3000L 立式搅拌反应釜设计

（ 3）磁力搅拌反应釜 采用静密封结构，搅拌器与电机传动间采用磁力偶合器联接，由于其无接 触的传递力矩，以静密封取代动密封，能彻底解决以前机械密封与填料密封无 法解决的泄漏问题，使整个介质各搅拌部件完全处于绝对密封的状态中进行工 作，因此，更适合用于各种易燃易爆、剧毒、贵重介质及其它渗透力极强的化 学介质进行反应，是石油、化工、有机合成、高分子材料聚合、食品等工艺中 进行硫化、氟化、氢化、氧化等反应最理想的无泄漏反应设备。
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1.1 搅拌反应釜的应用
绪论
在生产实践中，许多化工生产过程都需要反应设备，广泛应用于物料混合、 溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应和制备催化剂等生产过程。反应设备有反 应釜、反应器、分解塔、聚合釜、合成塔、高压塔、变换炉、煤气发生炉等。 本次设计的反应釜是搅拌反应器的一种，搅拌可以使两种或多种不同的物质在 彼此之间互相分散，从而达到均匀混合，也可以加速传热和传质的过程。 搅拌反应设备的作用一般有以下几点： a.使物料混合均匀； b.使气体在液体中很好的分散； c.使固液颗粒（如催化剂）在液相中均匀的悬浮； d.是不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化； e.加强相间传质（吸收等）
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人员的安全构成威胁，严重的可能引起爆炸事故。因此，良好的密封性是化工 设备安全操作的必要条件。 腐蚀性是保证化工设备安全运行的一个基本要求。 特别是处理化工生产中 的介质，由于他们具有不同程度的腐蚀性，一方面，可能是设备的厚度渐薄， 使用寿命缩短；另一方面，还会在应力集中及两种材料或构件焊接处等区域造 成更为严重的腐蚀，引起泄漏或爆炸。为此，选择合理的耐腐蚀材料或采用相 应的防腐措施，会大大提高化工设备的使用寿命和安全可靠性。 (2)工艺条件要求 化工设备是为工艺过程服务的，其功能要求是为满足一定的生产需要提出 来的。如果功能要求不能得到满足，会影响整个过程的生产效率。 ①经济合理要求 在保证化工设备安全运行和满足工艺条件的前提下， 要尽量做到经济合理。 首先，从设计和使用方面来讲，除了实现生产操作外，要尽量使化工设备的生 产效率提高，消耗最低。在相同工艺条件下，为获得较好的效果，设备可使用 不同的结构内件，并充分利用材料性能，使用简单和易于保证质量的制造方法， 减小加工量，降低制造成本。 ②便于操作和维护 化工设备除了要满足工艺条件和考虑经济性能外，使设备操作简单、便于 维护和控制也是一个非常重要的方面。 ③环境保护要求 随着工艺条件要求的提高和人们环保意识的增强，对化工设备失效的概念 有了新的认识，除通常所讲的破裂、过度塑性变形、失稳和泄漏等功能性失效 外，现提出“环境失效”，有害物质泄漏到环境中、生产过程残留无法清除的 有害物质以及噪音等。因此在釜体的设计中应考虑这些因素。
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图 1-4 磁力搅拌釜 Fig. 1-4 Magnetic agitator
图 1-5 电加热反应釜 Fig. 1-5 Electric heating reactor
（ 4）电加热反应釜 电加热反应釜具有加热迅速、耐高温、耐腐蚀、无环境污染等特点，广泛 应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等行业，也用来完成硫化、
图 1-1 搅拌反应釜 Fig. 1-1 Stirred tank reactor
1—搅拌器；2—釜体；3—夹套；4—搅拌轴；5—压出管；6—支座；7—挡板； 8—人孔；9—轴封；10—传动装置
搅拌反应设备在工业生产中应用范围很广，尤其是在石油化工中，很多石
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油化工中都应用搅拌操作，石油化工工艺过程中的很多化学变化是以参加反应 物的充分混合为前提的。对于加热、冷却、液体的萃取以及气体的吸收等物理 变化过程，也往往要采用搅拌操作才能得到良好的效果。在化工生产中，制造 乙烯、丙乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺染料等工艺过程，都采 用各种型式的搅拌反应设备。其他如染料、医药、农药、油漆等行业，搅拌设 备的应用亦很广泛。主要用于物料的混合、溶解、传热、制备悬浮液、制备催 化剂等。
1.2 搅拌反应釜的结构
搅拌反应器的结构常由搅拌器，罐体，夹套，搅拌轴，支座，人孔，轴封 、 传动装置等组成。 搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等，搅拌装置在 高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配。并在 釜壁外设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。加热 方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外 (内 )盘管加热 等，冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却，搅拌桨叶的形式等。支承座有 支承式或耳式支座等。转速超过 160 转以上宜使用齿轮减速机 .开孔数量、 规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。
1.5 反应釜的发展作条件，加强保温措施，提高传 热效率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利 用。热管技术的应用，将是今后反应釜发展趋势。 大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品 成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为 6000L 以下，其
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厚度 0.6～1.8mm。 f. 耐压电：搪玻璃具有良好的绝缘性，当搪玻璃在规定厚度内用 20kV 高频电火花检查瓷层时，高频电火花不能击穿瓷层。 g. 耐冲击性：玻璃层的内应力越小，弹性越好，硬度越大，抗弯抗压强 度越高，则耐冲击就越好。
图 1-3 搪玻璃反应釜 Fig. 1-3 Glass-lined reactor
1.3 反应釜的分类
根据反应釜的制造结构可分为开式平盖式反应釜、 开式对焊法兰式反应 釜和闭式反应釜三大类，每一种结构都有他的适用范围和优缺点。反应釜按 材质及用途可有以下几种： （ 1） 不锈钢反应釜 不锈钢反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承 等组成。材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔）合金及其它 复合材料。 不锈钢反应釜搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等，搅 拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选 配.
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硝化、氢化、烃化、缩合、聚合等工艺过程。电加热反应釜材质一般有碳锰钢、 不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔、因康镍）合金及其它复合材料；根据反应 釜的制造结构可分为开式平盖式反应釜、开式对焊法兰式反应釜和闭式反应釜 三大类，每一种结构都有他的适用范围和优缺点。根据反应釜的密封型式不同 可分为：填料密封，机械密封和磁力密封。
1.4 搅拌反应釜的基本要求
(1)安全可靠要求[1] 生产过程苛刻的操作条件决定了设备必须可靠运行。 为使保证其安全运行， 防止事故发生，化工设备应具有足够的能力来承受使用寿命内可能遇到的各种 外来载荷。要求所使用的设备具有足够的强度、韧性和刚度，以及良好的密封 性和耐腐蚀性。 化工设备是由不同的材料制造而成的， 安全性与材料本身的强度密切相关。 在相同的设计条件下，提高材料强度无疑可以保证设备具有较高的安全性。但 满足强度要求并非是选用材料的强度等级越高越好，而是要选择合适的材料。 无原则的使用高强度材料，结果只会导致材料和制造成本提高以及设备抗脆段 性能力降低。另外，除了保证所有零部件选用的材料具有足够的强度外，还要 考虑设备各零部件的连接结构形式。 因为化工设备多是以焊接方式进行连接的， 其应力集中现象比较严重，存在缺陷的可能性也比较大，是设备比较薄弱的环 节。所以，化工设备的设计必须足够的重视。 由于材料、焊接和使用方面的原因，化工设备不可避免的会产生各种各样 的缺陷， 如果在选材时充分考虑材料在破坏前吸收能量的水平 （即材料的韧性） ， 并注意材料强度和韧性的合理搭配，最大限度的降低化工设备对缺陷的敏感程 度，对于保证设备的安全运行也是一个非常有效地措施。 刚度是保证化工设备安全运行的另一个重要方面。因为，有时设备的失效 不是因为强度不够， 而是由于设备在不发生破坏的情况下突然丧失其原有形状， 致使设备失去应有的功能。因此失稳是化工设备常见的一种失效形式。对这一 类的设计应确保具有足够抵抗过度变形的能力，即抗失稳能力。 密封性是化工设备在正常操作条件下阻止介质泄露的能力。 根据化工生产 对安全所提出的要求，如果化工设备不具备良好的密封性能，易燃、易爆、有 毒介质就有可能发生泄漏，不仅使生产设备受到损失，污染环境，而且对操作
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它行业有的达 30m3 ；国外在染料行业有 20000 ～ 40000L，而其它行业可达 120 m 3。 反应釜的搅拌器，已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循 环。反应釜发展趋势除了装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提 高反应速度。 电加热将电阻丝缠绕在反应釜筒体的绝缘层上，或安装在离反应釜若 干距离的特设绝缘体上，反应釜操作温度较高，通常化学反应需要在一定 的温度条件下才能进行，所以反应釜既承受压力又承受温度。获得高温的 方法通常有水加温要求温度不高时可采用，其加热系统有敞开式和密闭式 两种。敞开式较简单，它由循环泵、水槽、管道及控制阀门的调节器所组 成，当采用高压水时，设备机械强度要求高，反应釜外表面焊上蛇管，蛇 管与釜壁有间隙，使热阻增加，传热效果降低。蒸汽加热加热温度 100 ℃以 下时，可用一个大气压以下的蒸汽来加热； 10 0 ～ 180 ℃范围内，用饱和蒸 汽；当温度更高时，可采用高压过热蒸汽。用其它介质加热若工艺要求必 须在高温下操作或欲避免采用高压的加热系统时，可用其它介质来代替水 和蒸汽， 如矿物油 （ 275 ～ 300℃） 、 联苯醚混合剂 （沸点 258℃） 、 熔盐 （ 140 ～ 540℃） 、液态铅（熔点 327℃）等。 合理地利用热能，选择最佳的工艺操作条件，加强保温措施，提高传热效 率，使热损失降至最低限度，余热或反应后产生的热能充分地综合利用。热管 技术的应用，将是今后发展的方向 在反应釜中通常要进行化学反应，为保证反应能均匀而较快的进行， 提高效率，通常在反应釜中装有相应的搅拌装置，于是便带来传动轴的动 密封及防止泄漏的问题。反应釜多属间隙操作，有时为保证产品质量，每 批出料后都需进行清洗；釜顶装有快开人孔及手孔 ,便于取样、测体积、观 察反应情况和进入设备内部检修。 以生产自动化和连续化代替笨重的间隙手工操作，如采用程序控制， 既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除 对环境的污染。因此，在电阻丝与反应釜体之间形成了不大的空间间隙。 前三种方法获得高温均需在釜体上增设夹套，由于温度变化的幅度大，使 釜的夹套及壳体承受温度变化而产生温差压力。采用电加热时，设备较轻 便简单，温度较易调节，而且不用泵、炉子、烟囱等设施，开动也非常简 单，危险性不高，成本费用较低，但操作费用较其它加热方法高 ,热效率在