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（＞101.325kPa）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。

构示意图（图中：1、罐体;构示意图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。四、优化分析根据上述对该反应釜釜体和搅拌装置结构优化改进设计的分析可以看出，该反应釜通过驱动件驱动搅拌组件进行旋转来对位于配腔内的物料进行搅拌，这样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。优化后的特征主要有以下几点：一、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二、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。叶片朝远离连接套的方向弯曲成弧形。三、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，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。四、罐体的顶部设有排气口，排气口位于进料管的侧边。通过在罐体的顶部设置排气口，使得罐体内的产生的废气及时排出，避免产生的废气影响反应釜内的物料反应。五、结语该反应釜结构优化与改进方案是针对传统反应釜结构及其作业中的现实问题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。从而实现了对调配腔内的物料进行搅拌，便于物料进行充分的反应，加快了反应的效率，能够有效解决目前反应釜物料反应速率缓慢，加工时间较长的问题。但在实际应用中，反应釜的运行作业较为复杂，同时每一种搅拌器都不是万能的，只有在某一特定的应用范围内才是高效的。针对传统化工反应釜结构在化工反应中搅拌不理想问题，通过优化改造，显著改善了反应釜搅拌设备运行状况，改造后使用效果较明显，提高了产量、降低了设备的噪声和振动，得到了企业的肯定和认同。总之，对反应釜结构的优化改进，能够有效满足其结构在反应作业中的有关需求，进而确保其反应作业的质量和效果，确保其生产应用安全性，具有十分积极的作用和意义。参考文献：刘霞•分离干燥搅拌釜存在问题及解决方案[J].石油化工设备,2018,47(03):70-73.金明瑛