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2 反应釜的釜体设计
本反应反应器的反应容器采用反应釜,反应釜的筒体为圆柱形，封头采用常用的椭圆形。由于此设计是苯乙烯的聚合反应，可以近似看作是液－液反应，第一个反应釜的反应粘度相对较低，反应时间相对比较长，反应需加热且对压强和温度的控制要求比较高，因而本设计选用立式搅拌反应釜。
2.1 筒体的直径与高度
筒体的基本尺寸是内径Di和高度H，如图2-1所示。
hDi图 2-1 筒体基本尺寸
一些物料的搅拌反应过程对反应容器的筒体长径比有特殊要求，如表2-1所示
表2-1 几种反应釜的H/Di值
种类 一般反应釜 气-液相物料 发酵罐类 聚合釜
[1]
H釜内物料类型 液-固相或液-液相物料 H/Di 1～1.3 1～2 1．7～2.5 2.08～3.85 4
悬浮液、乳化液 湖北理工学院 大型作业
本反应釜为一般反应釜液液相物料，H/Di值可从表2-1中查得，H/D值为1～1.3，取H/Di值1.3。
选择了罐体长径比后，还要根据反应釜操作时所允许的装满程度考虑选择填装系数η，通常η可取0.6~0.85。本反应的反应介质为15m3的聚苯乙烯悬浮液，且反应状态平稳，η可取0.8。
据文献[2]，设备容积V与操作容积V0有如下关系
V0???V （2-1）
对于立式反应釜来说，设备容积是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积，即
V?Vb?Vh
式中 Vb ——设备筒体部分容积，m3 Vh ——封头容积，m3
根据V及选定的H/Di值，可以初步估算筒体内径，取
V??24Di?H
或 V??34Di?HD （2-2） i联立式（2-1）、（2-2）
D?4V0 （2-3）
3????HDi式中 H ——反应釜圆柱筒体高度，m Di——反应釜圆柱筒体内径，m
以选定的H/Di =1.3代入式（2-3），即可初步估算反应釜的内径。 则
D4?15i?3??0.8?1.3?2.64m
据文献[3]，可取反应釜公称直径DN=2600mm，
对于直立式反应釜，其圆柱形部分筒体的高度可由（2-4）确定
H?V?VhV （2-4） 1
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式中 V1 ——筒体每一米的容积。
据文献[4]，可查得Vh =2.5131m3；V1取5.309m3； 联立式（2-1）（2-4），则
V015?Vh?2.5131?0.8H???3.06m V15.309取H为3.1m。 校核H与Di值：
H/Di=3100/2600=1.2
与所选定的H/Di =1.3 近似相等，因而所求得的H与Di值可取。
反应釜封头为标准封头，封头代号为EHA，公称直径取与反应釜筒体相适应的值，即公称直径为2600mm。
EHA封头的形式参数关系为
Di/2(H1?h)?2
式中 H1 —— 封头总深度，mm；可从文献[4]中查得，H1 = 690mm 则
h?H1?Di4?40mm
2.2 筒体、封头厚度及钢板选型
2.2.1 计算筒体、封头厚度
容器内充满水时，最大压力
Pmax??g(H?2H1)
式中 ρ —— 水的密度，kg/m3 H1——封头总深度，m 其中Hi 值为 0.69m 求得
Pmax = 0.044 MPa < 1.6 MPa
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容器所受最大静压小于1.6 MPa，反应温度为90℃，据文献[5]，选Q235-B钢制钢板；预计容器筒体厚度在3~16之间。据文献[5]，可查得温度为100℃时，[σ]t = 113 MPa；釜体接头的焊接方式采用双面焊对接接头焊接，局部无损检测，可取φ= 0.85。
由式
??PcDi t2[?]??Pc求得 ??0.6mm
为满足制造、运输、和安装时的要求，实际生产中要求对于碳素钢、低合金钢制容器厚度不小于3mm，而计算求得容器厚度小于3mm，为满足要求，可直接取δ = 3 mm。
预计容器名义厚度δ在6.0~7.0mm之间，据文献[6]，可取钢板负偏差值为 C1 = 0.6 mm。
容器设计寿命为10年，则腐蚀裕量可取C2 = 1 mm。 由式
?n???C1?C2??
求得的值经圆整后为 δn = 6 mm
椭圆封头采用的是标准椭圆封头，封头厚度取与筒体相同厚度值，即δ0 = 6mm，钢板型号为Q235-B型钢。
2.2.2 容器强度校核
采用水压试验，水压试验时的试验压力按式（2-5）确定
PT?1.25P式中 Pt —— 试验压力，MPa P —— 设计压力，MPa
[σ] —— 试验温度下材料的许用应力，MPa [σ] —— 设计温度下材料的许用应力，MPa
据文献[5]，可查得[σ] =113 MPa；[σ]t =113 MPa。据文献[7]，常压容器的压力范
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[?] （2-5） t[?]湖北理工学院 大型作业
围 P < 0.1MPa，可取设计压力P = 0.1MPa。 则试验压力
Pt?1.25?0.1?0.125MPa
塔内最大应力
?t?Pt[Di?(?n?C)]
2(?n?C)式中 C —— 厚度附加量，为负偏差C1和腐蚀裕量C2的和 求得
?t?37.0MPa
0.9??s?0.9?0.85?235?180MPa > σ
所以水压试验时强度足够。
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3辅助设备的选型
3.1 蛇管设置
在搅拌设备中，蛇管的操作温度范围是：-30～250℃，公称操作压力系列为：0.4MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa。常用蛇管结构有：无集管的单组单列蛇管、无集管的单组双列蛇管、有集管八组蛇管（图 3-1）。
D3d3?500H2H2+700DN图 3-1 有集管八组蛇管
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