中国石油和化工标准与质量
第５期
Ｆ６０００Ｌ不锈钢反应釜设计
谭
乐
（杭州西湖搪玻璃设备有限公司，浙江，杭州，３１１２５８）
【摘要】不锈钢反应釜具有耐高温．耐腐仕，生产能力强，使用周期长等优点，广泛用于石油．化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等用来完成硫化、硝化、氢化、烃化，聚合、缩合等工艺过程的压力容器．它是融合了反应容器。反应条件控制系统，原料进料，产品导出系统的一类生产或实验器械。能够以较高的自动化准度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度．压力、力学控制（搅拌、鼓风等）．反
应物／产物浓度等重要参数进行严格的调控．
【关键词】反应釜；设计
此次设计的不锈钢反应釜是为杭州百合控股集团一万吨有机颜料车间设备改进与更新及工艺优化过程使用的。用户在使用过程中的基本的操作参数为：釜内工作压力：ｏ．２ＭＰａ，最高工作温度：１２０℃。夹套工作压力：０．６０ＭＰａ，最高工作温度：１６４℃，介质为蒸汽。我为其设计的基本构造为全封闭式结构包括釜体（上下标准压力容器椭圆封头、简体构成）、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等结构。
１、基本尺寸的设计
根据现场场地布置，并结合参考了化工设备标准反应釜尺寸，选取其内径Ｄ。＝ｏ１８００ｍ，按充装系数Ｏ．８５计算，实际容积为Ｖ＝６／Ｏ．８５＝７．０５ｍ３。按ＧＢ／Ｔ２５１９８—２０１０‘压力容器封头》选取椭圆形封头．查其容积Ｖ＝Ｏ．８２７ｍ３，形状系数Ｋ＝Ｉ．则简体高度为；ｈ＝（７．０５—０．８２７ｘ２）／（ⅡｘＯ．炉）－－２．１２ｍ．夹套选取Ｄ１２＝中２０００ｒａｍ．
２、工况设计
通过用户提供的工况，在参照ＧＢｌ５０－１９９８＜钢制压力容器》确定釜体内设计压力位工作压力的Ｉ．１倍，即设计压力只．为０．２ｘ１．１＝０．２２ＭＰａ设计温度依据夹套选取了ｔ．＝１６４℃．夹套依据用户使用过程中的蒸汽的最高温度查阅在相应温度下的饱和蒸汽压为
０．６
筒体和上下封头进行强度计算及稳定性校核，以免釜体达不到强度设计要求而失稳。
根据ＧＢＩＳＯ－１９９８内外压圆筒、封头强度
５．２夹套液压试验压力：如＝１．２５Ｐ＝器．
０．７７３１ＭＰａ，压力试验允许通过
的应力水平【ｏ】ｔ≤０．９ａ．＝２１１．５
ＭＰａ，
计算方法，先分别假设内简体厚度：为晶＝１８１
内下封头为如＝１６衄。
４．１内简体厚度校核
胖虽熬竽＝１２６．７７。
结论：水压试验合格。ｏＴ≤【ｏ】，
６、搅拌系统的设计
搅拌系统是反应釜工作过程中的重要的一部分，直接关系到物料在反应过程中的充分程度和传热过程中的均匀程度，对产品的质量影响至关重要。
６．１搅拌器设计
由丁二客户方使用的介质粘度较高，且使用过程中需要有较好的传热效果，所以选择了锚式搅拌。
６．２搅拌轴设计
根据介质特性与所选择的搅拌器，初步选
由假设的名义厚度为函＝１８／，则实际厚
度６。。：五ｌ一厶乇＝１７．２皿
外压计算长度￡＝２１５８．．，忍＝
Ｄｉｌ＋２函＝１８３６ｍｍ。
￡／旎＝２１５８／１８３６＝１．１８，通过ＧＢｌ５０－１９９８
查得系数卢０．００１０１６８．庐６６．０９
许用外压［用２石尧＝ｏ．６１９１４肝ａ，满
足外压设计要求。
４．２内筒下封头厚度校核
由假设的名义厚度为＆＝１６衄，则实际厚
度６，如一厶－Ｃ２＝１５．２ｍｍ
封头形状系数Ｋ＝Ｉ，历＝Ｄ。＋２品＝１８３２．．。
系数爿＝畿＝０．００１１５２４，庐６７．７０。
取搅拌功率为７．５聃，搅拌轴转速ｎ＝２３ｒ／ｍｉｎ
为根据扭转变形的轴径计算公式：ｄ＝１５５．４
许用外压［闩：ｉ蔷瓦＝０．６２４１５９Ｐａ。满足外压设计要求。
４．３内筒上封头厚度计算及校核
由于内筒Ｅ封头此时不在承受夹套外压作用，我们计算厚度是是以内压为主计算的。
ｘＩｉ贵葛＝７０．７叫，在取一定的安全系数，选择
搅拌轴径为ｄ－－９０＂，选择机架为ＤＪ８０Ａ，减速
传动装置为ＢＬＤ２７０．
７、轴封装Ｉ
由于釜内设计压力为０．２２＿旺，ａ．选取机械密封２１２－９０。
８、支撑选择
为此封头计算厚度６＝币菇：苕蠢＝２．０４＂．
由于上封头在使用时要承担传动部分的重力载荷，故需要有一定的刚度，因此我们取上封头名义厚度为如＝１６岫。
４．４夹套封头厚度计算及校核
ＭＰａ，故我选取了夹套设计压力为只２：Ｏ．６
肝ａ，设计温度为ｔｒ＝１６４℃，焊接接头系数中取
Ｏ．８５．
３、材质
由于用户单位提供的介质具有腐蚀性，通过与用户沟通介质的腐蚀性及对材质的焊接性的把握，选取了釜体结构采用
根据∞１５０－１９９８受内压计算公式封头计
支撑按ＪＢ／Ｔ４７１２．４＿２∞７‘容器支座＇选
择Ａ４支座。
结语：在对客户之前用的反应釜使用过程中，机封部分在使用一段时间后出现微鼍泄露，在此次设计中增加了底轴承来控制轴的径向跳动，延长了机械密封的使用寿命。针对客户提出反应物科有少量粗化晶粒，在此次设计过程中特别在内筒四周设置了挡板，增强了搅拌的均匀程度，在之后用户反馈意见收到用户满意的评价．
算厚度：６＝爿强葛＝６．３８＂名义厚度
＆－－９ｍ，夹套封头有效厚度弘鼢Ｇ
－＇Ｃ产７．２，－－。
Ｏｏｃｒｌ７Ｎｉｌ帅Ｚ，厚度负偏差Ｇ＝Ｏ．８衄，腐蚀
余量６＝Ｏ岫。通过查询ＧＢｌ５０－１９９８‘钢制压
力容器》中材料的设计温度下许用应力与其试验温度许用应力通过插值法可以算Ｏｏｃｒｌ７Ｎｉｌ４１４０２材质试验温度许用应力
【ｏ】＝“８ＭＰａ。设计温度许用应力【ｏ】。＝１１４．４８
最大允许工作压力：［Ｐ－】：孝等笔＝ｏ．６７
∞３，压力校核合格。
４．５夹套筒体厚度计算及校核
根据ＧＢｌ５０－１９９８受内压计算公式封头计
肝ａ，试验温度下屈服点ｏ．＝１７７肝ａ，夹套采
用Ｑ２３５－Ｂ材质。厚度负偏差（≥Ｏ．８咖，腐蚀
算厚度：６＝；嚣毫＝６．３９＂名义厚度
ｄｒ－－９ｍ，夹套封头有效厚度舻磊一６
－－Ｇ＝７．２ｍ。
余量６＝Ｉ叫。其试验温度许用应力【ｏ］＝１１３肝ａ，设计温度许用应力【ａ】ｔ＝１１０．７６坤ａ，试
验温度下屈服点ａ。－－２３５咿ａ．
４、强度计算及稳定性校核
反应釜压力容器在工作过程中会受到复杂的载荷作用，但基本的设计方针是保证反应釜釜体的在设定的压力范围内满足基本的强度要求及稳定性．为此我们在设计之前必须对
最大允许工作压力：［Ｐ－】＝甍等警＝
ｏ．６７５２４，压力校核合格．
５，液压试验及校核５．１内筒液压试验压力ｌＰｎ＝１．２卯ｃＩ罄。
ｒ髫隅燃
【１］翻匿秀辔黎景纯鬟囊鍪舞精萼§莠睁≯磺
ｏ．７瓣ａ。压力试验允许通过
ｏＩ＝４萧＝４６．６１．
西≤【ａｌｆ
的应力水平【咄≤０．９０．＝１的．３Ｉｎ，
结论：水压试验合格．
麓麓蠹藏耄酝酝嵫
受海等编托索：亿学王爱撒敝挂，２０００
［２】‘镪键嚣力窭嚣》锵ｌｓｏ—１９冁塌
。
万方数据
一２２—
F6000L不锈钢反应釜设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
谭乐
杭州西湖搪玻璃设备有限公司,浙江,杭州,311258中国石油和化工标准与质量
China Petroleum and Chemical Standard and Quality2011,31(5)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hgbzjlzl201105012.aspx
中国石油和化工标准与质量
第５期
Ｆ６０００Ｌ不锈钢反应釜设计
谭
乐
（杭州西湖搪玻璃设备有限公司，浙江，杭州，３１１２５８）
【摘要】不锈钢反应釜具有耐高温．耐腐仕，生产能力强，使用周期长等优点，广泛用于石油．化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等用来完成硫化、硝化、氢化、烃化，聚合、缩合等工艺过程的压力容器．它是融合了反应容器。反应条件控制系统，原料进料，产品导出系统的一类生产或实验器械。能够以较高的自动化准度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度．压力、力学控制（搅拌、鼓风等）．反
应物／产物浓度等重要参数进行严格的调控．
【关键词】反应釜；设计
此次设计的不锈钢反应釜是为杭州百合控股集团一万吨有机颜料车间设备改进与更新及工艺优化过程使用的。用户在使用过程中的基本的操作参数为：釜内工作压力：ｏ．２ＭＰａ，最高工作温度：１２０℃。夹套工作压力：０．６０ＭＰａ，最高工作温度：１６４℃，介质为蒸汽。我为其设计的基本构造为全封闭式结构包括釜体（上下标准压力容器椭圆封头、简体构成）、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等结构。
１、基本尺寸的设计
根据现场场地布置，并结合参考了化工设备标准反应釜尺寸，选取其内径Ｄ。＝ｏ１８００ｍ，按充装系数Ｏ．８５计算，实际容积为Ｖ＝６／Ｏ．８５＝７．０５ｍ３。按ＧＢ／Ｔ２５１９８—２０１０‘压力容器封头》选取椭圆形封头．查其容积Ｖ＝Ｏ．８２７ｍ３，形状系数Ｋ＝Ｉ．则简体高度为；ｈ＝（７．０５—０．８２７ｘ２）／（ⅡｘＯ．炉）－－２．１２ｍ．夹套选取Ｄ１２＝中２０００ｒａｍ．
２、工况设计
通过用户提供的工况，在参照ＧＢｌ５０－１９９８＜钢制压力容器》确定釜体内设计压力位工作压力的Ｉ．１倍，即设计压力只．为０．２ｘ１．１＝０．２２ＭＰａ设计温度依据夹套选取了ｔ．＝１６４℃．夹套依据用户使用过程中的蒸汽的最高温度查阅在相应温度下的饱和蒸汽压为
０．６
筒体和上下封头进行强度计算及稳定性校核，以免釜体达不到强度设计要求而失稳。
根据ＧＢＩＳＯ－１９９８内外压圆筒、封头强度
５．２夹套液压试验压力：如＝１．２５Ｐ＝器．
０．７７３１ＭＰａ，压力试验允许通过
的应力水平【ｏ】ｔ≤０．９ａ．＝２１１．５
ＭＰａ，
计算方法，先分别假设内简体厚度：为晶＝１８１
内下封头为如＝１６衄。
４．１内简体厚度校核
胖虽熬竽＝１２６．７７。
结论：水压试验合格。ｏＴ≤【ｏ】，
６、搅拌系统的设计
搅拌系统是反应釜工作过程中的重要的一部分，直接关系到物料在反应过程中的充分程度和传热过程中的均匀程度，对产品的质量影响至关重要。
６．１搅拌器设计
由丁二客户方使用的介质粘度较高，且使用过程中需要有较好的传热效果，所以选择了锚式搅拌。
６．２搅拌轴设计
根据介质特性与所选择的搅拌器，初步选
由假设的名义厚度为函＝１８／，则实际厚
度６。。：五ｌ一厶乇＝１７．２皿
外压计算长度￡＝２１５８．．，忍＝
Ｄｉｌ＋２函＝１８３６ｍｍ。
￡／旎＝２１５８／１８３６＝１．１８，通过ＧＢｌ５０－１９９８
查得系数卢０．００１０１６８．庐６６．０９
许用外压［用２石尧＝ｏ．６１９１４肝ａ，满
足外压设计要求。
４．２内筒下封头厚度校核
由假设的名义厚度为＆＝１６衄，则实际厚
度６，如一厶－Ｃ２＝１５．２ｍｍ
封头形状系数Ｋ＝Ｉ，历＝Ｄ。＋２品＝１８３２．．。
系数爿＝畿＝０．００１１５２４，庐６７．７０。
取搅拌功率为７．５聃，搅拌轴转速ｎ＝２３ｒ／ｍｉｎ
为根据扭转变形的轴径计算公式：ｄ＝１５５．４
许用外压［闩：ｉ蔷瓦＝０．６２４１５９Ｐａ。满足外压设计要求。
４．３内筒上封头厚度计算及校核
由于内筒Ｅ封头此时不在承受夹套外压作用，我们计算厚度是是以内压为主计算的。
ｘＩｉ贵葛＝７０．７叫，在取一定的安全系数，选择
搅拌轴径为ｄ－－９０＂，选择机架为ＤＪ８０Ａ，减速
传动装置为ＢＬＤ２７０．
７、轴封装Ｉ
由于釜内设计压力为０．２２＿旺，ａ．选取机械密封２１２－９０。
８、支撑选择
为此封头计算厚度６＝币菇：苕蠢＝２．０４＂．
由于上封头在使用时要承担传动部分的重力载荷，故需要有一定的刚度，因此我们取上封头名义厚度为如＝１６岫。
４．４夹套封头厚度计算及校核
ＭＰａ，故我选取了夹套设计压力为只２：Ｏ．６
肝ａ，设计温度为ｔｒ＝１６４℃，焊接接头系数中取
Ｏ．８５．
３、材质
由于用户单位提供的介质具有腐蚀性，通过与用户沟通介质的腐蚀性及对材质的焊接性的把握，选取了釜体结构采用
根据∞１５０－１９９８受内压计算公式封头计
支撑按ＪＢ／Ｔ４７１２．４＿２∞７‘容器支座＇选
择Ａ４支座。
结语：在对客户之前用的反应釜使用过程中，机封部分在使用一段时间后出现微鼍泄露，在此次设计中增加了底轴承来控制轴的径向跳动，延长了机械密封的使用寿命。针对客户提出反应物科有少量粗化晶粒，在此次设计过程中特别在内筒四周设置了挡板，增强了搅拌的均匀程度，在之后用户反馈意见收到用户满意的评价．
算厚度：６＝爿强葛＝６．３８＂名义厚度
＆－－９ｍ，夹套封头有效厚度弘鼢Ｇ
－＇Ｃ产７．２，－－。
Ｏｏｃｒｌ７Ｎｉｌ帅Ｚ，厚度负偏差Ｇ＝Ｏ．８衄，腐蚀
余量６＝Ｏ岫。通过查询ＧＢｌ５０－１９９８‘钢制压
力容器》中材料的设计温度下许用应力与其试验温度许用应力通过插值法可以算Ｏｏｃｒｌ７Ｎｉｌ４１４０２材质试验温度许用应力
【ｏ】＝“８ＭＰａ。设计温度许用应力【ｏ】。＝１１４．４８
最大允许工作压力：［Ｐ－】：孝等笔＝ｏ．６７
∞３，压力校核合格。
４．５夹套筒体厚度计算及校核
根据ＧＢｌ５０－１９９８受内压计算公式封头计
肝ａ，试验温度下屈服点ｏ．＝１７７肝ａ，夹套采
用Ｑ２３５－Ｂ材质。厚度负偏差（≥Ｏ．８咖，腐蚀
算厚度：６＝；嚣毫＝６．３９＂名义厚度
ｄｒ－－９ｍ，夹套封头有效厚度舻磊一６
－－Ｇ＝７．２ｍ。
余量６＝Ｉ叫。其试验温度许用应力【ｏ］＝１１３肝ａ，设计温度许用应力【ａ】ｔ＝１１０．７６坤ａ，试
验温度下屈服点ａ。－－２３５咿ａ．
４、强度计算及稳定性校核
反应釜压力容器在工作过程中会受到复杂的载荷作用，但基本的设计方针是保证反应釜釜体的在设定的压力范围内满足基本的强度要求及稳定性．为此我们在设计之前必须对
最大允许工作压力：［Ｐ－】＝甍等警＝
ｏ．６７５２４，压力校核合格．
５，液压试验及校核５．１内筒液压试验压力ｌＰｎ＝１．２卯ｃＩ罄。
ｒ髫隅燃
【１］翻匿秀辔黎景纯鬟囊鍪舞精萼§莠睁≯磺
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ｏＩ＝４萧＝４６．６１．
西≤【ａｌｆ
的应力水平【咄≤０．９０．＝１的．３Ｉｎ，
结论：水压试验合格．
麓麓蠹藏耄酝酝嵫
受海等编托索：亿学王爱撒敝挂，２０００
［２】‘镪键嚣力窭嚣》锵ｌｓｏ—１９冁塌
。
万方数据
一２２—
F6000L不锈钢反应釜设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
谭乐
杭州西湖搪玻璃设备有限公司,浙江,杭州,311258中国石油和化工标准与质量
China Petroleum and Chemical Standard and Quality2011,31(5)
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