一種真空高效臥式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)

王春芳 周清嶺

（浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)反應(yīng)器大部分以立式反應(yīng)釜為主，主要用在液液反應(yīng)方向，如用在固液反應(yīng)，缺點(diǎn)是功率大、反應(yīng)不充分等。現(xiàn)有的犁刀式混合機(jī)系列，是針對(duì)染料、顏料等物料研制而成的，對(duì)于特殊的生產(chǎn)如真空度要求較高，物料流動(dòng)性差等來(lái)說(shuō)存在一定的缺陷。特別是反應(yīng)原料流動(dòng)性比較差，現(xiàn)有混合機(jī)中犁刀的形狀和犁刀的排列不能充分帶動(dòng)流動(dòng)差的物料作周向、徑向和軸向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致反應(yīng)物無(wú)法充分混合，從而反應(yīng)物利用率低，產(chǎn)物也相對(duì)比較低。飛刀和主軸的密封結(jié)構(gòu)是臥式反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)，根據(jù)物料和反應(yīng)壓力，密封結(jié)構(gòu)必須采用機(jī)械密封。臥式反應(yīng)器機(jī)械密封的設(shè)計(jì)不同于一般的機(jī)械密封的設(shè)計(jì)，該機(jī)械密封必須適用生產(chǎn)廠家的特殊物料，特別是主軸兩端的機(jī)械密封如何保持機(jī)械密封端面平衡等的問(wèn)題?，F(xiàn)我們針對(duì)反應(yīng)工藝條件與特殊物料特性，結(jié)構(gòu)上作了一些改進(jìn)與創(chuàng)新，并取得了良好的反應(yīng)效果。臥式反應(yīng)器在不久的將來(lái)可代替立式的攪拌反應(yīng)釜，在醫(yī)藥、化工、輕工、食品等行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。

1 新型真空高效臥式反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 主軸和飛刀的密封結(jié)構(gòu)

由于反應(yīng)過(guò)程中容器內(nèi)真空度要求高，在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)壓力在-0.1～0.1MPa變化，溫度在30℃～90℃之間，夾套內(nèi)過(guò)熱水蒸汽壓力為0.4MPa。密封結(jié)構(gòu)要求比較嚴(yán)格，用原先的填料和氣密封無(wú)法滿足反應(yīng)工藝，因此我們?cè)O(shè)計(jì)主軸和飛刀的密封裝置為機(jī)械密封，提供了一種能在反應(yīng)過(guò)程中保持密封狀態(tài)穩(wěn)定、泄漏量小的主軸密封裝置，并使它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、使用穩(wěn)定可靠，且使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。該密封裝置的主要特點(diǎn)為：

（1）通過(guò)在主軸上設(shè)置的第一密封和第二密封而使犁刀式反應(yīng)器能可靠地用于溫度為30℃～90℃下、壓力為-0.1～0.1MPa的混合反應(yīng)，而且密封結(jié)構(gòu)中的金屬波紋管能對(duì)溫度變化所引起的軸向位移作出補(bǔ)償，確保各機(jī)械密封端面平行、密封穩(wěn)定可靠。

（2）第一密封在靜環(huán)固定座上外伸，且其第一密封端面外露在物料混合反應(yīng)區(qū)中，能借助主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力把物料顆粒甩出、防止裝置內(nèi)部堵塞。

（3）該密封裝置的抗振性能好，特別對(duì)主軸的振動(dòng)、偏擺以及軸對(duì)密封腔的偏斜等不敏感，且在裝置中引入的金屬波紋管能使機(jī)械密封端面始終保持平行。

1.2.特殊的犁刀結(jié)構(gòu)和新穎的犁刀排布

由于流動(dòng)性比較差，因此在混合過(guò)程中，原混合機(jī)的犁刀結(jié)構(gòu)不能達(dá)到很好的混合效果，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了特殊的犁刀，犁刀的尾部為向外伸并有一定的弧度，從而更好地帶動(dòng)物料的周向和徑向的運(yùn)動(dòng)。

犁刀排布，相鄰兩犁刀柄夾角為α，α在30℃～180℃，以半筒體長(zhǎng)為中線，兩邊的犁刀成螺旋安裝。此特殊的犁刀排布可使物料在筒體兩端和中部之間作來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，物料軸向運(yùn)動(dòng)的幅度更大，更迅速，使反應(yīng)物充分接觸，反應(yīng)更充分。

1.3 出料球閥的設(shè)計(jì)

出料閥用特制的球閥，普通的插板閥，外界空氣容易進(jìn)去，普通的碟閥關(guān)閉時(shí)容易造成物料滯留在閥中，特制的球閥可使物料盡可能少滯留在閥中，出料殘留量控制在0.1％以內(nèi)，能更充分利用反應(yīng)物。

一般的球閥連接筒體的法蘭與球體之間有一段管子連接，物料容易堆積在該管道內(nèi)，因此筒體在反應(yīng)過(guò)程中，這些物料沒(méi)有攪動(dòng)和混合過(guò)程，從而導(dǎo)致反應(yīng)不充分而影響整體產(chǎn)品的質(zhì)量。我們?cè)O(shè)計(jì)的出料閥去掉法蘭和球體之間的管道聯(lián)接，從而解決了死料的問(wèn)題，使反應(yīng)更加充分，出料也更加完全。

2 新型真空高效臥式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)特征

新型真空高效臥式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，它主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、臥式筒體、主軸、飛刀組、犁刀等部分組成。犁刀軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是由電機(jī)（主電機(jī)）、皮帶、減速機(jī)、聯(lián)軸器帶動(dòng)。臥式筒體帶夾套，夾套內(nèi)通蒸汽，出料閥結(jié)構(gòu)為氣動(dòng)球閥，位于筒體底部，且密封可靠。主軸和飛刀的密封均采用機(jī)械密封，密封效果良好。

2.2 工作原理

工作時(shí)，機(jī)內(nèi)物料在犁刀的作用下，一方面沿筒體內(nèi)壁作周向和徑向湍動(dòng)，另一方面物料又沿犁刀兩側(cè)面作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這些塊狀物流經(jīng)飛刀時(shí)，被高速旋轉(zhuǎn)的飛刀強(qiáng)烈拋散，在犁刀和飛刀的復(fù)合作用下，使物料不斷地?cái)D壓、對(duì)流、擴(kuò)散、翻動(dòng)。夾套內(nèi)的蒸汽對(duì)物料進(jìn)行加熱，從而在較短的時(shí)間內(nèi)使物料達(dá)到均勻的混合和反應(yīng)。同時(shí)筒體上的噴頭均勻噴灑液體，使得物料能進(jìn)行較為充分的反應(yīng)。

3 結(jié)論

根據(jù)特殊物料反應(yīng)所要求的化學(xué)工藝而研制的真空高效臥式反應(yīng)器是一種新穎高效混合反應(yīng)設(shè)備，適用于較為復(fù)雜工藝中物料的混合－反應(yīng)－干燥過(guò)程，是一種適用性強(qiáng)、用途廣泛具備混合、蒸發(fā)、反應(yīng)等多種功能一體化設(shè)備。該機(jī)具有混合速度快、混合精度高、能耗低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、密封操作，安裝、使用、維修和操作方便等特點(diǎn)。已經(jīng)有客戶使用，使用本機(jī)不僅可提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短工藝流程，降低生產(chǎn)成本，而且可以改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。