǎn)品性能好品級(jí)范圍寬.密度0.9430.970Kg/m3，熔融指數(shù)ml為0.0180?？捎糜诖邓埽⑸洹D出、制纖維、單線、薄膜和管子。5）

19、聚合過程實(shí)現(xiàn)了電子計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。 圖2.1.1-2 淤漿法HDPE反應(yīng)器 1-冷卻水進(jìn)口；2-螺旋擋板夾套；3-乙烯進(jìn)氣管；4-攪拌軸；5一除泡沫板；6人孔；7-乙烷進(jìn)口；8一帶指形擋板的乙烯進(jìn)氣管； 9-冷卻水出口；10-漿液出口；11攪拌葉輪；12-人孔；13-穩(wěn)定環(huán)；14-物料排空口。3方案的選擇3.1聚合過程簡(jiǎn)述 聚合它以高純度乙烯為主要原料，丙烯、丁烯-1為共 聚單體 ，己烷為溶劑， 氫氣作分子量調(diào)節(jié)劑。采用BCH 催化劑。BCH 催化劑是北京化工研究院針對(duì)日本三井油化公司的淤漿法HDPE 工藝特點(diǎn)而研制開發(fā)的Ziegler - Zatta 型催化劑,該催化劑具有以鈦計(jì)算

20、活性高、生成的低聚物少、聚乙烯粉末的堆積密度較高等優(yōu)點(diǎn),適用于該工藝各牌號(hào)的生產(chǎn),是性能優(yōu)良的高效催化劑。通過改變工藝條件， 生產(chǎn)不同牌號(hào)的聚乙烯 產(chǎn)品。界區(qū)外來的高純度乙烯經(jīng)預(yù)熱后。在流量控制下進(jìn)入原料管線， 液態(tài)丙烯、 丁烯 一1 經(jīng)預(yù)熱后按規(guī)定流率與乙烯氣體混合?；旌虾蟮臍怏w， 經(jīng)氣體注入管自釜頂封頭加入到聚合釜中， 經(jīng)攪拌后徹底分散溶解于己烷之中，在催化劑的作用下。在溫度 8 0 8 5 ， 壓力0 .1 MPa一0.9 MPa的條件下, 聚合成聚乙烯漿液，然后由筒體側(cè)面的漿液出口排出。聚合反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，由己烷潛熱和夾套內(nèi)的冷卻水帶走。3.2聚合釜的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 聚合釜的主要設(shè)計(jì)參

21、數(shù)如表3.2名稱內(nèi)筒夾套設(shè)備容積60m設(shè)計(jì)壓力1.0MPa0.6MPa攪拌軸轉(zhuǎn)速160r/min設(shè)計(jì)溫度110oC常溫電機(jī)型號(hào)YB315M-4-W操作介質(zhì)聚乙烯循環(huán)水電機(jī)功率200kW 腐蝕替度33電機(jī)防爆等級(jí)dBT4 表3.2聚合釜的主要設(shè)計(jì)參數(shù)3反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)3.1容器尺寸的確定及結(jié)構(gòu)選型3.1.1罐體幾何尺寸確定 罐體采用立式圓柱形容器，罐底及頂蓋都采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。頂蓋與筒體永不可拆及焊接連接的方式。反應(yīng)釜設(shè)計(jì)體積V=60m3；裝料系數(shù)h=0.8高徑比。公稱直徑為3200mm 由于是高密度聚乙烯反應(yīng)釜采用高徑比為2.2。則圓筒內(nèi)徑:由卷焊筒體系列尺寸與圓整取筒體公稱直徑為3200mm

22、。 計(jì)算筒體高度H： Vd為兩個(gè)封頭容積；Vd=9.2220m3.；圓整H=6400mm。校核高徑比:滿足要求，所以筒體內(nèi)徑DI=3200mm；高度H=6400mm。 筒體壁厚： 為防止鐵銹對(duì)產(chǎn)品的污染 ， 保證產(chǎn)品的潔凈( 色度) 參照國內(nèi)材料標(biāo)準(zhǔn) 采用基體為16MnR復(fù)層為0 Crl8Ni9 的不銹復(fù)合鋼板。復(fù)合方法采用爆炸法，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)按JB47331996 壓力容器用爆炸不銹鋼復(fù)合鋼板 中B2 級(jí)?；鶎硬牧虾穸扔捎?jì)算確定， 復(fù)層材料厚度取3mm。a筒體壁厚計(jì)算公式如下： 為反應(yīng)釜中的液壓，p為設(shè)計(jì)壓力；為安全取；。由此可得: 設(shè)計(jì)名義厚度： b封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，則封頭厚度：mm205

23、.0221=D+-=封封djsdCCpDpctic而工程上一般都采用限制橢圓封頭最小厚度的方法，如GB 150規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于內(nèi)直徑的0.15%，即：綜上所述筒體壁厚：3.1.2夾套設(shè)計(jì)換熱元件采用U形整體夾套，除頂封頭外，內(nèi)筒其余部分均帶夾套，為強(qiáng)化傳熱，夾套內(nèi)設(shè)有螺距為600mm的螺旋導(dǎo)流板，導(dǎo)流板自底封頭上循環(huán)水入口起，至筒體頂部循環(huán)水出口止結(jié)構(gòu)如圖3.1.2-1。夾套肩與筒體的聯(lián)接處，做成錐形，夾套進(jìn)氣進(jìn)液接管設(shè)置防沖板如圖3.1.2-2。下封頭底部有接管，夾套底與容器封頭的聯(lián)接也采用封口錐形如圖3.1.2-3。 圖3.1.2-1.帶螺旋導(dǎo)板的夾套 圖 3.1.2-

24、2夾套進(jìn)氣進(jìn)液管的防沖結(jié)構(gòu) 圖3.1.2-3 下出料管口 計(jì)算生產(chǎn)工藝要求的傳熱面積F。 傳熱面積可由如下公式計(jì)算：溫差T47.1oC傳熱面F45.57m2H4820mm取夾套高：H=5600mm夾套內(nèi)徑：Dj=3400mm生產(chǎn)1Kg聚乙烯要放出910930Kcal的熱量，生產(chǎn)能力為25Kg/(m3h);所以??；而溫差為T:有攪拌反應(yīng)器設(shè)計(jì)可查得。由此可得換熱面積F=45.57m2。 ，則夾套筒體高度Hj由所需要的傳熱面面積來確定，一般夾套上端的位置應(yīng)當(dāng)高于反應(yīng)器內(nèi)物料的高度。夾套筒體的高度Hj可由下公式計(jì)算得：取夾套高度H=5600mm。（3）校核夾套高度： 夾套高度H=5600mm。（4）

25、 夾套內(nèi)徑Dj=Di+200=3400；（5） 夾套壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算： 夾套工作有壓力為0.6MPa，取設(shè)計(jì)壓力p=0.66MPa，夾套筒體材質(zhì)為16MnR，焊接接頭系數(shù)，可計(jì)算得壁厚。則壁厚： 設(shè)計(jì)名義厚度 ： 4選擇釜體容器法蘭、接管法蘭法蘭是根據(jù)公稱直徑、公稱壓力來選取的。其中公稱直徑應(yīng)與相配的設(shè)備釜體或管子的公稱直徑相一致；而公稱壓力則根據(jù)法蘭材料和工作溫度從“壓力容器法蘭”或“管法蘭”標(biāo)準(zhǔn)中查取。容器法蘭應(yīng)用JBll5782-JBll6482壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)，容器上連接管道的法蘭應(yīng)采用管法蘭標(biāo)準(zhǔn)如GB9119-88-GB9123-88，JB174-59-JB90-59或HB5001-58

26、-HC5028-58等。同時(shí)查得法蘭的各部分尺寸以備繪圖時(shí)使用。由于容器法蘭和管法蘭的公稱直徑及公稱壓力所規(guī)定的具體數(shù)值是不同的，所以相同的公稱直徑、公稱壓力的容器法蘭和管法蘭是不能互相通用的。法蘭密封面型式和墊片材料可按照反應(yīng)物料的性質(zhì)和操作條件來選，采用凸面密封。4.1接管結(jié)構(gòu) 接管的結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)任務(wù)書要求在反應(yīng)釜上布置各種工藝接管，并為這些接管配置法蘭。 (1) 加料管常見加料管有三種形式，如圖4.1-1所示。這種接管結(jié)構(gòu)能夠使物料順利地流人反應(yīng)釜內(nèi)而不致于沿著封頭內(nèi)側(cè)流進(jìn)法蘭密封面或沿著攪拌反應(yīng)釜內(nèi)壁流下，45o切口向著反應(yīng)釜中央，可減少物料飛濺到器壁上的量。圖中(a)型比較簡(jiǎn)單，用在

27、允許有少量飛濺和沖擊的場(chǎng)合；(b)型是套管式接管，用于易腐蝕、易堵塞的場(chǎng)合，內(nèi)管便于清洗和更換，需要時(shí)可用不同于外管的材料制造：(c)型管很長，浸在液層中可減少飛濺和沖擊液面引起的泡沫，還有液封作用。管子上部開n5的小孔是為了防止虹吸現(xiàn)象。 攪拌反應(yīng)釜的出料有兩種方式：上出料和下出料。上出料管用于向高處輸送，或是密閉輸送的場(chǎng)合，此管稱為壓料管；在本設(shè)計(jì)中兼做氣體進(jìn)料管；管為帶指形管，兼做擋板；這樣就能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，節(jié)約成本。壓出管口應(yīng)放在釜底最低處，出料時(shí)靠著壓縮空氣或惰性氣體的壓力，將物料壓出。壓料管一般做成可拆式，釜體上的管口大小要保證壓料管能順利取出。為防止壓料管在釜內(nèi)因攪拌影響而晃動(dòng)，除使

28、其基本與釜體貼合外，并以管卡固定，如圖4.1-2。 圖4.1-1 加料管 圖 4.1-2 進(jìn)出料管 由于有夾套，物料自簡(jiǎn)體下部出料時(shí)必須穿過夾套，這就使結(jié)構(gòu)變得特殊些：此設(shè)計(jì)出料管結(jié)構(gòu)如圖3.1.2-3所示。；并且下出料接管兼做取樣口。在諸多的工藝接口中，催化劑入口和設(shè)置在釜體上部得漿液出口是最關(guān)鍵的工藝接口。 催化劑入口與筒體母線成60o傾角，管口中心線與底層攪拌器的葉片水平中心線的交點(diǎn)距葉片尖端的距離為100mm，其結(jié)構(gòu)見圖4.1-3。 漿液出口與筒體與母線成45o傾角的斜向下接口。起作用是控制液位的最高液位，保證物料在反應(yīng)釜內(nèi)的停留時(shí)間。為防止物料在排放過程中的反過度反應(yīng)，該筒體上設(shè)有獨(dú)

29、立的夾套結(jié)構(gòu)，通入循環(huán)水進(jìn)行冷卻。其結(jié)構(gòu)形式見圖4.1-4。 圖4.1-3催化劑入口位置示意圖 圖4.1-4 漿液出口示意圖 (3)其他接管溫度計(jì)應(yīng)深入料液中，由于受到料液的沖擊，常采用多層套管加強(qiáng)保護(hù)，既要有足夠強(qiáng)度又要有良好的傳熱性能。溫度計(jì)套管的結(jié)構(gòu)如圖4.1-5。儀器接管與釜體的安裝都用插入式，高密度聚乙烯采用了低壓法因此采用單面角接焊。 圖4.1-5 溫度計(jì)套管兩層間距為:1500mm攪拌器距容器底的距離為：1200mm，液面高度4820mm。R率：P=3P=97.97(KW)5反應(yīng)釜攪拌裝置5.1攪拌器的設(shè)計(jì) 在反應(yīng)釜中，為增加反應(yīng)速率，強(qiáng)化傳質(zhì)或傳熱效果以及加強(qiáng)混合等作用，常裝設(shè)

30、攪拌裝置，攪拌裝置由攪拌器與攪拌軸組成，攪拌器型式很多；本高密度聚乙烯反應(yīng)釜采用平直圓盤渦輪式，材料為0Gr18NiTi，t=137MPa。其標(biāo)準(zhǔn)HG5-225-65，有關(guān)尺寸見設(shè)計(jì)如圖5.1-1 6直葉圓盤渦輪式攪拌器和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)。因?yàn)橐簩虞^高選用三層攪拌器，兩層間距為1500mm，攪拌器距容器底得距離為1200mm，液面高度4820mm。攪拌功率計(jì)算。Re=1.18103功率數(shù)Np=2.2單層攪拌器的功率：P,=32.66KW攪拌器功P=97.97KW已知n=160r/min=2.6667S-1,，dj=0.960m，960Kg/m3，2.0PaS。對(duì)于單層攪拌器而言，雷洛數(shù)Re為：查BAT

31、EST的Np-Re圖，可知功率數(shù)Np=2.2。由功率數(shù)：可得到單層攪拌器的功率： 由于采用3層攪拌器，近似認(rèn)為3層攪拌器的功率是單層的3倍，則P=3P=97.97(KW)。 圖5.1-1 六直葉圓盤渦輪式攪拌器電動(dòng)機(jī)額定功率的確定電動(dòng)機(jī)功率：P=110KW拌器強(qiáng)度計(jì)算中的計(jì)算功率:PJ=104.32KW填料密封功率損失約為攪拌器功率的10或至少0368kW，而機(jī)械密封的功率損失僅為填料密封的1050。在此選用機(jī)械密封，其功率損失約0184kW。選用兩級(jí)齒輪加速，機(jī)械效率h=0.95。則有Pm=0.184kW，h=0.95。故電動(dòng)機(jī)功率：為安全生產(chǎn)用三相防爆異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)規(guī)格，選用P=1

32、10KW。攪拌器強(qiáng)度設(shè)計(jì)。攪拌器強(qiáng)度計(jì)算中的計(jì)算功率: 式中k電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的過載系數(shù)，有有點(diǎn)擊特性表可查的k=1。由上式可得：PJ=104.32(KW)。每個(gè)圓盤渦輪(圖5.1-2)葉片為6片，在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)以各葉片受力相等處理，每個(gè)葉片的危險(xiǎn)斷面處的彎矩為:式中 Pj 計(jì)算功率，KW; Z 葉片數(shù)； r1 攪拌器外半徑，m； r2 圓盤渦輪的槳葉內(nèi)半徑，m； r3 圓盤渦輪的圓盤半徑，m； 圖 5.1-2圓盤渦輪結(jié)構(gòu)示意 n 轉(zhuǎn)速，r/min； x0 槳葉上液體阻力的合作用力的位置，m。由前面所述，Pj =104.32KW，n=160r/min，Z=6。由r1=0.48m，r2=0.24m，

33、r3= 0.336m，可以計(jì)算出x0=0.386m，則M=141.32Nm。 攪拌器槳葉厚度取=16mm，由b=192，計(jì)算彎矩截面系數(shù)W為：攪拌器強(qiáng)度計(jì)算得安全系數(shù)nb=3.5。則：攪拌器槳葉厚度：=16mm =137/3.5=39.1（MPa） 最大彎曲應(yīng)力應(yīng)滿足： 因此攪拌器強(qiáng)度足夠。52攪拌軸設(shè)計(jì)攪拌軸的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，應(yīng)為轉(zhuǎn)速n=160r/min200rmin，不需要校核臨界轉(zhuǎn)速。(1) 攪拌軸的結(jié)構(gòu)構(gòu)采用實(shí)心直軸，碳鋼材料選不銹鋼0Gr18NiTi，有防腐或防污染要求的場(chǎng)合，l應(yīng)采用不銹耐酸鋼。其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)軸上安裟的攪拌器類型、支承的結(jié)構(gòu)和數(shù)量以及與聯(lián)軸器的連接要

34、求而定。(2) 攪拌軸強(qiáng)度校核。攪拌軸的計(jì)算主要包括軸的強(qiáng)度和剛度(扭轉(zhuǎn))計(jì)算和撓曲變形進(jìn)行校核，以確定軸的最小截面尺寸，保證周的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。攪拌軸直徑設(shè)計(jì)a.按轉(zhuǎn)矩計(jì)算。軸材料為45號(hào)鋼，則選k=25MPa。實(shí)心軸徑d為：d=120mmb.按剛度計(jì)算。對(duì)于碳鋼和合金鋼的剛度模量G=7.94104MPa一般傳動(dòng)和攪拌軸的計(jì)算可選為1/21（o）/m,在此=1/2（o）/m。則攪拌軸直徑d為：考慮開鍵取d=120mm。6傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)攪拌設(shè)備傳動(dòng)裝置系統(tǒng)一般包括電動(dòng)機(jī)、變速器（減速機(jī))、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、機(jī)架及凸緣法蘭等，如圖6-1所示。（1）傳動(dòng)方式及選型攪拌設(shè)備具有單獨(dú)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

35、，通常設(shè)置在釜頂封頭的上部。隨著反應(yīng)釜大型化的發(fā)展，攪拌軸從設(shè)備底部伸入的底攪拌結(jié)梅也較多。底攪拌軸短，不需要裝設(shè)中間軸承和底軸承，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，有利于密封。由于反應(yīng)介質(zhì)有毒、易燃易爆，固軸封采用帶內(nèi)置軸承的機(jī)械密封2005型。（2） 電動(dòng)機(jī)選型 攪拌設(shè)備選用電動(dòng)機(jī)主要是確定系系列、功率、轉(zhuǎn)速以及安裝形式和防爆要求等幾項(xiàng)內(nèi)容。一般異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速按電動(dòng)機(jī)的極數(shù)分成幾擋，其中1500rmin的電動(dòng)機(jī)價(jià)格較低，供應(yīng)普遍，應(yīng)用最廣。最常用的為Y系列全封閉自扇冷式二相異步電動(dòng)機(jī);此裝置有防爆要求，可選用YB系列。電動(dòng)機(jī)功率必須滿足攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)功率與傳動(dòng)系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮在攪拌操作中會(huì)

36、出覡不利條件造成功率過大等因素。有前面計(jì)算獲得電機(jī)功率P=200KW。確定電機(jī)型號(hào)為YB315M-4-W：防爆等級(jí)為：dBT4。起安裝尺寸見設(shè)計(jì)圖。（3） 減速機(jī)選用減速機(jī)： 減速器采用二級(jí)齒輪減速器。配YB型的LC的非直聯(lián)型減速機(jī)，電機(jī)功率P=200KW，減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n=160r/min。輸出軸軸頭形式為型；標(biāo)記如下： （4）凸緣法蘭與安裝底蓋選用凸緣法蘭的選用。凸緣法蘭一般焊接在攪拌容器封頭上，用于連接攪拌傳動(dòng)裝置，也可兼作安裝，維修、檢查用孔。根據(jù)介質(zhì)的耐蝕性，凸緣法蘭選用整體結(jié)構(gòu)如圖6-2，其公稱直徑為DN900，密封面形式為突面(R)，。凸緣法蘭可按HG2156494選用。公稱直徑

37、DN=900，D=1065，K=990，Di=720，h=110。標(biāo)記：HG2156495 法蘭R 90016MnR. 圖 6-2凸緣法蘭安裝底蓋的選用 安裝底益采用螺柱等緊固件與凸緣法蘭連接，是整個(gè)攪拌傳動(dòng)裝置與容器連接的主要連接件，如圖6-3所示。安裝底蓋的常用類型為RX型（突面裝），其他結(jié)構(gòu)(整體)，按HG21565選用。機(jī)架公稱直徑小于安裝底座；如圖6-4安裝底蓋、機(jī)架、凸緣法蘭、軸封的裝配圖。選取時(shí)應(yīng)注 意與凸緣法蘭的密封面配合。類型確定后，安裝底蓋的結(jié)構(gòu)尺寸由安裝底蓋公稱直徑、機(jī)架公稱直徑和攪拌軸徑三者確定。圖 6-3安裝底蓋 圖6-4 安裝底蓋與機(jī)架、密封箱體得（5）機(jī)架選用（H

38、G215695）a形式、尺寸及選用。立式攪拌設(shè)備傳動(dòng)裝置是通過機(jī)架安裝在攪拌設(shè)備封頭上的，機(jī)架內(nèi)應(yīng)留有足夠的位置，以容納聯(lián)軸器、軸封裝置等部件，并保證安裝操作所需要酌空間。機(jī)架中間還要安裝一個(gè)中間軸承裝置，以改善攪拌軸的支承條件。機(jī)架下端采用螺柱與安裝底蓋連接，機(jī)架的公稱直徑般小于安裝底蓋公稱直。起結(jié)構(gòu)如圖6-5機(jī)架公稱直徑為700mm，采用B型單支點(diǎn)機(jī)架，傳動(dòng)軸徑160mm，機(jī)架公稱直徑700mm；標(biāo)記為：HG215695 機(jī)架 B700160。 圖6-5 單支點(diǎn)機(jī)架 b機(jī)架中軸承箱結(jié)構(gòu)及安裝。圖 6-6軸承箱結(jié)構(gòu)及安裝示意圖中軸承箱結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要說明圖6-6是公稱直徑700單支點(diǎn)機(jī)架的軸承 箱

39、，下面簡(jiǎn)要介紹各組成零件的作用。角接觸球軸承。角接觸球軸承如果是單個(gè)使用，它能夠同時(shí)承受徑向負(fù)荷與單向軸向負(fù)荷(因?yàn)闈L動(dòng)球體與外圈內(nèi)表面接觸點(diǎn)處的法線與軸承徑線平面的夾角，所以補(bǔ)強(qiáng)。 10. 壓試驗(yàn)1.01釜體水實(shí)驗(yàn)(1) 試驗(yàn)壓力確定 根據(jù)式子，內(nèi)筒體試驗(yàn)壓力?。?)內(nèi)壓試驗(yàn)校核 內(nèi)筒筒體應(yīng)力 Mpa故內(nèi)筒滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力要求。（3）液壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核 由 得：.（10.1-2） 260Mpa 故液壓強(qiáng)度足夠（4）壓力表的量程、水溫及水中濃度的要求 壓力表的最大量程：P表=2=20.4=0.8 或1.5PT P表4PT 即0.6MPa P表1.6 水溫15 水中濃度25（5）水壓試驗(yàn)的操

40、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1.1，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至1，保壓足夠長時(shí)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(bǔ)后重新試壓直至合格為止。水壓試驗(yàn)合格后再做氣壓試驗(yàn)。公式10.1-1至10.2-2均出自文獻(xiàn)【1】67-70頁40.2Mpa40.07Mpa=1.26Mpa320.4Mpa10.2夾套的氣壓試驗(yàn)（1）氣壓試驗(yàn)壓力的確定 氣壓試驗(yàn)的壓力： (10.2-1) =1.151.11.0=1.26（）； 根據(jù)式子，夾套試驗(yàn)壓力取1

41、.1Mpa。取兩者間最大值=1.26（2）氣壓試驗(yàn)的強(qiáng)度校核 由 (10.2-2) 得： = 320.4（） 320.40.85 =0.856501.0=520（） 氣壓強(qiáng)度足夠（3）氣壓試驗(yàn)的操作過程 做氣壓試驗(yàn)時(shí)，將壓縮空氣的壓力緩慢將升至0.05，保持5min并進(jìn)行初檢。合格后繼續(xù)升壓至0.105，其后按每級(jí)的0.046級(jí)差，逐級(jí)升至試驗(yàn)壓力0.46，保持10，然后再降至0.4，保壓足夠長時(shí)間同時(shí)進(jìn)行檢查，如有泄露，修補(bǔ)后再按上述規(guī)定重新進(jìn)行試驗(yàn)。11結(jié)論本反應(yīng)釜主要按照GB150-1998.鋼制壓力容器和HGT20569-94.機(jī)械攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)，反應(yīng)釜為高密度聚乙烯的攪拌反應(yīng)釜，夾套為25左右的冷水，工作溫度為80.壓力為0.9MPa。反應(yīng)釜由釜體部分、傳熱、攪拌、傳動(dòng)、及等裝置所組成。釜體分兩部分計(jì)算，夾套按照蒸汽壓力做為內(nèi)壓容器計(jì)算，釜體按內(nèi)壓容器計(jì)算，壓力為乙烯壓力。帶螺旋導(dǎo)板夾套為反應(yīng)釜的傳熱裝置。在選擇反應(yīng)釜攪拌裝置時(shí)，根據(jù)以