制药设备应用技术 釜式反应器的基本结构 模块四单元一延伸阅读 搅拌反应器的罐体.doc

药品生产技术专业教学资源库 模块四 化学制药反应设备 搅拌反应器的罐体 一、罐体尺寸确定 1.高径比 罐体是为物料完成搅拌反应提供反应空间的，罐体的内直径和高度是反应器的基本尺寸，如图1-11所示。在已知反应器的操作容积后，首先要确定罐体适宜的高径比，这需要考虑以下几点。 （1）由于搅拌功率在一定条件下与搅拌器直径的5次方成正比，所以从减少搅拌功率的角度考虑，高径比可取得大一些。 （2）若采用夹套传热结构，从传热角度看，希望高径比可取得大一些；当容积一定时，高径比大、罐体就高，盛料部分表面积大、传热面积也就大。 （3）要考虑物料的状态，对发酵类物料，为了使通入罐内的空气与发酵物料充分接触，高径比应取得大一些。 一般可参考表7-2选取。 ? 图7-11 夹套反应器罐体尺寸示意 ???????????????????? 表7-2? 搅拌反应器的高径比 种类 罐内物料类型 高径比H/Di 一般搅拌罐 液-液相、液-固相 1～1.3 气-液相 1～2 聚合釜 悬浮液、乳化液 2.08～3.85 发酵罐类 发酵液 1.7～2.5 ? 2.直径及高度确定 在确定罐体的直径和高度时，应考虑装料系数，罐体内留有一定的空间以满足不同物料的反应要求。如果物料在反应过程中产生泡们沫或呈沸腾状态，取装料系数0.6～0.7；若物料反应较平稳，则取装料系数0.8～0.85。 为了便于计算，在初步确定H/Di后，可先忽略封头的容积，近似计算出罐体的容积。即 ≈，由此导出内直径为： ??????????????????????????? ?????????????????????????????（1） 　 将式（1）计算的结果圆整为标准直径，再代入式（2）中计算出罐体的高度，即 ?????????????????????? ????????????????????????（2） 　 式中? V—罐体容积，mm3； ????? V0—罐体操作容积，V0=ηV，mm3； ????? η—装料系数； ????? Vk—两封头容积，mm3。 再将按式（2）计算出来的H值圆整，看H/Di是否符合表7-1的要求，若差别较大，则需要重新调整直径和高度，直至满足一切为止。 3.夹套反应器壁厚确定及压力试验 带夹套的反应器由于内筒和夹套是两个独立的受压室，所以组合后会出现比较复杂的情况，应慎重对待。现以举例说明其壁厚计算方法。 例7-1 某夹套反应器，操作时内筒的最高压力为0.5MPa，夹套内最高压力为0.3 MPa，内筒和夹套的材料均为16MnR，其在设计温度300℃时的许用应力为156 MPa，在20℃时的许用应力为170 MPa。 本题的设计压力和水压试验压力按表7-3确定。 ??????????????? ?表7-3? 例7-1设计压力及试验压力的确定/ MPa 部件名称 设计内压力p 设计外压力p0 水压试验压力pT 内筒及下封头 0.5 0.3 按内压PT=1.25p[σ]/[σ]t=1.25╳0.5╳170/156=0.681 按外压pT=1.25p0=1.25╳0.3=0.375 夹套及封头 0.3 ? PT=1.25p[σ]/[σ]t=1.25╳0.3╳170/156=0.409 内筒下封头 0.3 ? PT=1.25p[σ]/[σ]t=1.25╳0.5╳170/156=0.681 ? 设计计算时，对内筒及其下封头应分别按内压0.5 MPa、外压0.3 MPa计算并取大值为其壁厚，因为无论容器受内压还是外压，压力试验时都按内压方式进行，故只需按0.681 MPa对内筒及其下封头进行压力试验校核；对夹套及其封头应以0.3MPa按内压确定其壁厚，按0.409 MPa进行压力试验校核；对内筒的上封头可不做计算，直接取与上封头相同的壁厚。 需要注意的是，在制造时应先做内筒、且压力试验合格后再焊上夹套，然后在对夹套进行压力试验。夹套的试验压力对内筒而言是外压，所以要按此压力对内筒进行稳定性校核，若不满足则在作夹套的压力试验时，必须同时在内筒保持一定的压力，以使整个试压过程中夹套和内筒压力差不超过设计压力差。并应在图样上注明允许压力差。 二、传热装置 1.夹套 反应器的传热装置有夹套和蛇管两种，夹套的结构如图7-12、图7-13。夹套的直径可按表7-4选取，夹套的高度主要取决于传热面积的大小，为了保证传热充分，夹套上端一般应高于内物料的液面，所以夹套的高度为： ????????????????? ????????????????????????????????????（3） 　 式中Vc为内筒下封头容积，其他符号同前。 ??? ???? ?图7-12 可拆卸的夹套?????????????????? 图7-13 不可拆卸的夹套 ???????????????? ?