反應(yīng)釜是化工、化纖、石油化工、制藥等生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備之一。它與泵和其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械相比，具有獨(dú)特的使用條件與操作特點(diǎn)，因此，釜用機(jī)械密封雖然與泵用機(jī)械密封作用原理相同，但釜用機(jī)械由于其特殊性而自成體系。
反應(yīng)釜一般由釜體、攪拌器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸封裝置四部分組成。攪拌軸的安裝形式有頂部插入式、底部插入式和側(cè)插入式。因反應(yīng)釜內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)引起壓力、溫度及物料形態(tài)的變化，故反應(yīng)釜的機(jī)械密封的使用工況條件最為惡劣。
1.反應(yīng)釜密封裝置的特點(diǎn)
了解不同類型的反應(yīng)釜的特點(diǎn)，才能掌握設(shè)計(jì)機(jī)械密封的要點(diǎn)。
1.1攪拌軸側(cè)插入式反應(yīng)釜
從潤(rùn)滑角度來(lái)說(shuō)，這類反應(yīng)釜用機(jī)械密封一般不會(huì)出現(xiàn)潤(rùn)滑不良問(wèn)題，釜內(nèi)介質(zhì)的液面必須保持一定的高度。軸從一側(cè)伸出的反應(yīng)釜，軸處于懸臂狀態(tài)，故容易產(chǎn)生振動(dòng)，而機(jī)械密封對(duì)振動(dòng)又比較敏感。若軸從兩側(cè)伸出，軸必須與釜體上的支撐裝置對(duì)中，而滿足這一要求是較困難的，因此軸與釜之間的平衡非常復(fù)雜。在操作溫度變化大的情況下，軸的伸縮量大，過(guò)大的伸縮量若全部由機(jī)械密封來(lái)承受，機(jī)械密封就容易失效。然而這類釜的轉(zhuǎn)速不高，只要采取相應(yīng)的措施，這一問(wèn)題是可以得到解決的。
1.2攪拌軸底部插入式反應(yīng)釜
聚合反應(yīng)釜己逐漸向大容積方向發(fā)展，它的攪拌軸也由頂部插入式向底部插入式轉(zhuǎn)變。底部插入式反應(yīng)釜的特點(diǎn)在于攪拌軸短，軸所受的彎曲應(yīng)力小，所以計(jì)算軸徑小，省工、省料。短軸比長(zhǎng)軸的剛性好，變形小。但密封處于釜的底部，盡管可以確保密封的潤(rùn)滑，然而由于固體雜質(zhì)容易沉積在密封周圍，使摩擦端面產(chǎn)生磨粒磨損，且易造成運(yùn)動(dòng)部件阻塞結(jié)垢。在這種情況下，機(jī)械密封總是受液體的壓力作用，在需要修理或更換密封時(shí)，必須排空釜內(nèi)的物料。當(dāng)物料為高粘度的聚合物時(shí)，完全排空是比較困難的。為此，需要對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，同時(shí)采用特殊的措施，才能期望密封具有良好的工作性能和便于檢修。
1.3攪拌軸頂部插入式反應(yīng)釜
頂部插入式攪拌軸反應(yīng)釜應(yīng)用最為廣泛，其密封所遇到的問(wèn)題與前述不同。
①因密封置于釜的上部，處于氣相空間中(物料滿釜時(shí)才是液相)，則釜用機(jī)械密封所密封的介質(zhì)大部分是氣體而不是液體。這樣，從密封端面的工作條件看，與泵用密封相比，潤(rùn)滑條件差，易處于干摩擦狀態(tài)，造成端面磨損，故需要采用一定的潤(rùn)滑冷卻方法。同時(shí)由于氣體滲漏性強(qiáng)，因此，對(duì)石墨環(huán)等空隙率大的材料，除水壓試驗(yàn)外，還要增加氣密性試驗(yàn)的要求。
②反應(yīng)釜由于工藝條件的變化，壓力、溫度往往不是恒定的，經(jīng)常波動(dòng)。因而設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證當(dāng)壓力波動(dòng)(高壓操作、低壓操作及真空操作)時(shí)也能滿足使用要求。
③頂部插入垂直安裝的攪拌軸，下端帶有攪拌，常處于懸臂狀態(tài)，由于長(zhǎng)徑比大，加工和安裝精度不易保證，易產(chǎn)生較大的撓曲。且運(yùn)行時(shí)，由于攪拌葉不均勻;液面太低或有禍流;進(jìn)料不均，或反應(yīng)沒(méi)控制好;壓力與溫度波動(dòng);壓力、溫度變化致使攪拌軸與釜體的變形;攪拌軸速度突然變化，或降溫導(dǎo)致聚合物粘度升高等因素都會(huì)加劇攪拌軸的振擺。為解決這個(gè)問(wèn)題，為密封提供一個(gè)
相對(duì)無(wú)振擺的工作環(huán)境，使其密封運(yùn)行平穩(wěn)，一般要采用中間軸承及釜底軸承等措施加以限制，盡量減少軸的擺動(dòng)對(duì)密封性能的影響。因此釜用機(jī)械密封對(duì)軸的徑向跳動(dòng)的要求比泵用機(jī)械密封差的多，當(dāng)軸徑}65mm時(shí)，徑向跳動(dòng)<0.5mm;當(dāng)軸徑>65mm時(shí)，徑向跳動(dòng)<1 mm;同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮動(dòng)環(huán)和靜環(huán)有較好的浮動(dòng)性和追隨性。
④釜用機(jī)械密封通常在大直徑、低轉(zhuǎn)速下使用。隨著科研、生產(chǎn)的發(fā)展，反應(yīng)釜裝置趨向于大型化。釜的容積不斷增大，攪拌軸徑己超過(guò)300mm。但攪拌軸的轉(zhuǎn)速通常比較低，一般在200·300r/min以下，最高使用范圍為500r/min。當(dāng)直徑大時(shí)，容易造成密封環(huán)變形，密封端面平直度難以保證等問(wèn)題。當(dāng)直徑大時(shí)，硬質(zhì)密封環(huán)常采用表面復(fù)合材料。
⑤釜用機(jī)械密封由于尺寸大，零件重，更換比較復(fù)雜，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮密封裝拆容易、簡(jiǎn)單化。通常低參數(shù)釜用密封以外裝式安裝為主。對(duì)于高參數(shù)反應(yīng)釜和大型反應(yīng)釜，需逐一將機(jī)械密封部件安裝在釜上，要保證其精度是比較困難的。不少釜用機(jī)械密封的故障是因安裝不良而造成的。此時(shí)常把機(jī)械密封設(shè)計(jì)成組合集裝式，將機(jī)械密封、軸套、冷卻沖洗夾套、壓蓋及法蘭為組合體集裝起來(lái)，并在車間調(diào)試完畢，安裝時(shí)一起裝入釜上，無(wú)須再調(diào)整;維修時(shí)也一并拆卸下來(lái)，將備用密封整體裝上，舊組合體的修理與更換可在維修車間進(jìn)行。這樣，使密封的安裝和維修過(guò)程大大加快，從而避免安裝誤差，減少了生產(chǎn)中的停工損失。