一种超小型磁力搅拌光催化反应釜的设计.pdf

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1、730化工机械2012年一种超小型磁力搅拌光催化反应釜的设计王军宁+何常青(北京航天实验技术研究所)摘要介绍了一种实验用超小型磁力搅拌光催化反应釜。针对其压力高、体积小，需实现加热、搅拌、透光以及取样等多种功能的特点，介绍了一种特殊结构以实现这些功能。关键词反应釜结构设计石英玻璃密封磁力传动搅拌装置中圈分类号rQ052．5文献标识码A文章编号0254-6094(2012)06-0730-03笔者介绍的设备是为某科研机构设计的实验用反应釜，由于实验需求，该设备容积仅为200mL。具体工艺流程为：反应过程中

2、液体和气体同时加入反应釜内(气体参与反应)，蛇管内通入过热蒸汽进行预热，启动搅拌装置对物料进行充分混合，在釜体外部启动紫外线光源，透过釜体上设置的光学石英玻璃对反应进行催化，物料发生反应，生成产品。整个反应过程温度可达200℃，反应平稳，期间会产生少量小颗粒。反应完成后，在蛇管内通入冷却水对物料进行冷却，并通过泄压口泄出釜体内压力，通过增压口进行适当增压，从取样口取出物料，实验完成。1设计条件用户提出的设计条件为：搅拌器及所有接口均设置在反应釜顶部，以便整体装拆；石英玻璃设置在反应釜底部，要求透光直径与

3、反应釜内直径尽量接近。反应釜的主要设计参数见表1，主要受压元件材料均为022Crl7Nil2M02。表1反应釜主要设计参数}王军宁，女，1983年8月生，工程师。北京市，100074。2设计难点由于实验需要外部光源照射催化，反应釜底部需设置石英玻璃以保证其透光的需求，而反应釜工作压力达IOMPa，属于高压容器，在如此高的压力下，石英玻璃强度能否达到要求，密封如何实现，是设计的一个难点。为了使物料混合均匀，反应釜顶部需设置搅拌装置。搅拌装置运转与动力的传递需借助传动装置。普通传动装置通常采用填料密封或机械

4、密封，这种密封形式属于动密封结构，常会发生跑、冒、滴、漏现象，更为重要的是，此种密封形式用于高压密封时体积较大，丽本次设计的反应釜容积只有200mL，内径仅为50ram，使用常见的搅拌传动装置无法实现安装，必须采用其他搅拌传动装置加以解决。本设备接口很多，主要有进液口、增压口、取样口、测压口、测温口、泄压口以及盘管进出口等。这些接口都需要同搅拌传动装置一起设置在内径50ram的釜体顶部，这为接口的排布增加了难度。同时，釜体内部空间也极为紧张，需设置盘管、搅拌装置、取样管以及进液管等。结构空间的利用和排布

5、需要巧妙构思加以解决。3反应釜结构设计3．1石英玻璃高压密封结构石英玻璃高压密封问题是本反应釜设计的关键点之一。该设备属于高压容器，工作压力高达第39卷第6期化I：机械73lIOMPa，这就要求石英玻璃部位除了能够满足较大的承压要求外，还必须有足够的密封力以保证其密封效果。常用视镜密封是将密封力施加在玻璃两个端面上，由于石英玻璃材料的许用应力很低，能够承受的密封力有限，因此该结构只能用于低压密封，高压密封时必须采取措施保证石英玻璃密封部位能够承受较大的密封力。通过多种方案分析、对比，最终采用如图l所示的

6、石英玻璃高压密封结构。图l石英玻璃密封结构I——双头螺柱；2——0形密封圈；3——石英玻璃：4——金属垫片；5——法兰如图1所示，石英玻璃部位采用了金属垫片和0形圈两种密封形式，其中金属垫片防止径向泄漏，0形圈防止轴向泄漏。金属垫片设置在法兰密封面上，这种结构防止了密封力直接施加在石英玻璃上，避免了石英玻璃由于承受较大的密封力发生碎裂的可能。同时，石英玻璃安装在法兰盖上的凹槽内，防止拧出螺栓时石英玻璃掉落，便于拆卸。3．2磁力传动搅拌装置由于用户实验要求，本反应釜需设置搅拌装置。传统的机械密封和填料密封

7、传动搅拌装置由于高压密封体积过大，轴封部易泄漏，不适用于本次设计的超小型高压反应釜。经过调研，采用了一种磁力传动搅拌装置，该装置利用磁性材料磁力基本原理，将传动搅拌装置的动力输入和输出部分隔开，使釜内处于全封闭状态，实现了力矩的无接触传动。由于传动的特殊结构，其与反应釜的连接可采用密封面静密封结构，从而使密封体积减小，并实现零泄漏。本设汁使用的磁力传动搅拌装置由电机、传动带、磁力耦合器和搅拌器组成。其中磁力耦合器是磁力传动搅拌装置的核心机构，它主要包括外磁转子、不导磁的密封筒体隔离套和内磁转子3部分。电

8、机的输出轴通过传动带与磁力耦合器的外磁转子连接，搅拌器与磁力耦合器的内磁转子连接，内、外转子之间安装不导磁的密封筒体隔离套，这样就形成r一个封闭的静密封结构。当电动机带动传动带运转时，与传动带相连的磁力耦合器的外磁转子也做相应的旋转运动。外磁转子磁力线穿透空气间隙和隔离套同步带动隔离套内的内磁转子运转，继而同步带动与内磁转子相连接的搅拌器运转，达到驱动搅拌装置的目的，实现了非接触力矩传递。由于该装置采用了全封闭式密封结构，密封筒体隔离套可承