1大容量搪玻璃搅拌反应容器与夹套换热面积的特征
随着大容量搪玻璃（夹套式釜壁）反应容器容积的逐步增大，其夹套式釜壁换热面积与容器内单位容积之比在减小，这给使用大容量夹套式搪玻璃反应容器带来新的课题。
按照GB／T25026-2010《搪玻璃闭式搅拌容器》技术特性一表3中公称容积VN／L3000L～40000L容器单位容积的夹套换热面积进行比对（换热面积／公称容积m2／m3），详见表1。
从表1可以看出，随着搪玻璃闭式反应容器容积的增大，单位容积的换热面积逐步减少，容积40000L换热面积只有容积3000L换热面积的42%（L型）。反应容器夹套换热面积的减少将大大影响反应过程的冷却与加热速度，进而影响反应速度与反应时间及其收率。S型换热面积减少得更多，限于篇幅，在此不再赘述。
2提高大容量搪玻璃搅拌反应容器反应速度的方法
提高大容量搪玻璃搅拌反应容器反应速度的方法是提高容器传热速率。容器大型化之后，单位体积的传热面积减小，因此提高总传热系数是改善传热效果的较好方法。对于厚度为δ的平壁，其总传热系数K可表示为：
式中：α1和α2分别代表容器的内、外侧的对流传热系数；δ／λ为容器筒体壁厚导热部分的传热系数，其中δ为厚度，λ为导热系数，由碳钢层、搪玻璃衬里层、粘垢层和水垢层几部分。
从上述公式可以看出，影响传热总系数的主要因素是：
(1)内壁传热系数α1：降低体系黏度、改善搅拌效果是提高α1的重要途径。
(2)釜外壁传热系数α2：夹套中冷热媒流激烈流动状态是提高传热系数α2的重要途径。
(3)容器简体材质的λ、夹套结构型式和壁厚6是影响传热系数的重要因素。
3大容量搪玻璃搅拌反应容器换热夹套结构探讨
常见搪玻璃反应容器换热夹套结构见图1。
3.1新型大容量搪玻璃搅拌反应容器夹套结构
(1)结构特点：在满足温度、压力和使用介质等设计条件下，夹套换热对大容量搪玻璃搅拌反应容器具有良好的换热条件，有效降低内筒厚度较直接的方法是减小圆筒的外压计算长度，本新型结构采用内筒设置加强圈和多层夹套的设计方式，见图2。
(2)结构说明：
为提高反应容器换热效果，降低筒体厚度，较有效的方法是减小圆筒的外压计算长度，因此需给内筒设置一定数量的加强圈。由于夹套简体结构合理性的要求，内筒与夹套简体的间隙不可能太大，加强圈的结构尺寸因此受到限制。通常，夹套内介质采用低压蒸汽，由于内筒的设计外压较低，内筒与夹套的间隙足以满足加强圈的结构尺寸以及蒸汽及其冷凝液流通面积的要求。
3.2新型30000L搪玻璃闭式反应容器夹套结构设计
主要参数：容器简体直径D1=3200mm，材质Q245R;换热夹套D2=3400mm，材质Q345R，容器简体设计压力：-0.1～0.6MPa，夹套设计压力0.6MPa，腐蚀裕量：筒体为1mm，夹套为1mm。容器筒体内设计温度200℃，夹套内设计温度158℃。
(1)标准30000L搪玻璃闭式反应容器按GB150.1-2011《压力容器》外压圆筒用计算软件SW6计算，计算结果为：筒体壁厚S1=25mm，夹套壁厚S2=13mm。圆整后设计厚度为：简体壁厚S1=26mm，夹套壁厚S2=14mm（计算过程略）。
(2)新型大容量搪玻璃搅拌反应容器采用设置加强圈的多腔换热夹套结构，计算结果为：简体壁厚S1=20mm，夹套壁厚S2=13mm。圆整后设计厚度为：简体壁厚S1=20mm，夹套壁厚S2=14mm（计算过程略）。
内筒的强度和稳定性按图2的结构设置加强圈，由于加强圈与夹套筒体相焊，因此夹套简体也可看作加强圈的一部分，可将加强圈截面看作T型钢。将内筒名义厚度取为20mm，夹套简体厚度取为14mm，圆环型加强圈的厚度取16mm，加强圈间距取为800mm，考虑腐蚀裕量后计算得出：加强圈惯性矩为I=1.75×l07mm4，所需惯性矩I=1.35×l07mm4，加强圈与壳体起加强作用的有效段的组合截面对该截面形心轴的惯性矩IS=5.2×l07mm4：与标准30000L搪玻璃闭式反应容器设计相比，内简体厚度减少6mm，重量减少1200kg。
(3)加强圈设置的流道
根据文献ASME锅炉及压力容器规范国际性规范Ⅷ第1册压力容器建造规则中UG-29条(f)的规定：“当容器的内壳与外套由若干拉紧棒或其他一些圆环连接，在夹套内壳间有压力存在时，这种结构具有足够的刚度，因此本节的规则不适用”。当加强圈与内筒和外部夹套同时相焊时，其结构具备足够的刚度，因而可不遵循UG-29条中各种关于禁止开孔、断开等一系列条款的要求。因此可在加强圈上开孔设置对流道。30000L搪玻璃闭式反应容器Ll～L3管口规格DN=100mm，流道面积为0.0079m2，每条加强圈开Φ40mm孔7个，可以满足流道面积的要求，见图3。
3.3设置过程的影响
GB150.3-2011压力容器第3部分：设计4.5.2.5要求“加强圈与简体之间可采用连续或间断焊，…，，间断焊缝可以相互错开或并排布置较大间隙t，对外加强圈为8δn，……因此加强圈与简体之间的配合部分和间断焊接并不会产生搪烧过程的“挡火”和产生“扒纹”现象；
30000L搪玻璃反应容器采用卧式搪烧时，烧架的支撑部位一般在上下封头连接处，烧架支撑部位变形较小。当筒体增加加强圈后，筒体处刚度大幅提升，其受热的均匀性和变形都得到约束。缺点是：如果搪瓷遍数很过8遍以上也会与上接环一样在焊接部位产生“煞腰”现象。
3.4加强圈设置与夹套的组装
简体设置加强圈后，夹套变成多段与加强圈组合焊接结构，形成多腔夹套结构，在焊接过程中加强圈还承担焊板作用。因搪烧变形组装过程比普通夹套对接要麻烦得多，焊接过程因加强圈的传热而对搪玻璃瓷层造成影响，因此必须制定严格的工艺流程。
3.5多腔夹套结构流道对换热的影响
通常搪瓷反应釜反应容器在夹套的上下各有两个冷热媒进出口，实际使用中，冷热媒往往走“短路”，冷却和加热的效果大打折扣，造成产品品质下降。
本设计采用在每条加强圈开7个Φ40mm孔，条与条之间错开180。，夹套流道形成S型螺旋通道，螺旋通道是封闭的，故与螺旋形导流板夹套相比，不存在泄漏问题，其有效流速比螺旋导流板夹套高出40%。
4大容量搪玻璃搅拌反应容器夹套结构与其他夹套换热型式比较
4.1搪玻璃半管夹套式搅拌反应容器
半管夹套结构外压计算长度较小，可以降低内筒的计算壁厚，半管内可承受较高的压力，流速高，因而具有换热效率高、能量消耗低的特点。
大容量半管夹套搪玻璃搅拌反应容器在搪烧过程中需要容器和半管夹套同时整体搪烧，难度大，在搪烧过程中因薄厚不均和挡火等原因容易给搪玻璃瓷层造成局部缺陷和应力，搪烧耗费高，目前除一些小型搪玻璃设备有一些应用外，我国的大容量半管夹套（15000L以上）搪玻璃搅拌设备基本为空白。
与半管夹套搪玻璃搅拌反应容器相比，新型大容量搪玻璃搅拌反应容器夹套具有结构简单、外压加强圈加工方便，搪烧过程简体变形小，无“挡火”问题，加工费用低廉等优点。
4.2搪玻璃螺旋导流板夹套式搅拌反应容器
搪玻璃螺旋导流板夹套式结构对夹套内的介质起导向作用，增强换热效果，同时也可减少夹套的壁厚。
大容量搪玻璃搅拌反应容器制造过程中由于在900℃左右搪烧，其容器不可避免会发生筒体变形，保证筒体与夹套螺旋形刚性环的间隙存在很大难度，同时筒体与夹套螺旋形刚性环间隙的存在造成介质短路，其换热效果不理想。
新型大容量搪玻璃搅拌反应容器夹套的结构与螺旋导流板夹套相比具有结构简单、加工方便、不存在夹套螺旋形刚性环间隙造成的介质短路，多腔夹套结构使介质换热更加流畅。
4.3搪玻璃设备夹套的压力喷嘴
传统的搪玻璃夹套都采用压力喷嘴结构进行介质间的换热，简单有效；压力喷嘴主要是使在夹套内产生湍流范围内的介质流通。通常，夹套空间内产生湍流需要大流量，喷嘴必须满足高速介质从入口到出口或入口高动荡骤然收缩或扩大这两个条件。喷嘴在正常工作条件下具有结构简单、寿命长、价格相对便宜、易于安装等特点。
搪玻璃设备夹套的压力喷嘴结构不适于进行一般常用的蒸汽换热工艺过程，能源耗费增加，采用压力喷嘴结构有很大局限性。
新型大容量搪玻璃搅拌反应容器夹套的结构与搪玻璃设备夹套的压力喷嘴结构相比，其应用更加广泛，解决了蒸汽换热问题，多腔结构的夹套使换热介质的流道加长，比喷嘴结构更加合理。
