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摘要：反应釜是化学工业上常用的设备。磁力驱动搅拌反应釜是将磁力传动技术应用于搅拌反应釜的一-种新型设备，是机械密封和填料密封反应釜的全新替代产品。它可以将传动搅拌装置的动力输出部分和动力输入部分完全隔离开来，从根本.上解决了搅拌轴的动密封结构所存在的泄露问题，使釜内处于全封闭状态，达到搅拌反应过程无泄漏的目的。本文介绍了反应釜的设计，针对轴封采用磁力传动密封的特殊结构，指出了在设计和制造中应注意的问题。
关键词：搅拌釜；磁力传动；结构设计
引 言
丙烯酰胺、甲基磺酸是一种用途极为广泛的精细化工原料，它广泛用于水处理、造纸、纤维、石油开采和涂料等工业领域。AMPS合成实验采用丙烯腈和异丁烯为原料，以100%浓硫酸作催化剂，在搅拌釜中反应后经过滤和干燥而得样品。原反应釜轴封采用机械密封，即使在负压下操作，丙烯腈也泄漏严重，空气中丙烯腈含量高达50×10-6，超过国家有关规定（最大浓度为20×10-6），对人体造成直接危害。此外，设备筒体上的接管中存在的积液由于过热而变质，使实验准确性受到影响；所用搅拌器在实验中不能灵活改变成所需的形式，因此搅拌效果不理想。为了解决上述问题，笔者设计和制造了一台带搅拌的磁力传动反应釜。
一、磁力搅拌反应釜概述
早在20世纪30年代，人们已经对磁力驱动技术在搅拌釜中的应用问题进行了探讨和展望。到了40年代已出现简易的磁力驱动搅拌器，这种简单的搅拌器是用一个玻璃器皿，在其底部的外侧装有永磁元件，器皿底部放有一个磁性金属棒，当外部永磁元件进行旋转时，即可带动金属棒旋转，从而达到了搅拌介质的作用。
20世纪70年代随着磁性材料的发展，国际上对磁力驱动技术的研究引起了重视，80年代初德、日等国家相继报道研制出了小型磁力驱动搅拌反应釜。我国在这方面的研制工作，几乎与这些国家同时起步，而且在磁力驱动技术的研究方面领先于德国，所研制的磁力驱动式泵和搅拌釜在第七届国际稀土永磁材料及应用会议上引起了各国专家的极大关注和好评。
磁力搅拌反应釜主要是由釜体、釜盖、电机减速机、磁力藕合传动器以及防爆装置、加热装置、测温装置等组成，釜盖上开有进出料口、进排气口、放空口、测温口，以及安全防爆口，冷却口等。加热形式有：远红外电加热炉、夹套热油电加热等，通过电机带动外部永久磁体的转动，同时耦合驱动封闭在隔离套内的另-组永久磁体及转子作同步旋转从而间接接触、无摩擦地将外部动力传送到内部转子，釜内的压力是由耐压可靠的隔离套来承受的，隔离套与釜体构成一个封闭密封腔，使釜内介质处于完全封闭的状态，因而可实现静密封、耐高压、无泄漏的目的。
二、反应釜釜体结构设计
2.1磁力搅拌反应釜的总体结构
磁力搅拌反应釜的总体结构，主要由磁力搅拌装置，釜体和附件三部分组成。磁力搅拌装置分为：电机、磁力传动机构、搅拌头。釜体包括：釜体与釜盖的连接装置、盛装液体的釜体；附件包括；压力表接头、热电偶以及一些安全装置，爆破阀等。
（1）筒体；筒体是物料经行化学反应的空间，大多数简体都带有夹套。
（2）传热装置；化学反应总是伴随有吸热和散热的要求，为使反应被控制在最佳条件下进行，往往需要有供热或冷却的装置，常用的有外置式夹套和内置式蛇管。
（3）搅拌装置；为了使反应的各种物料混合均匀，接触良好以利于化学反应的进行。搅拌装置包括传动装置，搅拌轴和搅拌器。由电动机和减速器驱动外壳上的外磁钢转动，外磁钢通过磁力耦合带动带有搅拌轴的内磁钢转动，从而实现搅拌的目的，这种传动机构把机械动密封转化为机械静密封，实现内外转子不接触，实现零泄漏以保证密封。
（4）传动装置；搅拌器的运转与动力的传递需借助传动装置，传递装置主要是传动轴和联轴器。
（5）其他结构；除了.上述几部分主要结构外，为了检修、加料、排料、监控反应的进行等需要，常要装设人、手孔、各种接管和监控仪表。
2.2釜体设计与计算
磁力传动反应釜的结构示意图见图1；重点考虑以下几个方面：a.为了保证釜的有效密封，选用磁力传动器来传递扭矩。b.为了便于接管，将釜盖作成磁力传感器的安装支架，这样接管和安装均方便。c.为了得到好的搅拌效果，选用双层搅拌桨，上层为三叶推进式螺旋桨，下层为四叶后掠式桨，直径均为100mm；此外，上桨可作±25mm的上下移动，以便试验两桨不同间距的搅拌效果。d.釜体设计按照压力容器的常规[1]进行。e.设备支承基础的设计应考虑由于高速运转而引起的振动。
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图1小型磁力传动搅拌釜
1-搅拌器；2-罐体；3-搅拌器4-套简联轴器；5-磁力传动器；6-减速机；7-支架；8-传动轴；9-耳座；10-搅拌轴；11-夹套
2.3轴封的选型与设计
磁力传动密封的主要部件是磁力联轴器，它有两种结构：平面式和套筒式联轴器。本釜选用常用的后者。它的外磁转子装在减速机输出轴上，内磁转子连在传动轴上，内外磁转子之间装有隔离套，这样形成一个全封闭的静密封结构，这种磁力传动减小了搅拌轴的转动摩擦阻力，降低搅拌能耗。当搅拌负荷超载时，内外转子转速有相对滑差，可以保护电机。磁力传动密封在使用过程中存在3个常见的问题：磁钢的冷却、磁钢旋转产生的振动与噪声。为此，对该磁力传动器作了若干方面的特殊设计。
2.4冷却系统设计
内磁钢选取的是磁性材料，它的居里温度为340-400℃达到超过这，个温度内磁钢将产生严重的退磁影响使用性能。其次，由于内磁钢与磁钢轴之，间采用胶接形式连接，胶接在高温下容易失效，本文的设计温度为350℃，而厌氧胶在200℃左右就已经失效；基于上述两种原因设计可靠的冷却装置是必不可少的。本文中冷水套的位置选择在隔离套外，外磁钢套的下部，位置的选择是基于冷却装置功能设计的，冷却装置是隔断釜内搅拌轴把热量传给内磁钢，所以冷却装置安装于内磁钢与搅拌轴之间。
2.5轴承与磁钢
磁力传动组件共用两种轴承。轴承Ⅰ用于支承外磁钢；轴承Ⅱ成对反向安装，用于支承传动轴和搅拌轴，运行中承受搅拌桨的载荷，因此轴承Ⅱ的选型很重要，既要承受径向负荷，又要承受轴向负荷。密封套选用填充聚四氟乙烯制作，设有润滑槽，采用复合氟氯基润滑脂，其滴点温度可达250℃以上。内外磁钢是磁力传动的关键部件，它用永久磁铁按一定的组合镶装在内、外转子上而制成。目前，国内生产的永久磁铁有铁氧体、铝镍钴和稀土钴等。
2.6润滑剂密封件
为了防止润滑剂漏入釜内污染物料，应在传动轴的轴承下方设置密封，并在下密封和底盖之间设置双层套筒式迷宫密封。极少量的残脂存在空腔中，待检修时清除。
三、设备的制造、安装和调试
对于此类磁力传动搅拌釜，在制造和安装调试过程中应注意以下几点：
（1）磁力联轴器在安装过程中，应避免磁转子与其它金属件的剧烈碰撞，以免损伤磁转子而影响其传递力矩。
（2）因隔离套内腔与釜内相通，故隔离套内和物料接触部件材料的耐腐蚀性能应和釜体材料一致。
（3）磁力传动是恒力矩传动，因此，在启动过程中应低负荷启动，不应有过载。
（4）设计、制作及组装时应严格控制内、外磁转子和隔离套的同心度，不允许有接触摩擦。
（5）轴承处润滑油的选择应根据转速及使用温度条件选用。当t≥150℃，应选用耐高温润滑脂。
（6）调试时应测定传动器的振动和噪声，其中振动在10μm以下，噪声应控制在80dB以下。
（7）由于转速较高，釜内搅拌器的形式设计成对称的，加工后要求做静、动平衡实验。
（8）当出现滑脱现象时，应立即停车，避免磁能转变为热能，使磁转子升温而造成退磁和失效。
结束语
小型磁力搅拌釜与大型反应釜不同，需要对其结构进行特殊处理。本釜已经投用一年多，运行正常，能满足工艺要求，从未发生故障。实验中测定振动最大值为6μm，噪声最大值为40dB，均在控制范围之内。现场测定丙烯腈的浓度低于0.1×10-7，有效地改善了劳动环境。在经济上，小型磁力密封与机械密封差别极小，加上它节省了维修费用，提高了经济效益和劳动效率，因此磁力传动搅拌釜是解决小型化工反应釜轴封泄漏问题最好的办法之一。
参考文献：
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