釜式反应器主要由釜体、传热装置、搅拌装置、传动装置、轴封装置及各种工艺接管组成。
一、釜体
釜体提供反应所需空间。由壳体和上、下封头组成,其高与直径之比一般在1-3之间。在加压操作时,上、下封头多为半球形或椭球形;而在常压操作时,上、下封头可做成平盖。为了放料方便,下底也可做成锥型。
二、传热装置
传热装置,作用是满足反应所需温度,其种类多种多样。
夹套传热
夹套是指在容器壁外面加上的一个外套。可通过加入热介质如蒸气、热水或热油等来加热容器内(或管道内)物料,也可通入冷却介质如冷却水或其他冷却流体来冷却容器内(或管道内)的物料。
蛇管传热
适用于传热面积大,单靠夹套传热面积不能满足要求的反应釜,或者反应器内衬有橡胶的反应釜。
列管传热
对于大型反应釜,需高速传热时,可在釜内安装列管换热器。其具有换热面积大,传热效果好,结构简单,操作弹性大的优点。
外部循环式传热
当夹套和蛇管传热面积不能满足工艺要求,或者无法在反应器内安装蛇管、夹套,而传热面积不能满足工艺要求时,可以通过泵将反应器内的料液抽出,经外部换热器换热后再循环回反应器中。
回流冷凝式传热
将反应器内产生的蒸汽通过外部冷凝器加以冷凝,冷凝液返回反应器中。
三、搅拌装置
包括搅拌器、搅拌轴等。
搅拌器:推动静止的液料运动,维持搅拌过程所需的流体流动状态,以达到搅拌的目的。搅拌器的种类有很多,下图为常见的搅拌器样式。
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,如锚式、框式和桨式。
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。
四、传动装置
作用是提供搅拌的动力。
反应釜需要电动机和传动装置来驱动,搅拌器传动装置一般安放在釜体的顶部,通常采用立式布置,如图所示。电动机的转速较高,通过减速机可将转速降至工艺要求的搅拌转速,再通过联轴器带动搅拌轴转动。
五、轴封装置
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。
填料箱密封
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。
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
- 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2公斤。
- 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40公斤。
- 在高压或介质挥发性高得情况下会采用磁力密封,一般压力超过14公斤以上。
- 除了磁力密封均采用水降温外,其他密封形式在超过120度以上会增加冷却水套。