1.反應(yīng)釜的種類

反應(yīng)釜是反應(yīng)裝置的主體設(shè)備 。 對(duì)反應(yīng)釜有不同命名方法 。 如前所述, 反應(yīng)釜可按生產(chǎn)的產(chǎn)品命名為醇酸樹脂反應(yīng)釜、 氨基樹脂反應(yīng)釜、 乳液反應(yīng)釜等 。 可按所進(jìn)行的反應(yīng),稱為醇解釜、酯化釜、聚合釜等。也可按反應(yīng)溫度的高低,稱為高溫樹脂反應(yīng)釜(150~ 300℃)和低溫樹脂反應(yīng)釜(60~150℃)。有的按反應(yīng)釜加熱的方式,稱為直接火加熱反應(yīng)釜、 電阻遠(yuǎn)紅外加熱反應(yīng)釜、 工頻電感加熱反應(yīng)釜等 。 習(xí)慣上多從制造材質(zhì)上進(jìn)行分類命名,主要有碳鋼反應(yīng)釜、復(fù)合鋼板反應(yīng)釜、不銹鋼反應(yīng)釜和搪玻璃反應(yīng)釜4類。

碳鋼反應(yīng)釜由于易生銹和不耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕, 又有使反應(yīng)產(chǎn)物顏色加深的弊病, 現(xiàn)在已基本不用 。 復(fù)合鋼板反應(yīng)釜所用復(fù)合鋼板是由一層不銹鋼板和一層碳鋼板熱軋而成, 它主要用在采用工頻電感應(yīng)加熱的場(chǎng)合, 與物料接觸的是不銹鋼，碳鋼層主要用于電感應(yīng)加熱。使用不銹鋼反應(yīng)釜和搪玻璃反應(yīng)釜。

(1)不銹鋼反應(yīng)釜 制作反應(yīng)釜的不銹鋼大多是鉻鎳奧氏體型不銹鋼,不能淬火強(qiáng)化·無磁性,塑性、韌性、工藝性能及耐腐蝕性能良好。碳含量不大于 0.03%的超低碳不銹鋼還有很好的抗晶間腐蝕性能 。 含鉬的奧氏體型不銹鋼在有機(jī)酸和某些還原性酸中有更好的耐蝕性 。制作反應(yīng)釜的不銹鋼熱軋鋼板,其主要牌號(hào)為 OCr19Ni9和 OCr18Ni12Mo2,相當(dāng)于進(jìn)口鋼材牌號(hào)304和316。不銹鋼反應(yīng)釜堅(jiān)固耐用, 既可用于制造高溫樹脂反應(yīng)釜, 也可以用于制造低溫樹脂反應(yīng)釜 。 它具有下列特點(diǎn) 。

①不銹鋼的力學(xué)性能好, 只要設(shè)計(jì)合理, 可承受較高的工作壓力, 也可承受加料時(shí)小

塊固體物料的沖擊。

②耐熱性能好,工作溫度范圍廣(-196~600℃)。在較高溫度下不會(huì)氧化起皮,可用于直接火加熱。 .

③具有很好的耐腐蝕性能, 不生銹 。

④ 傳熱效果比搪玻璃反應(yīng)釜好, 升溫和降溫的速度較快。

⑤有良好的加工性能, 可按工藝要求, 制成各種不同形狀和結(jié)構(gòu)的反應(yīng)釜 。 還可以將釜壁打磨拋光,使放料時(shí)不掛料,也便于清洗。不銹鋼反應(yīng)釜的缺點(diǎn)是價(jià)格高, 比搪玻璃反應(yīng)釜要貴很多 。 此外在耐腐蝕性能方面也有局限性,如在接觸鹵族元素(氟、氯、溴等)時(shí)會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕,因此,不銹鋼反應(yīng)釜不能在有鹵族元素介質(zhì)存在的情況下工作 。

(2)搪玻璃反應(yīng)釜 搪玻璃反應(yīng)釜俗稱搪瓷反應(yīng)釜或搪瓷釜,是將含有二氧化硅的玻璃質(zhì)釉涂于低碳鋼制成的容器表面,經(jīng)高溫(約8oo~9oo℃)燒結(jié)而成。形成的搪玻璃襯里耐腐蝕性能好, 能耐一般無機(jī)酸、有機(jī)酸、弱堿液(≤60℃, pH≤12)、有機(jī)溶劑等介質(zhì)的腐蝕,但不耐氫氟酸、高濃度強(qiáng)堿及溫度高于180℃的濃磷酸的腐蝕。此外,搪玻璃襯里硬度高.耐磨,像玻璃一樣光滑,不易黏附物料,容易清洗。

但是, 由于搪玻璃反應(yīng)釜畢竟是用兩種不同物理性能的材料復(fù)合而成, 且玻璃釉質(zhì)脆性大, 因此它在耐壓、 耐溫、 抗機(jī)械沖擊等方面還是有許多不足之處 。

①允許工作壓力有限制 一般釜內(nèi)為 0. 2MPa(軸封為軟填料密封)或 0.39~1MPa (軸封為單端面或雙端面機(jī)械密封) , 夾套為 0. 59MPa。 由于搪玻璃設(shè)備的法蘭密封及軸封的嚴(yán)密程度要比非搪玻璃設(shè)備差 (因燒結(jié)時(shí)變形所致) , 所以它也不宜用于真空度大于80kPa 的工作場(chǎng)合 。

②允許工作溫度有限制 通常只能在200℃以下使用。

③溫度急劇變化時(shí), 瓷釉層可能出現(xiàn)破損 按中國國家標(biāo)準(zhǔn), 搪玻璃設(shè)備的耐溫差急變性數(shù)值是:冷沖擊不大于110℃,熱沖擊不大于120℃。

④瓷釉層很脆,抗機(jī)械沖擊能力很低 要嚴(yán)防重物、工具掉落釜中,在安裝攪拌器時(shí)要防止由于轉(zhuǎn)向不對(duì)而脫扣墜落 。 不許碰撞或錘擊搪玻璃設(shè)備 。

⑤傳熱較慢, 而且導(dǎo)電性差 物料在釜內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)容易造成靜電荷的積聚 。 因此, 必須采取有效的防靜電措施?；谏鲜鋈秉c(diǎn), 搪玻璃反應(yīng)釜主要適用于較低溫度下反應(yīng)的樹脂生產(chǎn), 如氨基樹脂、 乳液, 以及反應(yīng)介質(zhì)呈酸性的情況下。

2. 反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)

( 1 ) 概述

反應(yīng)釜從形式上有敞開式和密閉式之分 。 敞開式反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單·由筒體和筒底(下封頭) 組成, 一般裝有活動(dòng)釜蓋, 傳動(dòng)和攪拌裝置為可移動(dòng)式。在樹脂、漆料生產(chǎn)中,除個(gè)別品種外,現(xiàn)在廣泛使用密閉式反應(yīng)釜。 除特殊注明外, 下面討論的反應(yīng)釜就指密閉式反應(yīng)釜。這兩部分可由多個(gè)不同專業(yè)生產(chǎn)廠分工制造, 然后進(jìn)行組裝, 以達(dá)到優(yōu)質(zhì)、 高效、 降低成本的目的。

反應(yīng)釜的主體由筒體和釜底(下封頭)、釜蓋(上封頭)組成,其傳熱結(jié)構(gòu)是外有夾套、 內(nèi)有蛇管。 利用導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱和冷卻 。 釜蓋上安裝傳動(dòng)裝置和軸封裝置, 它們帶動(dòng)攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)并防止軸封處泄漏。 釜蓋上設(shè)置人孔、 視鏡、加料孔、出氣孔、取樣孔及溫度計(jì)孔等。支座、放料閥及保溫層 。

(2) 筒體與封頭 除了直徑很小時(shí)用無縫鋼管做筒體的情況外, 容器公稱直徑是指筒體的內(nèi)徑。 其數(shù)值多為100mm的整數(shù)倍,可按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取。筒體大多用鋼板卷成圓筒. 再焊接而成。 反應(yīng)釜筒體的高度與內(nèi)徑的比值稱為長(zhǎng)徑比,通常推薦值約為1~1. 3。 它與反應(yīng)釜容積大小及產(chǎn)品品種等因素有關(guān)。 不同的加熱方式, 也對(duì)反應(yīng)釜的長(zhǎng)徑比提出了不同的要求。如用直接火加熱釜底,要求釜底面積大些,則長(zhǎng)徑比要稍小。 如果需要通過筒體部分加熱的, 長(zhǎng)徑比需要大些。

反應(yīng)釜的封頭主要有橢圓形封頭和蝶形封頭兩種 。 碟形封頭是一種帶圓弧折邊的球形封頭。 碟形封頭的深度較橢圓形封頭淺, 如目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的碟形封頭 R, = T, r=0.15T,其曲面高度 h,=0.226T。它的受力情況比橢圓形封頭略差。橢圓形封頭為半個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球面再加上一段直邊 。 由于橢圓曲線的曲率變化是連續(xù)的, 所以受力情況較好。 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭取長(zhǎng)軸與短軸之比為2, 也就是封頭曲面高度等于封頭內(nèi)徑的1/4, 目前國內(nèi)這兩種封頭的直邊高度 fi2依據(jù)封頭直徑選取。封頭直徑 T≤2m, h2取25mm; T>2m, h2取40mm。

不同用途的反應(yīng)釜,釜蓋開孔數(shù)量不同。反應(yīng)釜蓋的開孔配置, 也隨釜蓋直徑的大小及出料方式的不同而有差異。如釜蓋直徑較小,布孔位置不足,可一孔多用。 如在人孔蓋上設(shè)視鏡; 在進(jìn)料孔上設(shè)置一個(gè)水平總管, 供幾種原料管路并聯(lián)連接等 。 若布孔位置富余, 為操作方便, 除人孔外可再設(shè)置手孔 。 對(duì)直接火加熱的反應(yīng)釜,為安全計(jì),都不在釜底開孔接管,出料采用一 個(gè)插底管, 利用真空或氣壓從釜蓋上出料 。 取樣大多用插人液面下的取樣管借助真空取樣, 也有從釜體下部側(cè)壁取樣的 。 因?yàn)闇囟瓤刂铺貏e重要, 一般留兩個(gè)管孔, 可裝兩支不同的溫度計(jì)。

反應(yīng)釜的筒體與釜底 (下封頭) 都是焊接的, 所有內(nèi)部的焊縫都要打磨, 以免掛料 。 筒體與釜蓋(上封頭) 的連接, 常用兩種方式一法蘭連接和焊接 。 法蘭連接的釜蓋可拆開, 便于反應(yīng)釜的檢查、 清洗和檢修, 但其制造成本高, 增加了泄漏的可能性 。 而且若長(zhǎng)期不拆卸, 螺栓、 螺母都銹住了, 拆卸起來很困難。 所以一般只推薦在小容積(≤3m3 ) 的反應(yīng)釜中使用 。

現(xiàn)在不用大法蘭的焊接式反應(yīng)釜使用較普遍。 由于沒有大法蘭, 釜蓋上必須開設(shè)人孔, 以便檢修。 攪詳器如不能通過人孔裝卸, 應(yīng)制成可拆卸式結(jié)構(gòu) 。 人孔應(yīng)是帶回轉(zhuǎn)蓋的快開結(jié)構(gòu), 開啟輕便, 以方便工人操作, 減輕體力勞動(dòng)強(qiáng)度 。

3. 反應(yīng)釜的傳熱結(jié)構(gòu)

反應(yīng)釜中物料在反應(yīng)過程中要吸熱或放熱, 有時(shí)還要反復(fù)進(jìn)行 。 反應(yīng)釜作為傳熱容器, 使外來熱源傳入以加熱物料, 或使物料的熱能用熱載體吸收以冷卻物料 。 依據(jù)熱源不同, 反應(yīng)釜釜體可設(shè)計(jì)成不同形式。

反應(yīng)釜加熱有兩種形式, 即直接加熱和間接加熱。 直接加熱, 如燃料燃燒的直接火加熱、 電阻遠(yuǎn)紅外加熱或工頻電感加熱, 都是直接對(duì)釜底和筒體進(jìn)行加熱 。 間接加熱, 使用氣相或液相熱載體對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行加熱. 如蒸汽加熱和導(dǎo)熱油加熱。 間接加熱的反應(yīng)釜, 就要設(shè)置各種形式的傳熱結(jié)構(gòu) 。 釜體外部的是普通夾套和半管夾套, 釜體內(nèi)部常用蛇管 (盤管) 。 為了增加傳熱面積, 有的釜內(nèi)設(shè)置了傳熱擋板 。 這些傳熱結(jié)構(gòu), 如通人冷卻水等冷卻介質(zhì), 即可用于冷卻 。