模块三任务二釜式反应器(改)

模块三搅拌反应釜(2)知识回顾反应设备的类型结构搅拌反应釜的作用、设计步骤搅拌反应釜的总体结构及用途搅拌反应釜搅拌的类型结构特点1、掌握搅拌反应器釜的尺寸确定2、掌握搅拌反应釜的传热装置的结构及设计3、熟悉搅拌反应釜的基本结构，能根据工艺条件，选择其零部件。学习目的与要求搅拌反应釜的釜体和传热装置传热装置图图筒体几何尺寸釜体及传热装置一、釜体的尺寸釜体的长径比

表

几种搅拌釜的H/Di值种类釜内物料性质H/Di一般反应釜液～液相或液～固相1~1.3气～液相1~2发酵釜发酵液1.7~2.5釜体的直径和高度

在确定长径比和装料系数之后，先忽略釜底封头容积，此时：要圆整子任务二传热装置的选用

1．传热方式

搅拌反应釜最常用的传热方式为夹套和蛇管传热，其它还有电感应加热，直接蒸汽加热或外部换热器加热等。这里仅讨论夹套和蛇管传热。（1）夹套传热在釜体外侧，以焊接或法兰连接的方法装设各种形状的钢结构，使其与釜体表面形成密闭的空间，在此空间内通入载热流体，以加热或冷却物料，维持物料的温度在预定的范围，这种结构通常称之为夹套。夹套与釜体的连接方式有可拆卸式和不可拆卸式，分别见图所示。不可拆卸式夹套的结构简单，密封可靠，主要适用于同一种材料制成的搅拌设备。

图可拆卸整体夹套结构图不可拆卸整体夹套结构夹套

夹套的直径Dj可根据釜体内径按表3-4中推荐的数据选取。

夹套封头根据夹套直径及所选封头型式按标准选取。夹套高度Hj主要决定于传热面积A的要求，一般不低不于液面高度，以保证充分传热。此时可按下式估算：

式中：Hj——夹套高度，m；υc——内筒下封头容积，m3；其它符号同前。按估算的夹套高度，校核传热面积，如果不符合要求，需选择其它型式的传热装置。Di 500~600

700~1800 2000~3000 Dj Di+50

Di+100

Di+200 表3-4夹套直径与釜体直径的关系（mm）蛇管（c)同心圆蛇管组结构尺寸蛇管传热

当需要的传热面积较大，夹套传热不能满足要求时，可采用蛇管传热。密集排列的蛇管沉浸在物料中，热量损失小，传热效果好，同时还能起到导流筒的作用，可以改变流体的流动状况，减小漩涡，强化搅拌程度，但检修较麻烦。

若数排蛇管沉浸于釜内其内外圈距离t一般为（2～3）d。各圈垂直距离h一般为（1.5～2)d，最外圈直径D0一般比筒体内径Di小200～300mm。表

蛇管的长度与管径之比值蒸汽压力，MPa0.0450.1250.200.300.50管长与管径最大比值100150200225275

蛇管一般由公称直径为φ25～φ70mm的无缝钢管绕制而成。常用结构形状有圆形螺旋状、平面环形、U型立式、弹簧同心圆组并联形式等。蛇管允许的操作温度范围为-30～+280℃，公称压力系列为0.4、0.6、1.0、1.6MPa。蛇管的长度不宜过大，否则会因凝液积聚而降低传热效果，而且从很长的蛇管中排出蒸汽所夹带的惰性气体也是困难的。

常用蛇管的固定方式（a）是蛇管支承在角钢上，用半U形螺栓固定，制造简单，但难以锁紧。适用于振动小、蛇管公称直径小的场合。（b）和（c）是蛇管支承在角钢上，用U形螺栓固定，适用于振动较大和蛇管公称直径较大的情况，其中图（b）采用一个螺母锁紧，安装简单。（c）采用2个螺母锁紧，固定可靠。

常用蛇管的固定方式（d）是蛇管支托在扁钢上，不用螺栓坚固，适用于热膨胀较大的蛇管。（e）是通过两块扁钢和螺栓夹紧并支承蛇管，用于紧密排列的蛇管，并可起到导流筒的作用。（f）也是利用两块扁钢和螺栓来固定蛇管的，此结构适应振动较大的场合。蛇管出口的结构

蛇管的进出口最好设在同一端，一般设在上封头处，以使结构简单、装拆方便。蛇管常用的几种进出口结构如图所示。图中：图（a）可将蛇管与封头一起取出。图（b）用于蛇管需要经常拆卸的场合。图（c）结构简单，使用方便。需拆卸时，可将外面短管割断，装时再焊上。图（d）用于有衬里的设备。图（e）用于螺纹法兰连接。三、顶盖

反应釜顶盖又称上封头常做成可拆式。带夹套的反庆釜其接管口大多开在顶盖上。传动装置也大多直接支承在顶盖上。其结构为满足装卸需要常做成可拆式的。即通过法兰将顶盖与筒体相连接。顶盖的结构形式有平盖、碟形盖、锥形盖，而使用最多的还是椭圆形盖。四、筒体上的接管 搅拌反应器要进行生产，必须有物料进出管。为了规定搅拌反应器的物料搅拌与反应状况必须安装视镜。有的搅拌反应器直径较大，内部又要经常检查或进行人工清洗的，还必须安装人孔。即使封头用法兰连接可以打开的一般也都安装人孔，因为大封头的开启很困难，尤其是封头上还安装有机架、电机、减速机、搅拌轴、搅拌器的封头更困难。另外，搅拌反应器上还备有安装检测仪表的管口，如：温度计口、压力表口等。一般常用结构，比较简单，用在允许有少量飞溅和冲击的场合。

是套管式接管，用于易腐蚀、易堵塞的场合，内管便于清洗和更换，需要时还可用不同于外管的材料制造。

很长，管浸在液层中，可减少飞溅和冲击液面引起的泡沫，还有液封作用，管子上部的小孔是为了避免虹吸现象。

1、进料管进料管不同于普通的带管法兰的接管口，一般设在顶部。下端常制成45斜切口，以防物料沿壁流动。2、出料管分上出料下出料适于粘性大或含有固体颗粒的介质当物料要输送到较高位时，须装设压料管，使物料从上部排出。上部出料常用压缩空气将物料从釜内经压料管压送到下一工序，为使物料排净，压出管下端应尽可能低些。五、壁厚计算

筒体与夹套的厚度要根据强度条件或稳定性要求来确定。夹套承受内压时，按内压容器设计。筒体既受内压又受外压，应根据开车、操作和停工时可能出现的最危险状态来设计。当釜内为真空外带夹套时，筒体按外压设计，设计压力为真空容器设计压力加上夹套内设计压力；当釜内为常压操作时，筒体按外压设计，设计压力为夹套内的设计压力；当釜内为正压操作时，则筒体应同时按内压和外压设计，其厚度取两者中较大者。液压试验时筒体和夹套一次整体薄膜应力六、压力试验

对于带夹套的反应釜应分别做筒体和夹套的内压试验，筒体压力试验合格后，再焊夹套和做夹套压力试验。这时必须事先校核筒体在该压力下的稳定性，如果不能满足要求，则应规定在做夹套压力试验时，须在釜内保持一定压力，以使整个试压过程中的任何时间内，筒体和夹套内压力差不超过设计压差，图样上应注明这一要求并同时注明试验压力和允许压差值。直立容器卧置进行液压试验时,试验压力应为立置时试验压力加液柱静压力。子任务三搅拌反应釜的搅拌装置一、搅拌器形式和选择

1.搅拌器形式

设计和选择合理的搅拌装置是提高反应釜生产能力的重要手段。搅拌器的型式很多，大多已标准化，应根据生产工艺要求选择。(1)分析搅拌器的功用

搅拌器又称搅拌桨或叶轮它的功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态以达到搅拌过程的目的。它通过自身的旋转把机械能传递给流体，一方面在搅拌器附近区域的流体造成高湍流的充分混合区，另一方面产生一股高速射流推动全部液体沿一定途径在釜体循环流动。

(2)搅拌器的类型

根据不同的物料系统和不同的搅拌目的，出现了许多型式的搅拌器，常用的搅拌器有桨式搅拌器、框式和锚式搅拌器、推进式搅拌器、涡轮式搅拌器等，见图。图3-22典型搅拌器形式搅拌器的型式常用搅拌器及流型示意

1)桨式搅拌器1、桨式搅拌器主要用于流体的循环，不能用于气液分散操作。2、折叶式比平直叶式功耗少，操作费用低，故折叶桨使用较多。3、桨式搅拌器结构简单，制造容易,但轴向流动范围不大。主要用于流体的循环或黏度较高物料的搅拌。桨式搅拌器结构图2)推进式搅拌器推进式搅拌器的特点轴向流搅拌器常用于低粘流体的搅拌结构简单、制造方便循环量大，搅拌功率小3)涡轮式搅拌器（透平式叶轮）1、适用物料粘度范围广。2、剪切力较大，分散流体的效果好。3、直叶和弯叶涡轮搅拌器主要产生径向流，折叶涡轮搅拌器主要产生轴向流。涡轮式搅拌器的特点及应用4）锚式搅拌器4）框式搅拌器锚式和框式搅拌器特点1、结构简单，制造方便。2、适用于粘度大、处理量大的物料。3、易得到大的表面传热系数。4、可减少“挂壁”的产生。5）螺杆式搅拌器5）螺带式搅拌器为径流型搅拌器，浆叶前端带有后掠角的大宽叶浆叶，排出性能优于直叶和弯叶开启涡轮，功耗低，剪切力小，有挡板时，可产生对流循环及湍流扩散，适用于传热、传质、混合、纤维物料的溶解。布鲁马金式搅拌器介质的性质

（1）介质的粘度随着介质粘度增高，各种搅拌器使用的顺序是：桨叶式、推进式、涡轮式、框式和锚式、螺杆（带）式（2）介质的密度（3）介质的腐蚀性

反应过程的特性

间歇操作还是连续操作；吸热反应还是放热反应；是否结晶或有固体沉淀物产生等。搅拌效果和搅拌功率的要求2、搅拌器的选型搅拌器的分类按流体流动形态轴向流搅拌器径向流搅拌器混合流搅拌器按搅拌器叶片结构平叶折叶螺旋面叶按搅拌用途低粘流体用搅拌器高粘流体用搅拌器搅拌器的选择三、搅拌附件◆

挡板挡板的作用是避免旋涡现象，增大被搅拌液体的湍流程度，将切向流动变为轴向和径向流动，强化反应器内液体的对流和扩散，改善搅拌效果。

搅拌反应器的挡板结构挡板安装方式

1．挡板反应釜内安装的挡板有竖、横两种，常用的是竖挡板。当物体黏度较高时，使用横挡板，见右图（d)。◆导流筒

●导流筒的作用导流筒作用---提高混合效率

一方面提高了对液体的搅拌程度，加强了搅拌器对液体的直接机械剪切作用；另一方面由于限定了液体的循环路径，确立了充分循环的流型，使器内所有物料均能通过导流筒内的强烈混合区，减少了走短路的机会。

●导流筒的组成导流筒是一个圆筒，安装在搅拌器的外面。常用于推进式和涡轮式搅拌器。导流筒示意图

为什么要设置挡板和

导流筒？为径流型搅拌器，浆叶前端带有后掠角的大宽叶浆叶，排出性能优于直叶和弯叶开启涡轮，功耗低，剪切力小，有挡板时，可产生对流循环及湍流扩散，适用于传热、传质、混合、纤维物料的溶解。布鲁马金式搅拌器子任务四搅拌反应釜的传动装置

搅拌反应釜的传动装置一般包括电动机、减速器、联轴器及搅拌轴等。一、电动机的选用反应釜的电动机大多与减速器配套使用，设计时可根据选定的减速器选用配套的电动机，电动机的功率是选用的主要参数，可按式计算。电动机的功率为图搅拌反应器的典型传动装置

1一电动机；2一减速器；3一联轴器；

4一机座；5一轴封装置；6一底座；

7一上封头；8一搅拌轴式中:P——电动机功率；

Ps——搅拌功率，KW；

Pm——轴封的摩擦损失功率，KW；

η——传动机构的机械效率（查有关手册）。二、减速器子任务五轴封装置选用静止的搅拌釜封头和转动的搅拌轴之间设有搅拌轴密封装置，简称轴封，以防止釜内物料泄漏。轴封装置主要有填料密封、机械密封、磁力传动密封等。1、填料密封：结构简单，填料装缷方便，但使用寿命较短，难免微量泄漏。2、机械密封：结构较复杂，但密封效果甚佳。3、磁力传动密封：减速机输出轴与设备内搅拌轴无接触，从根本上取消了搅拌轴的动密封结构，实现无泄漏静环利用防转销与静环座联接起来，中间加密封圈。利用弹簧把动环压紧于静环上，使其紧密贴合形成一回转密封面，弹簧还可调动环以补偿密封面磨损产生的轴向位移，动环内有密封圈以保证动环在轴上的密封。机械密封结构

1-本体；2—螺钉；3—衬套；4—螺塞；5—油圈；6—油杯；7—密封圈；8—水夹套；9—油环；10—填料；11—压盖；12—螺母；13—双头螺柱填料密封在压盖压力的作用下，使填料在搅拌轴表面产生径向压紧力、并形成一层极薄的液膜（由于填料中含有润滑剂），既达到密封的目的又起到润滑的作用。填料密封结构磁力传动密封1一传动轴；2一外磁转子；3一隔离套；4一内磁转子；5一螺栓；6一垫片；7一滑动轴承；8一搅拌轴；9一釜体内、外磁转子上均装有永久磁铁，当传动轴带动外磁转子旋转时，由于磁力的作用，透过非磁性金属隔离套使内磁转子随外磁转子而运动，从而带动搅拌轴的旋转，隔离套与釜体之间通过静密封相联接。减速机输出轴与设备内搅拌轴无接触，从根本上取消了搅拌轴的动密封结构，实现无泄漏

聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。

子任务六釜式反应器的使用与维护以聚乙烯为例，乙烯的产量高低是衡量一个国家石油化工发展水平的标志。聚乙烯是结构最简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。

它是由重复的–CH2–单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯（CH2=CH2

）的加成聚合而成的。聚乙烯的性能取决于它的聚合方式：在中等压力(15-30大气压)，有机化合物催化条件下进行而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，分子量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa)，高温(190–210°C)，过氧化物催化条件下自由基聚合，生产出的则是低密度聚乙烯(LDPE).1.开车通入氮气对聚合系统进行试漏，氮气置换。检查转动设备的润滑情况。投运冷却水、蒸汽、热水、氮气、仪表风、润滑油、密封油等系统。投运仪表、电气、安全联锁系统往聚合釜中加入溶剂或液态聚合单体。当釜内液体淹没最低一层搅拌叶后，启动聚合釜搅拌器。继续往釜内加入溶剂或单体，直到达正常料位止。升温使釜温达到正常值。在升温的过程中，当温度达到某一规定值时，向釜内加入催化剂、单体、溶剂、分子量调节剂等，并同时控制聚合温度、压力、聚合釜料位等工艺指标，使之达到正常值。（1）聚合温度的控制①通过夹套冷却水换热。②气相外循环撤热。③浆液外循环撤热。2.控制（2）压力控制

聚合温度恒定时，在聚合单体为气相时主要通过催化剂的加料量和聚合单体的加料量来控制聚合压力。

不凝性惰性气体的含量过高是造成聚合釜压力超高的原因之一。此时需放火炬，以降低聚合釜的压力。（3）料位控制

一般聚合釜液位控制在70％左右，通过聚合浆液的出料速率来控制。料位控制过低，聚合产率低；料位控制过高，甚至满釜，就会造成聚合浆液进入换热器、风机等设备中造成事故。