反应釜设计 -

化工设备机械基础

大型作业

题 目： 反 应 釜

教 学 院： 化学与材料工程学院 专 业： 化学工程与工艺 学 号： 学生姓名： 指导教师：

2013 年 12 月 26 日

大型作业任务书12

湖北理工学院 大型作业

2013～2014 学年第1学期

学生姓名： 专业班级：化学工程与工艺（精细化工）2011（1） 指导教师： 工作部门： 化工教研室 一、大型作业题目：反应釜 二、大型作业内容（含技术指标）

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）。

三、进度安排

1．12月16日：分配任务；

2．12月16日-6月20日：查询资料、初步设计； 3．12月21日-12月27日：设计计算，完成报告。

四、基本要求

1．设计方案：根据给定的条件合理选择设备的结构以及合适的材料，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。

教研室主任签名：

2013 年 月 日

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目录

1 设计方案简介 ............................................................................................................... 2

1.1聚苯乙烯的介绍 ................................................................................................. 2

1.1.1聚苯乙烯简介 .......................................................................................... 2 1.1.2聚苯乙烯的物性 ...................................................................................... 2 1.2 聚苯乙烯（PS）生产方法 ................................................................................ 3 1.3设备设计要求 ..................................................................................................... 3 2 反应釜的釜体设计 ....................................................................................................... 4

2.1 筒体的直径与高度 ............................................................................................ 4 2.2 筒体、封头厚度及钢板选型 ............................................................................ 6

2.2.1 计算筒体、封头厚度 ............................................................................. 6 2.2.2 容器强度校核 ......................................................................................... 7

3辅助设备的选型 ............................................................................................................ 8

3.1 蛇管设置 ............................................................................................................ 8 3.2 工艺管口 ............................................................................................................ 9

3-2-1 进出料管口 ............................................................................................. 9 3-2-2 温度计套管 ........................................................................................... 10 3-2-3 保温视镜 ............................................................................................... 10 3.3 搅拌设备 .......................................................................................................... 10

3.3.1 搅拌桨的选型 ....................................................................................... 10 3.3.2 搅拌轴系 ............................................................................................... 12 3.4 反应釜的传动装置 .......................................................................................... 13 3.5 人孔设计 .......................................................................................................... 13 3.6 支座设计 .......................................................................................................... 13 4 设计一览表 ................................................................................................................. 14 5 总结 ............................................................................................................................. 15 6 附图 ............................................................................................................................. 15 参考文献 ......................................................................................................................... 16

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1 设计方案简介

1.1聚苯乙烯的介绍

1.1.1聚苯乙烯简介

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，加工过程中受热发泡，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。

1.1.2聚苯乙烯的物性

聚苯乙烯非晶态密度1.04～1.06 g/cm3，晶体密度1.11～1.12 g/cm3，熔融温度240℃，电阻率为1020～1022 Ω?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，长期使用温度0～70℃，但脆，低温易开裂。此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，具有优异的电性能，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热稳定性和流动性非常好，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：最高工作温度为60～80℃。当加热至Tg以上，

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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在高真空和330～380℃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下降。而挤塑板因具有优异的防腐蚀、防老化性、保温性，在高水蒸汽压力下，仍能保持其优异性能，使用寿命可达到30-40年分散。

1.2 聚苯乙烯（PS）生产方法

苯乙烯（St）通过聚合反应生成聚苯乙烯。反应式为：

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。

1.3设备设计要求

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：8 kW；5．搅拌转速：60 rpm。6. 作业成果：计算书1份，设备图1张（CAD绘制，A1打印）。

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