反应釜设计_

  无集管的单组单列蛇管适用公称容积为1～50m3各种搅拌罐，但蛇管管径以Φ45mm以下为宜，据文献[8]，可查得本设计所设计的反应釜所需蛇管管径已超过45mm，单组单列蛇管不宜选用。无集管的单组双列蛇管适用于公称容积为3.2~10m3的各种搅拌罐，而本设计所设计的反应釜公称容积超过10m3，所以单组双列蛇管不宜选用。有集管八组蛇管适用于公称容积为16~50m3的各种搅拌罐，该蛇管可满足设计条件，可选用。

  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。

  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）。

  求得的容器内液面高度超过标准Di值2.6m，所以应采用多层搅拌器。相邻两搅拌桨之间的距离Sp值为

  搅拌轴的材料采取使用45钢。假定搅拌轴只承受扭转作用，可根据式（3-2）确定轴直径

  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，为满足规定的要求，可直接取δ=3mm。

  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。

  聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物，它是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于100℃的玻璃转化温度，因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次性泡沫饭盒等。普通聚苯乙烯树脂属无定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环，大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质，如透明度高.刚度大.玻璃化温度高，性脆等。可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成，工艺流程中受热发泡，专用于制作泡沫塑料产品。高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯为分散相，提高了材料的冲击强度，但产品不透明。间规聚苯乙烯为间同结构，采用茂金属催化剂生产，是近年来发展的聚苯乙烯新品种，性能好，属于工程塑料。

  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。

  出料口有上出料和下出料等形式，这里选用下出料形式，如图3-3所示。出料管选用公称直径为150mm的无缝钢管。

  温度计选用热电偶温度计，温度计置于套管中。套管是用铸铁做的一端封闭的管子，为了建立良好的传热条件，套管中加入一些有机油或其他高沸点液体，然后插入热电偶温度计。为防止套管被折断或弯曲，套管上部要做的厚一些。除了里层的套管外，其他各层套管都钻平衡孔，使套管夹层中的气体与大气连通。

  反应原料为液体，选用固定式进料口，进口管选公称直径为100mm的无缝钢管。接引管伸进设备内，可避免物料沿釜内壁流动，以减少物料对釜壁的局部磨损与腐蚀。管一端制成45°斜口，避免喷洒现象，如图3-2所示。

  1．反应介质：15m3的聚苯乙烯悬浮液（含苯乙烯30%）；2．容器内压：常压；3．反应温度：90±5℃；4．电机功率：8kW；5．搅拌转速：60rpm。6.作业成果：计算书1份，设备图1张（CAD绘制，A1打印）。

  1．反应介质：15m3的聚苯乙烯悬浮液（含苯乙烯30%）；2．容器内压：常压；3．反应温度：90±5℃；4．电机功率：8kW；5．搅拌转速：60rpm。6.作业成果：计算书1份，设备图1张（CAD绘制，A1打印）。

  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比来说较低，反应时间相对来说还是比较长，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。

  设备在高温操作时，内外温差较大，为避免在镜片内表面揭露，可安装两块镜片，使中间隔层中的空气被周围的蒸汽加热，减少每块镜片的内外温度差，从而防止结露。

  设计要求中要求搅拌器搅拌速度为60 r/min，搅拌目的是混合、分散、传热均匀，根据表3-2，可选用开启涡轮式搅拌器。

  聚苯乙烯非晶态密度1.04～1.06g/cm3，晶体密度1.11～1.12g/cm3，熔融温度240℃，电阻率为1020～1022Ω•cm。导热系数30℃时0.116W/(m•K)。通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物，具有优良的绝热、绝缘和透明性，经常使用温度0～70℃，但脆，低温易开裂。除此以外还有全同和间同立构聚苯乙烯。全同聚合物有高度结晶性。聚苯乙烯相对密度也仅次于PP、PE，具备优秀能力的电性能，特别是高频特性好，另外，在光稳定性方面仅次于甲基丙烯酸树脂，但抗放射线能力是所有塑料中最强的。聚苯乙烯最重要的特点是熔融时的耐热性和流动性非常好，所以易成型加工，特别是注射成型容易，适合大量生产。成型收缩率小，成型品尺寸稳定性也好。 热性能：最高工作时候的温度为60～80℃。当加热至Tg以上，PS转变为高弹态，且保持这种状态在较宽的范围内，这就使其热成型提供方便。PS的热变形温度为70～80℃，脆化温度为-30℃，PS在高线℃下剧烈降解。防腐蚀、经久耐用性：一般的硬质发泡保温材料使用几年后易产生老化，随之导致吸水造成性能直线下降。而挤塑板因具备优秀能力的防腐蚀、防老化性、保温性，在高水蒸汽压力下，仍能保持其优异性能，常规使用的寿命可达到30-40年分散。

  1．设计方案：根据给定的条件合理选择设备的结构和合适的材料，立式容器或卧式容器的筒体和封头、钢板卷制焊接结构接头、钢板材料的型号及热处理条件等；

  2．设计计算：依据材料的性能，对选择使用设备的壁厚进行计算、稳定性进行校核；

  3．辅助设备的选型：包括典型辅助设备的主要尺寸计算及型号规格：人孔或手孔设计、法兰的型号规格、接管开孔结构、视镜或液面镜以及容器的支座选型等。

  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选用双面焊对接接头焊接，局部无损害检验测试，可取φ= 0.85。

  工业上用悬浮聚合生产的聚乙烯是一种透明无定形热塑性高分子材料。其分子量分布较宽，由于流动性能好，而且适于压模注射成型，其成品有较高的透明度、良好的耐热性和电绝缘性。

  本设计反应为悬浮聚合，其主要组分可分为：单体，分散介质，悬浮剂，引发剂。以水为分散介质，聚合热可以迅速排除，因而反应温度容易控制。借助于较强烈的搅拌和悬浮剂的作用，可生产出颗粒状成品，产品不经造粒即可直接加工。

  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。

  带搅拌器的反应釜，需要电动机和传动装置来带动搅拌器转动。传动装置通常设置在反应釜顶部，一般都会采用立式布置。电动机经减速装置将转速减至工艺要求的搅拌转速。