搅拌釜式反应器课程设计任务书
一、设计内容安排
1. 釜式反应器的结构设计
包括：设备结构、人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。
2. 设备壁厚计算及其强度、稳定性校核
3. 筒体和裙座水压试验应力校核
4. 编写设计计算书一份
5. 绘制装配图一张（电子版）
二、设计条件
三、设计要求
1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计；
2.根据设计计算书、图纸及平时表现综合评分。
四、设计说明书的内容
1.符号说明
2.前言
（1）设计条件；
（2）设计依据；
（3）设备结构形式概述。
3.材料选择
（1）选择材料的原则；
（2）确定各零、部件的材质；
（3）确定焊接材料。
4.绘制结构草图
（1）按照工艺要求，绘制工艺结构草图；
（2）确定裙座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及
环向位置，以单线图表示；
（3）标注形位尺寸。
5.标准化零、部件选择及补强计算：
（1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN,
法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。
（2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。
（3）其它标准件选择。
6.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。
7.主要参考资料。
【设计要求】：
1.计算单位一律采用国际单位；
2.计算过程及说明应清楚；
3.所有标准件均要写明标记或代号；
4.设计计算书目录要有序号、内容、页码；
5.设计计算书中与装配图中的数据一致。如果装配图中有修改，在说明书中要注明变更；
6.设计计算书要有封面和封底，均采用A4纸，正文用小四号宋体，行间距1.25倍，横向装订成册。
目录
0.搅拌釜式反应器设计条件 (1)
1.确定筒体的直径和高度 (2)
2.确定夹套的直径和高度 (2)
3.确定夹套的材料和壁厚 (3)
4.确定内筒的材料和壁厚 (4)
5.水压试验及其强度校核 (5)
6.选择釜体法兰 (6)
7.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器 (6)
8.选择搅拌传动装置和密封装置 (7)
9.校核L1/B和L1/D (8)
10.容器支座的选用计算 (8)
11.选用手孔、视镜、温度计和工艺接管 (9)
12.参考资料 (10)
13.设计感想 (11)
0.搅拌釜式反应器设计条件
工艺条件
管 口
工艺条件图
1.确定筒体的直径和高度
反应釜的H/D i 值如表1所示。
表 1 反应釜的H/D i 值
根据以上的设计要求，对于液－液相类型或液固相物料以及气液相物料
3.11/～=i D H ，本设计选取3.1/=i D H 。
由筒体的直径m D H V D i i 2.773
.165
.214/433
=??=≈ππ。
当m D i 2<时，间隔为100 mm ，m D i 2>时，间隔为200 mm 。因此将以上i D 圆整到标准公称直径系列，应当选取筒体直径m D i 8.2=。
查标准封头参数资料得，m D i 8.2=时，标准椭圆封头高度mm h 7401=，直边高度mm h 402=，内表面积285.8m F n =，容积312.3m V h =。
计算得每米高圆筒的体积m m D V i /16.68.24
4
322
1=?=
=
π
π
m V V V H h 008.316
.612.365.211=-=-=
筒体高度圆整为m H 3=
于是071.18.2/3/==i D H ，核查结果符合原定范围内。
2.确定夹套的直径和高度
夹套直径与筒体直径的关系如表2所示。
表 2 夹套直径与筒体直径的关系
当mm D i 30002000～=时，夹套的直径mm D D i j 30002002800200=+=+=。
夹套筒体的高度2
4i
h
j D V V H πη-=
，通常装料系数85.06.0～=η，如果物料在反应过程中产生泡沫或呈沸腾状态，η应取较低值，一般为0.6～0.7；如果反应状态平稳，可取0.8～0.85，物料粘度大时，可取最大值。本设计取85.0=η。
因此，m H j 482.28
.24
12
.365.2185.02
=?-?=
π
选取夹套高度m H j 6.2=
则mm H H H j 400260030000=-=-=，此差距可以便于筒体法兰螺栓的装拆。 验算夹套传热面积
221.7721.3185.86.28.2m m F H D F n j i >=+??=+=ππ
即夹套传热面积符合设计要求。
3.确定夹套的材料和壁厚
夹套选取Q235－A 的材质。查资料可以知道，板厚在3～40 mm ，设计温度在≤150℃时，Q235－A 的许用应力MPa 113=] [t σ。因为有夹套有安全阀，所以设计压力
W P P 1.105.1～= ,W P 是夹套的工作压力。本设计取MPa P P W 33.03.01.11.1=?==。
焊接接头系数如表3所示。
表 3 焊接接头系数
因为内部夹套无法探伤，且属于无垫板的单面焊环向对接焊缝，故取60.0=φ。 查资料可知，一般容器的厚度，分为四个，分别为计算厚度δ，设计厚度d δ，名义厚度n δ以及有效厚度e δ。一般说的常用厚度指的是名义厚度。各项厚度之间的关系如图1所示。
图 1 各项厚度之间的关系图
由上图可以看出，我们可以计算出的是设计厚度d δ与厚度负偏差C 1之和。因为是轻微腐蚀，所以腐蚀裕量取1 mm 。因为C 1是随着钢板的厚度改变的，所以先算出设计厚度再决定C 1。
则mm C P
D P t j d 319.8133
.06.011323000
33.0][22=+-???=
+-??=
φσδ
由此可知钢板厚度应处在8～25 mm 内，所以C 1取0.8 mm 。 所以mm C d 119.98.0319.81=+=+δ 标准椭圆形夹套封头的壁厚为:
mm C P
D P t j
d 310.8133
.05.06.011323000
33.05.0][22=+?-???=
+-??=
φσδ封
所以mm C d 110.98.0310.81=+=+封δ
圆整至钢板规定尺寸，并查阅封头标准,选取夹套的筒体和封头壁厚n δ均为10 mm 。
4.确定内筒的材料和壁厚
内筒的材料也选取Q235－A ，查资料可以知道，板厚在3～40 mm ，设计温度在
≤150℃时，Q235－A 的许用应力MPa 113=] [t σ。因为有夹套有安全阀，所以设计压
力W P P 1.105.1～筒= ,筒W P 是筒工作压力。本设计取MPa P P W 11.01.01.11.1=?==筒
筒。
则mm C P D P t i d 273.3111
.06.011322800
11.0][22=+-???=
+-??=
筒
筒筒φσδ
由此可知钢板厚度4 mm 时， C 1取0.3 mm 。
所以mm C d 573.33.0273.31=+=+筒
δ
标准椭圆形内筒封头的壁厚为:
mm C P D P t i
d 272.3111
.05.06.011322800
11.05.0][22=+?-???=
+-??=
筒
筒筒封φσδ
所以mm C d 572.33.0272.31=+=+封δ
圆整至钢板规定尺寸，并查阅封头标准,选取夹套的筒体和封头壁厚n δ均为4 mm 。
5.水压试验及其强度校核
内筒水压试验压力
[][]MPa
P P MPa P P T t
T 21.01.011.01.01375.0113113
11.025.125.121=+=+==?
?==筒筒
σσ取两者之中大的。
即MPa P T 21.0=筒。
夹套水压试验压力
[]
[]MPa
P P MPa P
P T t
T 43.01.033.01.04125.0113113
33.025.125.121=+=+==?
?==σσ取两者之中大的。
即MPa P T 43.0=夹套。 内筒水压试验时壁内应力：
MPa D P e e i T T 656.1816
.07.227.2280021.02=??+?=+=
）
（）（筒筒φδδσ
[]MPa s
T 5.2112359.09.0=?==σ
σ筒
因为[]筒筒T T σσ<，故筒体厚度满足水压试验时强度要求。 夹套水压试验时壁内应力
MPa D P e e j T T 456.1316
.02.822.8300043.02=??+?=+=
）
（）（夹套夹套φδδσ
[]MPa s
T 5.2112359.09.0=?==σ
σ筒
因为[]夹套夹套T T σσ<，故夹套厚度满足水压试验时强度要求。 筒体许用压力MPa P T 21.0=筒,夹套水压试验时MPa P T 43.0=夹套。 故夹套在进行水压时筒体内需要充压才能保持筒体稳定。
6.选择釜体法兰
根据MPa P mm D i 3.02800==夹套，选用板式乙型平焊法兰。确定为RF 型、乙型平焊法兰。其尺寸为mm D 2960=，mm D 29151=，mm D 28762=，mm D 28563=，
mm D 28534=。
垫片材料为石棉橡胶板，选用垫片为2855×2805×3，JB/T 4704-2000。垫片示意图如图2所示。
图 2 垫片示意图
7.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器
根据工艺条件要求，选取平桨式搅拌器。查阅《搪玻璃搅拌器 桨式搅拌器》（HG/T 2501.4－2007），公称容积VN 为25000 L ，容器D i 为2800时，搅拌轴直径d 1＝140 mm 。平桨式搅拌器外径d 为1280 mm 。标记为：搅拌器1280－140。轴的材料选取45钢。常用轴材料的[T τ]如表4所示。
表 4 几种常用轴材料的[T τ]值
轴的材料 Q235,20 Q275,35
45
40Cr,35SiMn,40mNb,38SiMnMo,3Cr13
[T τ]/ MPa 12～20 20～30 30～40 40～52
轴强度校核：
查资料可得，满足强度要求的所需的最小搅拌轴直径公式如下：
[]mm n P d T 9.2985
40304
.11.3651.36533
=??=??≥）～（τ
式中，P —搅拌传递功率，KW n —搅拌轴速率，r/min 可知，所选取的轴完全符合。
查阅标准《搅拌传动装置—联轴器》,（HG/T 21570－1995）中夹壳式联轴器形
式、尺寸、技术要求、选用立式夹壳联轴器。公称直径140 mm 的联轴器的最大扭矩
m N M n /19000≈][。
验算联轴器的扭矩：
查表5，选取工作情况系数K ＝1.5，联轴器的计算扭矩[nj M ]为：
[]n n nj M m N KM M <=?
?==·015.23685
4
.195530005.1 表 5 工作情况系数K
夹壳联轴器的标记为：联轴器DN140。
8.选择搅拌传动装置和密封装置
搅拌传动装置包括1—电动机，2—减速机，3—单支点机架，4—釜外联轴器，5—机械密封， 6—传动轴，7—釜内联轴器，8—安装底盒，9—凸缘法兰，10—循环保护系统等。几乎每个装置都不是唯一的，所以下面只列出应从哪个国标查。
电动机根据不同的要求样式太多，根据厂家的样本以及有关国标选定。 《釜用立式减速机型式和基本参数》, HG/T 3139.1－2001。选择摆线针齿行星减速机。
《搅拌传动装置－单支点机架》, HG/T 21566－1995。 《搅拌传动装置－带短节联轴器》, HG/T 21569.1－1995。 《搅拌传动装置－机械密封》, HG/T 21571－1995。
根据设计条件，查阅标准《搅拌传动装置－传动轴》（HG/T 21568－1995）选取单支点B 机架型式，传动轴安装形式，上装BSD,下装BXD 。传动轴轴径d 是140 mm ，d 1为120 mm 。机架公称直径为700 mm ，轴承型号46232（HG/T 21566－1995）。也可有其他选择。
《搅拌传动装置－联轴器》, HG/T 21570－1995。 《搅拌传动装置－安装底盒》, HG/T 21565－1995。 《搅拌传动装置－凸缘法兰》, HG/T 21564－1995。
《搅拌传动装置－机械密封循环保护系统》, HG/T 21572－1995。 《搅拌传动装置－碳钢填料箱》, HG/T 21537.7－1992。
9.校核L 1/B 和L 1/d
桨式搅拌器安装一层，根据安装要求和考虑带衬套填料箱有支承作用。参考《搅拌传动装置－单支点机架》, HG/T 21566－1995，机座J －B －700尺寸，可得B ≈960 mm ，再参考得《搪玻璃搅拌器 桨式搅拌器》（HG/T 2501.4－2007），L 1 ≈4065 mm 。
5423.4960/4065/1～≤≈=B L 504029140/4065/1～≤==d L 均符合要求。
10.容器支座的选用计算
反应釜因需另外保温，故选用B 型耳式支座。又因为容器的D i 为2800 mm ，初选支座为B6—I 。此支座的允许载荷[]KN Q 150=。JB/T 4712.3—2007。 耳式支座实际承受载荷可按下式近似计算:
3
010)(4-???
????+++=nD S G Ph kn G g m Q e e e 式中:
Q —支座实际承受的载荷，KN ； D —支座安装尺寸，mm ；
g —重力加速度，取g=9.8 m/s 2； G e —偏心载荷，N ；
h —水平力作用点至底板高度，mm;
k —不均匀系数，安装3个支座时，取k=1；安装3个以上支座时，取k=0.83； m 0—设备总质量(包括壳体及其附件，内部介质及保温层的质量)，kg ； n —支座数量，这里选4个； S e —偏心距，mm ；
P —水平力，取P W 和Pe+0.25P w 的大值，N 。
当容器高径比不大于5,且总高度H 0不大于lO m 时P e 和P w 可按以下计 算，超出此范围的容器本部分不推荐使用耳式支座。 P e —水平地震力，N ；
a —地震影响系数，对7, 8, 9度地震设防烈度分别取0.08 ( 0.12 ), 0.16 ( 0.24 )、0.320。
水平风载荷:
6000102.1-?=H D Q f P i W
D 0—容器外径，mm ，有保温层时取保温层外径；
f i —风压高度变化系数，按设备质心所处高度取；
对于B 类地面粗糙度如表6所示:
表 6 设备质心所在高度与风压高度变化系数的关系
H o —容器总高度，mm ；
Q 0—10 m 高度处的基本风压值，N/m 2。
支座处圆筒所受的支座弯矩M L 的校核： 31210)(-?-=s l Q M L 式中：
M L —耳式支座处圆筒所受的支座弯矩，KN ·m ； [M L ]—耳式支座处圆筒的许用弯矩，KN ·m 。
经计算Q=139.42 KN<150 KN ，M L =23.7 KN ·m<24.26 KN ·m 。所以所选支座适用。
11.选用手孔、视镜、温度计和工艺接管
根据《板式平焊法兰手孔》（HG21529－2005）,选用手孔形式为a 式，PN ＝0.6 MPa ， DN ＝250 mm 。手孔RF ，DN250，PN0.6 MPa 。
加热蒸汽进口管a 采用5.332?φ无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25。
冷凝液出口管h 和压力表接管b 都选用5.332?φ无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25。加强套管温度计d 的管口选用5.345?φ。
进料管口e 采用5.332?φ无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25。 安全阀接管f 采用5.332?φ无缝钢管，配法兰PN0.6，DN40。 出料管口g 采用5.345?φ无缝钢管，配法兰PN0.6，DN40。
由标准《压力容器视镜》i 选用碳素钢带颈视镜489?φ，PN0.6，DN80。标记为JB593-64-2。
12.参考资料
[1] 李多民,俞惠敏.《化工过程设备机械基础》[M].北京：中国石化出版社，2011.
[2] 王凯,虞军.《搅拌设备》[M]. 北京：化学工业出版社,2003.
[3] 方书起.《化工设备课程设计指导》[M]. 北京：化学工业出版社,2010.
[4] 陈炳和,许宁.《化学反应过程与设备》[M]. 北京：化学工业出版社,2003.
[5] 冯连芳,王嘉骏.《反应器》[M]. 北京：化学工业出版社,2010.
[6] 匡国柱，史启才.《化工单元过程及设备课程设计》[M].北京:化学工业出版社
社,2008.
[7] 贺匡国.《化工容器及设备简明设计手册》[M].北京：化学工业出版社,2002.
[8] 朱有庭，曲文海，于浦义.《化工设备设计手册》[M].北京：化学工业出版社,2005.
[9] 潘红良.《过程设备机械设计》[M].上海：华东理工大学出版社,2006.
[10] 刁玉玮.《化工设备机械基础》[M].大连：大连理工大学出版社,2006.
[11] 王非.《化工压力容器设计—方法、问题和要点》[M].北京：化学工业出版
社,2009.
[12] 魏崇光，郑晓梅.《化工工程制图》[M].北京:化学工艺出版社,1994.
[13] 邝生鲁.《化学工程师技术全书》[M].北京:化学工艺出版社,2002.
[14] 董大勤.《化工设备机械基础》[M].北京：化学工业出版社,2003.
[15] 董大勤，袁凤隐.《压力容器设计手册》[M].北京：化学工业出版社,2006.
13.设计感想
通过此次课程设计，对反应釜有了一个更深刻地认识。并且发现从课本上看来，当条件给定时，计算起来很简单东西。然而当数据要自己查，公式要自己找的时候，还真不太容易。对于反应釜来说，好多东西都是标准件，需要查阅指定的国标。此次设计使我查阅文献的能力和对数据的选择判断能力得到了很好的锻炼，同时也意识到很多知识学的时候感觉没什么大的用处，但是早晚会用到的。所以平时一定要积累，不要吝啬付出。
毕竟有些东西还不太了解，可能考虑到的东西有些欠缺。但是，总体说来，本次设计完成的还算可以。希望老师给予批评与改正。
课程设计 设计题目搅拌式反应釜设计 学生姓名 学号 专业班级过程装备与控制工程 指导教师
“过程装备课程设计”任务书 设计者姓名：班级：学号： 指导老师：日期： 1.设计内容 设计一台夹套传热式带搅拌的反应釜 2.设计参数和技术特性指标 3.设计要求 （1）进行罐体和夹套设计计算；（2）选择接管、管法兰、设备法兰；（3）进行搅拌传动系统设计；（4）设计机架结构；（5）设计凸缘及选择轴封形式；（6）绘制配料反应釜的总装配图；（7）绘制皮带轮和传动轴的零件图 1罐体和夹套的设计 1.1 确定筒体内径
当反应釜容积V 小时，为使筒体内径不致太小，以便在顶盖上布置接管和传动装置，通常i 取小值，此次设计取i ＝1.1。 一般由工艺条件给定容积V 、筒体内径1D 按式4-1估算：得D=1084mm. 式中 V －－工艺条件给定的容积，3m ； i ――长径比，1 1 H i D = （按照物料类型选取，见表4-2） 由附表4-1可以圆整1D ＝1100，一米高的容积1V 米＝0.953m 1.2确定封头尺寸 椭圆封头选取标准件，其形式选取《化工设备机械基础课程设计指导书》图4-3，它的内径与筒体内径相同，釜体椭圆封头的容积由附表4-2 V 封＝0.1983m ，（直边高度取50mm ）。 1.3确定筒体高度 反应釜容积V 按照下封头和筒体两部分之容积之和计算。筒体高度由计算 H1==（2.2-0.198）/0.95=0.949m ，圆整高度1H ＝1000mm 。按圆整后的1H 修正实际容积由式 V=V1m ×H1+V 封=0.95×1.000+0.198=1.1483m 式中 V 封m --3封头容积，； 1V 米――一米高的容积3m /m 1H ――圆整后的高度，m 。 1.4夹套几何尺寸计算 夹套的结构尺寸要根据安装和工艺两方面的要求。夹套的内径2D 可根据内径1D 由
搅拌釜式反应器课程设计任务书 一、设计内容安排 1. 釜式反应器的结构设计 包括：设备结构、人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。 2. 设备壁厚计算及其强度、稳定性校核 3. 筒体和裙座水压试验应力校核 4. 编写设计计算书一份 5. 绘制装配图一张（电子版） 二、设计条件 三、设计要求 1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计； 2.根据设计计算书、图纸及平时表现综合评分。 四、设计说明书的内容 1.符号说明 2.前言 （1）设计条件； （2）设计依据； （3）设备结构形式概述。 3.材料选择 （1）选择材料的原则； （2）确定各零、部件的材质；
（3）确定焊接材料。 4.绘制结构草图 （1）按照工艺要求，绘制工艺结构草图； （2）确定裙座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及 环向位置，以单线图表示； （3）标注形位尺寸。 5.标准化零、部件选择及补强计算： （1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN, 法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。 （2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。 （3）其它标准件选择。 6.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。 7.主要参考资料。 【设计要求】： 1.计算单位一律采用国际单位； 2.计算过程及说明应清楚； 3.所有标准件均要写明标记或代号； 4.设计计算书目录要有序号、内容、页码； 5.设计计算书中与装配图中的数据一致。如果装配图中有修改，在说明书中要注明变更； 6.设计计算书要有封面和封底，均采用A4纸，正文用小四号宋体，行间距1.25倍，横向装订成册。
釜式反应器的应用、技术进展 什么是釜式反应器？一种低高径比的圆筒形反应器，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。 工业应用，釜式反应器按操作方式可分为：①间歇釜式反应器,或称间歇釜。操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。但有些反应过程，如一些发酵反应和聚合反应，实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。②连续釜式反应器,或称连续釜。可避免间歇釜的缺点，但搅拌作用会造成釜内流体的返混。在搅拌剧烈、液体粘度较低或平均停留时间较长的场合，釜内物料流型可视作全混流，反应釜相应地称作全混釜。在要求转化率高或有串联副反应的场合，釜式反应器中的返混现象是不利因素。此时可采用多釜串联反应器,以减小返混的不利影响，并可分釜控制反应条件。③半连续釜式反应器。指一种原料一次加入，另一种原料连续加入的反应器，其特性介于间歇釜和连续釜之间。间歇式反应器操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。但有些反应过程，如一些发酵反应和聚合反应，实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。 有搅拌器的釜式设备是化学工业中广泛采用的反应器之一，它可用来进行液液均相反应，也可用于非均相反应，如非均相液相、液固相、气液相、气液固相等。普遍应用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等工业，用来完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和医药中间体的许多其他工艺过程的反应设备。聚合反应过程约90%采用搅拌釜式反应器，如聚氯乙烯，在美国70%以上用悬浮法生产，采用10~1503m 的搅拌反应器：德国氯乙烯悬浮聚合采用的是2003m 的大型搅拌釜式反应器：中国生产聚氯乙烯，大多采用13.53m 、333m 不锈钢或复合钢板的聚合釜式反应器，以及73m 、143m 的搪瓷釜式反应器。又如涤纶树脂的生产采用本体熔融缩聚，聚合反应也使用釜式反应器。在精细化工的生产中，几乎所有的单元操作都可以在釜式反应器中进行。 釜式反应器的技术进展 1、大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为6000L 以下，其它行业有的达30m3；国外在染料行业有20000～40000L ，而其它行业可达120m3。 2、反应釜的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。反应釜发展趋势除了装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。 3、以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染。 4、合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。热管技术的应用，将是今后反应釜发展趋势。>
夹套搅拌反应器设计(DOCX 30页)
夹套搅拌反应器设计 课程设计说明书设计题目夹套搅拌反应器设计 学生 学号 专业班级 指导老师耿绍辉 化工设备基础 Nefu.20121228
夹套搅拌反应器设计 目录 第一章设计方案简介 1.1反应釜的基本结构 1.2反应釜的机械设计依据 第二章反应釜机械设计的内容和步骤 第三章反应釜釜体的设计 3.1 罐体和夹套计算 3.2厚度的选择 3.3设备支座 3.4手孔 3.5选择接管、管法兰、设备法兰 第四章搅拌转动系统设计 4.1转动系统设计方案 4.2转动设计计算：定出带型、带轮相关计算 4.3选择轴承 4.4选择联轴器 4.5罐体搅拌轴的结构设计、搅拌器与搅拌轴的连接结构设计4.6电动机选择 第五章绘制装配图 第六章绘制大V带轮零件图 第七章本设计的评价及心得体会 第八章参考文献
夹套搅拌反应器设计 第一章设计方案简介 搅拌设备在石油、化工、食品等工业生产中应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产或多或少地应用着搅拌操作，化学工艺过程的种种物理过程与化学过程，往往要采用搅拌操作才能得到好的效果。搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的，而带搅拌的反应器则以液相物料为特征，有液-液、液-固、液-气等相反应。 搅拌的目的是：1、使互不相溶液体混合均匀，制备均匀混合液、乳化液、强化传质过程；2、使气体在液体中充分分散，强化传质或化学反应；3、制备均匀悬浮液，促使固体加速溶解、浸取或发生液-固化学反应；4、强化传热，防止局部过热或过冷。所以根据搅拌的不同目的，搅拌效果有不同的表示方法。 搅拌操作分为机械搅拌和气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群以密集状态上升借所谓气升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体所进行的搅拌时比较弱的，所以在工业生产，大多数的搅拌操作均是机械搅拌。本设计实验要求的就是机械搅拌搅拌器设备的设计遵循以下三个过程：1根据搅拌目的和物理性质进行搅拌设备的选型。2在选型的基础进行工艺设计与计算。3进行搅拌设备的机械设计与费用评价。在工艺与计算中最重要的是搅拌功率的计算和传热计算。 1.1反应釜的基本结构
1 绪论 1.1 反应釜概况 搅拌设备是一种在一定容积的容器中，借助搅拌器向液相物料中传递必要的能量进行搅拌过程的化学反应设备。反应釜就是其中比较典型的一种，它适用于多种物性（如粘度、密度）和多种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于石油化工、橡胶、农药、染料、医药等行业，是一种用以完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和中间体的许多其它工艺过程的反应设备。 搅拌式反应釜有很大的通用性，由于搅拌可以把多种液体物料相混合，把固体物料溶解在液体中、将几种不互溶的液体制成乳浊液、把固体微粒搅浑在液体中制成悬浮液或在液相中析出结晶等，故搅拌反应釜可以在带有搅拌的许多物理过程中广泛的应用。同时在研究容器的结构方面，如容器形状、搅拌装置、传热部件等，搅拌式反应釜都具有代表性。在大多数设备中，反映釜是作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器，约占反应器总数的90%。其它如染料、医药、农药、油漆等设备的使用亦很广泛。有色冶金部门对全国有色冶金行业中的搅拌设备作了调查及功率测试，结果是许多湿法车间的动力消耗50%以上是用在搅拌作业上。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因为搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围广，又能适用于多样化的生产。 搅拌式反应釜在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油的混合调整和精致，汽油添加四乙基铅等添加物而进行混合，使原料液或产品均匀化。化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。因为在石油工业中大量使用催化剂、添加剂，所以对于搅拌设备的需求量比较大。由于物料操作条件的复杂性、多样性、对搅拌
实验一 连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定 一、 实验目的 (1) 加深对停留时间分布概念的理解； (2) 掌握测定液相停留时间分布的方法； (3) 了解停留时间分布曲线的应用。 (4)了解停留时间分布于多釜串联模型的关系，了解模型参数N 的物理意义及计算方法。 (5) 了解物料流速及搅拌转速对停留时间分布的影响。 二、 实验原理 （1）停留时间分布 当物料连续流经反应器时，停留时间及停留时间分布是重要概念。停留时间分布和流动模型密切相关。流动模型分平推流，全混流与非理想流动三种类型。 对于平推流，流体各质点在反应器内的停留时间均相等，对于全混流，流体各质点在反应器内的停留时间是不一的，在0～∞范围内变化。对于非理想流动，流体各质点在反应器内的停留时间分布情况介乎于以上两种理想状态之间，总之，无论流动类型如何，都存在停留时间分布与停留时间分布的定量描述问题。 （2）停留时间分布密度函数E (t ) 停留时间分布密度函数E (t )的定义： 当物料以稳定流速流入设备（但不发生化学变化）时，在时间t =0时，于瞬时间dt 进入设备的N 个流体微元中，具有停留时间为t 到(t +dt )之间的流体微元量dN 占当初流入量N 的分率为E (t )dt ，即 ()=dN E t dt N (1) E (t )定义为停留时间分布密度函数。 由于讨论的前提是稳定流动系统，因此，在不同瞬间同时进入系统的各批N 个流体微元均具有相同的停留时间分布密度，显然，流过系统的全部流体，物料停留时间分布密度为同一个E (t )所确定。根据E (t )定义，它必然具有归一化性质：
()1∞ =? E t dt （2） 不同流动类型的E (t )曲线形状如图1所示。根据E (t )曲线形状，可以定性分析物料在反应器（设备）内停留时间分布。 平推流 全混流 非理想流动 图1 各种流动的E (t )～t 关系曲线图 （3）停留时间分布密度函数E (t )的测定 停留时间分布密度函数E (t )的测定，常用的方法是脉冲法。此法采用的示踪剂，既不与被测流体发生化学反应，又不影响流体流动特性，也就是说，示踪物在反应器（设备）内的停留时间分布与被测流体的停留时间分布相同。所以，当注入一定量Q 的示踪物时，经过t →(t +dt )时间间隔流出的示踪物量占示踪物注入总量Q 的分率就是与示踪物注入同时进入系统的物料中，停留时间为t →(t +dt )的那部分流体物料占总流体的物料的分率， 即： 亦即： ()()??=V C t dt E t dt Q 或 () ()?= V C t E t Q (3) V ——流体体积流量，(ml/s) Q ——加入的示踪物总量，(mg) C (t )——示踪物的出口浓度，(mg/ml)
长江大学工程技术学院课程设计 题目：________________________________ 学生：_________________________________ 系部：_________________________________ 专业班级：_________________________________ 指导教师：_________________________________ 辅导教师：_________________________________ 时间：______________至_________________
《搅拌釜式反应器设计条件》 工艺条件 管 口 工艺条件图
1. 确定筒体的直径和高度 根据反应釜的设计要求，由于液－液相类型选取H/D i =1.3 得，由 D i ≈3 /4Di H V π= 33 .125 .34??π＝1.47m 圆整到标准公称直径系列，选取筒体直径D i ＝1400mm 。 查附录得，DN ＝1400mm 时标准椭圆封头高度h 1=350mm 直边h 2=25mm ，计算得每米高筒体的V 1＝1.539m 3，表面积V h =0.398m 3 H= 1V V V h -=539 .1398.025.3-=1.853m 筒体高度圆整为H ＝1800m 于是H/D=1.285 核查结果符合原定范围内。 2. 确定夹套的直径和高度 夹套的内径 D j =D i +100=1500mm （符合压力容器公称直径系列要求） H j = 4 4.1398 .085.0*25.32 ?-π=1.537m 选取夹套H j =1600mm 则H 0=H －Hj=200mm 这样便于筒体法兰螺栓的装拆 验算夹套传热面积 F ＝F 1H j +F n =9.27 m 2>7.1m 2 即夹套传热面积符合设计要求 3. 确定夹套的材料和壁厚 夹套选取Q235－A 的材质，可以知道板厚在4.5～16mm ，设计温度在150℃时Q235－A 的许用应力[σ]t =113MPa ，因为有夹套有
有搅拌装置的夹套反应釜 前言 《化工设备机械基础》化学工程、制药工程类专业以及其他相近的非机械类专业，对化下设备的机械知识和设计能力的要求而编写的。通过此课程的学习，是通过学习使同学掌握基本的设计理论并具有设计钢制的、典型的中、低、常压化工容器的设计和必要的机械基础知识。 化工设备机械基础课程设计是《化工设备机械基础》课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝试化工机械设计。化工设计不同于平时的作业，在设计中需要同学独立自主的解决所遇到的问题、自己做出决策，根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和设备的设计计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最理想的方案和合理的设计。 化工设备课程设计是培养学生设计能力的重要实践教学环节。在教师指导下，通过裸程设计，培养学生独立地运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合地分析和解决生产实际问题的能力。因此，当学生首次完成该课程设计后，应达到一下几个目的： ⑴熟练掌握查阅文献资料、收集相关数据、正确选择公式，当缺乏必要的数据时，尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定。 ⑵在兼顾技术先进性、可行性、经济合理的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全可
行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施。 ⑶准确而迅速的进行过程计算及主要设备的工艺设计计算及选型。 ⑷用精炼的语言、简洁的文字、清晰地图表来表达自己的设计思想和计算结果。 化工设备机械基础课程设计是一项很繁琐的设计工作，而且在设计中除了要考虑经济因素外，环保也是一项不得不考虑的问题。除此之外，还要考虑诸多的政策、法规，因此在课程设计中要有耐心，注意多专业、多学科的综合和相互协调。
连续搅拌釜式反应器设 计 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
学院：化工学院 专业：化学工程与工艺
目 录 一、设计任务 某工段需要每天生产8吨乙酸丁酯。以乙酸和丁醇为原料，要求乙酸的转化率大于等于50%.其中原料中乙酸的浓度l/L 0.00175km o A0 C 。设计一反应器以达到要求。
二、确定反应器及各种条件 选用连续釜式反应器（CSTR ），选用螺旋导流板夹套，取5.0Af =X ，查文献资料得：可取反应温度为100℃，反应动力学方程为 )min)7.4L/(kmol 1( C 2 A ?==k k r A （A 为乙酸）搅拌釜内的操作压力为 MPa 1.0p cr =；夹套内为冷却水，入口温度为30℃，出口温度为40℃，工 作压力MPa 2.0'p cr =; 反应方程为： 三、反应釜相关数据的计算 1.体积 由于该反应为液相反应，物料的密度变化很小，故可近似认为是恒容过程。 原料处理量：54.73L/min 3284.07L/h 0.001750.5 1 11624109Q 30==????= 反应器出料口物料浓度： km ol/L 000875.0)5.01(00175.0-1Af A0A =-?==）（X C C 反应釜内的反应速率：kmol/L 10332.1000875.04.17522A A -?=?==kC r 空时：min 69.6510332.15 .000175.0/Q V 5 A Af A0A A A00r =??==-== -r X C r C C τ 理论体积：L 21.359569.6573.54Q V 0r =?==τ
课程设计说明书 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 设计时间：
要求与说明 一、学生采用本报告完成课程设计总结。 二、要求文字（一律用计算机）填写，工整、清晰。所附设备安 装用计算机绘图画出。 三、本报告填写完成后，交指导老师批阅，并由学院统一存档。
目录 一、设计任务书 (5) 二、设计方案简介 (6) 1.1罐体几何尺寸计算 (7) 1.1.1确定筒体内径 (7) 1.1.2确定封头尺寸 (8) 1.1.3确定筒体高度 (9) 1.2夹套几何计算 (10) 1.2.1夹套内径 (10) 1.2.2夹套高度计算 (10) 1.2.3传热面积的计算 (10) 1.3夹套反应釜的强度计算 (11) 1.3.1强度计算的原则及依据 (11) 1.3.2按内压对筒体和封头进行强度计算 (12) 1.3.2.1压力计算 (12) 1.3.2.2罐体及夹套厚度计算 (12) 1.3.3按外压对筒体和封头进行稳定性校核 (14) 1.3.4水压试验校核 (16) （二）、搅拌传动系统 (16) 2.1进行传动系统方案设计 (17) 2.2作带传动设计计算 (17) 2.2.1计算设计功率Pc (17) 2.2.2选择V形带型号 (17) 2.2.3选取小带轮及大带轮 (17) 2.2.4验算带速V (18) 2.2.5确定中心距 (18) (18) 2.2.6 验算小带轮包角 1 2.2.7确定带的根数Z (18) 2.2.8确定初拉力Q (19) 2.3搅拌器设计 (19) 2.4搅拌轴的设计及强度校核 (19) 2.5选择轴承 (20) 2.6选择联轴器 (20) 2.7选择轴封型式 (21) （三）、设计机架结构 (21) （四）、凸缘法兰及安装底盖 (22) 4.1凸缘法兰 (22) 4.2安装底盖 (23) （五）、支座形式 (24) 5.1 支座的选型 (24) 5.2支座载荷的校核计算 (26)
实验报告 课程名称：化工专业实验指导老师：黄灵仙成绩：________________ 实验名称：连续搅拌釜反应器中乙酸乙酯的水解反应实验类型：反应工程实验 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理 三、主要仪器设备 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析 七、讨论、心得 一、实验目的 1．了解和掌握搅拌釜反应器非理想流动产生的原因； 2．掌握搅拌釜反应器达到全混流状态的判断和操作； 3．了解和掌握某一反应在全混釜中连续操作条件下反应结果的测量方法，以及与间歇反应器内反应结果的差别。 二、实验原理 在稳定条件下，根据全混釜反应器的物料衡算基础，有 A m A A A m A A A A x C C C C C C V F r ττ0000)1()()=-=-= （－（1） 对于乙酸乙脂水解反应： OH H C COO CH H COOC CH OH 52-3K 523-+?→?+ A B C D 当C A0=C B0，且在等分子流量进料时，其反应速度(－r A )可表示如下形式： 2 20A 20 2 A 02)1))/exp()A A A A A x kC C C C RT E k kC r -=-==（（（－（2） 则根据文献（物化实验）的乙酸乙酯动力学方程，由（1），（2）可计算出x A 2 20A m )1A A A x kC x C -=（τ（3） 同时由于C A0∝(L 0-L ∞)，C A ∝(L t -L ∞)，由实验值得： )( 100∞ ---=L L L L x t A （4） 式中： L 0,L ∞—— 分别为反应初始和反应完毕时的电导率 L t —— 空时为m τ时的电导率 根据反应溶液的电导率的大小，由（4）式可以直接得到相应的反应转化率，由（3）式计算得到相同条件下的转化率，两者进行比较可知目前反应器的反应结果偏离全混流反应的理论计算值。 专业： 姓名： 学号： 日期： 地点：
一概述 1.1醋酸乙酯生产工艺的现状和特点 醋酸乙酯分子式C4H8O2，又名：乙酸乙酯，英文名称：acetic ester；ethyl acetate，简称EA。醋酸乙酯是醋酸工业重要的下游产品，也是一种重要的绿色有机溶剂，溶解能力及快干性能均属上乘，主要用做涂料(油漆和瓷漆)、油墨和粘合剂配方中的活性溶剂，也可用做制药和有机化学合成的工艺溶剂。 EA可用于制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮等，并在香料、油漆、医药、火胶棉、硝化纤维、人造革、染料等行业中广泛应用，还可用作萃取剂和脱水剂，亦可用于食品工业。还可用于硝酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶和乙烯树脂、乙酸纤维素脂、纤维素乙酸丁酯和合成橡胶等的生产过程；也可用于复印机的液体硝基纤维墨水。在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中作为特殊改性酒精的香味萃取剂；在香料工业中是重要的香料添加剂，可作为调香剂的组份。同时醋酸乙酯本身也是制造染料、香料和药物的原料。在高级油墨、油漆及制鞋用胶生产过程中，对醋酸乙酯的质量要求较高。 当前全球醋酸乙酯的市场状况是：欧美等发达国家醋酸乙酯的市场发展比较成熟，产量和消费量的增长都比较缓慢，亚洲尤其是中国成为醋酸乙酯生产和消费增长最为快速的国家和地区。由于中国国内快速发展的市场，尤其是建筑、汽车等行业的强劲发展，推动国内醋酸乙酯的需求，但是同时，醋酸乙酯生产能力的增长也非常快速，市场未来发展充满了机遇与挑战。 醋酸乙酯消费持续增长的主要原因是它取代了污染空气环境的用于表面涂层和油墨
配方的甲乙酮和甲基异丁基酮。醋酸乙酯作为优良溶剂，正逐步替代一些低档溶剂，发展潜力较大。 受消费拉动，20世纪90年代以来，我国醋酸乙酯生产发展迅速。“八五”期间，产量年均增长率为13.0%；1995-2000年，年均增长率达到20.5%；2000-2002年，年均增长率高达30.5%。目前我国有醋酸乙酯生产企业30多家，年产能力为57.2万吨。其中，万吨级以上规模的企业有14家，年产能力为47万吨。2001年5月，山东金沂蒙集团将醋酸乙酯产能增至8万吨/年，2003年6月又扩能至16万吨/年；2001年，上海石化采用黑龙江省石化研究院技术，建成2万吨/年乙醛缩合法生产醋酸乙酯装置；2002年5月，中英合资BP--扬子江乙酰化工有限公司8万吨/年醋酸乙酯装置投产，采用BP 切换式醋酸乙酯技术生产醋酸乙酯和醋酸丁酯，工艺技术国内领先；2001年，江西南昌赣江溶剂厂将醋酸乙酯年产能力从2万吨扩至8万吨；2003年，江门谦信化工发展有限公司将产能从1.5万吨/年扩至3.5万吨/年。近2-3年内，国内新增醋酸乙酯年产能力达31万吨。 虽然我国醋酸乙酯市场仍有潜力，但由于扩能速度太快，近两年已出现开工率不足的现象。据了解，2002年国内装置平均开工率约77%，预计2003年平均开工率将为66%。目前市场已经饱和，产品价格呈走软趋势，利润已渐微薄。而在建和拟建醋酸乙酯项目尚有20万吨/年产能。如果这些项目到2005年如期投产，我国醋酸乙酯供应将平衡有余。随着国内新增能力陆续投产，近两年我国醋酸乙酯进口量有所下降。2001年进口5.35万吨，2002年进口4.8万吨，2003年上半年进口2.45万吨。 醋酸乙酯制备方法主要有醋酸酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法和乙烯加成法。 用醋酸和乙醇酯化制醋酸乙酯是开发较早，工艺成熟，且为目前主要采用的方法。反应在酸催化剂（如硫酸）存在下进行液相酯化，分为间歇法和连续法。间歇法使用釜式反
课程设计 资料袋 机械工程学院（系、部） 2012 ~ 2013 学年第二学期 课程名称指导教师职称 学生专业班级班级学号题目酸洗反应釜设计 成绩起止日期 2013 年 6 月 24 日～ 2013 年 6 月 30 日 目录清单 . . .
过程设备设计 设计说明书 酸洗反应釜的设计 起止日期： 2013 年 6 月 24 日至 2013 年 6 月 30 日 学生 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院（部） 2013年6月26日
课程设计任务书 2012—2013学年第二学期 机械工程学院（系、部）专业班级 课程名称：过程设备设计 设计题目：酸洗反应釜设计 完成期限：自 2013 年 6 月 24 日至 2013 年 6 月 30 日共 1 周 指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日 目录
第一章绪论 (4) 1.1 设计任务 (2) 1.2 设计目的 (2) 第二章反应釜设计 (2) 第一节罐体几何尺寸计算 (2) 2.1.1 确定筒体径 (2) 2.1.2 确定封头尺寸 (2) 2.1.3 确定筒体高度 (2) 2.1.4 夹套的几何尺寸计算 (3) 2.1.5 夹套反应釜的强度计算 (4) 2.1.5.1 强度计算的原则及依据 (4) 2.1.5.2 筒及夹套的受力分析 (4) 2.1.5.3 计算反应釜厚度 (5) 第二节反应釜釜体及夹套的压力试验 (6) 2.2.1 釜体的水压试验 (6) 2.2.1.1 水压试验压力的确定 (6) 2.2.1.2 水压试验的强度校核 (6) 2.2.1.3 压力表的量程、水温及水中Cl-的浓度 (6) 2.2.2 夹套的水压试验 (6) 2.2.2.1 水压试验压力的确定 (6) 2.2.2.2 水压试验的强度校核 (6) 2.2.2.3 压力表的量程、水温及水中Cl-的浓度 (6) 第三节反应釜的搅拌装置 (1) 2.3.1 桨式搅拌器的选取和安装 (1) 2.3.2 搅拌轴设计 (1) 2.3.2.1 搅拌轴的支承条件 (1) 2.3.2.2 功率 (1) 2.3.2.3 搅拌轴强度校核 (2) 2.3.2.4 搅拌抽临界转速校核计算 (2) 2.3.3 联轴器的型式及尺寸的设计 (2) 第四节反应釜的传动装置与轴封装置 (1) 2.4.1 常用电机及其连接尺寸 (1) 2.4.2 减速器的选型 (2) 2.4.2.1 减速器的选型 (2) 2.4.2.2 减速机的外形安装尺寸 (2) 2.4.3 机架的设计 (3) 2.4.4 反应釜的轴封装置设计 (3) 第五节反应釜其他附件 (1) 2.5.1 支座 (1) 2.5.2 手孔和人孔 (2) 2.5.3 设备接口 (3) 2.5.3.1 接管与管法兰 (3) 2.5.3.2 补强圈 (3) 2.5.3.3 液体出料管和过夹套的物料进出口 (4) 2.5.3.4 固体物料进口的设计 (4) 第六节焊缝结构的设计 (7) 2.6.1 釜体上的主要焊缝结构 (7) 2.6.2 夹套上的焊缝结构的设计 (8) 第三章后言............................................................. 错误!未定义书签。 3.1 结束语 ......................................................... 错误!未定义书签。 3.2 参考文献....................................................... 错误!未定义书签。
过程控制系统课程课题：反应釜温度控制系统 系另I」：电气与控制工程学院 专业：自动化_____________ 姓名： ________ 彭俊峰_____________ 学号：__________________ 指导教师： _______ 李晓辉_____________ 河南城建学院 2016年6月15日
反应器是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能力。釜式反应器是一种最为常见的反应器，广泛的应用于化工生产的各个领域。釜式反应器有一些非常重要的过程参数，如：进料流量（进料流量比）、液体反应物液位、反应压力、反应温度等等。对于这些参数的控制至关重要，其不但决定着产品的质量和生产的效率，也很大程度上决定了生产过程的安全性。 由于非线性和温度滞后因素很多，使得常规方法对釜式反应器的控制效果不是很理想。本文以带搅拌釜式反应器的温度作为工业生产被控对象，结合PID 控制方式，选用FX2N-PLC 调节模块，同时为了提高系统安全性，设计了报警和紧急停车系统，最终设计了一套反应釜氏的温度过程控制系统。
1系统工艺过程及被控对象特性选取 被控对象的工艺过程 本设计以工业常见的带搅拌釜式反应器（CSTR）为过程系统被控对象。 反应器为标准3盆头釜，反应釜直径1000mm,釜底到上端盖法兰高度1376mm, 反应器总容积，耐压。为安全起见，要求反应器在系统开、停车全过程中压力不超过。反应器压力报警上限组态值为。反应器的工艺流程如图1-1所示。 S8Q A a珑厲娜口 图1-1釜式反应器工艺流程图 该装置主要参数如表1-1所示。各个阀门的设备参数如表1-2所示，其中，D g为阀门公称直径、K v为国际标准流通能力。 表1-1主要测控参数表
吉林化工学院毕业设计说明书 连续搅拌反应釜系统的控制器设计与仿真Controller Design and Simulation for CSTR 学生学号：11510210 学生姓名：严新宇 专业班级：自动1102 指导教师：王野 职称：工程师 起止日期：2015.03.09～2015.06.26 吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology
吉林化工学院信控学院毕业设计说明书 摘要 连续搅拌反应釜（CSTR）是发酵、化工、石油生产、生物制药等工业生产过程中应用最广泛的一种化学反应器，其控制质量直接影响到生产的效益和质量指标。对连续搅拌反应釜通过控制内部的工艺参数，如温度、压力、浓度等稳定，保证反应的正常运行。本文针对连续搅拌反应釜的数学模型，应用泰勒展开得到了线性状态空间表达式，在此基础上设计了LQR控制器，仿真结果表明，控制效果令人满意。 本设计将CSTR的非线性动态模型进行了输入输出线性化，得到CSTR线性状态空间模型。设计出连续搅拌反应釜的极点配置控制器并对系统进行仿真。设计出连续搅拌反应釜的LQR控制器并对其系统进行仿真。并对两种控制方法的控制效果进行了比较。 关键词：连续反应搅拌釜；LQR控制器；MATLAB仿真 I
连续搅拌反应釜系统的控制器设计与仿真 Abstract Continuous stirred tank reactor (CSTR) is the most widely used in fermentation, chemical engineering, petroleum production, bio pharmaceutical and other industrial production process as a chemical reactor, control the quality directly affect the production efficiency and quality index. For continuous stirred tank reactor by controlling the process parameters, such as temperature, pressure, concentration and so on, ensure the normal operation of the reaction. In this paper, based on a continuous stirred reactor mathematical model, the application of Taylor expansion is obtained for the linear state space representation, on this basis, design the LQR controller. Simulation results show that the control effect is satisfactory. In this paper, the nonlinear dynamic model of CSTR is linearized, and the CSTR linear state space model is obtained. The pole assignment controller for continuous stirred tank reactor was designed and the simulation of the system was carried out. The LQR controller of the continuous stirred tank reactor is designed and the system is simulated. The control effect of the two control methods is compared. Key Words: Continuous Stirred Tank; LQR Controller; MATLAB Simulation II
连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定 一、实验目的 连续流动搅拌釜式反应器与管式反应器相比较，就生产强度或溶剂效率而论，搅拌釜 式反应器不如管式反应器，但搅拌釜式反应器具有其独特性能，在某些场合下，比如对于 反应速度较慢的液相反应，选用连续流动的搅拌釜式反应器就更为有利，因此，在工业上， 这类反应器有着特殊的效用。 对于液相反应动力学研究来说，间歇操作的搅拌釜式反应器和连续流动的管式反应器 都不能直接测得反应速度，而连续操作的搅拌釜式反应器却能直接测得反应速度。但连续 流动搅拌釜式反应器的性能显著地受液体的流动特性的影响。当连续流动搅拌釜式反应器 的流动状况达到全混流时，即为理想流动反应器——全混流反应器，否则为非理想流动反 应器。在全混流反应器中，物料的组成和反应温度不随时间和空间而变化，即浓度和温度 达到无梯度，流出液的组成等于釜内液的组成。对于偏离全混流的非理想流动搅拌釜式反 应器，则上述状况不复存在。因此，用理想的连续搅拌釜式反应器（全混流反应器）可以 直接测得本征的反应速度，否则，测得的为表观反应速度。 用连续流动搅拌釜式反应器进行液相反应动力学，通常有三种实验方法：连续输入法、 脉冲输入法和阶跃输入法。本实验采用连续输入的方法，在定常流动下，实验测定乙酸乙 酯皂化反应的反应速度和反应常数。同时，根据实验测得不同温度下的反应速度常数，求 取乙酸乙酯皂化反应的活化能，进而建立反应速度常数与温度关系式（Arrhenius formula ） 的具体表达式。通过实验练习初步掌握一种液相反应动力学的实验研究方法。并进而加深 对连续流动反应器的流动特性和模型的了解；加深对液相反应动力学和反应器原理的理解。 二、实验原理 1．反应速度 连续流动搅拌釜式反应器的摩尔衡算基本方程： dt dn dV r F F A v A A AO =---?)(0 （1） 对于定常流动下的全混流反应器，上式可简化为 0)(=---V r F F A A AO （2） 或可表达为 V F F r A AO A -=-)( （3） 式中； AO F ——流入反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1 -?s mol ；
江西应用技术职业学院教案首页本学期授课次序授课班级15化工01班课题名称任务一间歇操作釜式反应器设计 教学目的要求 1、掌握理想流动模型及返混对反应的影响 2、掌握化学反应速率及反应动力学方程 3、掌握均相反应速率表示方式 4、掌握均相反应动力学 教学重点及难点 均相反应速率的表示方式、均相反应动力学 教学程序设计次序内容计划时间（min）1 2 3 4 5 6 点名、回顾上节课内容 反应器流动模型 化学反应速率及反应动力学方程 均相反应速率 均相反应动力学 小结 5 25 20 15 20 5 作业：小结：
任务一间歇操作釜式反应器设计 工作任务：根据化工产品的生产条件和工艺要求进行间歇操作釜式反应器的工艺设计 预备知识： 一、反应器流动模型 （一）理想流动模型 1、理想置换流动模型 也称为平推流模型或活塞流模型。指在任一截面的物料如同活塞一样在反应器中移动，垂直于流动方向的任一横截面上所有的物料质点的年龄相同，是一种返混量为零的极限流动模型。其特点是在定态情况下，沿着物料流动方向物料的参数会发生变化，而垂直于流动方向上的任一截面的所有参数都相同，如浓度、压力、流速等。 2、理想混合流动模型 称为全混流模型。由于强烈搅拌，反应器内物料质点返混无穷大，所有空间位置物料的各种参数完全一致 3、返混及其对反应的影响 指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。间歇操作反应器不存在返混。其带来的最大影响是反应器进口处反应物高浓度去的消失或减低。 a 返混改变了反应器内的浓度分布，是反应器内反应物的浓度下降，反应产物的浓度上升 b 返混的结果将产生停留时间分布，并改变反应器内浓度分布。 c 不但对反应过程产生不同程度的影响，更重要的是对反应器的工程放大所产生的问题 d 降低返混程度的主要措施是分割，通常有横向分割和纵向分割两种 （二）非理想流动 实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因课归纳为下列几个方面 a 滞留去的存在也称死区、死角，是指反应器中流体流动极慢导致几乎不流动的区域。 b 存在沟流与短路 c 循环流 d 流体流速分布不均匀 e 扩散 二、均相反应动力学基础 工业反应器中，化学反应过程与质量、热量和动量传递过程同时进行，这种化学反应与
<<化工容器>>课程设计 —搅拌反应釜设计 姓名: 余景超 学号: 2010115189 专业: 过程装备与控制工程 学院: 化工学院 指导老师: 淡勇老师 2013年 6 月18 日
目录一设计内容概述 1. 1 设计要求 1. 2 设计参数 1. 3 设计步骤 二罐体和夹套的结构设计 2. 1 几何尺寸 2. 2 厚度计算 2. 3 最小壁厚 2. 4 应力校核 三传动部分的部件选取 3.1 搅拌器的设计 3.2 电机选取 3.3 减速器选取 3.4 传动轴设计 3.5 支撑与密封设计 四标准零部件的选取 4.1 手孔 4.2 视镜
4.3 法兰 4.4 接管五参考文献
一设计内容概述 （一）设计内容：设计一台夹套传热式配料罐 设计参数及要求 容器内夹套内 工作压力，MPa 0.18 0.25 设计压力，MPa 0.2 0.3 工作温度，℃100 130 设计温度，℃120 150 介质染料及有 机溶剂 冷却水或蒸汽 全容积, 3 m 1.0 操作容积, 3 m0.80 传热面积, 2 m 3 腐蚀情况微弱推荐材料Q235--A 接管表 符号公称尺 寸DN 连接面形 式 用途 A 25 蒸汽入口 B 25 加料口 C 80 视镜 D 65 温度计管口 E 25 压缩空气入口 F 40 放料口 G 25 冷凝水出口 H 100 手孔
（二）设计要求： 压力容器的基本要求是安全性和经济性的统一。安全是前提，经济是目标，在充分保证安全的前提下，尽可能做到经济。经济性包括材料的节约，经济的制造过程，经济的安装维修。 搅拌容器常被称为搅拌釜，当作反应器用时，称为搅拌釜式反应器，简称反应釜。反应釜广泛应用于合成塑料、合成纤维、合成橡胶、农药、化肥等行业。反应釜由搅拌器、搅拌装置、传动装置、轴封装置及支座、人孔、工艺接管等附件组成。 压力容器的设计，包括设计图样，技术条件，强度计算书，必要时还要包括设计或安装、使用说明书。若按分析设计标准设计，还应提供应力分析报告。强度计算书的内容至少应包括：设计条件，所用规范和标准、材料、腐蚀裕度、计算厚度、名义厚度、计算应力等。设计图样包括总图和零部件图。 设计条件，应根据设计任务提供的原始数据和工艺要求进行设计，即首先满足工艺设计条件。设计条件常用设计条件图表示，主要包括简图，设计要求，接管表等内容。简图示意性地画出了容器的主体，主要内件的形状，部分结构尺寸，接管位置，支座形式及其它需要表达的内容。 （二）设计参数和技术性能指标 （三）设计步骤： 1.进行罐体和夹套设计计算； 2.搅拌器设计； 3.传动系统设计； 4.选择轴封； 5.选择支座形式并计算； 6.手孔校核计算； 7.选择接管，管法兰，设备法兰。