预缩聚合釜设计开题报告(2)
3.3 釜体的传热装置
在预缩聚合釜中，为了文持反应的最佳温度，需要设置换热元件，本聚合釜采用夹套来传热。传热速率与传热面积成正比，从传热角度考虑,希望聚合釜有较大的传热面积，所以聚合釜的设计制造中要尽量增大聚合釜的传热面积。聚合釜的夹套传热面积与釜的结构有关，聚合釜的长径比越大，其表面积也就越大，当聚合釜的大小和长径比确定之后，聚合釜表面积也就确定下来。所谓夹套就是在容器的外侧，用焊接或法兰连接的方式装设各种形式的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间，在此空间内加入加热或冷却介质，可加热或冷却容器内的物料，夹套的主要结构形式主要有：整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套等等[11]。
3.4 有限元分析校核
在反应釜每一步设计完毕后，根据设计好的反应釜的结构，利用ANSYS软件建立起三文模型，用有限元分析来进行强度校核。对此进行应力分析，压力容器中的应力分为三大类：一次应力，包括一次总体薄膜应力Pm、一次弯曲应力Pb、一次局部薄膜应力PL；二次应力Q，指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应力或切应力；峰值应力F，指由局部结构不连续和局部应力的影响而叠加到一次加二次应力之上的应力增量或由介质温度急剧变化在器壁或管壁中引起的热应力[12]。根据建立的有限元计算模型计算在设计工况下, 反应釜各结构的应力分布可以清晰的在有限元分析后的图看出该结构的最危险点，根据强度校核公式进行校核。首先在设计工况下进行有限元建模，反应釜的筒体和封头是用以完成化学反应所需要的主要压力空间, 是压力容器最主要的受压元件之一。因此, 我们建立夹套反应釜的筒体和封头模型, 至于其它部分如支座、开孔与接管等都不在本次课题讨论之中；本次课题所研究的反应釜的筒体主要受到内压的作用, 可以看作是均匀地作用在筒体的内壁上；假设所使用的材料连续、均匀、各向同性。然后对模型载荷的施加及求解，得到夹套反应釜的筒体在受到内压作用下的变形情况和受力的最大点, 以此来确定这个点的材料强度是否超出材料许用应力，计算校核是否符合强度要求[13]。
4 难点及创新点
本次课题设计的预缩聚合釜的设备总容积为2.0m3，是一种小型的反应釜，生产成本会相对比较高，为了降低生产成本提高经济效率，对反应釜的结构设计上有较高的要求。在反应釜筒体的设计中，如对筒体的内径、装料系数（η）、壁厚等的选择中，是反应釜结构设计的基础，对后面反应釜其他结构的设计都会有一定的影响，选择比较合适的参数，会设计出比较合理的结构，会在一定程度上提高生产的经济效率。为了提高生产的效率，也可以考虑提高机械搅拌传动系统的操作性能，1、搅拌器结构优化与组合：（1）新型搅拌器的开发；（2）组合搅拌器的应用；（3）改变搅拌器传动方式，实现高效节能。2、搅拌设备的多功能化与智能化。为了提高经济效率，可以通过提高生产强度来实现，聚合釜生产强度取决于两个方面的因素: 一是聚合釜设计的传热能力; 二是化工工艺设计的聚合反应时间和生产辅助时间。所以在反应釜的夹套结构的选型与设计中，也至关重要，要对各种不同的夹套类型都进行选用设计然后进行一一对比来选择最优的夹套结构，再加之在夹套结构的的基础上进行优化设计，都有较大的难度。
本次课题设计的聚合釜是一个夹套反应釜，载热介质流过夹套时，其流动横截面积为夹套与筒体间的环形面积，流道面积大、流速低，传热性能差。为提高传热效率，可以考虑从以下几点进行创新：在筒体上焊接螺旋导流板，以减小流道截面积，增加冷却水流速；夹套的不同高度处安装切向进口，提高冷却水的流速，增加传热系数。
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