一种真空高效卧式反应器的设计

王春芳 周清岭

（浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023）

0 引言

目前，国内反应器大部分以立式反应釜为主，主要用在液液反应方向，如用在固液反应，缺点是功率大、反应不充分等。现有的犁刀式混合机系列，是针对染料、颜料等物料研制而成的，对于特殊的生产如真空度要求较高，物料流动性差等来说存在一定的缺陷。特别是反应原料流动性比较差，现有混合机中犁刀的形状和犁刀的排列不能充分带动流动差的物料作周向、径向和轴向运动，导致反应物无法充分混合，从而反应物利用率低，产物也相对比较低。飞刀和主轴的密封结构是卧式反应器设计的主要难点，根据物料和反应压力，密封结构必须采用机械密封。卧式反应器机械密封的设计不同于一般的机械密封的设计，该机械密封必须适用生产厂家的特殊物料，特别是主轴两端的机械密封如何保持机械密封端面平衡等的问题。现我们针对反应工艺条件与特殊物料特性，结构上作了一些改进与创新，并取得了良好的反应效果。卧式反应器在不久的将来可代替立式的搅拌反应釜，在医药、化工、轻工、食品等行业有着广阔的应用前景。

1 新型真空高效卧式反应器的优化设计

1.1 主轴和飞刀的密封结构

由于反应过程中容器内真空度要求高，在整个反应过程中，反应压力在-0.1～0.1MPa变化，温度在30℃～90℃之间，夹套内过热水蒸汽压力为0.4MPa。密封结构要求比较严格，用原先的填料和气密封无法满足反应工艺，因此我们设计主轴和飞刀的密封装置为机械密封，提供了一种能在反应过程中保持密封状态稳定、泄漏量小的主轴密封装置，并使它具有结构简单合理、使用稳定可靠，且使用寿命长等特点。该密封装置的主要特点为：

（1）通过在主轴上设置的第一密封和第二密封而使犁刀式反应器能可靠地用于温度为30℃～90℃下、压力为-0.1～0.1MPa的混合反应，而且密封结构中的金属波纹管能对温度变化所引起的轴向位移作出补偿，确保各机械密封端面平行、密封稳定可靠。

（2）第一密封在静环固定座上外伸，且其第一密封端面外露在物料混合反应区中，能借助主轴旋转产生的离心力把物料颗粒甩出、防止装置内部堵塞。

（3）该密封装置的抗振性能好，特别对主轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜等不敏感，且在装置中引入的金属波纹管能使机械密封端面始终保持平行。

1.2.特殊的犁刀结构和新颖的犁刀排布

由于流动性比较差，因此在混合过程中，原混合机的犁刀结构不能达到很好的混合效果，因此我们设计了特殊的犁刀，犁刀的尾部为向外伸并有一定的弧度，从而更好地带动物料的周向和径向的运动。

犁刀排布，相邻两犁刀柄夹角为α，α在30℃～180℃，以半筒体长为中线，两边的犁刀成螺旋安装。此特殊的犁刀排布可使物料在筒体两端和中部之间作来回往复运动，物料轴向运动的幅度更大，更迅速，使反应物充分接触，反应更充分。

1.3 出料球阀的设计

出料阀用特制的球阀，普通的插板阀，外界空气容易进去，普通的碟阀关闭时容易造成物料滞留在阀中，特制的球阀可使物料尽可能少滞留在阀中，出料残留量控制在0.1％以内，能更充分利用反应物。

一般的球阀连接筒体的法兰与球体之间有一段管子连接，物料容易堆积在该管道内，因此筒体在反应过程中，这些物料没有搅动和混合过程，从而导致反应不充分而影响整体产品的质量。我们设计的出料阀去掉法兰和球体之间的管道联接，从而解决了死料的问题，使反应更加充分，出料也更加完全。

2 新型真空高效卧式反应器的结构与工作原理

2.1 结构特征

新型真空高效卧式反应器结构见图1，它主要由传动机构、卧式筒体、主轴、飞刀组、犁刀等部分组成。犁刀轴的转动是由电机（主电机）、皮带、减速机、联轴器带动。卧式筒体带夹套，夹套内通蒸汽，出料阀结构为气动球阀，位于筒体底部，且密封可靠。主轴和飞刀的密封均采用机械密封，密封效果良好。

2.2 工作原理

工作时，机内物料在犁刀的作用下，一方面沿筒体内壁作周向和径向湍动，另一方面物料又沿犁刀两侧面作不规则运动。当这些块状物流经飞刀时，被高速旋转的飞刀强烈抛散，在犁刀和飞刀的复合作用下，使物料不断地挤压、对流、扩散、翻动。夹套内的蒸汽对物料进行加热，从而在较短的时间内使物料达到均匀的混合和反应。同时筒体上的喷头均匀喷洒液体，使得物料能进行较为充分的反应。

3 结论

根据特殊物料反应所要求的化学工艺而研制的真空高效卧式反应器是一种新颖高效混合反应设备，适用于较为复杂工艺中物料的混合－反应－干燥过程，是一种适用性强、用途广泛具备混合、蒸发、反应等多种功能一体化设备。该机具有混合速度快、混合精度高、能耗低、运转平稳、密封操作，安装、使用、维修和操作方便等特点。已经有客户使用，使用本机不仅可提高产品质量，缩短工艺流程，降低生产成本，而且可以改善劳动条件，提高劳动生产率。