模塊三任務(wù)二釜式反應(yīng)器(改)

模塊三攪拌反應(yīng)釜(2)知識回顧反應(yīng)設(shè)備的類型結(jié)構(gòu)攪拌反應(yīng)釜的作用、設(shè)計步驟攪拌反應(yīng)釜的總體結(jié)構(gòu)及用途攪拌反應(yīng)釜攪拌的類型結(jié)構(gòu)特點1、掌握攪拌反應(yīng)器釜的尺寸確定2、掌握攪拌反應(yīng)釜的傳熱裝置的結(jié)構(gòu)及設(shè)計3、熟悉攪拌反應(yīng)釜的基本結(jié)構(gòu)，能根據(jù)工藝條件，選擇其零部件。學(xué)習(xí)目的與要求攪拌反應(yīng)釜的釜體和傳熱裝置傳熱裝置圖圖筒體幾何尺寸釜體及傳熱裝置一、釜體的尺寸釜體的長徑比

表

幾種攪拌釜的H/Di值種類釜內(nèi)物料性質(zhì)H/Di一般反應(yīng)釜液～液相或液～固相1~1.3氣～液相1~2發(fā)酵釜發(fā)酵液1.7~2.5釜體的直徑和高度

在確定長徑比和裝料系數(shù)之后，先忽略釜底封頭容積，此時：要圓整子任務(wù)二傳熱裝置的選用

1．傳熱方式

攪拌反應(yīng)釜最常用的傳熱方式為夾套和蛇管傳熱，其它還有電感應(yīng)加熱，直接蒸汽加熱或外部換熱器加熱等。這里僅討論夾套和蛇管傳熱。（1）夾套傳熱在釜體外側(cè)，以焊接或法蘭連接的方法裝設(shè)各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與釜體表面形成密閉的空間，在此空間內(nèi)通入載熱流體，以加熱或冷卻物料，維持物料的溫度在預(yù)定的范圍，這種結(jié)構(gòu)通常稱之為夾套。夾套與釜體的連接方式有可拆卸式和不可拆卸式，分別見圖所示。不可拆卸式夾套的結(jié)構(gòu)簡單，密封可靠，主要適用于同一種材料制成的攪拌設(shè)備。

圖可拆卸整體夾套結(jié)構(gòu)圖不可拆卸整體夾套結(jié)構(gòu)夾套

夾套的直徑Dj可根據(jù)釜體內(nèi)徑按表3-4中推薦的數(shù)據(jù)選取。

夾套封頭根據(jù)夾套直徑及所選封頭型式按標(biāo)準(zhǔn)選取。夾套高度Hj主要決定于傳熱面積A的要求，一般不低不于液面高度，以保證充分傳熱。此時可按下式估算：

式中：Hj——夾套高度，m；υc——內(nèi)筒下封頭容積，m3；其它符號同前。按估算的夾套高度，校核傳熱面積，如果不符合要求，需選擇其它型式的傳熱裝置。Di 500~600

700~1800 2000~3000 Dj Di+50

Di+100

Di+200 表3-4夾套直徑與釜體直徑的關(guān)系（mm）蛇管（c)同心圓蛇管組結(jié)構(gòu)尺寸蛇管傳熱

當(dāng)需要的傳熱面積較大，夾套傳熱不能滿足要求時，可采用蛇管傳熱。密集排列的蛇管沉浸在物料中，熱量損失小，傳熱效果好，同時還能起到導(dǎo)流筒的作用，可以改變流體的流動狀況，減小漩渦，強化攪拌程度，但檢修較麻煩。

若數(shù)排蛇管沉浸于釜內(nèi)其內(nèi)外圈距離t一般為（2～3）d。各圈垂直距離h一般為（1.5～2)d，最外圈直徑D0一般比筒體內(nèi)徑Di小200～300mm。表

蛇管的長度與管徑之比值蒸汽壓力，MPa0.0450.1250.200.300.50管長與管徑最大比值100150200225275

蛇管一般由公稱直徑為φ25～φ70mm的無縫鋼管繞制而成。常用結(jié)構(gòu)形狀有圓形螺旋狀、平面環(huán)形、U型立式、彈簧同心圓組并聯(lián)形式等。蛇管允許的操作溫度范圍為-30～+280℃，公稱壓力系列為0.4、0.6、1.0、1.6MPa。蛇管的長度不宜過大，否則會因凝液積聚而降低傳熱效果，而且從很長的蛇管中排出蒸汽所夾帶的惰性氣體也是困難的。

常用蛇管的固定方式（a）是蛇管支承在角鋼上，用半U形螺栓固定，制造簡單，但難以鎖緊。適用于振動小、蛇管公稱直徑小的場合。（b）和（c）是蛇管支承在角鋼上，用U形螺栓固定，適用于振動較大和蛇管公稱直徑較大的情況，其中圖（b）采用一個螺母鎖緊，安裝簡單。（c）采用2個螺母鎖緊，固定可靠。

常用蛇管的固定方式（d）是蛇管支托在扁鋼上，不用螺栓堅固，適用于熱膨脹較大的蛇管。（e）是通過兩塊扁鋼和螺栓夾緊并支承蛇管，用于緊密排列的蛇管，并可起到導(dǎo)流筒的作用。（f）也是利用兩塊扁鋼和螺栓來固定蛇管的，此結(jié)構(gòu)適應(yīng)振動較大的場合。蛇管出口的結(jié)構(gòu)

蛇管的進(jìn)出口最好設(shè)在同一端，一般設(shè)在上封頭處，以使結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便。蛇管常用的幾種進(jìn)出口結(jié)構(gòu)如圖所示。圖中：圖（a）可將蛇管與封頭一起取出。圖（b）用于蛇管需要經(jīng)常拆卸的場合。圖（c）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。需拆卸時，可將外面短管割斷，裝時再焊上。圖（d）用于有襯里的設(shè)備。圖（e）用于螺紋法蘭連接。三、頂蓋

反應(yīng)釜頂蓋又稱上封頭常做成可拆式。帶夾套的反慶釜其接管口大多開在頂蓋上。傳動裝置也大多直接支承在頂蓋上。其結(jié)構(gòu)為滿足裝卸需要常做成可拆式的。即通過法蘭將頂蓋與筒體相連接。頂蓋的結(jié)構(gòu)形式有平蓋、碟形蓋、錐形蓋，而使用最多的還是橢圓形蓋。四、筒體上的接管 攪拌反應(yīng)器要進(jìn)行生產(chǎn)，必須有物料進(jìn)出管。為了規(guī)定攪拌反應(yīng)器的物料攪拌與反應(yīng)狀況必須安裝視鏡。有的攪拌反應(yīng)器直徑較大，內(nèi)部又要經(jīng)常檢查或進(jìn)行人工清洗的，還必須安裝人孔。即使封頭用法蘭連接可以打開的一般也都安裝人孔，因為大封頭的開啟很困難，尤其是封頭上還安裝有機架、電機、減速機、攪拌軸、攪拌器的封頭更困難。另外，攪拌反應(yīng)器上還備有安裝檢測儀表的管口，如：溫度計口、壓力表口等。一般常用結(jié)構(gòu)，比較簡單，用在允許有少量飛濺和沖擊的場合。

是套管式接管，用于易腐蝕、易堵塞的場合，內(nèi)管便于清洗和更換，需要時還可用不同于外管的材料制造。

很長，管浸在液層中，可減少飛濺和沖擊液面引起的泡沫，還有液封作用，管子上部的小孔是為了避免虹吸現(xiàn)象。

1、進(jìn)料管進(jìn)料管不同于普通的帶管法蘭的接管口，一般設(shè)在頂部。下端常制成45斜切口，以防物料沿壁流動。2、出料管分上出料下出料適于粘性大或含有固體顆粒的介質(zhì)當(dāng)物料要輸送到較高位時，須裝設(shè)壓料管，使物料從上部排出。上部出料常用壓縮空氣將物料從釜內(nèi)經(jīng)壓料管壓送到下一工序，為使物料排凈，壓出管下端應(yīng)盡可能低些。五、壁厚計算

筒體與夾套的厚度要根據(jù)強度條件或穩(wěn)定性要求來確定。夾套承受內(nèi)壓時，按內(nèi)壓容器設(shè)計。筒體既受內(nèi)壓又受外壓，應(yīng)根據(jù)開車、操作和停工時可能出現(xiàn)的最危險狀態(tài)來設(shè)計。當(dāng)釜內(nèi)為真空外帶夾套時，筒體按外壓設(shè)計，設(shè)計壓力為真空容器設(shè)計壓力加上夾套內(nèi)設(shè)計壓力；當(dāng)釜內(nèi)為常壓操作時，筒體按外壓設(shè)計，設(shè)計壓力為夾套內(nèi)的設(shè)計壓力；當(dāng)釜內(nèi)為正壓操作時，則筒體應(yīng)同時按內(nèi)壓和外壓設(shè)計，其厚度取兩者中較大者。液壓試驗時筒體和夾套一次整體薄膜應(yīng)力六、壓力試驗

對于帶夾套的反應(yīng)釜應(yīng)分別做筒體和夾套的內(nèi)壓試驗，筒體壓力試驗合格后，再焊夾套和做夾套壓力試驗。這時必須事先校核筒體在該壓力下的穩(wěn)定性，如果不能滿足要求，則應(yīng)規(guī)定在做夾套壓力試驗時，須在釜內(nèi)保持一定壓力，以使整個試壓過程中的任何時間內(nèi)，筒體和夾套內(nèi)壓力差不超過設(shè)計壓差，圖樣上應(yīng)注明這一要求并同時注明試驗壓力和允許壓差值。直立容器臥置進(jìn)行液壓試驗時,試驗壓力應(yīng)為立置時試驗壓力加液柱靜壓力。子任務(wù)三攪拌反應(yīng)釜的攪拌裝置一、攪拌器形式和選擇

1.攪拌器形式

設(shè)計和選擇合理的攪拌裝置是提高反應(yīng)釜生產(chǎn)能力的重要手段。攪拌器的型式很多，大多已標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求選擇。(1)分析攪拌器的功用

攪拌器又稱攪拌槳或葉輪它的功能是提供過程所需要的能量和適宜的流動狀態(tài)以達(dá)到攪拌過程的目的。它通過自身的旋轉(zhuǎn)把機械能傳遞給流體，一方面在攪拌器附近區(qū)域的流體造成高湍流的充分混合區(qū)，另一方面產(chǎn)生一股高速射流推動全部液體沿一定途徑在釜體循環(huán)流動。

(2)攪拌器的類型

根據(jù)不同的物料系統(tǒng)和不同的攪拌目的，出現(xiàn)了許多型式的攪拌器，常用的攪拌器有槳式攪拌器、框式和錨式攪拌器、推進(jìn)式攪拌器、渦輪式攪拌器等，見圖。圖3-22典型攪拌器形式攪拌器的型式常用攪拌器及流型示意

1)槳式攪拌器1、槳式攪拌器主要用于流體的循環(huán)，不能用于氣液分散操作。2、折葉式比平直葉式功耗少，操作費用低，故折葉槳使用較多。3、槳式攪拌器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易,但軸向流動范圍不大。主要用于流體的循環(huán)或黏度較高物料的攪拌。槳式攪拌器結(jié)構(gòu)圖2)推進(jìn)式攪拌器推進(jìn)式攪拌器的特點軸向流攪拌器常用于低粘流體的攪拌結(jié)構(gòu)簡單、制造方便循環(huán)量大，攪拌功率小3)渦輪式攪拌器（透平式葉輪）1、適用物料粘度范圍廣。2、剪切力較大，分散流體的效果好。3、直葉和彎葉渦輪攪拌器主要產(chǎn)生徑向流，折葉渦輪攪拌器主要產(chǎn)生軸向流。渦輪式攪拌器的特點及應(yīng)用4）錨式攪拌器4）框式攪拌器錨式和框式攪拌器特點1、結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。2、適用于粘度大、處理量大的物料。3、易得到大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。4、可減少“掛壁”的產(chǎn)生。5）螺桿式攪拌器5）螺帶式攪拌器為徑流型攪拌器，漿葉前端帶有后掠角的大寬葉漿葉，排出性能優(yōu)于直葉和彎葉開啟渦輪，功耗低，剪切力小，有擋板時，可產(chǎn)生對流循環(huán)及湍流擴散，適用于傳熱、傳質(zhì)、混合、纖維物料的溶解。布魯馬金式攪拌器介質(zhì)的性質(zhì)

（1）介質(zhì)的粘度隨著介質(zhì)粘度增高，各種攪拌器使用的順序是：槳葉式、推進(jìn)式、渦輪式、框式和錨式、螺桿（帶）式（2）介質(zhì)的密度（3）介質(zhì)的腐蝕性

反應(yīng)過程的特性

間歇操作還是連續(xù)操作；吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)；是否結(jié)晶或有固體沉淀物產(chǎn)生等。攪拌效果和攪拌功率的要求2、攪拌器的選型攪拌器的分類按流體流動形態(tài)軸向流攪拌器徑向流攪拌器混合流攪拌器按攪拌器葉片結(jié)構(gòu)平葉折葉螺旋面葉按攪拌用途低粘流體用攪拌器高粘流體用攪拌器攪拌器的選擇三、攪拌附件◆

擋板擋板的作用是避免旋渦現(xiàn)象，增大被攪拌液體的湍流程度，將切向流動變?yōu)檩S向和徑向流動，強化反應(yīng)器內(nèi)液體的對流和擴散，改善攪拌效果。

攪拌反應(yīng)器的擋板結(jié)構(gòu)擋板安裝方式

1．擋板反應(yīng)釜內(nèi)安裝的擋板有豎、橫兩種，常用的是豎擋板。當(dāng)物體黏度較高時，使用橫擋板，見右圖（d)?！魧?dǎo)流筒

●導(dǎo)流筒的作用導(dǎo)流筒作用---提高混合效率

一方面提高了對液體的攪拌程度，加強了攪拌器對液體的直接機械剪切作用；另一方面由于限定了液體的循環(huán)路徑，確立了充分循環(huán)的流型，使器內(nèi)所有物料均能通過導(dǎo)流筒內(nèi)的強烈混合區(qū)，減少了走短路的機會。

●導(dǎo)流筒的組成導(dǎo)流筒是一個圓筒，安裝在攪拌器的外面。常用于推進(jìn)式和渦輪式攪拌器。導(dǎo)流筒示意圖

為什么要設(shè)置擋板和

導(dǎo)流筒？為徑流型攪拌器，漿葉前端帶有后掠角的大寬葉漿葉，排出性能優(yōu)于直葉和彎葉開啟渦輪，功耗低，剪切力小，有擋板時，可產(chǎn)生對流循環(huán)及湍流擴散，適用于傳熱、傳質(zhì)、混合、纖維物料的溶解。布魯馬金式攪拌器子任務(wù)四攪拌反應(yīng)釜的傳動裝置

攪拌反應(yīng)釜的傳動裝置一般包括電動機、減速器、聯(lián)軸器及攪拌軸等。一、電動機的選用反應(yīng)釜的電動機大多與減速器配套使用，設(shè)計時可根據(jù)選定的減速器選用配套的電動機，電動機的功率是選用的主要參數(shù)，可按式計算。電動機的功率為圖攪拌反應(yīng)器的典型傳動裝置

1一電動機；2一減速器；3一聯(lián)軸器；

4一機座；5一軸封裝置；6一底座；

7一上封頭；8一攪拌軸式中:P——電動機功率；

Ps——攪拌功率，KW；

Pm——軸封的摩擦損失功率，KW；

η——傳動機構(gòu)的機械效率（查有關(guān)手冊）。二、減速器子任務(wù)五軸封裝置選用靜止的攪拌釜封頭和轉(zhuǎn)動的攪拌軸之間設(shè)有攪拌軸密封裝置，簡稱軸封，以防止釜內(nèi)物料泄漏。軸封裝置主要有填料密封、機械密封、磁力傳動密封等。1、填料密封：結(jié)構(gòu)簡單，填料裝缷方便，但使用壽命較短，難免微量泄漏。2、機械密封：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但密封效果甚佳。3、磁力傳動密封：減速機輸出軸與設(shè)備內(nèi)攪拌軸無接觸，從根本上取消了攪拌軸的動密封結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)無泄漏靜環(huán)利用防轉(zhuǎn)銷與靜環(huán)座聯(lián)接起來，中間加密封圈。利用彈簧把動環(huán)壓緊于靜環(huán)上，使其緊密貼合形成一回轉(zhuǎn)密封面，彈簧還可調(diào)動環(huán)以補償密封面磨損產(chǎn)生的軸向位移，動環(huán)內(nèi)有密封圈以保證動環(huán)在軸上的密封。機械密封結(jié)構(gòu)

1-本體；2—螺釘；3—襯套；4—螺塞；5—油圈；6—油杯；7—密封圈；8—水夾套；9—油環(huán)；10—填料；11—壓蓋；12—螺母；13—雙頭螺柱填料密封在壓蓋壓力的作用下，使填料在攪拌軸表面產(chǎn)生徑向壓緊力、并形成一層極薄的液膜（由于填料中含有潤滑劑），既達(dá)到密封的目的又起到潤滑的作用。填料密封結(jié)構(gòu)磁力傳動密封1一傳動軸；2一外磁轉(zhuǎn)子；3一隔離套；4一內(nèi)磁轉(zhuǎn)子；5一螺栓；6一墊片；7一滑動軸承；8一攪拌軸；9一釜體內(nèi)、外磁轉(zhuǎn)子上均裝有永久磁鐵，當(dāng)傳動軸帶動外磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于磁力的作用，透過非磁性金屬隔離套使內(nèi)磁轉(zhuǎn)子隨外磁轉(zhuǎn)子而運動，從而帶動攪拌軸的旋轉(zhuǎn)，隔離套與釜體之間通過靜密封相聯(lián)接。減速機輸出軸與設(shè)備內(nèi)攪拌軸無接觸，從根本上取消了攪拌軸的動密封結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)無泄漏

聚乙烯無臭，無毒，手感似蠟，具有優(yōu)良的耐低溫性能(最低使用溫度可達(dá)-70～-100℃)，化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕(不耐具有氧化性質(zhì)的酸)，常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，電絕緣性能優(yōu)良；但聚乙烯對于環(huán)境應(yīng)力(化學(xué)與機械作用)是很敏感的，耐熱老化性差。

子任務(wù)六釜式反應(yīng)器的使用與維護(hù)以聚乙烯為例，乙烯的產(chǎn)量高低是衡量一個國家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志。聚乙烯是結(jié)構(gòu)最簡單的高分子，也是應(yīng)用最廣泛的高分子材料。

它是由重復(fù)的–CH2–單元連接而成的。聚乙烯是通過乙烯（CH2=CH2

）的加成聚合而成的。聚乙烯的性能取決于它的聚合方式：在中等壓力(15-30大氣壓)，有機化合物催化條件下進(jìn)行而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。這種條件下聚合的聚乙烯分子是線性的，且分子鏈很長，分子量高達(dá)幾十萬。如果是在高壓力(100-300MPa)，高溫(190–210°C)，過氧化物催化條件下自由基聚合，生產(chǎn)出的則是低密度聚乙烯(LDPE).1.開車通入氮氣對聚合系統(tǒng)進(jìn)行試漏，氮氣置換。檢查轉(zhuǎn)動設(shè)備的潤滑情況。投運冷卻水、蒸汽、熱水、氮氣、儀表風(fēng)、潤滑油、密封油等系統(tǒng)。投運儀表、電氣、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)往聚合釜中加入溶劑或液態(tài)聚合單體。當(dāng)釜內(nèi)液體淹沒最低一層攪拌葉后，啟動聚合釜攪拌器。繼續(xù)往釜內(nèi)加入溶劑或單體，直到達(dá)正常料位止。升溫使釜溫達(dá)到正常值。在升溫的過程中，當(dāng)溫度達(dá)到某一規(guī)定值時，向釜內(nèi)加入催化劑、單體、溶劑、分子量調(diào)節(jié)劑等，并同時控制聚合溫度、壓力、聚合釜料位等工藝指標(biāo)，使之達(dá)到正常值。（1）聚合溫度的控制①通過夾套冷卻水換熱。②氣相外循環(huán)撤熱。③漿液外循環(huán)撤熱。2.控制（2）壓力控制

聚合溫度恒定時，在聚合單體為氣相時主要通過催化劑的加料量和聚合單體的加料量來控制聚合壓力。

不凝性惰性氣體的含量過高是造成聚合釜壓力超高的原因之一。此時需放火炬，以降低聚合釜的壓力。（3）料位控制

一般聚合釜液位控制在70％左右，通過聚合漿液的出料速率來控制。料位控制過低，聚合產(chǎn)率低；料位控制過高，甚至滿釜，就會造成聚合漿液進(jìn)入換熱器、風(fēng)機等設(shè)備中造成事故。