反應(yīng)釜攪拌裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

反應(yīng)釜攪拌裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化摘要：本文從現(xiàn)有反應(yīng)釜攪拌效率較低，不能充分對物料進(jìn)行攪拌，導(dǎo)致物料反應(yīng)速率緩慢，使用效果差，加工時(shí)間延長的實(shí)際問題出發(fā)，對反應(yīng)釜攪拌裝置重新進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化改進(jìn)，旨在解決目前反應(yīng)釜攪拌效率低的問題。關(guān)鍵詞：反應(yīng)釜；攪拌裝置；設(shè)計(jì)優(yōu)化一、引言反應(yīng)釜是一種反應(yīng)設(shè)備，具體指一種可進(jìn)行高于室溫（＞100°C）以及高于常壓（＞101.325kPa）條件下物理化學(xué)反應(yīng)的密閉容器。操作中為了對反應(yīng)進(jìn)行控制，除了必須測量反應(yīng)物的溫度、壓力、成分及其它參數(shù)，容器上還必須設(shè)置有溫度、壓力等傳感器。通過調(diào)整反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)配置，可針對不同需求完成加熱、蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、萃取等多種物理與化學(xué)反應(yīng)。機(jī)械攪拌式反應(yīng)釜，適用于各種物性（如粘度、密度）和各種操作條件（溫度、壓力）的反應(yīng)過程，因此被廣泛應(yīng)用于石油、化工、橡膠、醫(yī)療等各種領(lǐng)域其中攪拌裝置是化工生產(chǎn)過程中反應(yīng)釜或分離罐的主要核心部件，攪拌設(shè)備的選擇也在很大程度上直接決定了物料的反應(yīng)產(chǎn)率與產(chǎn)品質(zhì)量。生產(chǎn)過程中攪拌釜一旦出現(xiàn)問題，不僅會直接影響反應(yīng)或者出料過程，而且還會影響裝置的長周期安全平穩(wěn)運(yùn)行。［1］二、常用反應(yīng)釜攪拌裝置存在的問題攪拌反應(yīng)器是化學(xué)工程和生物工程中最常見也是最重要的單元之一。反應(yīng)釜攪拌裝置的主要作用是為物料反應(yīng)提供適宜的空間，另外根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，容器上會安裝有各種接管，以滿足進(jìn)料、出料、排氣等實(shí)際要求。目前反應(yīng)釜的攪拌器已由單一攪拌器發(fā)展到雙攪拌器或外加泵強(qiáng)制循環(huán)。［2］其攪拌型式可分為斜漿式、錨式、框式、推進(jìn)式和單（雙）螺旋式等，并且可根據(jù)用戶特殊要求設(shè)計(jì)制造其他型式漿葉。攪拌操作涉及流體的流動、傳質(zhì)和傳熱，所進(jìn)行的物理和化學(xué)過程對攪拌效果的要求也不同。通常在攪拌器的選型上，我們一般從攪拌目的、物料粘度和攪拌容器容積的大小三個(gè)方面考慮，但在目前的實(shí)際工作中我們對攪拌器的選用仍帶有很大的經(jīng)驗(yàn)性。在整個(gè)攪拌系統(tǒng)中，相互連接的部件眾多，能對攪拌器造成影響的因素也是多樣化的。因此在選用時(shí)除了要滿足工藝要求外，我們還應(yīng)考慮功耗、操作費(fèi)用，以及制造、維護(hù)和檢修等因素。在工程應(yīng)用中，攪拌反應(yīng)釜除了考慮設(shè)備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、攪拌疲勞等常規(guī)性能要素之外，還需重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備攪拌振動失效問題。容器本體與攪拌軸的共振、攪拌凸緣偏轉(zhuǎn)角的限制與攪拌疲勞問題都會導(dǎo)致攪拌失效的發(fā)生。［3］此外，化工反應(yīng)釜的容器內(nèi)部空間與體積較大，而容器口部較小，也會因殘留雜質(zhì)的長時(shí)間使用造成在容器內(nèi)壁堆積，如果得不到及時(shí)清理，對其正?；し磻?yīng)及正常作業(yè)使用都會造成不利影響。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)釜未進(jìn)行清洗裝置配備，多采用人工清洗方式，并且其結(jié)構(gòu)中設(shè)置有一個(gè)攪拌裝置，進(jìn)行攪拌的形式較為單一，多以渦輪式、旋漿式以及框式、螺帶式、錨式等為主。［4］造成了傳統(tǒng)反應(yīng)釜攪拌效率低，不能充分對物料進(jìn)行攪拌，使得物料反應(yīng)速率緩慢，延長加工時(shí)間，使用效果差等問題。本文的主要目的是對傳統(tǒng)反應(yīng)釜攪拌裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在解決目前反應(yīng)釜攪拌效率低的問題。三、反應(yīng)釜攪拌裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)反應(yīng)釜作為現(xiàn)代化工生產(chǎn)中重要的應(yīng)用設(shè)備，主要由罐體、罐蓋以及進(jìn)料口攪拌裝置、出料口、冷凝管、加熱層、回收罐等構(gòu)成，在化工生產(chǎn)中作業(yè)應(yīng)用的頻率相對較高。（一）反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì)如下圖1所示，該反應(yīng)釜包括罐體，并設(shè)有用于收納物料的調(diào)配腔。該反應(yīng)釜的進(jìn)料管設(shè)于罐體的頂部，出料管設(shè)于罐體的底部，進(jìn)料管與出料管均與調(diào)配腔連通，攪拌組件設(shè)于調(diào)配腔內(nèi)。驅(qū)動件設(shè)于罐體的頂部或底部，且所述驅(qū)動件的輸出端與攪拌組件連接，以使攪拌組件旋轉(zhuǎn)進(jìn)而對物料進(jìn)行攪拌。

構(gòu)示意圖（圖中：1、罐體;構(gòu)示意圖2、出料管；3、進(jìn)料管；4、驅(qū)動件；5、第一支撐座；6、第二支撐座；7、排氣口；41、驅(qū)動電機(jī)；42、電機(jī)座）當(dāng)需要進(jìn)行物料反應(yīng)時(shí)，通過進(jìn)料管將待反應(yīng)的物料通入至調(diào)配腔內(nèi)，當(dāng)調(diào)配腔內(nèi)的物料充分反應(yīng)之后，控制出料管進(jìn)行導(dǎo)通，使得調(diào)配腔內(nèi)的物料從出料管處流出。該反應(yīng)釜的驅(qū)動件包括驅(qū)動電機(jī)和電機(jī)座，電機(jī)座固定在罐體的頂部,驅(qū)動電機(jī)安裝在電機(jī)座上，且驅(qū)動電機(jī)的輸出端豎直穿過電機(jī)座與伸出的轉(zhuǎn)軸的一端連接。具體地，驅(qū)動電機(jī)的輸出端連接有連接件，連接件與轉(zhuǎn)軸的一端固定連接。通過采用在罐體內(nèi)設(shè)置調(diào)配腔，并將攪拌組件設(shè)于調(diào)配腔內(nèi)，之后再將驅(qū)動件設(shè)于罐體的頂部或底部，使得驅(qū)動件驅(qū)動攪拌組件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對調(diào)配腔內(nèi)的物料進(jìn)行攪拌。另外，該反應(yīng)釜還包括第一支撐座和第二支撐座，第二支撐座位于第一支撐座的后方，且第一支撐座和第二支撐座上均設(shè)有用于放置罐體的安裝位。需要說明的是，通過在第一支撐座和第二支撐座上設(shè)置安裝位，之后再將罐體放置的前后兩端分別放置到安裝位內(nèi)，起到對罐體進(jìn)行支撐的作用，避免在使用的過程中罐體容易出現(xiàn)移動的問題。另外，安裝位呈U型，這樣便于對罐體的安裝或拆卸。（二）反應(yīng)釜攪拌裝置的設(shè)計(jì)攪拌反應(yīng)器由攪拌容器和攪拌機(jī)兩大部分組成。攪拌容器包括筒體、換熱元件及內(nèi)構(gòu)件,“攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪，是攪拌反應(yīng)器的關(guān)鍵部件，其功能是提供過程所需要的能量和適宜的流動狀態(tài)?！盵5]攪拌器、攪拌軸及其密封裝置、傳動裝置等統(tǒng)稱為攪拌機(jī)。機(jī)械攪拌反應(yīng)器的操作性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、能耗和生產(chǎn)成本。圖2反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)的剖視圖（圖中：2、出料管；3、進(jìn)料管；8、攪拌組件；9、調(diào)配腔；41、驅(qū)動電機(jī)；81、連接套；82、葉片）如上圖2所示,攪拌組件包括轉(zhuǎn)軸和若干攪拌葉，轉(zhuǎn)軸的下端可轉(zhuǎn)動地連接在調(diào)配腔的內(nèi)底，轉(zhuǎn)軸的上端穿過罐體的頂部與驅(qū)動件的輸出端連接，攪拌葉套設(shè)在轉(zhuǎn)軸上。攪拌葉包括葉片和連接套，連接套固定在轉(zhuǎn)軸上，葉片間隔設(shè)于連接套的外周面上，并且在葉片朝遠(yuǎn)離連接套的方向彎曲成弧形。圖3攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖（圖中：3、進(jìn)料管；9、調(diào)配腔；821、連接套；822、葉片）需要說明的是，通過將葉片間隔地設(shè)于連接套的外周面，之后再將連接套套接到轉(zhuǎn)軸上，實(shí)現(xiàn)將葉片固定在轉(zhuǎn)軸上。當(dāng)需要將葉片的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，只需要調(diào)節(jié)連接套在轉(zhuǎn)軸上的位置，從而實(shí)現(xiàn)對葉片在調(diào)配腔內(nèi)的高度調(diào)節(jié)，以滿足對不同攪拌高度的要求，同時(shí)也便于將葉片從轉(zhuǎn)軸上拆卸下來。當(dāng)將待反應(yīng)的物料放入至調(diào)配腔內(nèi)時(shí)，驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)軸上連接有攪拌葉，使得攪拌葉被帶動進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對物料的攪拌，便于物料進(jìn)行充分的反應(yīng)，加快了反應(yīng)的效率，解決了目前反應(yīng)釜物料反應(yīng)速率緩慢,加工時(shí)間較長的問題。四、優(yōu)化分析根據(jù)上述對該反應(yīng)釜釜體和攪拌裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)的分析可以看出，該反應(yīng)釜通過驅(qū)動件驅(qū)動攪拌組件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來對位于配腔內(nèi)的物料進(jìn)行攪拌，這樣便于物料進(jìn)行充分的反應(yīng)，加快了反應(yīng)的效率，解決了目前反應(yīng)釜物料反應(yīng)速率緩慢，加工時(shí)間較長的問題。優(yōu)化后的特征主要有以下幾點(diǎn)：一、攪拌組件包括轉(zhuǎn)軸和若干攪拌葉，轉(zhuǎn)軸的下端可轉(zhuǎn)動地連接在調(diào)配腔的內(nèi)底，轉(zhuǎn)軸的上端穿過罐體的頂部與驅(qū)動件的輸出端連接，攪拌葉套設(shè)在轉(zhuǎn)軸上二、攪拌葉包括葉片和連接套，連接套固定在轉(zhuǎn)軸上，葉片間隔設(shè)于連接套的外周面上。葉片朝遠(yuǎn)離連接套的方向彎曲成弧形。三、驅(qū)動件包括驅(qū)動電機(jī)和電機(jī)座，電機(jī)座固定在罐體的頂部，驅(qū)動電機(jī)安裝在電機(jī)座上，驅(qū)動電機(jī)的輸出端連接有連接件，連接件與轉(zhuǎn)軸的一端固定連接且驅(qū)動電機(jī)的輸出端豎直穿過電機(jī)座與伸出的轉(zhuǎn)軸的一端連接。四、罐體的頂部設(shè)有排氣口，排氣口位于進(jìn)料管的側(cè)邊。通過在罐體的頂部設(shè)置排氣口，使得罐體內(nèi)的產(chǎn)生的廢氣及時(shí)排出，避免產(chǎn)生的廢氣影響反應(yīng)釜內(nèi)的物料反應(yīng)。五、結(jié)語該反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)優(yōu)化與改進(jìn)方案是針對傳統(tǒng)反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)及其作業(yè)中的現(xiàn)實(shí)問題通過采用在罐體內(nèi)設(shè)置調(diào)配腔，并將攪拌組件設(shè)于調(diào)配腔內(nèi)，之后再將驅(qū)動件設(shè)于罐體的頂部或底部，使得驅(qū)動件驅(qū)動攪拌組件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。從而實(shí)現(xiàn)了對調(diào)配腔內(nèi)的物料進(jìn)行攪拌，便于物料進(jìn)行充分的反應(yīng)，加快了反應(yīng)的效率，能夠有效解決目前反應(yīng)釜物料反應(yīng)速率緩慢，加工時(shí)間較長的問題。但在實(shí)際應(yīng)用中，反應(yīng)釜的運(yùn)行作業(yè)較為復(fù)雜，同時(shí)每一種攪拌器都不是萬能的，只有在某一特定的應(yīng)用范圍內(nèi)才是高效的。針對傳統(tǒng)化工反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)在化工反應(yīng)中攪拌不理想問題，通過優(yōu)化改造，顯著改善了反應(yīng)釜攪拌設(shè)備運(yùn)行狀況，改造后使用效果較明顯，提高了產(chǎn)量、降低了設(shè)備的噪聲和振動，得到了企業(yè)的肯定和認(rèn)同。總之，對反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)，能夠有效滿足其結(jié)構(gòu)在反應(yīng)作業(yè)中的有關(guān)需求，進(jìn)而確保其反應(yīng)作業(yè)的質(zhì)量和效果，確保其生產(chǎn)應(yīng)用安全性，具有十分積極的作用和意義。參考文獻(xiàn)：劉霞?分離干燥攪拌釜存在問題及解決方案[J].石油化工設(shè)備,2018,47(03):70-73.金明瑛