反应釜搅拌装置的结构设计与优化

反应釜搅拌装置的结构设计与优化

摘要：本文从现有反应釜搅拌效率较低，不能充分对物料进行搅拌，导致物

料反应速率缓慢，使用效果差，加工时间延长的实际问题出发，对反应釜搅拌装

置重新进行了结构设计和优化改进，旨在解决目前反应釜搅拌效率低的问题。

关键词：反应釜；搅拌装置；设计优化

一、引言

反应釜是一种反应设备，具体指一种可进行高于室温（>100°C）以及高于

常压（>101.325 k Pa）条件下物理化学反应的密闭容器。操作中为了对反应进

行控制，除了必须测量反应物的温度、压力、成分及其它参数，容器上还必须设

置有温度、压力等传感器。通过调整反应釜的结构设计与参数配置，可针对不同

需求完成加热、蒸发、冷却、结晶、萃取等多种物理与化学反应。

机械搅拌式反应釜，适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条件（温度、压力）的反应过程，因此被广泛应用于石油、化工、橡胶、医疗等各种领域。其中搅拌装置是化工生产过程中反应釜或分离罐的主要核心部件，搅拌设备的选

择也在很大程度上直接决定了物料的反应产率与产品质量。生产过程中搅拌釜一

旦出现问题，不仅会直接影响反应或者出料过程，而且还会影响装置的长周期安

全平稳运行。[1]

二、常用反应釜搅拌装置存在的问题

搅拌反应器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元之一。反应釜

搅拌装置的主要作用是为物料反应提供适宜的空间，另外根据生产工艺的需要，

容器上会安装有各种接管，以满足进料、出料、排气等实际要求。目前反应釜的

搅拌器已由单一搅拌器发展到双搅拌器或外加泵强制循环。[2]其搅拌型式可分为

斜浆式、锚式、框式、推进式和单（双）螺旋式等，并且可根据用户特殊要求设

计制造其他型式浆叶。

搅拌操作涉及流体的流动、传质和传热，所进行的物理和化学过程对搅拌效

果的要求也不同。通常在搅拌器的选型上，我们一般从搅拌目的、物料粘度和搅

拌容器容积的大小三个方面考虑，但在目前的实际工作中我们对搅拌器的选用仍

带有很大的经验性。在整个搅拌系统中，相互连接的部件众多，能对搅拌器造成

影响的因素也是多样化的。因此在选用时除了要满足工艺要求外，我们还应考虑

功耗、操作费用，以及制造、维护和检修等因素。

在工程应用中，搅拌反应釜除了考虑设备的结构强度、搅拌疲劳等常规性能

要素之外，还需重点关注设备搅拌振动失效问题。容器本体与搅拌轴的共振、搅

拌凸缘偏转角的限制与搅拌疲劳问题都会导致搅拌失效的发生。[3]此外，化工反

应釜的容器内部空间与体积较大，而容器口部较小，也会因残留杂质的长时间使

用造成在容器内壁堆积，如果得不到及时清理，对其正常化工反应及正常作业使

用都会造成不利影响。

传统结构的反应釜未进行清洗装置配备，多采用人工清洗方式，并且其结构

中设置有一个搅拌装置，进行搅拌的形式较为单一，多以涡轮式、旋浆式以及框式、螺带式、锚式等为主。[4]造成了传统反应釜搅拌效率低，不能充分对物料进

行搅拌，使得物料反应速率缓慢，延长加工时间，使用效果差等问题。本文的主

要目的是对传统反应釜搅拌装置的结构进行重新优化设计，旨在解决目前反应釜

搅拌效率低的问题。

三、反应釜搅拌装置的改进设计

反应釜作为现代化工生产中重要的应用设备，主要由罐体、罐盖以及进料口、搅拌装置、出料口、冷凝管、加热层、回收罐等构成，在化工生产中作业应用的

频率相对较高。

（一）反应釜釜体的设计

如下图1所示，该反应釜包括罐体，并设有用于收纳物料的调配腔。该反应

釜的进料管设于罐体的顶部，出料管设于罐体的底部，进料管与出料管均与调配

腔连通，搅拌组件设于调配腔内。驱动件设于罐体的顶部或底部，且所述驱动件

的输出端与搅拌组件连接，以使搅拌组件旋转进而对物料进行搅拌。

图1反应釜的结

构示意图

（图中：1、罐体；

2、出料管；

3、进料

管；4、驱动件；5、

第一支撑座；6、第二

支撑座；7、排气口；41、驱动电机；42、电机座）

当需要进行物料反应时，通过进料管将待反应的物料通入至调配腔内，当调

配腔内的物料充分反应之后，控制出料管进行导通，使得调配腔内的物料从出料

管处流出。该反应釜的驱动件包括驱动电机和电机座，电机座固定在罐体的顶部，驱动电机安装在电机座上，且驱动电机的输出端竖直穿过电机座与伸出的转轴的

一端连接。具体地，驱动电机的输出端连接有连接件，连接件与转轴的一端固定

连接。通过采用在罐体内设置调配腔，并将搅拌组件设于调配腔内，之后再将驱

动件设于罐体的顶部或底部，使得驱动件驱动搅拌组件进行旋转，从而实现对调

配腔内的物料进行搅拌。

另外，该反应釜还包括第一支撑座和第二支撑座，第二支撑座位于第一支撑

座的后方，且第一支撑座和第二支撑座上均设有用于放置罐体的安装位。需要说

明的是，通过在第一支撑座和第二支撑座上设置安装位，之后再将罐体放置的前

后两端分别放置到安装位内，起到对罐体进行支撑的作用，避免在使用的过程中

罐体容易出现移动的问题。另外，安装位呈U型，这样便于对罐体的安装或拆卸。

（二）反应釜搅拌装置的设计

搅拌反应器由

搅拌容器和搅拌机

两大部分组成。搅

拌容器包括筒体、

换热元件及内构件，

“搅拌器又称搅拌

桨或搅拌叶轮，是

搅拌反应器的关键部件，其功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状

态。”[5]搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。机械搅拌反

应器的操作性能直接关系到产品的质量、能耗和生产成本。

图2反应釜的结构的剖视图

（图中：2、出料管；3、进料管；8、搅拌组件；9、调配腔；41、驱动电机；81、连接套；82、叶片）

如上图2所示，

搅拌组件包括转轴

和若干搅拌叶，转

轴的下端可转动地

连接在调配腔的内

底，转轴的上端穿

过罐体的顶部与驱

动件的输出端连接，搅拌叶套设在转轴上。搅拌叶包括叶片和连接套，连接套固

定在转轴上，叶片间隔设于连接套的外周面上，并且在叶片朝远离连接套的方向

弯曲成弧形。

图3搅拌装置的结构示意图

（图中：3、进料管；9、调配腔；821、连接套；822、叶片）

需要说明的是，通过将叶片间隔地设于连接套的外周面，之后再将连接套套

接到转轴上，实现将叶片固定在转轴上。当需要将叶片的位置进行调节时，只需

要调节连接套在转轴上的位置，从而实现对叶片在调配腔内的高度调节，以满足

对不同搅拌高度的要求，同时也便于将叶片从转轴上拆卸下来。

当将待反应的物料放入至调配腔内时，驱动电机驱动转轴进行转动，由于转

轴上连接有搅拌叶，使得搅拌叶被带动进行旋转，从而实现对物料的搅拌，便于

物料进行充分的反应，加快了反应的效率，解决了目前反应釜物料反应速率缓慢，加工时间较长的问题。