新型攪拌反應器設計畢業(yè)設計

新型攪拌反應器設計畢業(yè)設計引言攪拌設備使用歷史悠久，廣泛應用于化工、醫(yī)藥、食品、采礦、造紙、涂料、冶金、廢水處理等行業(yè)中。攪拌器除用作化學反應器和生物反應器外，攪拌反應器還大量用于混合、分散、溶解、結晶、萃取、吸收或解吸、傳熱等操作。在化工容器制造過程中，一臺壓力容器從設計到投入運行，要經(jīng)過設計、制造、檢驗、安裝、運行監(jiān)督和維修等多個環(huán)節(jié)，設計是其中一個十分重要的環(huán)節(jié)。設計的正確、合理與否，不僅涉及到制造、檢驗等環(huán)節(jié)的難易程度，影響到圧力容器的制造成本和運轉費用，而且直接關系到產(chǎn)品運行的可靠性。壓力容器從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段：第一階段，主要表現(xiàn)在20世紀初，隨著石油化學工業(yè)的發(fā)展，所以一些應用于化工生產(chǎn)的中、低壓力容器的設計與試驗應用，主要是薄壁容器的碳鋼容器及部分不銹鋼容器的應用。第二階段，21世紀30年代以后，隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展，壓力容器有廣泛的應用于工業(yè)、農業(yè)、軍工及民用等許多部門，這時的壓力容器不能單獨地構成一臺設備，它內部必須裝入為完成某一化工單元操作所需的內件，諸如合成塔、分離器、熱交換器及特殊工藝的高壓容器。第三階段，21世紀的中國等發(fā)展中國家，制造也的發(fā)展是社會發(fā)展、經(jīng)濟提高的基礎。但隨著世界性的能源危機，許多國家正在大力的開發(fā)能源，一方面加緊開發(fā)煤氣和天然氣，另一方面積極發(fā)展核能發(fā)電，這些能源裝置需要大量的高壓容器和超高壓容器。預計在不久的將來，高壓容器的設計理論與制造技術將會成為我們所要掌握的關鍵部分。機械攪拌設備山攪拌容器和攪拌機兩大部分組成。攪拌容器包括釜體、封頭、內構件以及各種用途的開孔接管等，在運行過程中與攪拌機共同完成介質的懸浮、分散、乳化、混勻、溶解、吸收、萃取、化學反應以及傳熱等物理、化學反應。攪拌機包括傳動裝置、攪拌器、攪拌軸、軸封等。1設計內容、設計參數(shù)及生產(chǎn)工藝1.1設計內容攪拌容器：1.殼體材料的選擇以及厚度的計?算和校核;上下封頭型式的確定以及用度的計算和校核；管口開孔補強計算及接管規(guī)格的確定；容器支座的確定.攪拌機：1.攪拌器的選型及校核；攪拌軸的計算及選材；傳動裝置的選擇；電機功率的計算；攪拌軸封的型式確定及材料選用.1.2設計參數(shù)設計容積：5m3o反應液體密度：1500kg/m':反應液體粘度：12xl0-3^*5/;rr；攪拌器轉速：lOOr/min;設計壓力：1.OMpa;設計溫度：35C:殼體材料：16MR（熱軋）；設計溫度下許用應力［b］=170MPa:試驗溫度卜許用應力［b］=］70MPa；壓力試驗下的屈服點［b］：=345MP。；高徑比HJD=1.2;鋼材厚度負偏差G=0mm:腐蝕裕量C,=3mm：焊接接頭系數(shù)①=0.85；壓力試驗類型：液壓。2攪拌反應器結構設計計算攪拌反應器的結構和設計計算按⑸的規(guī)定。反應釜的機械設計是在工藝設計?之后進行的，設訃依據(jù)是工藝提出的要求和條件。設計工藝條件一般包括反應釜的全容積、最大工作壓力、工作溫度、介質腐蝕性、攪拌形式、轉速和功率、工藝接管尺寸方位等，而這些條件都是由用戶提供的。反應釜設備主要用于醫(yī)藥，化工，食品，輕工等行業(yè)中的水解，中和，結晶，蒸係，蒸發(fā)，儲存等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。該反應釜主要曲筒體、封頭、攪拌軸、攪拌器、電動機、減速機、聯(lián)軸器、軸承組件、填料箱、機架等部件組成。反應釜結構簡圖見圖2.1：圖2.1攪拌器總圖2.1攪拌容器的幾何尺寸計算攪拌容器罐體一般是立式圓筒容器，有頂蓋、筒體和封頭，通常支座安裝在基礎或平臺上。罐底通常為橢圓形封頭。頂蓋在受壓狀態(tài)下操作常選用橢圓形封頭。21.1計算筒體的內徑D下面根據(jù)物料量初步選定罐體的長徑比和裝料量：已知容反應釜的全容積為5m3長徑比選取見表2.1：表2」攪拌罐長徑比

種類設備內物料類型H/Di一般攪拌罐液固相或液液相物料1~1?3氣液相物料1~2發(fā)酵罐類1.7-2.5本設計中取長徑比H/Di=1.2,V=5m3內徑計算：Vx^>=^D\Hl/D)筒體直徑Tf,4x5.0x0.85V筒體直徑Tf,4x5.0x0.85V3.14x1.20二1652mm;式中V—全容積川咱—長徑比①一焊接接頭系數(shù)山⑸表8-3推薦⑸的攪拌器系列取Di=1600mm查JB/T4746-2002取標準橢圓形封頭EHA1000X10,耳二1600mm高度H二400mm直邊高度h二40mm罐體高度：H=4V/^D2= °八?()=2488〃〃”；1 3.14X1.62取H=2400mm.實際長徑比為(2400+400)/1600=1.75基本符合要求。2.1.2確定封頭的形式及尺寸本攪拌反應釜的封頭釆用標準橢圓封頭，且橢圓封頭的內徑與筒體的內徑相同，故DN二1600mm.

圖2.2 標準橢圓封頭形狀及其尺寸封頭形狀如圖2.2查以內徑為公稱直徑的橢圓封頭的形式和尺寸表得hi二400mm h:=40mm2.2攪拌容器筒體計算2.2.1計算條件及符號說明￡-計算壓力,MP。?-有效厚度內徑mmC-壁厚附加裕量，mm0卜設計溫度下材料的許用應力，MPaG-鋼板厚度負偏，mm0焊接接頭系數(shù)C?-腐蝕裕量，mmS/-設計片度，mm[Pj-fi大允許工作壓力，MPaS”-名義片度，mm設計溫度下的計算應力，S—計算厚度設計壓力p=l.OMpa設計溫度匸35°內徑Di=1600mm焊接接頭系數(shù)＜b=0.85筒體材料16MR（熱軋）（板材）2?2.2內壓圓筒計算厚度. PcDi1.0x1600 「十——2[bJ_Pc= =5.56/n/n2x170x0.85-1.0名義厚度:3n=10mm有效療度:—C)—C2=10—0—3.0=7.0mm鋼材療度負偏差C|=0/77/7?腐蝕裕量G=3nvn厚度附加量C=C{+C2=3.0mm2.2.3壓力試驗時應力校核壓力試驗類型：水壓試驗試驗壓力值：P,=1.25P7ti=1.25xl.0x—=1.25MP?f [a] 170式中：試驗溫度下許用應力[b]=170MPd設計溫度下許用應力[打=170MPa壓力試驗下允許通過的應力水平：[<r]7<0.9<ts=310.5MP"試驗溫度下屈服點=345MPa試驗壓力下圓筒的應力=馬（心）=1Z600+7）=168.礙1 26? 2x7x0.85校核條件校核結果：合格2.3攪拌容器上下封頭內壓計算2.3.1計算條件上下封頭都為校準橢圓封頭，且符合JB/T4746-2002《壓力容器封頭》要求設計壓力p=1.0Mpa設計溫度t=35°C內徑Di=1600mm焊接接頭系數(shù)（b=0.85曲面深度Hi=400mm材料16MR（熱軋）（板材）試驗溫度下許用應力0]=17OMP“設計溫度下許用應力[a]=170MPa鋼材負偏差G=Omni腐蝕裕量C2=3.40〃"”（包含封頭沖圧減薄量）2?3.2厚度計算形狀系數(shù)Diy1'1600'?y~■2+——=—2+[2Hi)J6L<2x400J計算厚度u KPcDi1.0x1.0x1600 .十2切-0.5Pc= =5.546nun2x170x0.85-0.5x1.0有效片度3e=気—G—C2=10—0—3.4=6.6mm名義厚度dn=10.0/wn滿足厚度要求2?3.3壓力計算最大允許工作壓力［化］==0.685MP。2巧[刃02x5x113x0.85KD+0.5Q最大允許工作壓力［化］==0.685MP。最大允許工作壓力［化］>計算壓力P.=0.6MP"校核結論：合格2.4人孔接管開孔補強計算人孔的設置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設備內部的裝置。當設備直徑大于900mm是應開設人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。圓形人孔制造方便，應用較為廣泛。人孔的大小及位置應以人進出設備方便為原則，對于反應釜，還要考慮攪拌器的尺寸，以便攪拌軸能通過人孔放入罐體內。容器開孔后山于殼體材料的削弱，出現(xiàn)開孔應力集中現(xiàn)象。因此，要考慮加強。補強圈就是用來彌補設備殼體因開孔過大而造成的強度損失的一種常用形式。補強圈形狀應與被補強部分相符，使之與設備殼體密切貼合，焊接后能與殼體同時受力。補強圈上有一小螺紋孔（M10）,焊后通入空氣，以檢查焊縫的氣密性。補強圈的厚度和材料一般與設備殼體相同。2?4?1接管f設計條件接管規(guī)格：f,^426x8設計壓力p=LOMpa設計溫度t=35°C殼體型式：橢圓形封頭接管材料：16MR（熱軋）（板材）補強圈材料名稱：16MR（熱軋）殼體開孔處焊接接頭系數(shù)：d）=0.85殼體內直徑：Di=1600mm殼體開孔處名義厚度：5n=10mm殼體厚度負偏差C]=0〃皿殼體腐蝕裕量：C2=3.0mm殼體材料許用應力=170MPa接管名義厚度:5?,=8/wn橢圓形封頭長短軸之比2凸型封頭開孔中心至封頭軸線的距離為0mm接管實際外伸長長度h、=200nun接管實際內伸長長度人產(chǎn)亦接管焊接接頭系數(shù)1.0接管腐蝕裕量1.0mm補強圈外徑540mm補強圈厚度16mm接管厚度負偏差=Gmm補強圈厚度負偏差接管材料許用應力[刃=170MPa補強圈許用應力&]r=170MPa2.4.2開孔補強計算(a)補強及補強方法判別補強判別根據(jù)下表，允許不另行補強的最大接管外徑為89mm。本開孔外徑遠大于該值，故需另行考慮其補強。表2.2 不另行補強的接管最小厚度 mm接管公稱外徑253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0注：1.鋼材的標準抗拉強度下限值6>540MM時，接管與殼體的連接宜采用全熔透的結構形式；2.接管的腐蝕裕量為1mm補強方法判別開孑L直徑d=426—2x8+2x3=416〃〃"本凸形封頭開孔直徑d二416mm〈%=700〃〃“，滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。(b)開孔所需補強面積封頭計算厚度山于在橢圓封頭中心區(qū)域開孔，所以封頭計算厚度按下式確定,即「KfcDi 0.9x1.0x1600 …、d=r.. = =4.99/??/??2[a]-0.5Pc 2x170x0.85-0.5x1.0心：山橢圓形長短軸比值決定的系數(shù)%2H。2.62.42.22.01.81.61.41.21.0K,1.181.080.990.900.810.730.650.570.50注：1中間值用內插法求得K-o.9為標準橢圓形封頭/?o=%+d0

接管計算厚度￡PQ, 1.0x(426-8x2)lon?* 2[a](/)-O.5P 2x170x1.0-0.5x1.0接管的有效厚度Q=￡_c=8-3=5〃皿補強圈強度削弱系數(shù)^=1°接管材料強度削弱系數(shù)^=,°開孔直徑d=426-8x2+3.0+3.0=416/nni補強區(qū)有效寬度3=2x416=83加〃？有效寬度按下式計算，取二者中較大值R=Rd?—ld+25“+2必接管有效外伸長度人=57.689〃””接管實際外伸高度接管實際外伸高度接管有效內伸長長度他=壓際內伸高度h2=Omni封頭有效厚度①=①-c=10-3.4=6.6mm開孔削弱所需的補強面積A=f/xJ+2xJxJr/(l-/,-)=416x4.99+0=2075.84/?wh2殼體多余金屬面積A】=(B-dXQ_5)/廠+2g(?_c?X】_/J=(832_416)x(7.0-4.99)=836A6mm接管多余金屬面積

A2=2/2］（瓦一）/；.+2力2（幾-c2）fr=2x57.689x（5.0-1.208）=437.5\mm2補強區(qū)內的焊縫面積｛焊腳為8mm｝生=Mmnr4+生+生=836.16+437.51+64=1337.67mm2小于A,需另加補強。（f）補強圈設計根據(jù)接管公稱直徑DN518選補強圈，參照補強圈標準JB/T4736查補強圈尺寸表，取補強圈外徑D二680mm,內徑d二430mm。因B二832mm〉D,補強圈在有效補強范圉內。補強圈片度為1824"250"=1824"250"=7.296/7?/??考慮鋼板負偏差并經(jīng)圓整，取補強圈名義厚度為10mm（與封頭厲度相同，便于制造時準備材料）?；と萜骷霸O備，往往山于工藝操作等原因，在筒體和封頭上需要開一些各種用途的孔。接管是用來與管道或其他設備連接的，接管的伸出長度一般為從法蘭密封面到殼體外徑為150mm。本設備需要接管來滿足進料和出料。當采用補強圈補強時，接管厚度可參照下列值選?。?108x6,0133x6,0159x&0219x&0273x8,0325x10,0377x102?4.3接管a設計條件接管規(guī)格：a,①159x6設計壓力P=1.0MPa設計溫度t=35°C殼體型式：橢圓形封頭殼體材料：16MR（熱軋）板材補強圈材料名稱：16MR（熱軋）殼體開孔處焊接接頭系數(shù)：巾=0.85殼體內徑：Di=1600mm殼體開孔處名義厚度：％=10〃"”殼體厚度負偏差：q=0mm殼體腐蝕裕量：C2=3.0mm殼體材料許用應力［門‘=170MPa橢圓形封頭長短軸之比為2接管軸線與殼體表面發(fā)現(xiàn)的夾角249'接管實際外伸長度勺=200〃曲接管實際內伸長度S訕接管材料名稱及類型：10(GB8163)管材接管焊接接頭系數(shù)：1.0接管腐蝕裕量：3.0mm凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離為500mm補強圈外徑：540mm補強圈厚度：14mm接管厚度負偏差補強圈厚度負偏差5=0如接管材料許用應力=110MPa補強圈許用應力［b］'=170MPa2.4.4開孔補強計算(R補強及補強方法判別補強判別根據(jù)下表，允許不另行補強的最大接管外徑為89mm。本開孔外徑大于該值，故需另行考慮其補強。補強方法判別開孔直徑d=166/77/27d-開孔直徑，為在殼體或封頭計算厚度中面上通過開孔中心沿各個所考慮截面上測至接管內壁的弦長，并加2倍厚度附加量

本凸形封頭開孔直徑d二166mm〈%=700〃〃〃，滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。(b)開孔所需補強面積封頭計算厚度由于開孔位于以橢圓形封頭中心為中心80綸封頭內直徑的范圍內，所以封頭計算厚度按下式確定，即.Kfp 0.9x1.0x160020]'0一0.5P2xl70x0.85-O.5xl.O接管計算厚度乂 PQ 1.0x(159-6x2) *o,=—f—t； = =0.67nun2同0-0.5￡ 2x110x1.0-0.5x1.0補強圈強度削弱系數(shù)幾=1.0接管材料強度削弱系數(shù)=1104-170=0.647應力校正系數(shù)F=1開孔直徑d=165.9mm補強區(qū)有效寬度B=2x165.9=331.8〃"”有效寬度按下式計算，取二者中較大值B—0Q-1〃+26+2必接管有效外伸長度人=31.55mm接管實際外伸高度取較小者接管實際外伸高度取較小者接管有效內伸長長接管實際內伸高度接管實際內伸高度/?2=0mm補強區(qū)有效寬度B=331.8mm接管有效外伸長度勺=31.55〃〃"接管有效內伸長度％=0加”開孔削弱所需的補強面積A=JxJ+2xJx^,,x(l-/J=165.9x4.99+2x4.99x0.67x(1-0.647)=830.2/?/?2殼體多余金屬面積兒=(B—〃X6-5)-2瓦(①一耿1—/r)=332.51mm2接管多余金屬面積A2=2hi(§“- 4-2h2(-1*2)fr=2x31.55x(5—0.67)x0.647=273.22mm2補強圈內的焊縫面積A,=64〃〃”$A,+A,+A3=332.51+273.22+64=669.73mm2,小于A,需另加補強。(f)補強圈設計根據(jù)接管公稱直徑DN150選補強圈，參照補強圈標準JB/T4736取補強圈外徑D二300mm,內徑d二170mm。因B二332mm>D,補強圈在有效補強范圉內。補強圈厚度為_A_D-d1766"Bo"=\_A_D-d1766"Bo"=\4.7mm為便于制造時準備材料，補強圈名義盡度也可取為封頭的厚度，即取J=10〃〃〃3反應器攪拌裝置設計攪拌裝置山攪拌器、攪拌軸及其支承等組成。3.1攪拌器的設計攪拌器乂稱攪拌漿或攪拌葉輪，是攪拌反應器的關鍵部件。其功能是提供過程所需要的能量和適宜的流動狀態(tài)。3.1.1攪拌器的結構設計為了提供能量與造成液體的流動狀態(tài)，攪拌器必須有合理的結構和足夠的強度。所謂的結構指葉片的兒何尺寸及安裝位置要合理，葉片的制造工藝合理，葉片與攪拌軸的連接方式穩(wěn)妥可靠，葉片安裝檢修方便。攪拌器的選型一般從三個方面考慮：攪拌口的、物料粘度和攪拌容器容積的大小。選用是除滿足匸藝要求外，還應考慮功耗、操作費用，以及制造、維護和檢修等因素。根據(jù)給定的工藝條件，綜合考慮各方面的因素，本文設計的攪拌器為軸向流仿A310型新型攪拌器。該攪拌器由于葉片的寬度和傾角隨徑向位置而變，乂稱為變傾角變葉片寬攪拌器。這種攪拌器非常適合于均相混合、固液懸浮操作。具有高效節(jié)能、造價低廉而且易于大型化的優(yōu)點。A310攪拌器的葉片由鋼板按一定規(guī)律彎曲制成，不必使用銃或精密澆注等成型工藝，且三枚葉片用螺栓固定在輪轂上，比較容易大型化。當用于固液懸浮操作時，達到同樣懸浮效果，A310葉輪比傳統(tǒng)使用的45°折葉渦輪節(jié)能50%。其特點是：為了使槳葉沿整個長度的抽吸作用均勻和在槳葉上每一點獲得最佳的速度效應，沿槳葉長度方向的傾角及曲面弦寬都是變化的線速度較小的槳葉根部寬且傾斜度大，線速度較大的槳葉端部窄且傾斜度小。槳葉的主邊是光滑的圓弧過渡，在整個槳式為流線型。槳葉的曲面向下,從而以最小的推動力產(chǎn)生高效向下的抽吸作用，最終獲得流體介質的平滑運動,同時阻止了耗損能量的邊界層分離。離開槳葉的流體實質上是軸向流型，其射狀流動很強，當槳葉安裝在距罐底為槳葉直徑的1/2,或槳葉直徑的3倍時仍然很有效。最底層槳葉上都帶有穩(wěn)定葉片（在每個槳葉上焊有一軸向的短葉片），其作用是利用其阻尼作用減小攪拌軸端的撓度和提高攪拌器的臨界轉速，進而起到防振作用。3.1.2計算條件槳葉材料：16MnR攪拌器直徑：Dj,=500mm500/1600=0.3125符合標準要求：0/0=0.2-0.5攪拌器的槳葉數(shù)：Z=3攪拌器及附加質量：“=20.05匕物料對攪拌器軸向推力方向：壓力3.1.3攪拌器結構圖及其主要尺寸：結構圖如下：名 務?ES灌加劑檜撞持罩規(guī)祜（直徑弋鬲度:，6400x640€1600x2400臺 數(shù)2!L操壓力,MP匕帑EEats作條4040件介匱箱度.CP0?了?20。0D?7~2直徑＞mm19801016槳轅墩，r/niiiL84/4285M數(shù)22葉層間距?max2-5401220最底層距繼底.加曲1卿8444穩(wěn)定葉片數(shù)33間審”mm6&6356皆寛“克pTrtm數(shù)量25^x&ID04150x18004圖2.3仿A310型新型攪拌器。3丄4攪拌器的強度計算仿A310型新型攪拌器槳葉強度的精確計算比較麻煩，可近似地用螺旋漿的實用計算方法。輪轂處槳葉根部為危險斷面，折葉斷面的主慣性軸都不與攪拌軸線平行，作用在折葉槳表面上的液體阻力在折葉片根部I-I斷面對慣性軸XX所產(chǎn)生的彎矩為：嘰=4777^x—*—=4777x—x一1一=16.89N?加sin<9 100sin45°Ni電機功率，KW該斷面的抗彎斷面模量為:18xl02W- 二= =300mm66式中的b,5值為去掉腐蝕裕度后的凈值。I-I斷面的彎曲應力：久=如==0.0563MMVV300應力滿足校核公式：cw<[cr]=115MPa攪拌器槳葉材料的需用應力：彎曲許用應力：\a]=^-=W5MPa?：安全系數(shù) 按標準要求的炭鋼材質選用為3厲：槳葉材料在設計溫度下的抗拉強度345MPa扭轉許用應力：[r]=0.5770]=66.36MP"3.1.5攪拌附件的選擇攪拌附件是指為了改善攪拌容器聶液體的流動狀態(tài)而增設的附件。當攪拌器沿容器中心線安裝，攪拌物料的黏度不大，且攪拌轉速較高時，液體將隨著槳葉旋轉方向一起運動，容器中間部分的液體在離心力作用下涌向內壁并上升，中心部分液面下降，形成漩渦。隨著攪拌轉速的增加，漩渦中心下凹到與槳葉接觸，此時外面的空氣進入槳葉被吸到液體中，液體混入氣體后密度減小，從而降低了混合效果。為了消除這種現(xiàn)象，通?？杉尤胍欢〝?shù)量的擋板。安裝在筒體內壁的擋板可把回轉的切向流動改為徑向和軸向流，較大地增加了流體的剪切強度，從而改善攪拌效果。一般情況下，在容器內壁面均勻安裝4塊、寬度為容器直徑1/12?1/10的擋板，就可滿足全擋板條件。山于本設備的物料黏度比較低，攪拌器轉速較高，故本設計在容器內壁面安裝4塊寬度為120mm的擋板以改善主體循環(huán)，增大湍動程度，改善攪拌效果；同時降低攪拌載荷的波動，使功率消耗保持穩(wěn)定。3.2攪拌軸的設計機械攪拌反應器的振動、軸封性能等直接與攪拌軸的設汁有關。攪拌軸的設計主要是確定危險截面處軸的最小尺寸，進行強度、剛度汁算或校核、驗算軸的臨界轉速和撓度，以便保證攪拌軸能安全平穩(wěn)地運轉。一般悄況下，攪拌軸軸徑必須滿足強度和臨界轉速要求，當有特殊要求時，還應滿足扭轉或徑向位移的要求。確定軸的實際直徑時，通常還得考慮材料的腐蝕裕量，最后把直徑圓整為標準軸徑。3.2.1攪拌器的功率計算攪拌功率是指攪拌器以一定轉速進行攪拌時，對液體做功并使之發(fā)生流動所需的功率。計算攪拌功率的L1的，一是用于設訃或校核攪拌器和攪拌軸的強度和剛度，而是用于選擇電機和減速機等傳動裝置。計算雷諾系數(shù)用以下公式：豐+則c 1600x1.667xO.52雷諾數(shù)Re=-—= : =55566.7“ 12x10'由《過程設備設計》圖&27功率曲線3查得，竹=1.0。攪拌功率p=N =1.0xl600xl.6673x0.55=0.232M322攪拌軸的計算計算條件：軸支承情況：懸臂軸軸計算類型：剛性軸電動機額定功率：Pv= =0232+0368=0.67KW〃 0.9式中P表示攪拌器的功率，P.表示軸封系統(tǒng)的摩擦損失，0.368KW,〃表示傳動系統(tǒng)的機械效率,0.9軸設計轉速n二100r/min設備內設計壓力P二l.OMPa軸安裝形式：上插式軸軸材料名稱：45鋼軸材料抗拉強度：6,=590MP(i軸材料壓縮屈服強度：^=295MPa軸材料彈性模量：E=196000MR/軸材料剪切模量：G=79000MP°軸材料密度：久=7850匕/"平衡精度等級：16mm/s（對于壓力低、轉速低及一般物料的工況）傳動裝置效率：〃二0.9許用扭轉角[/]=O.5°//n軸結構類型：實心軸兩軸承之間長度500mm流體徑向力系數(shù)：人=0.16（4塊擋板）軸封形式：填料密封填料密封圈總高度100mm軸承A形式：滾動軸承軸承B形式：滾動軸承軸線與安裝垂直直線夾角：a=0°攪拌物料密度p=15OO^//n3攪拌介質類型：液-液混合物攪拌介質性質：一般物料攪拌器數(shù)量：2個攪拌器類型：斜葉推進式攪拌器的尺寸及主要參數(shù)：攪拌器【：推進式攪拌器至軸承的距離2500mm攪拌器直徑：500mm攪拌器的槳葉數(shù)：3攪拌器1【：推進式攪拌器至軸承的距離1200mm攪拌器尺寸同攪拌器一3.2.3按扭轉變形計算攪拌軸的軸徑軸上受扭矩是時其截面上產(chǎn)生剪應力，其扭矩的強度條件是:M,rt仏=xAL式中rnux--截面上最大剪應力，MP&M.--軸所傳遞的扭矩，n.mm--抗扭截面系數(shù)，5［耳--降低后的扭轉許用剪應力，MPa軸上轉遞扭矩和軸抗扭截面系數(shù)可以分別由以下各式求?。篗.=955300()2L n比=僉小(實心軸)式中 P-——?攪拌傳遞功率，kw

N——攪拌軸轉數(shù),r/mind 實心軸的直徑，mm將兒和K值代入上式經(jīng)整理強度訃算所需的最小攪拌軸徑d>39550x103x16/?…’=d>39550x103x16/?…’=3C)5.1=365-1?，3^0=2L04，H，n按受扭轉變形控制計算軸徑d心十說減切="珂㈱顧=咖唄9553 9553—ZZ1/,V—x0.9x0.67=57.6/V.W3.2.4按臨界轉速校核攪拌軸的直徑攪拌軸及攪拌器（包括附件）有效質量的計?算攪拌軸有效質量的計算剛性軸的有效質量等于軸自身的質量加上軸附帶的液體質量。對于懸臂軸〃切嚴彳尤厶[。,（1-疋）+亦＜10-9式中叫廠懸臂攪拌軸L,段的有效質量，kg山-懸臂軸L】段的實心軸軸徑，mmL】-第一個攪拌器懸臂長度，mm°,?-軸材料的密度，kg/m3攪拌物料的密度，kg/m3將數(shù)據(jù)代如上公式得嘰專也S（l-N；）+p]xlO“=^x502x2500[7850+1500]x10~9=45.87kg剛性攪拌軸的攪拌器（包括附件）有效質量等于攪拌器自身質量加上攪拌器附帶的液體的質量（附件附帶的質量忽略不計）。計算公式如下：mie=mi+ —DJhipcQsOix10~94式中久廠第個i攪拌器的附加質量系數(shù)，按下表差得;表2?5攪拌器附加質量系數(shù)％葉片數(shù)葉片角&附加質量系數(shù)％葉片數(shù)葉片角附加質量系數(shù)％20°（直葉）0.3140°（直葉）0.29245°（斜葉）0.31445°（斜葉）0.2930°（直葉）0.2760°（直葉）0.53345°（斜葉）0.17645°（斜葉）0.300廠第個i攪拌器的直徑，mm;〃廠第個i攪拌器的葉片寬度，mm;故笫一個攪拌器的有效質量為inie=“+〃吧彳￡＞；]/?]/?cosqx10-9314=20.05+0.29xx5002x105xcos45°x1500xlO^9由于第二個攪拌器與4=24?75kg第一個攪拌器相同，所以笫二個攪拌器的有效質量等于第一個攪拌器的有效質量，即叫2=叫1=24.75kg懸臂軸第一階臨界轉速的計算軸有效質量〃2小在末端S點處的相當質量W140於+231厶6/+99盾

420(厶+a『140x5OO2+231x2500x500+99x25002420(2500+500)x43.2=10.3kg第i個攪拌器有效質量呱在末端S點處的相當質量ME(厶+“)川厶+")故第1個攪拌器有效質量m在末端S點處的相當質量肌為Wi=niie=24.75kg第2個攪拌器有效質量叫在末端S點處的相當質量見為13OO2x(1300+500)25OO2x(2500+500)=2?01&g在S點處所有相當質量的總和W52比=W+工比=10.8+24.75+2.0=37.55^具有兩個攪拌器的等直徑懸臂軸的一階臨界轉速m為=114.7x502210000x1x Y250()2X(2500+500)x37.55=157r/minn軸的轉速n與一階臨界轉速m的比值按標準選取的攪拌軸抗振條件：a液-液；b葉片式攪拌器；c剛性軸軸的轉速n與臨界轉速m的比值符合以下條件:—=0.64<0.70和丄H(0.45~0.55)蘇 5抗振條件校核合格3.2.5按強度計算攪拌軸的直徑第一個攪拌器上的流體徑向力計算M.xlO第一個攪拌器上的流體徑向力計算M.xlO3j\式中覽廠第一個攪拌器功率產(chǎn)生的扭矩,9553 ”幾］= x0.67=64N?mn 100Pq廠第一個攪拌器的設計功率，kW念-流體徑向力系數(shù)，其值根據(jù)試驗確定。若無可靠試驗數(shù)據(jù)時，則根據(jù)攪拌設備的內部情況、攪拌器的型式及攪拌介質特性等條件按下表選取。=0.16x64x10’(%)x400=6&=0.16x64x10’(%)x400=6&27N表2.6推進式、三葉后掠式攪拌器的流體徑向系數(shù)念擋板及內件數(shù)介質黏度W20mpa?s介質黏度事lOOOmpa?s無擋板0.400.041?3塊擋板或1?2個內件0.250.044塊擋板0.160.04將數(shù)據(jù)帶入上公式計算得因為第二個攪拌器選的與第一個相同，故攪拌軸與各層攪拌器的組合質量=mLi+工"=45.87+24.75+24.75=95.3kg攪拌軸與各層攪拌器組合質量偏心引起的離心力玖對于懸臂軸第27頁共53頁?>=『幾MX?>=『幾MX10-5=44.84?式中[習一攪拌軸的許用偏心距，同=9?55%=9?55xl%（）0=1.528G—平衡精度，對于操作壓力低、轉速低以及一般物料的工況，G取16mm/s攪拌軸與各層攪拌器質量的重心距離軸承的距離Le對于懸臂軸24.75x2500+24.75x1300+45.87x =—=1558.5w/h95.3懸臂支承攪拌軸的徑向彎矩Mr=（工倫厶+9.8bnwlLesincr+FeLe）x10-3=495.82?加山軸向推力引起的攪拌軸彎矩呱彎矩覽的粗略計算當p<2MPa時，取彎矩M產(chǎn)0攪拌軸軸徑在的強度訃算公式攪拌軸的強度條件是r=%<k]max⑷-L」式中 '仁-軸上扭轉和彎矩聯(lián)合作用時的當量扭矩，M“=Jm2+M；N?m=a/57.62+495.82=499.IN?mM-軸上彎矩總和,N?m=0+499」=499.1NmW廠抗扭截面模量，M=卑,m3;16[f]-軸材料的許用剪應力，MParmax-截面上最大剪應力，MPa;

則攪拌軸的直徑則攪拌軸的直徑=17.2x1=17.2x499.1］了35>故攪拌軸的最終直徑選用d=50.0mm3.2.6攪拌器與攪拌軸的連接連接型式：采用鍵與止動螺釘將攪拌器軸套固定在攪拌軸上。連接強度計算：鍵連接應驗算其擠壓與剪切強度鍵連接的抗擠壓強度條件為：_4xl0W“_4xl0W“dhkL式中Mnq-攪拌軸所傳遞的每個攪拌器的扭矩，=9553x2=57.6N?也nd-攪拌軸直徑，mmh廠鍵的高度，mmL-鍵的長度，mmbL-鍵連接中鍵、軸、軸套三者最弱材料的許用擠壓應力將數(shù)據(jù)代如上述公式得:4x10%心丄援加停4x10%心丄援加?！?46嘶鍵連接的剪切強度條件為:2xl0%dbL式中Mw-攪拌軸所傳遞的每個攪拌器的扭矩,M*=9553x-=57.67V-/nnd-攪拌軸直徑，mmb-鍵的寬度，mmL-鍵的長度，mm[“-螺栓材料的許用剪切應力，MPa將數(shù)據(jù)代入上述公式得：_2><10血dbL_2><10血dbL_2xlO‘x57?650x32x60=1.2<［吐=S5MPa校核結論：合格3.3軸封的設計軸封是攪拌設備的一個重要組成部分，其任務是保證攪拌設備內處于一定的正壓和真空狀態(tài)以及防止反應物料逸出和雜質的滲入。鑒于攪拌設備以立式容器中心頂插式攪拌為主，很少滿釜操作，軸封的對象主要為氣體；而且攪拌設備山于反應工況復雜，軸的偏擺振動大，運轉穩(wěn)定性差等特點，故不是所有形式都能用于攪拌設備上。綜合考慮各方面的因素，本設計?的軸封選用填料密封，填料密封是攪拌設備最早釆用的一種轉軸密封結構，子結構簡單且易于制造，在攪拌設備上廣泛應用。填料密封的結構是由襯套、填料箱體、填料環(huán)、壓蓋、壓緊螺栓等組成。填料密封的作用原理：被裝填在攪拌軸和填料箱本體之間的填料，在壓蓋壓力的作用下，對攪拌軸表面產(chǎn)生徑向的壓緊力，由于填料中含有潤滑劑，因此在對攪拌軸產(chǎn)生徑向壓緊力的同時也產(chǎn)生一層極薄的液膜，這層液膜一方面使攪拌折軸得到潤滑，另一方面起到阻止設備內的流體漏出或外部流體滲入的作用。填料密封的材料確定選用何種材料的主要依據(jù)是攪拌設備的攪拌軸轉速、操作溫度、操作壓力以及物料的化學性質，機械的作用，如軸的偏轉或周向跳動對填料材料的選擇也有一定的影響?？偟膩碚f，用于制造密封填料的材料必須滿足以下要求：a應有足夠的塑性，在填料函壓蓋的壓縮下能適應軸和填料函的形狀而變形。b應耐設備內介質及潤滑劑的浸泡和腐蝕，且不含有被介質和潤滑劑所溶脹及消弱的其他物質。c應有足夠的彈性，以吸收在設計上不能避免的軸的環(huán)動。d在填料函壓蓋壓得過緊的情況下具有運轉自如，不產(chǎn)生破壞性摩擦和熱的性能。e不會咬住或腐蝕軸。f磨損緩慢，很少需要調整和更換。根據(jù)以上要求本設計的填料選用釆用了真空浸漬加壓法生產(chǎn)的柔性石墨，它是制造密封填料的重要材料，對無機酸有較強的耐蝕性，石墨是一種潤滑劑，具有高的密度和使其具有寶貴性能的晶狀結構。石墨很滑，對大部分化學物質不起作用，并可以分成很薄的薄片粘附于填料和軸上，使其摩擦遠遠低于與石棉或金屬接觸的情況。填料的結構填料的橫斷面常常被加工成方形或圓形的，因為這種橫斷面有利于將填料加工成連續(xù)的條狀，并使其能適應較大范圍的軸徑和填料函尺寸。為此本設計的柔性石墨填料為成型環(huán)狀填料，基本尺寸為10X10的環(huán)形。填料箱的選擇選用校準碳鋼填料箱(PN0.6)(HG21537.1-92)。4傳動裝置的設計攪拌設備傳動裝置系統(tǒng)一般包括電動機、變速器、聯(lián)軸器、機架、安裝底蓋、凸緣法蘭等。4.1電動機的選擇攪拌設備的攪拌軸通常是山電動機來驅動的。山于攪拌設備的轉速一般都比較低，因而電動機絕大多數(shù)情況都是與變速器組合在一起使用的，有時也采用變頻直接調速。為此，在選用電動機時，應特別考慮與變速器匹配問題。根據(jù)電動機選用的基本原則，綜合考慮攪拌設備對電動機各方面的要求，本設計選用YB系列全封閉自扇冷式三相異步電動機，其額定功率為0.75KW。4.2變速器的選擇變速器是用于原動機和工作機之間獨立的閉式傳動裝置，其主要功能是降低轉速，并相應增大扭矩。由于攪拌軸運轉速度大多在30?600r/min范圍內，小于電動機額定轉速，故在電動機處口端大多需設置變速器。在眾多減速機品種中,攪拌設備應用最多的是立式結構，其結構和技術性能也與普通減速機有所區(qū)別。這是因為攪拌設備用減速機必須能夠適用于各種化學工業(yè)環(huán)境的工藝要求，同時能夠承擔各種不同攪拌操作過程產(chǎn)生的工作負載和穩(wěn)定支承問題，而且在體積上要求盡可能小地占用高度空間。減速機的選擇必須根據(jù)工作要求、攪拌軸是否連續(xù)運轉、經(jīng)濟性和使用廠的維修能力等兒方面進行綜合考慮，并參照以下原則。1?首先考慮反應釜的攪拌傳動所需要的電機功率、攪拌器轉速，然后再根據(jù)其他具體條件綜合考慮，類比確定較適用的減速機?？紤]的其他條件有：對減速機有無防爆要求;是單向還是雙向；是連續(xù)還是間歇傳動等，同時還要考慮維修條件對減速機空間位置的要求。當選擇減速機后得到的輸出轉速與攪拌轉速不完全一致時，在保證攪拌功率的條件下，可允許選擇轉速比要求轉速稍低一些，但不能偏高，以免增大所需攪拌功率。根據(jù)釜用立式減速機的選用原則，本設計?采用擺線針輪行星減速機。選用型號為XLD0.25-0-17。此擺針輪減速機有如下特點a高速比高效率單級傳動，就能達到1：87的減速比，效率高達在90%以上,如果采用多級傳動，減速比更大。b結構緊湊。體積下。山于采用了行星傳動原理，輸入軸，輸出軸在同一軸心線上，使其機型限制在最小程度c動轉平穩(wěn)噪音底，擺線針齒聯(lián)合齒數(shù)多，重疊系數(shù)大以及具有機件平衡的機理，使振動和噪音限制在最小程度。d使用可黑，壽命長，e設計合理，機構較簡單，維修方便，容易分解安裝。4.3機架的選擇立式攪拌設備傳動裝置是通過機架安裝在攪拌設備封頭上的，在機架上一般還需要容納聯(lián)軸器、軸封裝置、中間軸承裝置等部件及安裝操作所需的空間。機架材料選鑄件HT200,按GB/T9439-1988檢查驗收，鑄鐵具有減振作用。按標準HG21566—95,本標準適用于傳動直徑為30、160mm的機架，用以支撐減速機和傳動軸。其參數(shù)如下所示：機架公稱直徑=300mm,傳動軸軸徑=70mmD,=320,D：=400,D?=445,D4=495D5=53O,n-^=12-^22,H嚴795,H=279軸承代號46217,機架質量=123Kg4.4防滑組件對于上插式軸，考慮在軸上設計擱軸防滑結構，以防止檢修中攪拌軸下滑。4.5凸緣法蘭的選擇凸緣法蘭一般焊接于攪拌容器封頭上，用于連接攪拌傳動裝置，也可兼作安裝、維修、檢查用孔。根據(jù)介質的耐腐蝕性等條件，本設訃采用標準型的凸緣法蘭，其公稱直徑DN250mm,密封形式為突面。4.6安裝底蓋的選擇安裝底蓋采用螺柱等緊固件與凸緣法蘭連接，是整個攪拌傳動裝置與容器連接的主要連接件。根據(jù)結構（整體或襯里）、密封面型式（突面或凸面）以及攪拌軸的安裝型式（上裝式或下裝式），選取安裝底蓋的型式為帶襯里的密封型式為突面的安裝底蓋。4.7聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是用來連接軸與軸或軸與其他回轉件，并傳遞運動和扭矩的。聯(lián)軸器隨連接的不同要求有各種不同的結構，可分為剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器。本設計中，釜外減速機出軸與傳動軸采用帶短節(jié)聯(lián)軸器，傳動軸與攪拌軸用一般聯(lián)軸器,且都為凸緣聯(lián)軸器。5制造工藝5.1主要零部件制造工藝流程5.1.1封頭制造工藝流程材料進廠檢驗T劃線T下料T刨邊T拼焊T打磨T沖壓T測厚、結合尺寸T100%RT檢驗T劃線T車破口T打砂（內外表面除氧化物）5.1.2筒體制造工藝流程材料進廠檢驗T劃線T下料T刨邊T卷圓T焊接T校圓T打磨T20%RT檢驗5?1?3攪拌軸制造工藝流程材料進廠檢驗T下料T車T劃線T銃T磨T鉗5.1.4上封頭組件制造工藝流程清點各零部件T劃各接管孔位置線T氣割開孔T修磨開孔破口T組隊凸緣、接管法蘭組件、補強圈T焊接T打磨T角焊縫MT100%檢測T加工凸緣中心孔、密封面、螺栓孔T總檢5.1.5總裝工藝流程清點各零部件T組對筒體封頭T焊接T打磨T20%RT檢測T組對攪拌軸、攪拌器、接管T組對填料箱、機架、軸承組件T組對聯(lián)軸器、擺線針輪減速機T組對人孔蓋板T組對試壓盲板T盛水試壓T連接電源T試運轉（運轉時釜餒保壓1.5MPa）t完成總檢5.2殼體的制造工藝殼體的主要零部件在組裝前要進行標識檢查，所有材料標記清晰、正確、具有可追溯性。封頭拼焊的對口錯邊量b釆用測量器或鋼板尺檢查，保證b<lmm,封頭成型后采用按GB/T4746-2002標準規(guī)范的樣板進行形狀偏差檢查。沖壓后檢查封頭的最小片度?in= ，封頭成形后，坡口經(jīng)加工，檢測封頭高度達375mm。筒節(jié)的A類、B類焊縫對口錯邊量b要求值53〃"。筒節(jié)A、B類焊縫的棱角E用弦長等于1/6D：的樣板進行檢查，其E值不得大于3.4o在筒節(jié)（單節(jié)）成形后采用3m鋼卷尺測量筒節(jié)的最大最小直徑差，其差值不大于5mmo

B類焊縫的對口錯邊量b53?5mm。B類焊縫成形后的棱角E<3.4mm,用長度不小于300mm的檢查尺檢查。焊縫余高嚴格按Q/XHJ10220-2004要求控制在0?4mm范圉內，釆用測量器或鋼板尺來檢查，焊縫外觀經(jīng)局部打磨，所有焊縫均為圓滑過渡，LI測外觀無裂紋、氣孔、弧坑、夾渣、飛濺等缺陷。5.3無損探傷3.3.1封頭的拼縫為100%RT,HI級合格。3.3.2其余A、B類焊縫為20%RT,III級合格。3.3.3評定標準為JB/T4730-2005。5.4零部件的加工要求及檢驗5.4.1攪拌軸的加工要求及平直度的公差攪拌軸是攪拌設備的一個重要部件，它的加工好壞對與之裝配的攪拌器和軸封有一定的影響。特別是安裝填料密封部位的軸表面光潔度，如果過低，則填料和軸均容易磨損。故軸與填料密封接觸部位應有較高的表面加工光潔度和硬度。最好它的表面加工光潔度應為1.6?0.8““，硬度為400HB左右，因此在不能用熱處理手段獲得硬度的情況下，需要在其表面噴涂硬度或其他耐磨合金，這時涂層需用磨削加工，并進行拋光，使其光潔度達到0.8“〃，裝配精度按基孔制為H8/h7o軸的直線度要求，當轉速為100r/min以上時，軸的直線度允差<0.10mm/mo5.4.2攪拌器的加工要求和動、靜平衡的精度為了使攪拌器在進行攪拌作業(yè)時平穩(wěn)可幕，攪拌槳葉的布置必須具有對稱性或均勻性。因此組成攪拌器的攪拌槳葉應具有相同的形狀和相同的重量。攪拌器制成后一般要做靜平衡，對于靜平衡一般是以達到隨遇平衡為合格，在有特殊要求的情況下，可進行動平衡試驗，根據(jù)實際情況這臺設備不需進行動平衡試驗。5.4.3填料密封主要零部件的加工要求填料箱的主要零部件是壓蓋、填料箱體和喉頸襯套。這些零件之間的裝配間隙以及與軸的裝配間隙，對填料密封能否成功的操作其為重要。隨著圧力的增加，對裝配間隙的要求也愈苛刻，就壓蓋內徑與軸的裝配間隙和填料箱喉頸或喉頸襯套與軸的裝配間隙來說，小的間隙可使填料得到更好的支撐，并幫助阻塞泄漏；大的間隙會使填料從填料箱喉頸襯套和壓蓋下面擠出，阻止了填料潤滑所必須的泄漏，引起發(fā)熱和填料及軸的損壞。因此必須對零部件的加工提出裝配間隙的要求。5.4.4填料壓蓋的加工要求壓蓋與填料箱裝配時應能使壓蓋與填料箱同心，這樣可以防止壓蓋的內徑與軸相碰。因此對其內、外徑的加工應有要求，一般壓蓋外徑與填料箱內徑的裝配間隙范圍為0.25?1.2mm,壓蓋外徑的裝配間隙范圍為0.25?2mm,上述內、外徑間隙范圉是相對應的，也就是說壓蓋內徑與軸的裝配間隙總要大于壓蓋外徑與填料箱的裝配間隙，否則壓蓋會卡在軸上與軸摩擦。5.4.5填料箱的加工要求加工填料箱時，除了注意其與壓蓋相配的間隙外，還要注意其喉頸與軸的裝配間隙，喉頸與軸之間的間隙大小將直接影響填料和軸的潤滑及磨損。填料箱喉頸部分在加工后，與軸之間的間隙應保持在0.2?0.7omm范圍內，在喉頸襯套作為中間軸承時，應考慮其內徑的動配合公差，除此以外，填料箱內腔的加工光潔度也很重要，因為它對填料的壓緊力有影響，特別是在表面過于粗糙時，需要消耗較大的軸向壓緊力，以致軸表面的徑向壓力很大而填料箱內腔還沒有達到密封的要求。因此，填料箱內的加工光潔度應在6.3“”以上。6攪拌容器的焊接及焊接的特點焊接是化工設備制造中的主要手段?；どa(chǎn)要求設備上所有的焊縫不但應嚴密牢固，能承受相當高的溫度和壓力載荷，而且要求能抵抗物料的腐蝕。因此,反應釜的質量除鋼板本身的質量外主要取決焊接的質量。因此它將直接影響到塔設備反應釜的使用壽命和安全運行。為此，焊接詢應根據(jù)要求制定焊接工藝規(guī)程,并山考試合格的焊工施焊。焊接要求金屬先熔化后凝固，這是一種快速反應的冶金過程。引起焊接變形與產(chǎn)生應力的因素很多，主要有以下兒方面：a焊縫金屬山液態(tài)凝固時體積縮?。籦焊接時不均勻的冷卻和受熱：c母材的顯微組織發(fā)生相變，引起體積不均勻變化；d經(jīng)過塑性變形后的焊件，焊接時可能發(fā)生再結晶，使金屬纖維發(fā)生不均勻的變形；e兩個被焊接盡度相差較大；f焊接本身的質量和厚度。這些因素都可能引起變形，其中受熱而引起的變形，稱為熱變形，因結晶組織改變而引起的變形稱為結構變形。如果變形受到焊接本身的剛性，重量或外力的阻礙，在焊接內就會產(chǎn)生應力。減低應力或防止變形的措施有兩類，即從設訃上擬定合理的焊接結構和在制造上實施合理的焊接工藝。7英文文獻翻譯Abstract：Almosteverykindofholdingorcontainingequipmenthasusedasachemicalreactoratsometime,frommixingnozzlesandcentrifugalpumpstothemostelaboratetowersandtubeassemblies.Thissectionisdevotedtothegeneralcharacteristicsofthemainkindsofreactorsandtheirdesigns.KeywordS:Reactor,type,designIntroduction:TypesofReactorsBatchandSemibatchReactorBatchreactorsaregenerallyusedforliquidphasereactions.Whenasolidcatalysthastobekeptinsuspensionorwhentherearetwoliquidphases,asinthenitrationofaromatics,forinstance,anagitatorisrequired.Agitationisalsonecessarytoequalizethetemperatureinthereactorandtokeepitatthedesiredlevelbyefficientheatexchangethroughajacketoraninternalcoil.Consequently,thebatchreactorisgenerallyconsideredtobespatiallyuniformincompositionandtemperature?Thecompositionchangewithtime,however.Temperaturesequencingmaybefavorablefortheselectivityorforachievingcompleteconversioninasafeway.Inpurebatchoperationthereactantsarecompletelyfedintothereactoratthebeginning?Forbettercontroloftemperaturethistypeofoperationmaynotbeadvisableandthereactantsmayhavetobeaddedprogressivelytothecontentsofthevessel.Thereactoristhensaidtooperateinthesemibatchmode.Or,aproductmaybewithdraw,forinstance,waterinanesterification,toreachcompleteconversionofthereactors?Themostobviousdistinctionsarebetweennonflowandcontinuousoperatingmodesandbetweenthekindofphasesthatarebeingcontacted?Batchprocessingisusedprimarilywhenthereactiontimeislongortherequireddailyproductionissmall.Thesamebatchequipmentoftenisusedtomakeavarietyofproductsatdifferenttimes.Otherwise,itisnotpossibletogeneralizeastotheeconomicaltransitionpointfrombatchtocontinuousoperation.Oneormorebatchreactorstogetherwithappropriatesurgetanksmaybeusedtosimulatecontinuousoperationonadailyorlongerbasis?Whenheterogeneousmixturesareinvolved,theconversionrateoftenislimitedbytherateofinterphasemasstransfer,sothatalargeinterfacialisdesirable.Thus,solidreactantsorcatalystsarefinelydivided,andfluidcontactingisforcedwithmechanicalagitationorinpackedortraytowersorincentrifugalpumps?Therapidtransferofreactantspastheattransfersurfacesbyagitationorpumpingenhancesalsoheattransferandreducesharmfultemperaturegradients?StirredTankStirredtanksarethemostcommontypeofbatchreactor.Stirringisusedtomixtheingredientsinitially,tomaintainhomogeneityduringreaction,andtoenhanceheattransferatajacketwallorinternalsurface?Manyapplicationsofstirredtankreactorsaretocontinuousprocessing,eitherwithsingletanksormultiplearrangements?Knowlegdeoftheextenttowhichastirredtankdoesapproachcompletemixingisessentialtobeingabletopredictitsperformanceasareactor.Batchandsemibatchreactorsaremostoftenusedforlowproductioncapacities,wherethecostoflaboranddeadtimeareonlyasmallfractionoftheunitcostoftheproduct.Theyaregenerallyencounteredintheareaofspecialwidevarietyofproducts?PlugFlowReactorPlugflowisasimplifiedandidealizedpictureofthemotionofafluid,wherebyallthefluidelementsmovewithauniformvelocityalongparallelstreamlines.Thisperfectlyorderedflowistheonlytransportmechanismaccountedforintheplugflowreactormodel.PerfectlyMixedFlowReactorThisreactortypeistheoppositeextremefromtheplugflowreactorconsideredabove?Theessentialfeatureistheassumptionofcompleteuniformityofconcentrationandtemperaturethroughoutthereactor,ascontrastedwiththeassumptionofnointermixingofsuccessivefluidelementsenteringaplugflowvessel.Therefore,intheperfectlymixedflowreactor,theconversiontakesplaceatauniqueconcentrationlevelwhich,ofcourse,isalsotheconcentrationoftheeffluent.Toapproachthisidealmixingpattern,itisnecessarythatthefeedbeintimatelymixedwiththecontentsofthereactorinatimeintervalthatisverysmallcomparedtothemeanresidencetimeofthefluidflowingthroughthevessel.Furtherdiscussionofdeviationsfromtheseidealflowpatternsaregivenlater.Thestirredflowreactorisfrequentlychosenwhentemperaturecontrolisacriticalaspect,asinthenitrationofaromatichydrocaibonsorglycerin,thestirredflowreactorisalsochosenwhentheconversionmusttakeplaceataconstantcomposition,asinthecopolymerizationofbutadieneandstyrene,orwhenareactionbetweentwophaseshastobecarriedout,orwhenacatalystmustbekeptinsuspensionasinthepolymerizationofethylenewithZieglercatalyst,thehydrogenationofa-methylstyrenetocumene,andtheairoxidationofcumenetoacetoneandphenol.Severalalternatenameshavebeenusedforwhathereiscalledtheperfectlymixedflowreactor.Oneoftheeailiestwas"continuousstilledtankreactor/9orCSTR,wliichsomehavemodifiedto"continuousflowstiiTedtankreactor/'orCFSTR.Othernamesare“backmixreactor^"mixedflowreactor、”anduidealstiiTedtankreactor.^Allofthesetermsappearsintheliteratureandmustberecognized?Stirredvesselreactorsarepreferentiallyusedforreactionsinvolvingratherlargeratiosofliquidtogasforratherexothermicreactions,becausetheagitationimprovestheheattransferandinternalheatexchangersareeasilybuiltin.Theyalsopermitachievinghighinterfacialareas?Theagitationisfavorablealsowhenafinelydividedcatalystliastobekeptillsuspension.Thereactoristhenofthe"slurry"type.Thereareexamples,however,ofnonstirredoperation.Therearemanyexamplesofhydrogenations,oxidations,andchlorinationsthatarecarriedoutinstirredtankreactors,eitherbatch,semibatch,orcontinuous.FixedBedCatalyticReactorsThediscoveryofsolidcatalystsandtheirapplicationtochemicalprocessesintheearlyyearsof什“scenturyhasledtoabreakthroughofthechemicalindustry.Sincethen,thisindustryhasdiversifiedandgrowninaspectacularwaythroughthedevelopmentofnewortherejuvenationofestablishedprocesses,mostlybasedontheuseofsolidcatalysts.Themainpartofthesecatalysticprocessesiscarriedoutinfixedbedreactors?Exceptforthecatalysticcrackingofgasoil,whichiscarriedoutinafluidizedbedtoenablethecontinuousregenerationofthecatalyst,themajorsolidcatalyzedprocessesoftoday，schemicalandpetroleumrefiningindustriesusefixedbedcatalysticreactor.Todaysfixedbedreactorsaremainlylarge-capacityunits?Suchaspectacularriseinreactorcapacityisevidentlytiedtothegrowingmarketdemand,butitsrealizationundoubtedlyalsoreflectsprogressinbothtechnologicalandfundamentalareas,pressedbytheboomingconstructionactivityoftheworld?MiscellaneousReactorsTherearealsootherlesscommontype,usedforveryspecifictasks?Venturireactorsareused,forinstance,inantipollutiondevicestowashoutsmallamountsofremainingSO2bymeansofcaustic?Theiradvantageresidesintheirlowpressuredrop,sincetheVenturiexhauststhegasintotheliquid.Failingfilmorwettedwallreactorscanbeusedforveryexothermicreactions.Furthermore,thelimitedandwell-definedinterfacialareapermitsexcellentcontrolofveryrapidreactionsStirredTankDesignThedimensionoftheliquidcontentofavesselandthedimensionsandarrangementofimpellers,bafflesandotherinternalsarefactorsthatinfluencetheamountoftheenergyrequiredforachievinganeededamountofagitationorqualityofmixing.Theinternalarrangementsdependontheobjectivesoftheoperation:whetheritistomaintainhomogeneityofareactingmixtureortokeepasolidsuspendoragasdispersedortoenhanceheatormasstransfe匚Abasicrangeofdesignfactors,however,canbedefinedtocoverthemajorityofthecases?TheVesselAdishedbottomrequireslesspowerthanaflatone.Whenasingleimpelleristobeused,aliquidlevelequaltothediameterisoptimum,withtheimpellerlocatedat什centerforanall-liquidsystem.Economicandmanufacturingconsiderations,however,oftendictatehigherratiosofdepthtodiameter.BafflesExceptatveryhighReynoldsnumbers,bafflesareneededtopreventvortexingandrotationoftheliquidmassasawhole.Whensolidarepresentorwhenaheattransferjacketisused,thebaffleareoffsetfromthewalladistanceequaltoone-sixththebafflewidthwhichisaboutone-twelfththetankdiameter.Fourradi