專利名稱：球形釜式攪拌反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與攪拌反應(yīng)器有關(guān)，特別與球形釜式攪拌反應(yīng)器有關(guān)。
背景技術(shù)：
反應(yīng)器是任何化學(xué)品生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，它決定了化工產(chǎn)品的品質(zhì)、品種和生產(chǎn)能力。釜式攪拌反應(yīng)器更是普遍應(yīng)用的設(shè)備。釜式攪拌反應(yīng)器的研究，主要是如何滿足介質(zhì)在反應(yīng)過(guò)程中傳熱、傳質(zhì)、溫度、壓力等相關(guān)反應(yīng)條件。其中釜體的形狀和攪拌器的形式是決定傳熱、傳質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)。目前，通常使用的釜式反應(yīng)器有立式，臥式兩種，但釜體都是圓柱筒結(jié)構(gòu)，流體介質(zhì)在釜內(nèi)的流動(dòng)形態(tài)，不是完全均勻的，甚至有反應(yīng)死角，傳質(zhì)、傳熱不均勻，影響化工產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率，在壓力工況使用時(shí)，釜體受壓后應(yīng)力分布不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服以上不足，提供一種能改善介質(zhì)的傳質(zhì)、傳熱條件、和安全性，且可立、臥兩用的球形釜式攪拌反應(yīng)器。
本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明球形釜式攪拌反應(yīng)器包括電動(dòng)機(jī)，含介質(zhì)入口和介質(zhì)出口的釜體，位于釜體內(nèi)的攪拌器通過(guò)攪拌軸經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)連接，其特征是釜體形狀為球形。
上述的釜體為夾套結(jié)構(gòu)，以滿足傳熱條件。
本發(fā)明工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)攪拌器在球形釜體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，在保持一定轉(zhuǎn)速的情況下，使釜內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)形成軸向流動(dòng)、徑向流動(dòng)，周向流動(dòng)，并合成最終的流動(dòng)形式，形成一種均勻的傳質(zhì)和傳熱過(guò)程，使化學(xué)品的反應(yīng)更充分，更均勻，以提高化學(xué)品的品質(zhì)和生產(chǎn)能力。
本發(fā)明釜內(nèi)介質(zhì)在攪拌的狀況下反應(yīng)時(shí)，由于球形內(nèi)殼體的約束，使殼體內(nèi)的流體介質(zhì)都能在全容積中獲得更加均勻的流動(dòng)場(chǎng)，更易實(shí)現(xiàn)無(wú)死角且完全均勻的傳質(zhì)，同時(shí)軸轉(zhuǎn)速和軸功率可以相對(duì)降低；另外，由于球形殼體在空間360°受力分布最好、最均勻。從而使釜體接受內(nèi)外壓力可以實(shí)現(xiàn)最大化，提高了反應(yīng)釜的承壓力。通常在同樣材質(zhì)、同等壓力和溫度的條件下，球形殼體比相同直徑的圓筒形殼體壁厚可以約減少一半。反之，在同樣的材質(zhì)、同等壓力和溫度的條件下，球形殼體比相同厚度的圓筒形殼體承受的壓力要高出一倍，各種應(yīng)力分布更均勻，使用更為安全。同時(shí)，由于球形體空間分布的萬(wàn)向?qū)ΨQ，該反應(yīng)釜可實(shí)現(xiàn)立、臥、斜三種使用方式。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圓筒形釜?dú)ば螤钍疽鈭D。
圖3為本發(fā)明釜?dú)ば螤钍疽鈭D。
圖4為另一圓筒形釜?dú)ば螤钍疽鈭D。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，釜體3是一個(gè)球形殼體夾套結(jié)構(gòu)，其上有介質(zhì)入口10、介質(zhì)出口5。位于釜體內(nèi)的攪拌器4上的攪拌軸11的一端與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)——減速器2輸出軸連接，減速器2與電動(dòng)機(jī)1連接。攪拌器在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，在保持一定轉(zhuǎn)速的情況下，使釜內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)形成軸向流動(dòng)9、徑向流動(dòng)8、周向流動(dòng)6，并合成最終的流動(dòng)形式7，最后從介質(zhì)出口流出。
以下的目的是針對(duì)球形釜與圓筒形釜在相關(guān)條件下各種性能的比較，所涉及的公式如下根據(jù)GB150鋼制壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，球形釜與圓筒形釜在設(shè)計(jì)溫度下的最大允許工作壓力及釜壁的計(jì)算厚度為公式一 公式二 公式三 公式四 其中Pw最大許用壓力；δ(δe)釜壁的計(jì)算厚度(釜壁的有限厚度)；Di內(nèi)直徑；[σ]t設(shè)計(jì)溫度下，材料的許用應(yīng)力；Φ焊接接頭系數(shù)；Pc計(jì)算壓力。
根據(jù)“鋼制壓力容器用封頭”標(biāo)準(zhǔn)，球形釜與圓筒形釜的容積與換熱面積為公式五 公式六 公式七 公式八FW筒＝π·Di筒·L+2F封頭其中V容積；Fw換熱面積；Di內(nèi)直徑；L圓筒形釜直線段的長(zhǎng)度；V封頭圓筒形釜的封頭容積；F封頭圓筒形釜封頭的換熱面積。
根據(jù)“攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)”手冊(cè)第三章“攪拌設(shè)備的傳熱”第二節(jié)“液體攪拌中的傳熱”，釜壁的傳熱速率為公式九Q3=λ2δ2Fw(tw1-tw2)]]>其中Q3釜壁面一側(cè)(1-1)至壁面另一側(cè)(2-2)的傳熱速率；λ2釜壁金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)；δ2釜壁的有效厚度；Fw釜壁換熱面積；(tw1-tw2)釜壁兩側(cè)的溫度差。
設(shè)定球形釜與圓筒形釜在相同的設(shè)計(jì)溫度、同樣的材質(zhì)及有效厚度、相同內(nèi)直徑及焊接接頭系數(shù)的條件下，即有效厚度δe、材質(zhì)的許用應(yīng)力[σ]t、內(nèi)直徑Di及焊接接頭系數(shù)Φ相等。根據(jù)公式一 公式二 得出[Pw]球＝2[Pw]筒。
結(jié)論1當(dāng)球形釜與圓筒形釜在相同的設(shè)計(jì)溫度、同樣的材質(zhì)及有效厚度、相同內(nèi)直徑及焊接接頭系數(shù)的條件下使用，球形釜的承壓能力是圓筒形釜的兩倍。
2，設(shè)定在安全設(shè)計(jì)的前提下，球形釜與圓筒形釜在相同的換熱面積、使用相同的材質(zhì)、相同的介質(zhì)及冷媒、同等壓力及溫度的條件下，即材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)λ2、釜壁換熱面積Fw及釜壁兩側(cè)的溫度差(tw1-tw2)相等。根據(jù)公式九Q3=λ2δ2Fw(tw1-tw2)]]>得出釜壁的傳熱速率Q3與釜壁的有效厚度成反比。
結(jié)論2在安全設(shè)計(jì)的前提下，當(dāng)球形釜與圓筒形釜在相同的換熱面積、使用相同的材質(zhì)、相同的介質(zhì)及冷媒、同等壓力及溫度的條件下使用，所需的釜壁越厚，熱阻越大，其傳熱速率越低。
3，設(shè)定球形釜與圓筒形釜在相同容積的條件下，即V球＝V筒。
舉例1選用公稱直徑DN為1m的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，焊接在直徑為Di筒＝1m，長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝1m的圓筒體的圓筒形釜?dú)?圖2)及與該圓筒形釜容積相等的球形釜。圖3按照J(rèn)B/4746-2002“鋼制壓力用封頭”標(biāo)準(zhǔn)中查表1得到該圓筒形釜封頭的標(biāo)準(zhǔn)深度0.275m，其內(nèi)表面積F封頭＝1.1625m2，容積V封頭＝0.1505m3。根據(jù)公式六 公式八FW筒＝π·Di筒·L+2F封頭＝π×1×1+2×1.1625＝5.465m2由于V球＝V筒＝1.086m3，根據(jù)公式五 得到球形釜的內(nèi)直徑為 再根據(jù)公式七 得到 即Fw球＝0.934FW筒。
結(jié)論3當(dāng)球形釜與圓筒形釜在相同容積的條件下使用，球形釜的換熱面積略小于圓筒形釜的換熱面積。
4，設(shè)定球形釜與圓筒形釜在推論3的基礎(chǔ)上，(即當(dāng)圓筒形釜的內(nèi)直徑Di筒＝1m＝1000mm，且釜的容積V球＝V筒時(shí)，球形釜的內(nèi)直徑Di球＝1.275m＝1275mm、球形釜的換熱面積Fw球＝5.107m2、圓筒形釜的換熱面積FW筒＝5.465m2)，且使用同樣的材質(zhì)、相同的介質(zhì)及冷媒、同等壓力及溫度、相同焊接接頭系數(shù)的條件下，即材質(zhì)的許用應(yīng)力[σ]t、材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)λ2、釜壁兩側(cè)的溫度差(tw1-tw2)、釜的計(jì)算壓力Pc、焊接接頭系數(shù)Φ相等。
設(shè)定(1)、計(jì)算壓力Pc＝3MPa；(2)、設(shè)計(jì)溫度為100□；材質(zhì)為16MnR；材質(zhì)的許用應(yīng)力[σ]t＝170MPa；(3)、全焊接對(duì)接接頭；100％無(wú)損檢測(cè)焊接接頭系數(shù)Φ＝1。
根據(jù)公式三 公式四 得到 即δ2球＝0.64δ2筒再根據(jù)公式九Q3=λ2δ2Fw(tw1-tw2),]]>且設(shè)定λ2(tw1-tw2)為相同值i，代入公式，即球形釜的傳熱速率 圓筒形釜的傳熱速率 得到 即Q3球≈1.5Q3筒結(jié)論4當(dāng)球形釜與圓筒形釜在相同容積、使用同樣的材質(zhì)、相同的介質(zhì)及冷媒、同等壓力及溫度、相同焊接接頭系數(shù)的條件下使用，球形釜壁傳熱速率約為圓筒形釜壁傳熱速率的1.5倍。
設(shè)定球形釜與圓筒形釜使用相同容積、同樣的材質(zhì)、相同的介質(zhì)及冷媒、同等壓力及溫度、相同焊接接頭系數(shù)的條件下，即容積V球＝V筒、材質(zhì)的許用應(yīng)力[σ]t、材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)λ2、釜壁兩側(cè)的溫度差(tw1-tw2)、釜的計(jì)算壓力Pc、焊接接頭系數(shù)Φ相等。
舉例3設(shè)定(1)、計(jì)算壓力Pc＝3MPa；(2)、設(shè)計(jì)溫度為100□；材質(zhì)為16MnR；材質(zhì)的許用應(yīng)力[σ]t＝170MPa；(3)、全焊接對(duì)接接頭；100％無(wú)損檢測(cè)；焊接接頭系數(shù)Ф＝1。
(4)、λ2(tw1-tw2)＝i(5)、按照J(rèn)B/T4746-2002“鋼制壓力容器用封頭”標(biāo)準(zhǔn)，選用公稱直徑為800mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭、焊接在內(nèi)徑D筒2＝800mm，長(zhǎng)度L筒2＝1845mm的圓筒體上，形成第二個(gè)圓筒形釜?dú)?圖4)，查表1得到封頭的深度為225mm，其內(nèi)表面積F封頭2＝0.7566m2、容積V封頭2＝0.0796m3。
根據(jù)公式六 公式八FW筒＝π·Di筒·L+2F封頭＝6.15m2公式四 公式九 得知球形釜的速率為0.904i在V球＝V筒的前提下，圓筒形釜直段的長(zhǎng)徑比為 時(shí)，Q3球≈Q3筒(0.904i≈0.864i)結(jié)論5當(dāng)球形釜與圓筒形釜使用相同容積、同樣的材質(zhì)、相同的介質(zhì)及冷媒、同等壓力及溫度、相同焊接接頭系數(shù)的條件下使用，當(dāng)圓筒形釜的釜體形狀由長(zhǎng)徑比為1拉長(zhǎng)至長(zhǎng)徑比約為2.3的細(xì)長(zhǎng)圓筒型釜時(shí)，球形釜與圓筒形釜的傳熱速率基本相同，但細(xì)長(zhǎng)的圓筒形釜在攪拌傳質(zhì)時(shí)更為困難。在以上條件下使用，球形釜的傳質(zhì)條件優(yōu)于圓筒形釜。
綜上所述相對(duì)于各種類型的圓筒形釜，球形釜在承壓能力、傳質(zhì)與傳熱、耗材(釜壁厚度可減少)等方面都具有獨(dú)特的優(yōu)越性。
可應(yīng)用于新一代含氟共聚物新材料的聚合反應(yīng)設(shè)備，其特點(diǎn)是要求反應(yīng)釜具有高傳質(zhì)、傳熱能力，且反應(yīng)條件為溫度較高(160□)、壓力較大(6.3MPa)的條件下反應(yīng)。本發(fā)明可推廣泛應(yīng)用于石油化工、高分子材料、醫(yī)藥化工、生物化工、日用化工及其它精細(xì)化工等行業(yè)，特別適用于要高溫高壓并求低剪切、高分散的高、精、尖的化工產(chǎn)品，具有獨(dú)特的實(shí)用意義。
上述各實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于上述實(shí)施例。凡基于上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.球形釜式攪拌反應(yīng)器，包括電動(dòng)機(jī)，含介質(zhì)入口和介質(zhì)出口的釜體，位于釜體內(nèi)的攪拌器通過(guò)攪拌軸經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)連接，其特征在于釜體形狀為球形。
2.如權(quán)利要求1所述的球形釜式攪拌反應(yīng)器，其特征在于釜體為夾套結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種球形釜式攪拌反應(yīng)器。包括電動(dòng)機(jī)，含介質(zhì)入口和介質(zhì)出口的釜體，位于釜體內(nèi)的攪拌器通過(guò)攪拌軸經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)連接，其特征是釜體形狀為球形。能改善介質(zhì)的傳質(zhì)、傳熱條件，安全，且可以立、臥、斜三用。
文檔編號(hào)B01J19/18GK1593742SQ200410040048
公開(kāi)日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2004年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
發(fā)明者周鳳舉 申請(qǐng)人:周鳳舉