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聚合
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聚合反应釜的结构设计,聚合,反应,结构设计
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大 连 大 学本科毕业论文(设计)开题报告论文题目：聚合反应釜的设计学院：机械工程学院专 业 、班级：机制英语 131 班学生姓名：曾维崇指导教师（职称） ：韩越梅(讲师)2016 年12 月29 日 填1毕业论文（设计）开题报告要求毕业论文（设计）开题报告要求开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节，又是完成高质量毕业论文（设计）的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化，特制定本要求。一、选题依据一、选题依据1.论文（设计）题目及研究领域；2.论文（设计）工作的理论意义和应用价值；3.目前研究的概况和发展趋势。二、论文（设计）研究的内容二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题；2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路） ；3.本论文（设计）预期取得的成果。三、论文（设计）工作安排三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数） ；2.论文（设计）进度计划。四、文献查阅及文献综述四、文献查阅及文献综述学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料， 并在此基础上通过分析、研究、综合，形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通顺，较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。五、其他要求五、其他要求1.开题报告应在毕业论文（设计）工作开始后的前四周内完成；2.开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过；3.开题报告不合格或没有做开题报告的学生，须重做或补做合格后，方能继续论文（设计）工作，否则不允许参加答辩；4.开题报告通过后，原则上不允许更换论文题目或指导教师；5.开题报告的内容，要求打印并装订成册（部分专业可根据需要手写在统一纸张上，但封面需按统一格式打印） 。2一、选题依据一、选题依据1.研究领域机械原理、化工机械制造和压力容器及化工设备等。2.论文（设计）工作的理论意义和应用价值反应釜是广泛应用于石油化工，化学，制药，高分子合成，冶金，环保等领域的重要设备。因此在工业发展过程中研究反应釜的改进技术会使我们提高工作效率，节省资金和时间。结构简单，加工方便，传质、传热效率高，温度浓度分布均匀，操作灵活性大，便于控制和改变反应条件，适合于多种，小批量生产。适合于各种不同组态组合的反应物料，几乎所有有机合成的单元操作，只要选择适当的溶剂作为反应介质，都可以在釜式反应器内进行。在实际生产中所遇到的传热过程很少是单一的传热方式， 往往是几种基本方式同时出现，这使实际的换热过程很复杂。流体的性质对换热换热器类型的选择将会产生很大的影响，如流体的物理性质，化学性质，结垢情况，以及是否有磨蚀性等因素，都对传热设备的选型有影响。通过对夹套传热反应装置的研究，可以让我了解当今传热反应装置的分类，以及每一种传热器应用的场合，和对物料的物理性质和化学性质的要求，同时也让我知道了传热器在我国化学工业中的应用。这对我以后的学习打下了坚实的基础。3.目前研究的概况和发展趋势反应釜在日常生活或者化工生产等领域应用十分广泛。 因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视。生产必须严格按照相应的标准加工、检测并试运行。不锈钢反应釜 根据不同的生产工艺、操作条件等不尽相同，反应釜的设计结构及参数不同，即反应釜的结构样式不同，属于非标的容器设备。不锈钢反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等生产型用户和各种科研实验项目的研究，用来完成水解、中和、结晶、蒸馏、蒸发、储存、氢化、烃化、聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工艺过程的容器。反应釜是综合反应容器，根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程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。反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它复合材料。反应釜可采用 SUS304、SUS316L 等不锈钢材料制造。搅拌器有锚式、框式、桨式、涡轮式，刮板式，组合式，转动机构可采用无级变速减速机或变频调速等，可满足各种物料的特殊反应要求。密封装置可采用填料密封等密封结构。加热、冷却可采用夹套、半管、盘管等结构，加热方式有蒸汽、电加热、导热油，以满足耐酸、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺需要。可根据用户工艺要求进行设计、制造。3目前，反应釜在我国内存在的种类和发展趋势如下：低压反应釜，一般是指1.6MPa 以下的反应釜。由于工艺条件和介质的不同，反应釜的材料选择及结构也尽不相同，但基本的结构原理是相同的，它包括传动装置、传热装置和搅拌装置、釜体（上盖、筒体、釜体） 、工艺接管等。设备的外观尺寸，一般取反应釜的有效高度 Hgz/反应釜内径Di=1.01.2， 如果Hgz/Di1.5， 则需增设桨叶数。 桨叶直径di通常取1/3Di，上、下桨叶的间距应略大于桨径。在设备的结构上设置必要的传热和搅拌装置是为了强化反应过程。反应釜普遍采用钢制、铸铁或搪玻璃。反应釜所用的材料、搅拌装置、加热方法、轴封结构、容积大小、温度、压力等各有异同、种类很多，它们的基本结构特点分述如下：（1）结构，反应釜结构基本相同，除有反应釜体外，还有传动装置、搅拌和加热（或冷却）装置等，可改善传热条件，使反应温度控制得比较均匀，并不强化传质过程。（2）操作压力，反应釜操作压力较高。釜内的压力是化学反应产生或由温度升高而形成，压力波动较大，有时操作不稳定，突然的压力升高可能超过正常压力的几倍，因此，大部分反应釜属于受压容器。（3）操作温度，反应釜操作温度较高，通常化学反应需要在一定的温度条件下才能进行，所以反应釜既承受压力又承受温度。反应釜是化工行业用来完成物质的物理化学反应等工艺过程的典型设备之一。 但是大多数情况下 反应釜也是一种带有常见缺陷的化工设备由于反应釜工作时存在易燃、易爆、毒害、腐蚀介质，因此，反应釜的缺陷在不同程度上危害人身财产安全也影响着产品质量。反应釜目前所处的一种状态也是人们所担心的，因此应该采取一定的措施进行补救，以及对其进行进一步的发展。现就其危险现状进行说明： （1）改薄釜体或传热夹套的钢板尤其是价格较高的不锈钢板， 此举使釜体耐压强度和刚度等性能下降可造成设备爆炸恶性事故； （2）改薄法兰材料未达到额定负荷时变形造成法兰面密封失效，即使是无害介质，在高压、高温下的突然失效都会有严重的后果，有害介质更是不想而知； （3）为省料封头不压出直边，封头刚度下降设备容量降低； （4）减速机配置不当， 在轴封要求较高的场合如使用机械密封时应选用出轴摆动较小的减速机，而有的厂家会使用价格相对低廉的涡轮减速机，因出轴摆动大，连带搅拌轴摆动此时机械密封因工况无法保证而失效。釜内带压时轴封泄漏更甚严重，若釜内是易燃、易爆、毒害、腐蚀介质，其危害可想而知； （5）底轴承与减速机架不同轴或搅拌轴与减速机出轴不同轴造成搅拌轴别劲、摆动，底轴承因磨损减低寿命以及轴封失效等等，这些都会对人以及对机器本身造成伤害，因而在以后的发展中我们应正确操作避免以上事故发生。因而我们在以后的发展中用做到以下几点： （1）坚持设计制造资格的审批设计过程制造过程的质量管理和监督，健全规程； （2）提倡理论学习和技术4培训，提高业务水平，加强反应釜 工艺设计； （3）采用新技术，在提高和保证设备质量的前提下降低制造难度减少维护成本。例如：取消中、高速搅拌底轴承以稳定环平衡片代之使用柔性联轴器等，都可使釜中心轴线上各零部的同轴度要求降低； （4）尽量使用工具，尤其是专用工具，减少人工误差； （5）尽量在机械厂验收，设备试运行发现问题后可利用械厂相对强大的机加工能力和起重条件改进和补救。 若在化工发现问题常因条件所限不得不勉强使用。反应釜是指含铬大于 12%的钢种。反应釜自 1912 年发明以来取得迅猛发展,至今全球仍以每年 3%5%的速度递增。全世界反应釜的消费总量达 3500 万。我国正处于反应釜生产和消费应用的高速增长期，已广泛应用于石油、化工、轻工、 食品、酿酒、制药、家电、水电、机械、建筑、市政和各种民用器具中。1990 年我国反应釜消费量为 26 万吨， 1999 年为 153 万吨， 2000 年为 173 万吨， 2001 年为 225 万吨， 2004年反应釜消费量达到 447 万吨左右，居全世界第一位，预计 2006 年反应釜消费量将达到600 万吨以上， 其中铬镍奥氏体反应釜的消费量占反应釜总消费量的 75%80%。但是随着化工产业的发展化工生产对反应釜要求越来越高化工生产对反应釜的具体要求和发展趋势如下：（1）大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为 6000L 以下，其它行业有的达30m；而其它行业可达 120 m。（2）反应釜的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。国外，除了装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度。（3）以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染（4）合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。热管技术的应用，将是今后发展的方向。5二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题1）反应釜的搅拌装置的设计及校核。2）反应容器的压力测试和安全检测方法概述。2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）1）查阅相关文献资料；2）根据经济性能和安全性能选择设备的材质；3）确定工艺计算的物性数据，进行设备的工艺计算；4）进行接管的选择及开孔补强计算；5）对筒体的搅拌装置进行选型设计及计算；6）传动装置的计算及选型；7）零、部件设计；8）支座的选型和底座的设计及选型；3.本论文（设计）预期取得的成果1）设计出满足工艺参数的聚合反应釜。主要设计内容为：反应釜结构及强度计算；筒体设计及强度计算；搅拌器设计及强度校核；密封性的型式；夹套设计计算；开孔补强计算及传动装置的选择等。2）绘制出聚合反应釜的 CAD 图纸，包括装配图和部分零件图。3）整体分析设计需要得到较优的设计方案，出产品设计说明书。6三、论文（设计）工作安排三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数） ；1）对反应釜的总体结构进行设计及基本尺寸确定2）结合理论对设计的尺寸进行分析及校核3）借助 CAD 绘制出装配图和部分零件图2.论文（设计）进度计划第一周第三周：查阅文献撰写文献综述及开题报告。第四周：提交开题报告，进行方案设计。第五周：继续查阅文献，初步进行方案设计。第六周：确定最优设计方案。第七周：完善设计方案，明确设计具体任务。第八周第九周：进行装配图设计并绘图。第十周第十一周：进行零件图设计和校核计算。第十二周：完善装配图和零件图，撰写设计说明书草稿。第十三周：完善装配图和零件图，撰写设计说明书草稿。第十四周：修改设计说明书并定稿，翻译外文文献。第十五周：上交设计成果，准备答辩。7四、需要阅读的参考文献四、需要阅读的参考文献1 王非主编. 化工压力容器设计M.北京：化工工业出版社，2005.2 王凯 虞军. 反应器M .北京：化工工业出版社 2005.3 濮良贵 纪名刚主编. 机械设计M.北京：高等教育出版社, 2003.4 姚慧珠 郑海泉. 化工机械制造M.北京：化工工业出版社，1994.5 陈国理主编. 压力容器及化工设备M.广州：化工理工大学出版社，1988.6 全国压力容器标准化技术委员会 GB150-89 钢制容器J. 北京：学苑出版社，1990.05（10） ：26-34.7 沈功田 张万岭. 压力容器无损检测技术综述J.北京：国家质量监督检查检疫局锅炉压力容器检测中心，2004.01（1） ：26-29.8 压力容器安全技术监察规程J.北京：劳动部锅炉压力容器安全杂志社，1991.3 .9 朱瑞林.谈压力容器技术精湛的两个重要方面J.湖北：湘潭大学，1995.12.10 Ewalds HL,wanth ill RJ. 断裂力学M.朱永昌等译.北京：北京航天大学出版社，1990.11余国棕主编. 化工原理M.天津：天津大学出版社，2010.8.12郑津洋 董其伍主编. 过程设备设计M.广州：化学工业出版社 2001.13陈已崇等编.搅拌设备设计M.上海：上海科学技术出版社，1985.14裴宝铃 高阳. 压力容器安全检测的有效方法J.湖北： 科技创月刊， 2015.05（13） ：112-113.15郑秀芳 范闻捷.压力容器设计中的热处理问题J.辽宁：辽宁化工出版社,2011.01（1） ：40-41.16Optimal design of pressure vessel using an improved geneticalgorithmD.Peng-fei Liu;Ping Xu;Shu-xin Han;Jin-yang Zheng .Journal ofZhejiang University SCIENCE A 2008-9 Springe.17刘天婴 反应釜搅拌轴的设计计算J 北京：北京石油化工学院学报，2000.01.（1） ：8-11.18朱祝何. 我国压力容器设计制造标准与规范尚待完善J. 北京：中国质量报.2012.5（2） ：1.19仇恩沦. 压力容器行业挑战和机遇并存J.广州：中国化工报.2005.01（2） ：1-2.20廖建国. 锅炉和压力容器用高性能厚钢板J.北京：世界金属导报.2000.12.（4） ：1.附：文献综述8文献综述1 1、压力容器压力容器的概述的概述压力容器一般指在工业生产中用来完成反应、传热、传质、分离、储存等工艺过程，并承受 0.1 兆帕以上 10 兆帕以下压力的密封容器。合成氨和高压聚乙烯等高压生产工艺出现后，要求压力容器承受的压力提高到 100 兆帕以上。随着化学工业和石油化学工业的发展，压力容器的工作温度也越来越宽；新工作介质的出现，还要求压力容器能耐介质腐蚀；许多工艺装置规模越来越大，压力容器的容量也随之不断增大。20 世纪 60 十年代开始，核电站的发展对反应堆压力容器提出了更高的要求，这一进步促进了压力容器的发展。如：煤转化工业的发展，需要单台重量达数千吨的高温压力容器；快中子增殖反应堆的应用，需要解决高温耐液态钠腐蚀的压力容器；海洋工程的发展，需要能在水下几百至几千米工作的外压容器。压力容器的应用范围很广， 压力容器的设计过程中首要考虑的因素是制造材料的选择，考虑到容器的反应介质、温度以及压强等众多因素。压力容器的制造材料多种多样，比较常见的有以下几种：(1）Q235-A 钢含硅量多，脱氧完全，因而质量较好。限定的使用范围：设计压力1.0MPa,设计温度 0-350，用于制造壳体，钢板厚度不得大于 16mm。不得用于盛装液化石油气体、 毒性程度为极度、 高度危害介质及直接接受火焰加热的压力容器。(2）20g20g 锅炉钢板于一般 20 号优质钢相同，含硫量 Q235-A 钢低具有较高的强度使用温度范围为-20-475，常用于制造温度较高的中亚容器。（3)16MnR16MnR 普通低合金容器钢板， 制造中、 低压容器可减轻温度较高的容器重量，使用温度范围为-20-475。（4）低温容器（低于-20）材料主要是要求在低温条件下有较好的韧性以防脆裂，一般低温容器用钢多采用锰钒钢（5）高温容器用钢温度400、可用普通碳钢，使用温度 400500可用15MnVR/14MnMoVg,使用温度 500600可采用 15CrMo/12Cr2Mol,使用温度 600700应采用 0Cr13Ni9 和 1Cr18Ni9Ti 等高合金钢。压力容器在使用中如果发生爆炸，会造成灾难性事故。历史上曾多次发生过使成百人伤亡的压力容器爆炸事故；如果反应容器内的介质为有毒气体或放射性物质，当容器发生泄露事故，也会造成更为严重的后果。压力容器属危险性大的生产设备，为了确保压力容器安全运行，于 2003 年 3 月11 日颁发了特种设备安全监察条例和压力容器安全技术监察规程 （以下简称条例和条规 ） 。 条例和容规都是强制执行的压力容器管理法规，凡事从事各种压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造的单位，都必须贯彻执行。2 2、反应釜反应釜的分类及应用领域的分类及应用领域反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，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，例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等；材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基合金及其它复合材料。根据材质可分为碳钢反应釜、不锈钢反应釜及搪玻璃反应釜。(1) 磁力搅拌反应釜（GSH 系列化工反应釜）适合领域：广泛应用于石油、化工、食品、医药、农药、科研等行业，是用业完成聚合、缩合、硫化、烃化、氢化等化学工艺过程，以及有机染料和中间体许多工艺过程的反应设备。(2) 不锈钢反应釜（KCFD 系列高压反应釜）适合领域： 适用于石油、化工、医药、9冶金、科研、大专院校等部门进行高温、高压的化学反应试验，对粘稠和颗粒的物质均能达到高搅拌的效果。（3）钢衬 PE 反应釜 适合领域：适用酸、碱、盐及大部分醇类。适用液态食品及药品提炼。是衬胶、玻璃钢、不锈钢、钛钢、搪瓷、塑焊板的理想换代品。（4）钢衬 ETFE 反应釜：防腐性能特别优良，能耐各种浓度的酸、碱、盐、强氧化剂、有机化合物及其它所有强腐蚀性化学介质。是解决高温稀硫酸、氢氟酸、盐酸和各种有机酸等老大难腐蚀问题的理想产品。（5）电加热反应釜适合领域：广泛应用于石油、化工、食品、医药、农药、科研等行业，是用业完成聚合、缩合、硫化、烃化、氢化等化学工艺过程，出及有机染料和中间体许多工艺过程的反应设备。（6）搪玻璃反应釜 适合领域：广泛应用于石油、化工、食品、医药、农药、科研等行业。（7）多功能分散反应釜适合领域：广泛应用于石油、化工、食品、医药、农药、科研等行业，是用来完成聚合、缩合、硫化、烃化、氢化等化学工艺过程，出及有机染料和中间体许多工艺过程的反应设备。（8）蒸汽加热反应釜 适合领域：广泛应用于石油、化工、食品、医药、农药、科研等行业，是用业完成聚合、缩合、硫化、烃化、氢化等化学工艺过程，出及有机染料和中间体许多工艺过程的反应设备。（9）不饱和聚酯树脂全套设备 适合领域：用于生产不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、ABS 树脂、油漆的关键设备。（10）PCF 系列小型试验用高压釜：适合高转速、低速、低粘度物料的搅拌。是进行各种化学反应试验的理想装置。（11）实验式专用反应釜：也称水热合成反应釜，材质：不锈钢外罐/聚四氟乙烯（PTFE）内杯。3 3、反应釜反应釜的的发展发展趋势趋势虽然我国反应釜设备行业起步较晚，但是依托于我国机械工业的迅猛发展，反应釜设备行业的市场需求量与日俱增。反应釜设备主要适用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等行业，用来完成磺化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，以及有机染料和中间体的许多其它工艺过程，目前常用的反应釜设备，如钛反应釜、实验室反应釜、不锈钢反应釜、磁力反应釜等设备，我国均能生产满足市
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