预缩聚合釜设计及其ANSYS有限元分析(2)
1.2 文献综述
2 筒体和夹套的设计
2.1 罐体和夹套的结构设计
罐体一般选用立式圆筒形容器，有顶盖、筒体和罐底组成，通过支座安装在平台或基础上。罐底通常选用椭圆形封头。顶盖在受压状态下操作时常选用椭圆形封头，而对于常压或操作压力不大而直径较大的设备，顶盖可以采用薄钢板制造的平盖，并在薄钢板上加设一些型钢（槽钢和工字钢）制的横梁，用来支撑搅拌器及其传动装置。
罐底和顶盖与筒体相连。罐底与筒体的连接常采用焊接型式连接。顶盖与筒体的连接形式分为不可拆和可拆两种，筒体内径D1≤1200mm时，宜采用可拆连接。当要求可拆时用法兰连接。夹套的型式与罐体相同。搅拌反应釜釜体的主要部分是容器，其筒体基本上圆柱形的。由于圆柱形筒体是最常见的一种压力容器结构形式，具有结构简单、易于制造、便于在内部装设内件等优点，被广泛应用于反应器、换热器、分离器和中小型容积储存容器。
本次课程设计罐体采用立式圆形容器，有顶盖、罐体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。罐底和顶盖采用标准椭圆形封头，罐体和封头均用20R钢制作。罐底和筒体采用焊接连接，顶盖和筒体采用可拆卸式的法兰连接。
2.2 罐体几何尺寸计算
2.2.1 确定筒体内径
釜体的基本尺寸是内径Di和高度H，它们的尺寸首先要满足工艺设计要求。对于反应釜，设备容积式主要决定参数，根据化工原理知识，搅拌功率与搅拌器直径的五次方成正比，而搅拌器的直径往往需要随容器直径的增大而增加，因此在同样的容积下，反应釜的直径太大时不适宜的，但某些有待定要求的反应釜如发酵罐之类，为了使通入罐中的空气能与发酵液充分接触，需要一定的液体高度，故筒体的高度不宜太矮。
在确定反应釜直径及高度时，还根据反应釜操作时所允许的装料程度—装料系数η等予以综合考虑，通常装料系数η可取0.6~0.85；如果物料在反应过程中产生泡沫或成沸腾状态，应取较低值，一般为0.6~0.7；若反应状态平稳，可取0.8~0.85（物料粘度大时，可取最大值）。因此，釜体容积V与操作容积V 应有如下关系：V=η V 工程实际中，要合理选用装料系数，以尽量提高设备利用率。
对于直立反应釜来说，釜体容积通常是指圆柱形筒体及下封头所包含的容积之和，根据釜体容积V和物料性质，选定H1/D1值，估算筒体内径D1。
在给定操作容积 ，取装料系数取 ，所以 。
=
式中：V——釜体容积，m³；
H——筒体高度，m；
D ——筒体内径，m；
筒体内径 （长径比 ）
圆整罐体筒体内径 。
表 2.1 几种搅拌釜的长径比
种类 釜内物料类型 H/D
一般反应釜 液—液相或液—固相物料 1~1.3
气—液相物料 1~2
发酵罐类 气—液相物料 1.7~2.5
2.2.3 封头的确定
压力容器封头的种类较多，封头又称端盖，按其形状可分为三类：凸形封头、锥形封头、平板形封头。其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠形封头。
半球形封头，如图所示，为半个球壳，半球形封头与球壳具有相同的优点，即在同样的条件下，它所需要的壁厚最薄，在同样的容积时其表面积最小，壳节省钢材，故从这些方面看来，半球形封头是最理想的结构形式。但其缺点是深度较大，直径小时，整体冲压困难；直径大时，采用分瓣冲压其拼焊工作量又较大。因此，对于一般中小直径的容器很少采用半球形封头，半球形封头常用在高压容器上。