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不銹鋼反應(yīng)釜的作用及使用條件
反應(yīng)釜的主要作用是提供反應(yīng)場所,維持條件,化學(xué)反應(yīng)過程按預(yù)定方向進(jìn)行,獲得合格的反應(yīng)產(chǎn)物。幾乎所有的工藝設(shè)備都包含反應(yīng)器,因此如何選擇合適的反應(yīng)器系列,建立良好的操作條件,設(shè)計(jì)合理可靠的不銹鋼反應(yīng)器,滿足工藝行業(yè)日益發(fā)展的需求具有重要意義。
一個(gè)設(shè)計(jì)合理、性能良好的反應(yīng)釜,應(yīng)能滿足如下要求:
1.應(yīng)滿足化學(xué)動(dòng)力學(xué)和傳遞過程的要求,反應(yīng)速度快,選擇性好,轉(zhuǎn)化率高,目的產(chǎn)品多,副產(chǎn)品少;
2.能夠及時(shí)輸入或輸出熱量,保持系統(tǒng)的熱平衡,使反應(yīng)過程在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行;
3.應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性,以滿足反應(yīng)過程中壓力的要求,確保設(shè)備耐用,生產(chǎn)可靠;
4.制造方便,安裝維護(hù)方便,操作調(diào)解靈活,生產(chǎn)周期長。
反應(yīng)釜用機(jī)械密封設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)
由于反應(yīng)釜逐漸向高壓、大直徑方向發(fā)展,與泵機(jī)械密封相比轉(zhuǎn)速較低,在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
1、密封環(huán)材料的選擇
由于反應(yīng)釜大多密封氣體,除了介質(zhì)的腐蝕外,還應(yīng)考慮材料本身沒有泄漏。當(dāng)直徑較大時(shí),應(yīng)使用整體表面復(fù)合材料;當(dāng)壓力較高時(shí),應(yīng)使用機(jī)械強(qiáng)度較高的pv值組對材料。當(dāng)介質(zhì)壓力低于10MPa時(shí),建議使用硬質(zhì)合金或碳化硅與碳石墨材料組對;當(dāng)介質(zhì)壓力大于10MPa時(shí),建議使用硬質(zhì)合金與硬質(zhì)合金、硬質(zhì)合金與銅合金、碳化硅與銅合金組對。摩擦力副材料的選擇除了考慮壓力、周向速度外,還要考慮軸徑、溫度、潤滑、冷卻方式等所有條件。
高壓和大直徑密封,摩擦副端面容易變形,特別是隨著介質(zhì)壓力的增加,啟動(dòng)扭矩有增加的趨勢。故密封環(huán)應(yīng)選用強(qiáng)度高、剛性好的材料。
2、密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,為了保證密封的可靠性,應(yīng)選擇雙端面密封。通常,由于壓差大,大氣端密封設(shè)計(jì)為平衡型;介質(zhì)端密封,由于密封室內(nèi)密封流體的作用,密封端面兩側(cè)壓差小,可設(shè)計(jì)為非平衡型;但考慮到水壺內(nèi)介質(zhì)壓力或密封室內(nèi)密封液壓力不穩(wěn)定導(dǎo)致壓力波動(dòng),也應(yīng)設(shè)計(jì)為平衡型。在一些引進(jìn)裝置中,低壓工況密封也采用平衡型。這樣可以減少端面摩擦熱,防止端面液膜蒸發(fā),從而延長使用壽命。當(dāng)釜內(nèi)壓力超過10MPa時(shí),建議采用多級機(jī)械密封裝置。
3、幾何尺寸的確定
在高壓反應(yīng)釜的機(jī)械密封設(shè)計(jì)中,應(yīng)充分考慮密封環(huán)的形狀和支撐方法。由于壓力作用所產(chǎn)生的彎曲,以及對于斷面回轉(zhuǎn)中心的偏心力作用所產(chǎn)生的力矩都會(huì)給密封特性造成很大的影響。靜止環(huán)由于受釜口法蘭尺寸的限制,徑向空間一般都不會(huì)太大。因此,應(yīng)充分考慮環(huán)的形狀、支撐方法、密封圈的位置等,使其耐壓、變形小。為避免壓力、熱應(yīng)力變形和不平衡引起的變形,形狀應(yīng)盡可能對稱簡單。支撐方法也適合背面接觸。端面凸臺(tái)連接處的圓角R要特別注意。如有可能,R應(yīng)盡可能大,其他倒角也應(yīng)取適當(dāng)值,使其無銳角;摩擦面寬度與軸徑不同,強(qiáng)度應(yīng)有系數(shù)。
由于攪拌軸振動(dòng)大,懸臂支撐轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)大,靜止環(huán)與軸之間的間隙應(yīng)大。
4、彈簧比壓和端面比壓的計(jì)算
應(yīng)綜合考慮機(jī)械密封的彈簧比壓和端面比壓。當(dāng)計(jì)算端面比壓時(shí),補(bǔ)償環(huán)的重量不容忽視。
5、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
對傳動(dòng)機(jī)構(gòu)而言,當(dāng)壓力或直徑較大時(shí),應(yīng)采用強(qiáng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。如果用普通螺釘和銷來傳動(dòng),由于扭矩的作用,可能會(huì)損壞。故應(yīng)采用鍵傳動(dòng)等可靠的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
6、密封的潤滑與冷卻
由于端面摩擦、磨損、加熱等因素會(huì)影響機(jī)械密封的使用壽命,應(yīng)使用潤滑冷卻效果好、與密封介質(zhì)兼容的潤滑油。高壓、大直徑釜用機(jī)械密封尤其要重視對密封的潤滑及冷卻。潤滑劑的主要作用是:減少磨損,降低溫度,防止腐蝕,阻尼振動(dòng),形成液膜等。目前使用的攪拌反應(yīng)釜多為立式,攪拌軸插入頂部,密封安裝在釜上,釜內(nèi)頂部多為氣相。因此,不能期望用釜內(nèi)液體潤滑。
單端面機(jī)械密封時(shí),應(yīng)在密封外側(cè)設(shè)置儲(chǔ)油腔,油面應(yīng)高于密封端面10~20mm,并定期檢查補(bǔ)充。
采用雙端面機(jī)械密封時(shí),由于兩端面之間均為密封液,因此可用密封液的機(jī)械密封來潤滑、冷卻??紤]到保持機(jī)械密封的摩擦面的潤滑和氣密性,密封液好利用的潤滑油。為保證釜內(nèi)物料不受潤滑油泄漏的影響,盡量在機(jī)械密封的下部設(shè)置一個(gè)受油器,防止?jié)櫥托孤┑礁獌?nèi)物料中。當(dāng)然,盡量使用液體作為潤滑劑,液體流入也不污染物料的液體。故潤滑油的選用原則為:
①不含顆粒,長期耐氧化且穩(wěn)定性好;
②容易脫氣,不易沉淀變質(zhì),潤滑性好;
③防腐蝕性好。此外,油的粘度應(yīng)根據(jù)使用壓力、釜內(nèi)溫度和循環(huán)方式來選擇。例如,在低溫低壓條件下,使用高粘度潤滑油不利于摩擦滑動(dòng)表面油膜的形成,容易造成早期磨損。相反,在高溫高壓下,如果使用低粘度潤滑油,由于油膜強(qiáng)度低,潤滑不良。