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模块四 搅拌反应釜
搅拌反应釜作用：搅拌反应釜是一种典型的反应设备，多属于间隙操作设备，其作用是通过对参加反应的物料充分搅拌，使物料混合均匀；强化传热效果和相与相间传质；使气体在液相中作均匀分散；使固体颗粒在液相中均匀悬浮；使互不相容的另一液相均匀悬浮或充分乳化。
搅拌反应釜组成：主要由釜体、传热装置、搅拌装置、传动装置和轴封装置等组成。
项目一 釜体
釜体是一个容器，为物料进行化学反应提供反应空间。釜体通常由圆筒形筒体及上、下封头组成，封头一般为椭圆形，为了卸料方便，下封头也有锥形。
知识点一 筒体
筒体一般由钢板卷焊而成。根据反应物料性质和反应条件不同，筒体的材料一般为碳钢、不锈钢、玻璃钢、搪瓷等。筒体的直径和高度由生产能力和反应情况决定。
封头
容器法兰连接
筒体
夹套
耳座
传动装置
图4-1搅拌反应釜的组成
知识点二 封头
釜体的封头一般为椭圆形，上封头为了拆卸方便，一般采用法兰连接，下封头一般采用焊接方式连接。上封头有较多的开孔，装有各种接管、温度计、视镜、人孔或手孔等。下封头的接管较少。
图4-2椭圆形封头
项目二 传热装置
搅拌反应釜常用的传热装置是夹套，当夹套传热不能满足要求时，有时同时在釜体内部设置蛇管。
知识点一 夹套
组成：夹套是反应釜最常用的传热装置，整体夹套由圆柱形壳体和下封头组成。
连接方式：夹套与内筒采用法兰连接和焊接两种连接方式。法兰连接用于操作条件差，需定期检查和经常清洗夹套的场合。
换热介质：夹套上设有蒸汽、冷却水或其他加热、冷却介质的进出口。当加热介质是蒸汽时，进口管靠近夹套上端，冷凝液从底部排出；当加热（冷却）介质是液体时，则进口管应设在底部，使液体下进上出，有利于排除气体和充满液体。
图4-3 夹套
知识点二 蛇管
应用：当夹套传热不能满足要求或不宜采用夹套传热时，可采用蛇管传热。
特点：蛇管置于釜内，浸入反应介质中，传热效果比夹套好，但检修困难。
类型：蛇管一般由无缝钢管绕制而成，常用的结构形状有圆形螺旋状、平面环形、弹簧同心圆组并联形式等 。
蛇管
图4-4 蛇管
安装要求：蛇管在筒体内需要固定，当蛇管中心直径较小，圈数较少时，蛇管利用进出口管固定在釜盖或釜底上；若中心直径较大，圈数较多重量较大时，则设立固定的支架支撑。
蛇管的进出口最好设在同一端，一般设在上封头，结构简单，装拆方便。
项目三 搅拌装置
搅拌装置的作用：主要使反应物料充分混合、强化传质和传热效果、促进化学反应。
搅拌装置的组成：通常包括搅拌器、搅拌轴、支承结构等。
知识点一 各种搅拌器
一、推进式搅拌器
推进时搅拌器一般采用整体铸造的方法制造，常用材料为铸铁或不锈钢。桨叶上表面为螺旋面，叶片数一般为三个。
图4-5 三叶推进式搅拌器
特点：推进式搅拌器桨叶直径较小，一般为筒体内径的1/3左右，宽度较大。推进式搅拌器结构简单，工作时液体上下翻腾效果好。
应用：主要适用于黏度低、流量大的场合。
二、桨式搅拌器
桨式搅拌器一般由扁钢或角钢加工制成，也可由合金钢、有色金属等制造。桨式搅拌器的直径一般为筒体直径的0.35-0.8倍，D/B=4-10，转速较低，当液层较高时，常采用多层桨叶，相邻两层桨叶交错90°安装。
1、平直叶桨式搅拌器
平直叶的叶片与旋转方向垂直 。
图4-6 平直叶桨式搅拌器
2、折叶桨式搅拌器
折叶式的桨叶与旋转方向成一倾斜角度
图4-7 双折叶桨式搅拌器
三、锚式和框式搅拌器
锚式搅拌器是由垂直桨叶和与底封头形状相同的水平桨叶组成。整个旋转体可铸造而成，也可用扁钢或角钢煨制。
框式搅拌器是在锚式搅拌器的桨叶上加固横梁即成为框式搅拌器。
图4-8 锚、框式搅拌器
锚式和框式搅拌器的特点：直径较大，可达 筒体内径的0.9倍以上，D/B=10-14，工作时能使釜内整个液层形成湍动，优点是减小沉淀或结块。
应用：在反应釜中应用较多
知识点二 搅拌轴
搅拌轴的作用：是用来连接减速机和搅拌器而传递动力的构件。
搅拌轴属于非标准件，需要自行设计，常用的材料为45＃优质碳素钢。当介质具有腐蚀性或不允许铁离子污染时，可采用不锈钢或采取防腐措施。
特点：搅拌轴一般采用圆截面实心轴或空心轴，结构各不相同。搅拌轴通常依靠减速器箱内的一对轴承支承，支承形式为悬臂梁。
图4-9 搅拌轴
项目四 传动装置
传动装置通常设置在反应釜的顶盖上，采用立式布置。反应釜的传动装置包括电动机、减速器、支架、联轴器等，其作用是将电动机的转速，通过减速器，调整至工艺要求的搅拌转速，再通过联轴器带动搅拌轴旋转，从而带动搅拌器搅拌。
知识点一 电动机
电动机的作用：是提供动力，反应釜的电动机与减速器大多配套使用，电动机型号根据电动机的功率和工作环境等因素确定。工作环境包括防爆、防护等级、腐蚀情况等。电动机选用主要是确定系列、功率、转速、安装方式等。
图4-10 电动机
知识点二 减速器
减速器的作用：是传递运动和改变转动速
度，以满足工艺的要求。
类型：反应釜用减速器常用的有摆线针轮行
星减速器、齿轮减速器、V带减速器、圆柱蜗
杆减速器四种。
图4-11 摆线针轮行星减速器
图4-12螺旋锥齿轮减速器
蜗轮蜗杆减速器
知识点三 机架
机架的作用是支撑传动装置，机架的结构形式要考虑安装联轴器、轴封装置以及减速器的需要，常用的机架结构有单支点机架和双支点机架两种。
1、单支点机架
单支点机架用以支承减速器和搅拌轴，，电动机和减速器可作为一个支点，搅拌轴的轴径应在30-160mm范围 。
图4-13 单支点机架
2、双支点支架
当减速器中的轴承不能承受搅拌轴产生的轴向力时，机架上的两个支点承受全部的轴向载荷。对于大型设备，或对搅拌密封要 求较高的场合，一般采用双支点机架。
图4-14 双支点机架
项目五 轴封装置
搅拌反应釜的搅拌轴是旋转运动，而顶盖是固定不动的，这种运动件和静止件之间的密封称为动密封。对动密封的基本要求是：结构简单，密封可靠，维修装拆方便，使用寿命长。搅拌反应釜的密封有填料密封和机械密封两种。
知识点一 填料密封的结构及特点
填料密封是搅拌反应釜最早采用的转轴密封形式，由填料、填料箱体、衬套、压盖、压紧螺栓、油杯等组成。
填料箱
填料压盖
螺栓连接
图4-15 填料密封装置
结构简单，易于制造，易磨损，适用于非腐蚀性和弱腐蚀性介质、密封要求不高、定期维护的低压、低速搅拌设备。
一、填料
填料是形成密封的主要元件，其性能的优劣对密封效果起着关键性作用。
填料的选择：填料的选用要根据介质特性、工艺条件、搅拌轴的轴径及转速等条件决定。
对于低压、无毒、非易燃易爆等介质，可选择石棉绳作填料。
对于压力较高、有毒、易燃易爆的介质，可选择橡胶石棉填料或油浸石墨石棉填料。
对于高温高压下的反应釜，密封填料可选用铅、
紫铜、铝、蒙乃尔合金、不锈钢等金属材料作填料。
图4-16 橡胶石棉盘根
图5-17 油浸石墨石棉盘根
二、填料箱
填料箱的结构形式有带衬套及冷却水夹套和不带衬套及冷却水夹套两种。材质有铸铁、碳钢、不锈钢三种。填料箱已有标准件，标准的制订以标准轴径为依据，轴径系列有Φ30、Φ40、Φ50、Φ65、Φ80、Φ95、Φ110、Φ130八种规格。若操作条件符合要求，可直接选用
填料
填料箱
衬套
图4-18 填料箱的结构
三、衬套
衬套的作用如同轴承，衬套与箱体通过螺钉周向固定，衬套上开有油槽和油孔，油杯中的油通过油孔润滑填料。衬套的材质有金属和非金属两种。金属材质的有球墨铸铁、铜或其他合金材料；非金属材质的有聚四氟乙烯、石墨等 。
四、压盖
压盖的作用是盖住填料，压紧螺母拧紧的同时压紧填料，从而达到密封的目的。压盖的内径比轴径稍大，外径比填料室内径稍小，使轴向活动自如，便于压紧和更换填料。
知识点二 机械密封的结构及特点
用垂直于轴的平面来密封转轴的装置称为机械密封，又叫端面密封。机械密封装置主要由动环、静环、弹簧加荷装置和辅助密封圈等四部分组成。其中动环、动环密封圈、弹簧、及弹簧座随轴一起转动，静环静止不动，机械密封有四个密封点保证密封。动环内有密封圈，保证动环与轴的密封，这是一个静密封点；通过弹簧施加的压力，动环压紧于静环上，使其紧密贴合，形成一个回转密封面，这是一个动密封点，又叫端面密封；静环外有一个密封圈，保证静环与静环座的密封，这是一个静密封点；静环座与设备连接处应保证密封，这是一个静密封点。机械密封具有功耗小，泄漏率低、密封性能可靠，使用寿命长等特点。
一、动环和静环
动环和静环是机械密封中最重要的元件。动环内有密封圈，保证动环与轴的密封，通过弹簧施加的压力动环压紧于静环上，使其紧密贴合形成一个回转密封面。工作时，动环和静环产生相对运动的滑动摩擦，因此，动静环要选择耐磨性、减摩性和导热性能好的材料。一般情况下，动环材料的硬度比静环高。
静环
密封圈
动环
大弹簧
弹簧座
图4-19 大弹簧机械密封
二、弹簧加荷装置
弹簧加荷装置由弹簧、弹簧座、弹簧压板等组成。弹簧通过压缩变形产生的弹力，压紧动环与静环，使动环与静环在不同情况下都能保持紧密接触。同时弹簧还是一个缓冲元件，补偿一些外界的影响。弹簧分为大弹簧和小弹簧。大弹簧又称单弹簧，即在密封装置中只有一个与轴同心安装的弹簧。大弹簧结构简单，安装简便，但压力分布不均匀，难于调整，适用于轴径较小场合。小弹簧又称多弹簧，即在密封装置中装有多个沿圆周均匀分布的小弹簧。小弹簧压力分布均匀，缓冲性能好，适用于轴径较大，密封要求较高的场合，
弹簧座
小弹簧
动环
密封圈
静环
图4-20 小弹簧机械密封
静环
密封圈
动环
大弹簧
弹簧座
图4-19 大弹簧机械密封
小结：
搅拌反应釜是间歇式化工生产常用的反应设备，同学们应掌握反应釜的主要组成和结构：釜体、传热装置、搅拌装置、传动装置和轴封装置等。

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