干货：反应釜的结构详解

充装系数

1）充装系数一般取0.6-0.85；

2）如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态，取0.6-0.7；

3）如物料在反应过程中比较平稳，取0.8-0.85。

介质粘度

1）低粘度介质（﹤1000CP）

Np 功率准数，ρ密度，N搅拌轴转速，d搅拌轴直径

P=NpρN3d5

d/D≤0.5

H/D≤1.2～1.5

2）中粘度介质（1000～10000CP）

     高粘度介质（﹥10000CP）

Kp 功率准数，μ粘度

P=Kp-μ2N2d3

H/D≤1.3～2

结构设计

1）高径比H/D

阶梯温度：直径越大，设备中心传热越差

有夹套的容器H/D﹥1

粘度越高，所需的换热面积越大。

夹套间隙通常50～100，具体根据容器直径选择

装量系数=介质容积/容器容积

搅拌罐：液—固，液—液1～1.3，气—液1～2

聚合釜：2.08～3.85

发酵罐：1.7～2.5

2）特殊结构设计

检查孔接管长度尽量短

高粘介质出口一定是凸缘，行程越短，越不宜堵塞。

视镜位于封头上一般位于法线方向上，尽量使用凸缘。

3）人孔或设备法兰的设置

反应釜人孔设置：安装桨叶、搅拌轴联轴器

设备法兰：桨叶的安装

没有设置设备法兰的搅拌：浆叶可拆结构（桨叶叶比较小），可以从人孔进出。

4）挡板的设置

中、低粘度，变粘度的介质需要设置挡板

挡板宽度1/10～1/12 D

挡板高度位于充装介质高度

中粘度介质设置角钢封闭挡板，高温时设置排气孔

5）导流筒

严格地控制流动方向，既消除了短路现象又有助于消除死区；抑制了圆周运动的扩展，对增加湍动程度，提高混合效果也有好处

导流筒将容器截面分成面积相等的两部分

导流筒直径=0.7D

推导过程：πR²-πr²=πr²→r=R/1.414=0.7R

搅拌器的作用和分类

1） 混合：体系中的不同物质混合均匀。

2）搅动：物料强烈流动，提高传热、传质速率。

3）悬浮：细小颗粒在液体中均匀悬浮，防止沉降、加速溶解等。

4 ） 分散： 气体或液体充分分散成细小气泡或液滴，促进传质和反应，控制粒度。

反应釜搅拌类型根据不同的搅拌方式和搅拌结构可以分为多种类型。以下是一些常见的反应釜搅拌类型：

1）锚式搅拌：通过在反应釜内壁上固定锚形或刮板形的搅拌器，使反应物料在反应釜内壁上形成循环流动，从而实现搅拌效果。

2）桨叶式搅拌：通过安装在反应釜顶部或底部的桨叶形搅拌器，使反应物料在釜内形成强烈的涡流和对流，从而实现搅拌混合效果。

3）框架式搅拌：通过安装在反应釜壁上的框架形搅拌器，使反应物料在框架内形成循环流动，从而实现搅拌效果。

4）螺带式搅拌：螺旋叶片通过旋转将物料向上提升，然后再自由落下，从而实现了充分混合和均匀分布。

5）螺旋式搅拌：通过在反应釜内部安装螺旋形搅拌器，使反应物料在螺旋叶片的推动下实现循环流动和搅拌混合。

搅拌装置的选型

1）按物料粘度选型

对于低粘度液体，应选用小直径、高转速搅拌器，如推进式、涡轮式；

对于高粘度液体，就选用大直径、低转速搅拌器，如螺带式、锚式、框式。

2）按搅拌目的选型

对低粘度均相液体混合，主要考虑循环流量，各种搅拌器的循环流量按从大到小顺序排列：推进式、涡轮式、桨式。

对于非均相液-液分散过程，首先考虑剪切作用，同时要求有较大的循环流量，各种搅拌器的剪切作用按从大到小的顺序排列：涡轮式、推进式、桨式。

轴封装置

轴封装置的作用是保证工作时形成密封条件，阻止介质向外泄露的装置。可分为填料箱密封和机械密封。

一、填料密封

结构：由衬套、填料箱体、填料环、压盖、压紧螺栓等组成。

原理：被装填在搅拌轴和填料函之间环形间隙中的填料，在压盖压力的作用下，沿搅拌轴表面会产生径向压紧力。填料中的润滑剂在径向压紧力的作用下被挤出，在搅拌轴的表面形成一层极薄的液膜。这层液膜一方面使搅拌轴得到润滑，另一方面起到阻止设备内流体漏出或外部流体渗入的作用，而达到轴向密封的目的。

二、机械密封

机械密封是一种比较新型的密封结构。它的泄漏量少，使用寿命长，摩擦功率损耗小，轴或轴套不受磨损，耐振性能好，常用于高低温、易燃易爆有毒介质的场合。但结构复杂，密封环加工精度要求高，安装技术要求，装拆不方便，成本高。

密封装置使用条件：

a.通常在常压或低压条件下采用填料密封，一般使用压力小于0.2MPa。

b.在一般中等压力或抽真空情况会采用机械密封，一般压力为负压或4MPa。

三、磁力密封

磁力密封 原理是依靠电机带动外面磁转子旋转后，通过永磁体产生的磁力作用，将运动传递到与工作轴相连接的内磁转子上，从而实现动力传递的目的。密封是通过设置在内、外面磁转子中间气隙的隔离密封套，将内磁转子与工作轴一起封闭在容器内而实现的。

磁力传动装置密封的特点为：

1、磁力传动密封对容器内的物料几乎没有影响，可达到零泄漏。

2、动力传送轴与容器外部不相接触，变转矩传递的动密封为静密封、密封性能可靠，在传送运动过程中除密封隔离套受压差的影响外，不承受其他载荷。

密封装置使用条件：

在高压或介质挥发性高的情况下会采用磁力密封，一般压力超过1.4MPa以上。

两者比较：与机械密封相比，磁力端面密封结构元件少，紧凑，安装方便，工作能力(温度、压差)较高，工作可靠，磨损低，寿命更长，当然技术要求和价格也更高。

搅拌口局部应力的计算

静载荷= 搅拌重量×9.8 N/kg

动载荷= 2倍的静载荷

扭矩= 9553×电机额定功率/轴的转速

安全系数：扭矩×1.6（带固相的物料分布不均匀之类的）

弯矩= 每层桨叶径向力×各层桨悬臂长度

每层桨叶径向力=扭矩×流体径向力系数×103/（3/8×搅拌桨直径）

文章来源压力容器设计圈