立式底搅拌反应釜的结构设计

立式底搅拌反应釜的结构设计

陈飞强

佛山市金银河智能装备股份有限公司528100

摘要：立式底搅拌反应釜是一种常见的化工设备，本文针对生产过程中需加热且有固体结晶颗粒产生时，设备结构设计应该注意的问题，采取的措施，介绍了一种方法。

关键词：底搅拌；反应釜；结构设计

引言

立式底搅拌釜的作用是：物料(包括原料、溶剂、催化剂等)加入反应釜内，反应釜内充氮气加压保护；在盘管内通蒸汽预热，启动搅拌装置，锚式搅拌器将固体物料与溶剂混合均匀；螺带式搅拌器将物料从反应釜底向上提升，以利于聚合反应的进行。启动远红外加热装置加热至300℃。原料发生聚合反应，生成产品。此时在盘管内通入冷却水，将反应釜内温度降至8O℃左右，打开反应釜底的放料阀，将物料放出，完成一次产品的聚合作业。

1主要设计参数

该设备的主要设计参数见表1。

2设备关键难点

（1）本设备因生产过程的需要，壳体外(下部)需安装远红外加热夹套；设备所需要的物料、溶剂、催化剂等进口。以及压力表、温度计、安全阀等仪表接口只能布置在顶盖上。只有物料出口布置在壳体下部。因此，搅拌轴及轴密封装置必须布置在设备底部；而设备内物料进行聚合反应，反应过程中有副产物氯化钠结晶颗粒产生。因此，搅拌轴密封装置应考虑对固体颗粒的密封。以减少对密封端面的磨损。故轴封装置的设计是一个难点。

（2）设备由四个耳式支座支撑在楼板上，工作时温度达到300℃，设备的上、下部都需要一定的自由膨胀量。上部可自由伸缩；下部由于设置搅拌轴减速器基础，限制了下部的自由膨胀。必须采取其它措施加以解决。

3设备结构

设备结构如图1所示。

3.1搅拌轴的机械密封装置是本设备设计的关键点之一

机械密封装置具有功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长的特点，是一种理想的旋转轴密封形式。本设备的机械密封装置不仅要承受一定的压力(1.6MPa)、较高的温度（300℃），而且因生产过程中有一定的固体颗粒产生，因此必须采取措施尽量减少固体颗粒对机械密封端面的磨损。通过多种方案的分析、对比最终采用如图2固体颗粒密封结构所示的结构。

该结构将锚式搅拌器轴毂下端加工成锥形凸台，与焊在密封突缘上的一段短筒节形成迷宫密封。这一迷宫密封在机械密封端面之前，这样转动时由于离心力的作用，就使物料中较大的固体颗粒被抛掉，而较小颗粒的物料渗透到机械密封端面也变得更加困难。且此结构加工容易，不会给制造、安装带来更多的麻烦。

考虑到设备内温度较高，故选用外装旋转式机械密封，使旋转的浮动构件能为密封和被密封的流体之间提供更好的热传导作用。虽然对设备内产生的氯化钠结晶颗粒采取了一定的密封措施。但不可避免的会有结晶颗

粒影响到机械密封端面。因此在机械密封动、静环端面均堆焊一层钴基硬质合金，提高端面的耐磨性；在动、静环端面之间加一碳素石墨浮动环，增加密封的可靠性，也便于更换密封环。

在机械密封中，除了动环与静环的接触面是泄漏通道外，还有动环与轴之间、静环与支座之间的间隙也是泄漏通道。因此，必须用密封圈将这些通道堵住，以免沿这些通道发生泄漏。由于密封圈相对于被密封间隙是静止的，故称它们为静密封元件。本设备在动环与轴的间隙处设了一道填料密封。根据搅拌轴转速、操作压力、操作温度以及物料的化学性质。选定填料的材料为柔性石墨，根据轴的外径和动环的内径尺寸定制成形环。柔性石墨中含有99％的石墨，具有较好的自润滑性。少量的锌被加入作为阳极牺牲材料。在填料密封的填料函外表面设置一冷却夹套，在工作时通入循环冷却水，带走产生的热量。

3.2生产过程要将物料加热至300℃

因设备底部及外侧表面分别设置了搅拌装置和远红外加热装置的限制，设备支座只能采用四只耳式支座支撑在楼板上。为了补偿设备因温差引起的热胀冷缩，支座上下都需要有一定的自由伸缩空隙。上部因壳体长度较短，且除了口径不大的几根接管外，并无大的约束，对伸缩量可以不作特别考虑；下部热膨胀量经计算约为8mm，而搅拌轴、机械密封、机架、减速器、减速器基础均为刚性结构，不可能考虑将自由伸缩空隙设置在这些部件上，否则将影响搅拌器传动装置的性能。因此，只能在联轴器上想办法，而联轴器中能提供如此大轴向自由伸缩量的，只有万向联轴器。现选用SWPB型十字轴式万向连轴器，轴向伸缩量在50mm以上，能够满足设备的热胀冷缩要求；且具备径向补偿能力，能弥补设备传动部分零件加工和装配误差以及设备安装可能产生的误差，较好的满足了设备的传动要求。

4结束语

本设备除上述结构外，内部的搅拌为锚式搅拌器与螺带式搅拌器的组合装置，两种搅拌器分别为物料提供混合均匀的作用以及将物料从设备底部提升起来的作用；因搅拌轴较长，顶部设有顶轴承，提高搅拌轴运转的稳定性；设备内还设有盘管，对物料进行加热或冷却；设备顶部装有压力表、温度计等用于工艺参数的检测。该设备经过多年的使用，传动系统运转平稳，机械密封可靠，使用效果良好，能够满足工艺需要，已能成批量的生产出合格产品，证明对固体颗粒的密封结构设计、机械密封与填料密封的组合结构以及对设备的热胀冷缩的处理方法是成功的。这种密封固体颗粒的结构，可在类似设备上推广应用。

参考文献

[1]釜内无支承悬臂搅拌轴的设计[J].王凯.化工设备与管道,2001.

[2]《化工设备设计手册》编写组，材料与零部件(化工设备设计手册下册)，上海人民出版社.

[3]《化工设备机械基础》编写组编，化工设备机械基础，第三册，石油化学工业出版社.

[4]搅拌器振故障分析与优化改造[J].石从军.科技传播,2014.