筆者介紹的設(shè)備是為某科研機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)用搪玻璃反應(yīng)釜，由于實(shí)驗(yàn)需求，該設(shè)備容積僅為200mL。具體工藝流程為：反應(yīng)過(guò)程中液體和氣體同時(shí)加入搪玻璃反應(yīng)釜內(nèi)(氣體參與反應(yīng)），蛇管內(nèi)通入過(guò)熱蒸汽進(jìn)行預(yù)熱，啟動(dòng)攪拌裝置對(duì)物料進(jìn)行充分混合，在釜體外部啟動(dòng)紫外線(xiàn)光源，透過(guò)釜體上設(shè)置的光學(xué)石英玻璃對(duì)反應(yīng)進(jìn)行催化，物料發(fā)生反應(yīng)，生成產(chǎn)品。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程溫度可達(dá)200℃，反應(yīng)平穩(wěn)，期間會(huì)產(chǎn)生少量小顆粒。反應(yīng)完成后，在蛇管內(nèi)通入冷卻水對(duì)物料進(jìn)行冷卻，并通過(guò)泄壓口泄出釜體內(nèi)壓力，通過(guò)增壓口進(jìn)行適當(dāng)增壓，從取樣口取出物料，實(shí)驗(yàn)完成。

1設(shè)計(jì)條件

用戶(hù)提出的設(shè)計(jì)條件為：攪拌器及所有接口均設(shè)置在搪玻璃反應(yīng)釜頂部，以便整體裝拆；石英玻璃設(shè)置在搪玻璃反應(yīng)釜底部，要求透光直徑與搪玻璃反應(yīng)釜內(nèi)直徑盡量接近。搪玻璃反應(yīng)釜的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，主要受壓元件材料均為022Cr17Ni12M02。

2設(shè)計(jì)難點(diǎn)

由于實(shí)驗(yàn)需要外部光源照射催化，搪玻璃反應(yīng)釜底部需設(shè)置石英玻璃以保證其透光的需求，而搪玻璃反應(yīng)釜工作壓力達(dá)lOMPa，屬于高壓容器，在如此高的壓力下，石英玻璃強(qiáng)度能否達(dá)到要求，密封如何實(shí)現(xiàn)，是設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。

為了使物料混合均勻，搪玻璃反應(yīng)釜頂部需設(shè)置攪拌裝置。攪拌裝置運(yùn)轉(zhuǎn)與動(dòng)力的傳遞需借助傳動(dòng)裝置。普通傳動(dòng)裝置通常采用填料密封或機(jī)械密封，這種密封形式屬于動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，常會(huì)發(fā)生跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，更為重要的是，此種密封形式用于高壓密封時(shí)體積較大，而本次設(shè)計(jì)的搪玻璃反應(yīng)釜容積只有200mL，內(nèi)徑僅為50mm，使用常見(jiàn)的攪拌傳動(dòng)裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)安裝，必須采用其他攪拌傳動(dòng)裝置加以解決。

本設(shè)備接口很多，主要有進(jìn)液口、增壓口、取樣口、測(cè)壓口、測(cè)溫口、泄壓口以及盤(pán)管進(jìn)出口等。這些接口都需要同攪拌傳動(dòng)裝置一起設(shè)置在內(nèi)徑50mm的釜體頂部，這為接口的排布增加了難度。同時(shí)，釜體內(nèi)部空間也很為緊張，需設(shè)置盤(pán)管、攪拌裝置、取樣管以及進(jìn)液管等。結(jié)構(gòu)空間的利用和排布需要巧妙構(gòu)思加以解決。

3搪玻璃反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1石英玻璃高壓密封結(jié)構(gòu)

石英玻璃高壓密封問(wèn)題是本搪玻璃反應(yīng)釜設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。該設(shè)備屬于高壓容器，工作壓力高達(dá)lOMPa，這就要求石英玻璃部位除了能夠滿(mǎn)足較大的承壓要求外，還必須有足夠的密封力以保證其密封效果。常用視鏡密封是將密封力施加在玻璃兩個(gè)端面上，由于石英玻璃材料的許用應(yīng)力很低，能夠承受的密封力有限，因此該結(jié)構(gòu)只能用于低壓密封，高壓密封時(shí)必須采取措施保證石英玻璃密封部位能夠承受較大的密封力。通過(guò)多種方案分析、對(duì)比，較終采用如圖1所示的石英玻璃高壓密封結(jié)構(gòu)。

如圖1所示，石英玻璃部位采用了金屬墊片和O形圈兩種密封形式，其中金屬墊片防止徑向泄漏，O形圈防止軸向泄漏。金屬墊片設(shè)置在法蘭密封面上，這種結(jié)構(gòu)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較大的密封力發(fā)生碎裂的可能。同時(shí)，石英玻璃安裝在法蘭蓋上的凹槽內(nèi)，防止擰出螺栓時(shí)石英玻璃掉落，便于拆卸。

3.2磁力傳動(dòng)攪拌裝置

由于用戶(hù)實(shí)驗(yàn)要求，本搪玻璃反應(yīng)釜需設(shè)置攪拌裝置。傳統(tǒng)的機(jī)械密封和填料密封傳動(dòng)攪拌裝置由于高壓密封體積過(guò)大，軸封部易泄漏，不適用于本次設(shè)計(jì)的很小型高壓搪玻璃反應(yīng)釜。經(jīng)過(guò)調(diào)研，采用了一種磁力傳動(dòng)攪拌裝置，該裝置利用磁性材料磁力基本原理，將傳動(dòng)攪拌裝置的動(dòng)力輸入和輸出部分隔開(kāi)，使釜內(nèi)處于全封閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了力矩的無(wú)接觸傳動(dòng)。由于傳動(dòng)的特殊結(jié)構(gòu)，其與搪玻璃反應(yīng)釜的連接可采用密封面靜密封結(jié)構(gòu)，從而使密封體積減小，并實(shí)現(xiàn)零泄漏。

本設(shè)計(jì)使用的磁力傳動(dòng)攪拌裝置由電機(jī)、傳動(dòng)帶、磁力耦合器和攪拌器組成。其中磁力耦合器是磁力傳動(dòng)攪拌裝置的核心機(jī)構(gòu)，它主要包括外磁轉(zhuǎn)子、不導(dǎo)磁的密封簡(jiǎn)體隔離套和內(nèi)磁轉(zhuǎn)子3部分。電機(jī)的輸出軸通過(guò)傳動(dòng)帶與磁力耦合器的外磁轉(zhuǎn)子連接，攪拌器與磁力耦合器的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子連接，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子之間安裝不導(dǎo)磁的密封簡(jiǎn)體隔離套，這樣就形成了一個(gè)封閉的靜密封結(jié)構(gòu)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與傳動(dòng)帶相連的磁力耦合器的外磁轉(zhuǎn)子也做相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。外磁轉(zhuǎn)子磁力線(xiàn)穿透空氣間隙和隔離套同步帶動(dòng)隔離套內(nèi)的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)，繼而同步帶動(dòng)與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子相連接的攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到驅(qū)動(dòng)攪拌裝置的目的，實(shí)現(xiàn)了非接觸力矩傳遞。由于該裝置采用了全封閉式密封結(jié)構(gòu)，密封簡(jiǎn)體隔離套可承受一定的壓力，傳動(dòng)攪拌裝置與搪玻璃反應(yīng)釜的連接可不考慮軸向密封，從而實(shí)現(xiàn)連接面的密封面靜密封，達(dá)到連接處密封體積小、整體無(wú)泄漏的目的。

3.3空間結(jié)構(gòu)布局

本設(shè)備接口眾多，主要有進(jìn)液口、增壓口、取樣口、測(cè)壓口、測(cè)溫口、泄壓口以及盤(pán)管進(jìn)出口等。同時(shí)，釜體內(nèi)部需設(shè)置盤(pán)管、攪拌裝置、取樣管、進(jìn)液管以及測(cè)溫管等。為在有限的空間實(shí)現(xiàn)多種功能、到達(dá)提高空間利用率、合理布局的目的，釜蓋頂部接管口在不影響使用的情況下可首先焊接彎管讓開(kāi)空間，再連接閥門(mén)儀表等。另外，部分接口可設(shè)置在法蘭側(cè)外沿，較大限度利用空間。同時(shí)，為節(jié)省釜體內(nèi)部空間，換熱盤(pán)管采用U形設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)換熱效果良好，降低了制造難度。

解決以上問(wèn)題后較終確定磁力攪拌光催化搪玻璃反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4結(jié)束語(yǔ)

與大型搪玻璃反應(yīng)釜不同，小型搪玻璃反應(yīng)釜在設(shè)計(jì)中應(yīng)從多個(gè)角度合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)和布局。筆者提供的設(shè)計(jì)方法和措施經(jīng)過(guò)運(yùn)用，可使設(shè)備密封可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，使用效果良好，能夠達(dá)到使用安全可靠，設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的目的。