2.2 密封结构

1机械密封

反应釜搅拌轴一般为单支承悬臂轴,轴上带有搅拌器。旋转时由于物料阻力大,轴在低速重载下旋转产生的摆动很大,这样严重影响了机械密封的性能。特别是当反应釜工作压力大于2.5MPa时,釜用机械密封在设计制造上存在较大难度。

高宝林等[6] 设计了一个新结构中压反应釜用机械密封，该结构机械密封如图2，件8为焊接金属波纹管,波纹管座(件10)、静环座(件7)和波纹管组焊成一个整体,定位环(件1)将波纹管组件紧定在法兰(件12)上,推环(件2)与静环座螺纹联接成一体,可以随静环座一起做轴向运动,防扭螺钉(件3)防止波纹管发生扭转,小弹簧(件8)补偿了波纹管的弹力不足。定位螺母(件4)防止了动环紧定螺杆(件5)在轴上打滑。该结构焊接金属波纹管承受内压,冷却水套(件9)内可通自来水,对摩擦副进行冷却。动环紧定螺钉(件4)将动环组件紧定在轴上随轴一起旋转。紧定螺钉只起传动作用,不起轴向定位作用。

图5  新机械密封结构

该结构机械密封克服了传统双端面机械密封在高压反应釜上使用的缺陷,简化了结构、降低了成本,在实际使用中更加可靠。该结构的提出为解决高压反应釜的密封问题提供了可靠的途径。

2 磁流体密封

磁流体也称铁磁流体。它是由载体液、导磁粒子和活化剂混合而成的磁性流体。反应釜密封主要是对反应釜搅拌轴的密封。搅拌轴下端伸入釜内部分悬臂很长,工作时摆动很大,无论是采用轴向密封还是端面密封,都常引起静环O型圈被挤坏;传动销被扭弯或扭断;动环由于卡死失去浮动性等密封失效事故。反应釜内常常是一些有毒或有害的化学气液体,溢出到大气中将污染环境和损害人体健康。磁流体密封由于其很好的气、液密封性能及工作时的非接触性,在化工反应釜中的应用具有一定的优势[7]。

磁流体机械密封的特点是:

(1)能实现真空的封闭密封,几乎无泄漏,密封效果好;

(2)适用于气、液体的防漏密封,特别是灰尘和湿气的排除密封;

(3)结构简单、制造容易、成本低、可靠性好;

(4)应性适高,可用于传输速度小于20m/s的旋转轴密封运动,输出扭矩范围广,因为转轴直接带动启闭件,比非接触密封中的磁传动密封技术要好得多。磁传动密封是利用磁耦合力间接带动启闭件,由于磁耦合力的局限,限制了输出扭矩的范围;

(5)密封压差受限制,不适合于内外压差较大的密封,不适合直线移动的机械密封。

2.3 CFD模拟

计算机流体动力学（Computational FluidDynamics，CFD) 是流体力学研究领域的一种先进手段，通过模拟机械设备内部的流场来研究结构对其性能的影响。对局部流动和混合信息的了解不仅有助于改善整个过程的生产率，减少副产物，还能够指导反应器的设计，使其效益更高。

1 固液搅拌罐的模拟

Divyamaan Wadnerkar等[8]对于固液搅拌罐进行CFD模拟。得出了叶轮中发现最大湍动能区。湍流抑制在固体浓度的增加这一效应在该区最为显著。对于在低负荷搅拌槽，低叶轮实现均匀性速度充足。然而，高叶轮速度需要高固体装载系统，由于能量耗散显着由于粒子数量多，粒子频率高，粒子壁和粒子叶片碰撞。

2 搅拌反应罐内部流场的模拟

王小占等[9]利用 CFD 计算流体力学软件 FLUENT 对不同半径以及不同结构的搅拌架和在不同搅拌转速下的搅拌反应罐内部流场进行详细分析，获得搅拌效果与搅拌架半径以及搅拌转速之间的关系：

1) 随着搅拌架半径增大，流场在罐内的分布越来越好，而且相同区域的流动速度也明显增大