1、第第4 4章章 设备工艺设计设备工艺设计本阶段工作通常在工艺流程设计、物料衡本阶段工作通常在工艺流程设计、物料衡算及热量衡算工作完成的基础上进行。但有算及热量衡算工作完成的基础上进行。但有时需和物料衡算及热量衡算联合计算。时需和物料衡算及热量衡算联合计算。设备的工艺设计包括定型设备（标准设备）设备的工艺设计包括定型设备（标准设备）和非定型设备（非标准设备）两大类。定型和非定型设备（非标准设备）两大类。定型设备通过选型计算确定规格、型号，非定型设备通过选型计算确定规格、型号，非定型设备则通过设计与计算，确定设备的结构及设备则通过设计与计算，确定设备的结构及工艺尺寸。工艺尺寸。第1页，共67页。4
2、.14.1定型设备选用定型设备选用 n定型设备最多的是流体动力过程、冷冻操定型设备最多的是流体动力过程、冷冻操作和机械操作中的设备，其他单元过程亦作和机械操作中的设备，其他单元过程亦有可供选用，如不锈钢反应罐、搪玻璃反有可供选用，如不锈钢反应罐、搪玻璃反应罐及贮罐、冷凝器、离心机等都广泛用应罐及贮罐、冷凝器、离心机等都广泛用于复合材料产品的生产中。于复合材料产品的生产中。n在选择时，必须充分考虑工艺上的要求和在选择时，必须充分考虑工艺上的要求和各种定型设备的规格、性能、技术特性与各种定型设备的规格、性能、技术特性与使用条件的适应。在选择设备时一般先确使用条件的适应。在选择设备时一般先确定设备的
3、类型，然后确定其规格。定设备的类型，然后确定其规格。第2页，共67页。物料输送泵物料输送泵 （1 1）选择泵型泵型的选择一般从以下几方面考虑：）选择泵型泵型的选择一般从以下几方面考虑：物料状态（如含固量、含气量、压力及温度等）；物物料状态（如含固量、含气量、压力及温度等）；物料性质（如腐蚀性、毒性、易燃易爆等）泵的安装位料性质（如腐蚀性、毒性、易燃易爆等）泵的安装位置情况（包括环境温度、海拔高度、装置平立面、布置情况（包括环境温度、海拔高度、装置平立面、布置要求等）。置要求等）。（2 2）确定流量和扬程流量按最大流量或正常）确定流量和扬程流量按最大流量或正常流量的流量的1.11.11.21.2
4、倍计算，所需扬程（或压差）按泵倍计算，所需扬程（或压差）按泵的布置情况利用柏努利方程求出，再根据工艺过的布置情况利用柏努利方程求出，再根据工艺过程情况采用程情况采用1.051.051.11.1的安全系数。的安全系数。（3 3）选择泵的型号根据流量和扬程按选定的泵型）选择泵的型号根据流量和扬程按选定的泵型从样本手册和说明书确定具体型号，并列出该泵的技从样本手册和说明书确定具体型号，并列出该泵的技术特性数据和安装尺寸以便定货及车间布置设计后序术特性数据和安装尺寸以便定货及车间布置设计后序工作。工作。第3页，共67页。真空泵选择真空泵选择 （1 1）按真空泵的特性和系统的特性要）按真空泵的特性和系统
5、的特性要求及有关环境选定合适的泵型，真空泵求及有关环境选定合适的泵型，真空泵的特性见表的特性见表4-14-1。（2 2）估算被抽真空系统空气泄露量。）估算被抽真空系统空气泄露量。（3 3）按系统泄露量，由产品样本或有）按系统泄露量，由产品样本或有关设计手册选定真空泵的具体型号，并关设计手册选定真空泵的具体型号，并列出技术特性数据和安装尺寸，以便定列出技术特性数据和安装尺寸，以便定货及后序设计工作。货及后序设计工作。第4页，共67页。表表4-4-常用真空泵的特性常用真空泵的特性 真空泵类真空泵类型型特性特性活塞泵活塞泵抽气量大，适于真空度较高、含水蒸汽少的场合。抽气量大，适于真空度较高、含水蒸汽
6、少的场合。水环泵水环泵抽气量小，极限真空度较低，适合于排水蒸汽的场合。抽气量小，极限真空度较低，适合于排水蒸汽的场合。旋片泵旋片泵抽气量小，极限真空度高，适合于水蒸汽少的场合。抽气量小，极限真空度高，适合于水蒸汽少的场合。水喷射泵水喷射泵 抽气量一般，极限真空度较低。结构简单，无运动部件，抽气量一般，极限真空度较低。结构简单，无运动部件，安装、操作、管理都方便。广泛用于真空要求不高、有安装、操作、管理都方便。广泛用于真空要求不高、有水蒸气或腐蚀气体及毒性气体存在的场合。水蒸气或腐蚀气体及毒性气体存在的场合。蒸气喷射蒸气喷射泵泵抽气量大，结构简单，无运动部件，不需电动力，由一抽气量大，结构简单，
7、无运动部件，不需电动力，由一级到多级可适合各种场合，缺点是消耗水蒸气和水量大。级到多级可适合各种场合，缺点是消耗水蒸气和水量大。第5页，共67页。4.24.2非定型设备设计非定型设备设计（一）管壳式换热器（一）管壳式换热器（二）塔设备（二）塔设备（三）搅拌反应釜装置（三）搅拌反应釜装置 （四）加热设备（四）加热设备第6页，共67页。搅拌反应釜装置搅拌反应釜装置 复合材料中所用树脂生产的核心装置是搅复合材料中所用树脂生产的核心装置是搅拌反应釜。间歇式生产工艺的反应装置包拌反应釜。间歇式生产工艺的反应装置包括配有搅拌器的反应釜和相应的加料、冷括配有搅拌器的反应釜和相应的加料、冷凝回流装置等，根据生
8、产品种不同，在装凝回流装置等，根据生产品种不同，在装置形式和包含内容上略有差别。下图为溶置形式和包含内容上略有差别。下图为溶剂法醇酸树脂的反应装置。剂法醇酸树脂的反应装置。第7页，共67页。溶剂法醇酸树脂装置示意图溶剂法醇酸树脂装置示意图反应釜；冷凝器；分水器；高位槽；温度计；反应釜；冷凝器；分水器；高位槽；温度计；视镜；回流管；排水阀视镜；回流管；排水阀第8页，共67页。反应釜的种类反应釜的种类 反应釜是反应装置的主体设备。对反应釜有不同的分类反应釜是反应装置的主体设备。对反应釜有不同的分类命名方法。如前所述，反应釜按生产产品不同，可命名命名方法。如前所述，反应釜按生产产品不同，可命名为醇酸
9、树脂反应釜、不饱和聚酯树脂反应釜、乳液反应为醇酸树脂反应釜、不饱和聚酯树脂反应釜、乳液反应釜等。可按所进行的反应，称为醇解釜、酯化釜、聚合釜等。可按所进行的反应，称为醇解釜、酯化釜、聚合釜等。也可按反应温度的高低，称为高温树脂反应釜釜等。也可按反应温度的高低，称为高温树脂反应釜（150300150300）和低温树脂反应釜（）和低温树脂反应釜（6015060150）。有）。有的按反应釜加热的方式，称为直接火加热反应釜、电的按反应釜加热的方式，称为直接火加热反应釜、电阻远红外加热反应釜、工频电感加热反应釜等。阻远红外加热反应釜、工频电感加热反应釜等。习惯习惯上多从制造材质上进行分类命名，主要有碳钢
10、反应上多从制造材质上进行分类命名，主要有碳钢反应釜、复合钢板反应釜、不锈钢反应釜和搪玻璃反应釜、复合钢板反应釜、不锈钢反应釜和搪玻璃反应釜等类釜等类。第9页，共67页。碳钢反应釜碳钢反应釜碳钢反应釜由于易生锈和不耐化学介质腐碳钢反应釜由于易生锈和不耐化学介质腐蚀，又有使反应物颜色加深的弊病，现在蚀，又有使反应物颜色加深的弊病，现在基本上已很少使用。复合钢板反应釜所用基本上已很少使用。复合钢板反应釜所用复合钢板是由一层不锈钢板热扎而成，它复合钢板是由一层不锈钢板热扎而成，它主要用在采用工频电感应加热的场合，与主要用在采用工频电感应加热的场合，与物料接触的是不锈钢，碳钢层主要用于电物料接触的是不锈
11、钢，碳钢层主要用于电感应加热。感应加热。现在使用最广的是不锈钢反应釜和搪玻璃现在使用最广的是不锈钢反应釜和搪玻璃反应釜。反应釜。第10页，共67页。不锈钢反应釜不锈钢反应釜 不锈钢反应釜具有以下特点不锈钢反应釜具有以下特点:不锈钢材质具有优良的机械性能，反应釜设计得当，可承受较高的不锈钢材质具有优良的机械性能，反应釜设计得当，可承受较高的工作压力，也可承受块状固体物料加料时的冲击。工作压力，也可承受块状固体物料加料时的冲击。耐热性能好，工作温度范围很广（耐热性能好，工作温度范围很广（）,在较高在较高温度下不会氧化起皮，可用于直接火加热。温度下不会氧化起皮，可用于直接火加热。具有高的腐蚀性能，无
12、生锈现象。具有高的腐蚀性能，无生锈现象。传热效果比搪玻璃反应釜好，升温和降温速度较快。传热效果比搪玻璃反应釜好，升温和降温速度较快。有优良的加工性能，可按工艺要求，制成各种不同形状和结构的反应釜，有优良的加工性能，可按工艺要求，制成各种不同形状和结构的反应釜，还可以打磨抛光。但是用不锈钢材制造的造价较高，比搪玻璃反应釜要还可以打磨抛光。但是用不锈钢材制造的造价较高，比搪玻璃反应釜要贵好几倍。贵好几倍。接触卤族元素（氟、氯、溴等）时会产生晶间腐蚀，因此，不锈钢反接触卤族元素（氟、氯、溴等）时会产生晶间腐蚀，因此，不锈钢反应釜不能在有卤族元素介质存在的情况下工作。应釜不能在有卤族元素介质存在的情况
13、下工作。第11页，共67页。搪玻璃反应釜搪玻璃反应釜 搪玻璃反应釜又称搪瓷反应釜，是将含有二氧化搪玻璃反应釜又称搪瓷反应釜，是将含有二氧化硅的玻璃质釉涂于低碳钢制成的容器表面，经高硅的玻璃质釉涂于低碳钢制成的容器表面，经高温烧结而成。形成的搪玻璃衬里耐腐蚀性能好，温烧结而成。形成的搪玻璃衬里耐腐蚀性能好，能耐一般无机酸、有机酸、弱碱液（能耐一般无机酸、有机酸、弱碱液（tt，p p）、有机溶剂等介质的腐蚀，但不耐氢氟酸、）、有机溶剂等介质的腐蚀，但不耐氢氟酸、强碱及温度高于强碱及温度高于的浓磷酸的腐蚀。此外，搪的浓磷酸的腐蚀。此外，搪玻璃衬里表面光滑，物料粘附少，容易清洗。因此，玻璃衬里表面光滑
14、，物料粘附少，容易清洗。因此，搪玻璃反应釜可以用作树脂生产的反应釜。搪玻璃反应釜可以用作树脂生产的反应釜。但它毕竟是用两种不同物理性能的材料复合而成，而但它毕竟是用两种不同物理性能的材料复合而成，而且玻璃釉质脆性大，因此它在耐压、耐温、抗机械冲且玻璃釉质脆性大，因此它在耐压、耐温、抗机械冲击等方面还是有许多不足之处。击等方面还是有许多不足之处。第12页，共67页。允许工作压力有限制。一般釜内为允许工作压力有限制。一般釜内为.a a，夹套内，夹套内为为.a a。由于搪玻璃设备的法兰密封及轴封的严密程。由于搪玻璃设备的法兰密封及轴封的严密程度要比非搪玻璃设备差（烧结时变形所致），所以它不宜用度要比
15、非搪玻璃设备差（烧结时变形所致），所以它不宜用于真空度大于于真空度大于k ka a的工作场合。的工作场合。允许工作温度有限制。一般只能在允许工作温度有限制。一般只能在以下使用。以下使用。温度急剧变化时，瓷釉容易出现破损。温度急剧变化时，瓷釉容易出现破损。搪玻璃层脆，抗机械冲击能力很低。搪玻璃层脆，抗机械冲击能力很低。传热较慢，而且导电性差。由于导电性差，物料在釜内运动传热较慢，而且导电性差。由于导电性差，物料在釜内运动时容易产生静电荷的积聚。因此，必须采取防静电措施。时容易产生静电荷的积聚。因此，必须采取防静电措施。由于以上原因，搪玻璃反应釜主要适用于较低温度下反应的树脂生由于以上原因，搪玻璃
16、反应釜主要适用于较低温度下反应的树脂生产，如用作生产不饱和聚酯树脂稀释釜、乳液等的反应釜。产，如用作生产不饱和聚酯树脂稀释釜、乳液等的反应釜。反应釜从形式上有敞开式和密封式之分。在树脂生产中，除反应釜从形式上有敞开式和密封式之分。在树脂生产中，除个别品种外，现在广泛使用密封式反应釜。个别品种外，现在广泛使用密封式反应釜。第13页，共67页。反应釜的结构反应釜的结构 间歇式反应釜通常为圆筒形立式反应器，同时作间歇式反应釜通常为圆筒形立式反应器，同时作为传热容器，一般由容器、釜内和釜外传热装置、为传热容器，一般由容器、釜内和釜外传热装置、搅拌装置和相应的传动、密封装置以及其他附件搅拌装置和相应的传
17、动、密封装置以及其他附件组成。它根据釜体的结构、传热装置和搅拌器形组成。它根据釜体的结构、传热装置和搅拌器形式而有多种不同型式。式而有多种不同型式。敞开式反应釜结构比较简单，由筒体和筒底（下敞开式反应釜结构比较简单，由筒体和筒底（下封头）组成，一般装有活动釜盖，传动和搅拌装封头）组成，一般装有活动釜盖，传动和搅拌装置为可移动式。密封式反应釜由釜盖（上封头）、置为可移动式。密封式反应釜由釜盖（上封头）、筒体与筒底组成。在釜盖上安装传动和密封装置，筒体与筒底组成。在釜盖上安装传动和密封装置，以连接搅拌装置，并设置人孔、视镜、温度计孔、以连接搅拌装置，并设置人孔、视镜、温度计孔、取样装置及各种接管、
18、阀门等。根据生产品种和取样装置及各种接管、阀门等。根据生产品种和加热方式装配不同的釜内和釜外传热装置，在筒加热方式装配不同的釜内和釜外传热装置，在筒底大多有出料阀。图底大多有出料阀。图2 2为生产醇酸树脂的密封式反应釜为生产醇酸树脂的密封式反应釜结构示意图。结构示意图。第14页，共67页。图图2 2 醇酸树脂反应釜（热载体加热）醇酸树脂反应釜（热载体加热）减速机（带电机）；机架；填料箱；上封头；打沫翅；夹套；减速机（带电机）；机架；填料箱；上封头；打沫翅；夹套；搅拌轴；蛇管；搅拌器；筒体；下封头搅拌轴；蛇管；搅拌器；筒体；下封头第15页，共67页。不同用途的反应釜开孔数量不同，例如醇酸树脂釜盖
19、开孔至不同用途的反应釜开孔数量不同，例如醇酸树脂釜盖开孔至少有少有1010个，图个，图3 3为釜盖开孔示意图。为釜盖开孔示意图。图图3 3 反应釜釜盖开孔示意图反应釜釜盖开孔示意图人孔；惰性气体通入口；回流液入口；温度计；投光孔；人孔；惰性气体通入口；回流液入口；温度计；投光孔；视镜；排空或安全阀接口；搅拌轴（轴封）；蒸汽出口；视镜；排空或安全阀接口；搅拌轴（轴封）；蒸汽出口；取样孔；加料口取样孔；加料口第16页，共67页。反应釜釜盖的开孔配置，也随釜盖直径的反应釜釜盖的开孔配置，也随釜盖直径的大小、出料方式的不同而略有差异。如釜大小、出料方式的不同而略有差异。如釜盖直径较小，布孔布置不足，有
20、的可一孔盖直径较小，布孔布置不足，有的可一孔多用，如在人孔盖上设视镜；在一个进料多用，如在人孔盖上设视镜；在一个进料口上设置一个水平总管，供几种原料管路口上设置一个水平总管，供几种原料管路并联连接；若布孔位置富余，为了减少打并联连接；若布孔位置富余，为了减少打开人孔的次数并减轻劳动强度，有的反应开人孔的次数并减轻劳动强度，有的反应釜另外开设手孔；直接火加热的反应釜，釜另外开设手孔；直接火加热的反应釜，从安全角度考虑，都不在釜底接管，出料从安全角度考虑，都不在釜底接管，出料采用一个插底管，大多利用抽真空的方法采用一个插底管，大多利用抽真空的方法从釜盖上出料；取样则大多利用插入液面从釜盖上出料；取
21、样则大多利用插入液面下的取样管用真空取样，也有从釜体下部下的取样管用真空取样，也有从釜体下部侧面取样的。侧面取样的。第17页，共67页。反应釜的壁厚，随反应釜的容积增大而增加，如釜径反应釜的壁厚，随反应釜的容积增大而增加，如釜径1m1m以下的不锈钢的筒体壁厚为以下的不锈钢的筒体壁厚为3-4mm3-4mm；釜径；釜径2m2m以上以上时，则最低壁厚为时，则最低壁厚为8-10mm8-10mm。具体尺寸依据反应釜操作。具体尺寸依据反应釜操作情况而定。釜底厚度一般要比筒体为大。例如情况而定。釜底厚度一般要比筒体为大。例如12m12m3 3以以热载体加热的醇树脂反应釜的釜底厚度为热载体加热的醇树脂反应釜的
22、釜底厚度为20mm20mm，筒，筒体厚度为体厚度为16mm16mm。反应釜筒体的长径比（反应釜筒体的长径比（H/DH/D）通常在）通常在11.311.3之间，依据之间，依据反应釜容积的大小而有变化。如一般树脂反应釜容积在反应釜容积的大小而有变化。如一般树脂反应釜容积在12m12m3 3以下时，长径比通常在以下时，长径比通常在1.11.1左右左右,若容积增大至若容积增大至20m20m3 3以上，由于需要的传热面积增大，因而长径比通常以上，由于需要的传热面积增大，因而长径比通常要增大要增大1.21.31.21.3倍。此外，根据生产品种不同，反应倍。此外，根据生产品种不同，反应釜的长径比也有差别。釜
23、的长径比也有差别。一般不锈钢反应釜的釜盖和釜底多采用标准的椭一般不锈钢反应釜的釜盖和釜底多采用标准的椭圆形封头，如图圆形封头，如图4 4所示。所示。第18页，共67页。图图4 4 椭圆形封头椭圆形封头T T封头内径；封头内径；h h直边高度；直边高度；h h曲面高度；厚度曲面高度；厚度第19页，共67页。反应釜的传热装置反应釜的传热装置 反应釜中物料在反应过程中要吸热或放热，有时反应釜中物料在反应过程中要吸热或放热，有时还要反复进行。反应釜作为传热容器，使外来热还要反复进行。反应釜作为传热容器，使外来热源传入物料以加热物料，或使物料的热能用热载源传入物料以加热物料，或使物料的热能用热载体吸收以
24、冷却物料。依据热源不同反应釜釜体可体吸收以冷却物料。依据热源不同反应釜釜体可设计成不同形式。设计成不同形式。为反应釜物料提供热源有两种形式，即直接加热和为反应釜物料提供热源有两种形式，即直接加热和间接加热。如用燃料燃烧的直接火焰、电阻或电感间接加热。如用燃料燃烧的直接火焰、电阻或电感应等直接加热发方式对反应釜加热时，反应釜釜体应等直接加热发方式对反应釜加热时，反应釜釜体多为单层圆筒形容器，由金属板材制成。用气相或多为单层圆筒形容器，由金属板材制成。用气相或液相热载体对反应釜间接加热，釜体就有各种型式液相热载体对反应釜间接加热，釜体就有各种型式的传热装置。釜体外部最常用的是平滑夹套和螺旋的传热装
25、置。釜体外部最常用的是平滑夹套和螺旋盘管夹套；釜体内部常用浸入式热交换盘管（蛇盘管夹套；釜体内部常用浸入式热交换盘管（蛇管）。为了增加传热面积，有的釜内设置了传热挡管）。为了增加传热面积，有的釜内设置了传热挡板。板。第20页，共67页。平滑夹套平滑夹套 在筒体和筒底底装设平滑的夹套是间接方式最通用的传热在筒体和筒底底装设平滑的夹套是间接方式最通用的传热设施，也叫整体夹套或简称为夹套，适用于液态或气态的设施，也叫整体夹套或简称为夹套，适用于液态或气态的各种热载体加热反应釜中物料。各种热载体加热反应釜中物料。通常，平滑夹套设计的高度为筒体高的通常，平滑夹套设计的高度为筒体高的0.650.65倍左右
26、，相倍左右，相当于反应釜的装料系数的下限。容积当于反应釜的装料系数的下限。容积mm3 3以下的反应釜，以下的反应釜，夹套的宽度一般在夹套的宽度一般在mmmm左右；左右；mm3 3以上反应釜，约为以上反应釜，约为mmmm；mm3 3反应釜夹套约宽反应釜夹套约宽mmmm。在夹套内通入气态或液态热载体，筒体承受外来压力，在夹套内通入气态或液态热载体，筒体承受外来压力，带夹套的筒体要按外压容器考虑，厚度要经过计算。带夹套的筒体要按外压容器考虑，厚度要经过计算。在操作中要注意控制夹套内的压力不超过设计规定值，在操作中要注意控制夹套内的压力不超过设计规定值，否则筒体可能被压瘪。否则筒体可能被压瘪。第21页
27、，共67页。n 原则上釜内装料高度应超过夹套高度，以避免形原则上釜内装料高度应超过夹套高度，以避免形成成“干烧干烧”，使釜内物料出现局部过热和结焦现，使釜内物料出现局部过热和结焦现象。为了适应反应物料不同的液面高度，同时也象。为了适应反应物料不同的液面高度，同时也便于调节加热速度，可将夹套设计成段。便于调节加热速度，可将夹套设计成段。对于原料分段加入的反应釜，例如醇酸树脂反应对于原料分段加入的反应釜，例如醇酸树脂反应釜，可避免器壁反应物过热。经验表明，夹套位釜，可避免器壁反应物过热。经验表明，夹套位置适当降低较好，设计成两段是比较恰当的。置适当降低较好，设计成两段是比较恰当的。n 另外，为了提
28、高加热效率，需要提高热载体在夹套内的另外，为了提高加热效率，需要提高热载体在夹套内的流速，以提高夹套侧流体的给热系数，并防止流体从进流速，以提高夹套侧流体的给热系数，并防止流体从进口走口走“短路短路”直达出口，形成部分直达出口，形成部分“死角死角”，有必要在，有必要在夹套中间设置螺旋导板，螺旋导板与夹套壁的间隙要小夹套中间设置螺旋导板，螺旋导板与夹套壁的间隙要小些，以减少热载体从间隙处通过的流量。些，以减少热载体从间隙处通过的流量。n 为了减少由于筒壁与夹套壁温度不同而产生的温为了减少由于筒壁与夹套壁温度不同而产生的温差应力，常在高温树脂反应釜的上部夹套中设置差应力，常在高温树脂反应釜的上部夹
29、套中设置膨胀节，底部夹套由于封头有一定的补偿能力，膨胀节，底部夹套由于封头有一定的补偿能力，不再设置膨胀节。不再设置膨胀节。第22页，共67页。螺旋盘管夹套螺旋盘管夹套 在反应釜筒体釜底焊接整管、半管或成型轧材的在反应釜筒体釜底焊接整管、半管或成型轧材的螺旋盘管式夹套，是近年来通行的釜体外部传热螺旋盘管式夹套，是近年来通行的釜体外部传热装置，其中以半管式应用为广泛。装置，其中以半管式应用为广泛。u螺旋半管夹套有个特点：螺旋半管夹套有个特点：可以减少筒体和封头的壁厚，节省金属材料。由于蒸可以减少筒体和封头的壁厚，节省金属材料。由于蒸汽或导热油等热载体都有一定压力，夹套反应釜按外汽或导热油等热载体
30、都有一定压力，夹套反应釜按外压容器计算，所以筒体和封头壁厚较大。而半管式反压容器计算，所以筒体和封头壁厚较大。而半管式反应釜，由于半管尺寸小，加上筒体和封头上焊了较多应釜，由于半管尺寸小，加上筒体和封头上焊了较多螺旋半圆管，大大增加了刚性和承压能力，不必按外螺旋半圆管，大大增加了刚性和承压能力，不必按外压容器计算，壁厚大大减小。例如同样为压容器计算，壁厚大大减小。例如同样为mm3 3的醇的醇酸树脂反应釜，夹套式反应釜筒体的名义壁厚为酸树脂反应釜，夹套式反应釜筒体的名义壁厚为 mmmm，釜底为，釜底为 mmmm；而半管式反应釜的筒体；而半管式反应釜的筒体和釜底的名义壁厚仅为和釜底的名义壁厚仅为m
31、mmm。第23页，共67页。提高传热效率提高传热效率 由于半管截面积小，热载体由于半管截面积小，热载体流速大，所以给热系数也大，提高了传热流速大，所以给热系数也大，提高了传热效率。适合于液态热载体对反应釜的加热。效率。适合于液态热载体对反应釜的加热。节约能量节约能量 半管的总容积比夹套的总容积小半管的总容积比夹套的总容积小得多，以得多，以 mm3 3树脂反应釜为例，夹套的树脂反应釜为例，夹套的总容积为总容积为1.8m1.8m3 3，而半管总容积仅为，而半管总容积仅为0.2m0.2m3 3，两者相差倍。树脂反应釜在生产过程中，两者相差倍。树脂反应釜在生产过程中，要不断进行升温和降温，夹套容量大，
32、在要不断进行升温和降温，夹套容量大，在反复升温、降温过程中，就要多消耗一些反复升温、降温过程中，就要多消耗一些能量。能量。第24页，共67页。n 但半管反应釜也有不足之处；它的制造难度大，所以虽但半管反应釜也有不足之处；它的制造难度大，所以虽然节省一些材料，但因制造费工，设备总造价还是与夹然节省一些材料，但因制造费工，设备总造价还是与夹套反应釜相近。其次，半管式反应釜焊缝太多，焊接质套反应釜相近。其次，半管式反应釜焊缝太多，焊接质量难以保证，加上温差应力的影响，半管焊缝泄漏的可量难以保证，加上温差应力的影响，半管焊缝泄漏的可能性和几率比夹套大得多。使用过程中有发生过焊缝泄能性和几率比夹套大得多
33、。使用过程中有发生过焊缝泄漏事故的实例。在实践中发现需要反复进行加热和冷却漏事故的实例。在实践中发现需要反复进行加热和冷却的反应釜，泄漏严重，而只进行加热、不需要强制冷却的反应釜，泄漏严重，而只进行加热、不需要强制冷却的反应釜，在制造质量较高情况下很少出现泄漏。的反应釜，在制造质量较高情况下很少出现泄漏。n 因此，半管式反应釜最适宜用于液相热载体加热和冷因此，半管式反应釜最适宜用于液相热载体加热和冷却的低温树脂反应釜和只作加热用的高温树脂反应釜。却的低温树脂反应釜和只作加热用的高温树脂反应釜。第25页，共67页。浸入式传热装置浸入式传热装置u为了加大传热面积，加快升、降温速度，为了加大传热面积
34、，加快升、降温速度，不论夹套釜或半管釜，都可以在釜内设置不论夹套釜或半管釜，都可以在釜内设置浸入式热交换装置。一般反应釜容量大于浸入式热交换装置。一般反应釜容量大于mm3 3时，就要考虑加浸入式盘管。盘管有时，就要考虑加浸入式盘管。盘管有单排式和双排式等。以分段设置为宜。盘单排式和双排式等。以分段设置为宜。盘管设置数量按工艺要求而定。盘管设计成管设置数量按工艺要求而定。盘管设计成能经受较高的压力，其制造质量应经严格能经受较高的压力，其制造质量应经严格的检验，以防泄漏。的检验，以防泄漏。第26页，共67页。反应釜的搅拌装置反应釜的搅拌装置 u搅拌是化工生产中经常应用的单元操作。它搅拌是化工生产中
35、经常应用的单元操作。它可使液液或液固相间得以充分的混合、可使液液或液固相间得以充分的混合、分散或溶解。它能使物料强烈流动，从而强分散或溶解。它能使物料强烈流动，从而强化传热过程，使化学反应加速进行。在树脂化传热过程，使化学反应加速进行。在树脂等生产过程中，反应釜的搅拌对提高产品质等生产过程中，反应釜的搅拌对提高产品质量和生产效率起着重要作用。量和生产效率起着重要作用。第27页，共67页。n反应釜的冷凝回流设备反应釜的冷凝回流设备 反应釜的冷凝回流设备主要是蒸出管、冷凝器和分水器，反应釜的冷凝回流设备主要是蒸出管、冷凝器和分水器，从反应釜出来的蒸汽经蒸出管进入冷凝器冷凝，冷凝从反应釜出来的蒸汽经
36、蒸出管进入冷凝器冷凝，冷凝液进入分水器，使水与溶剂（如二甲苯）分离，溶剂液进入分水器，使水与溶剂（如二甲苯）分离，溶剂回流到反应釜，水从分水器下端排出。回流到反应釜，水从分水器下端排出。（1 1）蒸出管）蒸出管p蒸出管，又称直管冷凝器，根据不同品种树脂的反蒸出管，又称直管冷凝器，根据不同品种树脂的反应要求，有不同形式。如生产乳液时，蒸出气体很应要求，有不同形式。如生产乳液时，蒸出气体很少，通常使用直管。一般使用带夹的直立式圆管，少，通常使用直管。一般使用带夹的直立式圆管，管径较粗，根据需要夹套中通入冷水或蒸汽，以起管径较粗，根据需要夹套中通入冷水或蒸汽，以起到使气体冷凝回流入反应釜，或使气体快
37、速蒸出到到使气体冷凝回流入反应釜，或使气体快速蒸出到冷凝器中冷凝的作用。冷凝器中冷凝的作用。第28页，共67页。u（2 2）冷凝器）冷凝器n 冷凝器是树脂反应釜重要的配套设备，其结构大冷凝器是树脂反应釜重要的配套设备，其结构大多是列管式（也叫管壳式），以卧式倾斜安装的多是列管式（也叫管壳式），以卧式倾斜安装的居多。从材质上看，除少数场合使用铝管冷凝外，居多。从材质上看，除少数场合使用铝管冷凝外，几乎都用不锈钢冷凝器，管程与物料接触的全用几乎都用不锈钢冷凝器，管程与物料接触的全用不锈钢，通水的部分可用碳钢。冷凝器的大小依不锈钢，通水的部分可用碳钢。冷凝器的大小依据冷凝物料的数量和冷凝速度选用。据
38、冷凝物料的数量和冷凝速度选用。u（3 3）分水器）分水器n 也称油水分离器。它的作用是将经冷凝器冷凝下来也称油水分离器。它的作用是将经冷凝器冷凝下来的液体进行分离，上部的溶剂回收利用或经型回的液体进行分离，上部的溶剂回收利用或经型回流管返回反应釜内，下部的水不定期排放掉。流管返回反应釜内，下部的水不定期排放掉。n 分水器的容量以略大于釜内反应所可能产生的水量分水器的容量以略大于釜内反应所可能产生的水量为原则。为原则。第29页，共67页。稀释罐稀释罐 第30页，共67页。n 稀释用的稀释剂，根据工艺要求，可能是一种，也稀释用的稀释剂，根据工艺要求，可能是一种，也可能是几种。加入稀释剂的方法，大体
39、上有两种：可能是几种。加入稀释剂的方法，大体上有两种：一种是先在稀释罐中加入树脂，然后加入稀释剂，一种是先在稀释罐中加入树脂，然后加入稀释剂，此谓正兑稀；另一种是先在稀释罐中加入稀释剂，此谓正兑稀；另一种是先在稀释罐中加入稀释剂，然后再加入树脂，此谓然后再加入树脂，此谓“反兑稀反兑稀”。“反兑稀反兑稀”冷冷却速度快，稀释罐内壁不易结皮。但稀释时挥发的却速度快，稀释罐内壁不易结皮。但稀释时挥发的稀释剂较多，需要配备较大的回流冷凝器。稀释剂较多，需要配备较大的回流冷凝器。n 稀释罐的结构与反应釜相似，一般都是一个立式的稀释罐的结构与反应釜相似，一般都是一个立式的带搅拌的容器，需要有传热结构带搅拌的
40、容器，需要有传热结构-夹套或者带内部盘夹套或者带内部盘管。管。n 稀释罐的搅拌，并不需要很激烈。所以一般采用桨式搅拌稀释罐的搅拌，并不需要很激烈。所以一般采用桨式搅拌的容器或开启式折叶涡轮搅拌器，罐壁加挡板。反应釜的的容器或开启式折叶涡轮搅拌器，罐壁加挡板。反应釜的传动大多用摆线针轮减速机。传动大多用摆线针轮减速机。第31页，共67页。n稀释罐的传热结构，在大多数情况下是为稀释罐的传热结构，在大多数情况下是为了冷却罐内的树脂液。但有时也有需要加了冷却罐内的树脂液。但有时也有需要加热的时候，如在稀释罐中的树脂液未及时热的时候，如在稀释罐中的树脂液未及时过滤，在需要过滤时，温度较低而不适合过滤，在
41、需要过滤时，温度较低而不适合过滤的要求，这时就要给稀释罐内的树脂过滤的要求，这时就要给稀释罐内的树脂液加热（一般用蒸汽）。液加热（一般用蒸汽）。n稀释罐的传热结构可以用夹套或内部盘管。稀释罐的传热结构可以用夹套或内部盘管。使用内部盘管时，筒体不受外压，罐内是使用内部盘管时，筒体不受外压，罐内是常压的，可按常压容器设计和制造，罐体常压的，可按常压容器设计和制造，罐体较薄，造价较低。所以使用这种结构的较较薄，造价较低。所以使用这种结构的较多。多。第32页，共67页。n由于稀释时，稀释剂要挥发，所以要在稀释由于稀释时，稀释剂要挥发，所以要在稀释罐顶部设置回流冷凝器，回收稀释剂，保护罐顶部设置回流冷凝
42、器，回收稀释剂，保护环境。回流冷凝器用直管或列管式，垂直安环境。回流冷凝器用直管或列管式，垂直安装于稀释罐出气口上。稀释剂冷凝后回流入装于稀释罐出气口上。稀释剂冷凝后回流入稀释罐，不凝性气体排至大气中。稀释罐，不凝性气体排至大气中。n稀释罐的容量一般取与之配套的反应釜容量稀释罐的容量一般取与之配套的反应釜容量的的1.51.52 2倍，为了给兑稀操作留一点调整粘倍，为了给兑稀操作留一点调整粘度与固体分的余地，稀释罐的容量可以略大度与固体分的余地，稀释罐的容量可以略大于反应釜于反应釜2 2倍容量。倍容量。第33页，共67页。加热设备加热设备在树脂生产过程中，温度的控制特别重要。在树脂生产过程中，温
43、度的控制特别重要。按照工艺要求，使反应在规定的温度下进行，按照工艺要求，使反应在规定的温度下进行，既能缩短工时，又能保证产品质量。另外，既能缩短工时，又能保证产品质量。另外，在整个生产周期中，减少加热和冷却占用时在整个生产周期中，减少加热和冷却占用时间，对提高单机的产量，也有重要的意义。间，对提高单机的产量，也有重要的意义。对于树脂反应釜来说，加热方式可分为直接对于树脂反应釜来说，加热方式可分为直接加热和间接加热，常用的加热方式如下：加热和间接加热，常用的加热方式如下：第34页，共67页。直接加热直接加热间接加热间接加热燃料燃烧火燃料燃烧火焰加热焰加热电加热电加热热载体加热热载体加热固体固体燃
44、料燃料（煤（煤或焦或焦碳）碳）液液体体燃燃料料 :柴柴油油气气体体燃燃料料 :煤煤气气或或天天然然气气工工频频电电感感加加热热电电阻阻远远红红外外加加热热电电热热棒棒加加热热 :直直接接或或间间接接蒸蒸汽汽加加热热热热水水加加热热 :热热水水或或加加压压热热水水导导热热油油液液相相加加热热联联苯苯混混合合物物气气相相加加热热第35页，共67页。u加热方式的选择要因地制宜，综合考虑。加热方式的选择要因地制宜，综合考虑。生产工艺提出的要求生产工艺提出的要求 如加热温度、加热如加热温度、加热速度，是否需要冷却及冷却的速度，要求速度，是否需要冷却及冷却的速度，要求达到的温度精度，对自控的要求等。以生达
45、到的温度精度，对自控的要求等。以生产丙烯酸树脂和乳液为例，蒸汽加热和热产丙烯酸树脂和乳液为例，蒸汽加热和热水加热都能达到加热温度，但热水加热更水加热都能达到加热温度，但热水加热更缓和、更均匀，温度自控更精确，避免了缓和、更均匀，温度自控更精确，避免了局部过热现象，对提高产品质量起到很重局部过热现象，对提高产品质量起到很重要的作用。要的作用。第36页，共67页。生产规模及设备容量的大小生产规模及设备容量的大小 近年来导热油加热很流行，近年来导热油加热很流行，但它也有系统庞大、复杂附属设备多、耗电量大、占地面积但它也有系统庞大、复杂附属设备多、耗电量大、占地面积大、占用人员多以及投资费用高等缺点。
46、所以，若生产规模大、占用人员多以及投资费用高等缺点。所以，若生产规模很小或设备容量很小，很可能用电加热更经济。很小或设备容量很小，很可能用电加热更经济。当地及现场环境的条件当地及现场环境的条件 有些地方水电资源充足，用有些地方水电资源充足，用电不紧张，可适当多考虑用一些电加热（要作经济技术电不紧张，可适当多考虑用一些电加热（要作经济技术对比）。有些工厂场地面积小，无堆煤存灰之处，就不对比）。有些工厂场地面积小，无堆煤存灰之处，就不宜选用燃煤热油炉。有些环境要求防爆，选用的加热方宜选用燃煤热油炉。有些环境要求防爆，选用的加热方式是否符合要求，还要征得当地消防部门的同意。式是否符合要求，还要征得当
47、地消防部门的同意。第37页，共67页。u1.1.燃料燃烧火焰加热燃料燃烧火焰加热燃料燃烧火焰加热通称直接火加热或明火燃料燃烧火焰加热通称直接火加热或明火加热，也称炉灶加热。即将反应釜安置在加热，也称炉灶加热。即将反应釜安置在炉灶之上，在炉膛直接燃烧煤、焦碳、柴炉灶之上，在炉膛直接燃烧煤、焦碳、柴油、煤气或天然气等燃料，火焰直接烧及油、煤气或天然气等燃料，火焰直接烧及釜底及釜壁。这是最原始、最古老的加热釜底及釜壁。这是最原始、最古老的加热方法，但由于它简单易行，投资费用低，方法，但由于它简单易行，投资费用低，至今还有使用。至今还有使用。第38页，共67页。u2.2.电加热电加热（1 1）工频电感
48、加热）工频电感加热p工频电感加热是利用涡流损耗在铁壳中所产工频电感加热是利用涡流损耗在铁壳中所产生的热量对釜内物料进行加热。生的热量对釜内物料进行加热。p工频电感加热多用于高温反应型的树脂生产，工频电感加热多用于高温反应型的树脂生产，它的优点是取材容易，施工简单，加热比较它的优点是取材容易，施工简单，加热比较均匀，控制温度方便，作业环境比较清洁，均匀，控制温度方便，作业环境比较清洁，缺点是功率因素低，约缺点是功率因素低，约.65-0.70,.65-0.70,热效率低，热效率低，耗电量大，运行费用高。耗电量大，运行费用高。第39页，共67页。（2 2）电阻远红外加热）电阻远红外加热p电阻远红外加
49、热是年代发展起来的一电阻远红外加热是年代发展起来的一种加热新技术。它的主要优点是功率因素种加热新技术。它的主要优点是功率因素高（约高（约0.970.97）、热效率高、省电、节能。）、热效率高、省电、节能。据介绍，它比工频电感加热可节能据介绍，它比工频电感加热可节能左右。而且安全、卫生、无噪音。左右。而且安全、卫生、无噪音。p电阻远红外加热反应釜受热均匀，若配用电阻远红外加热反应釜受热均匀，若配用可控硅调功器，能方便地调控温度。可控硅调功器，能方便地调控温度。p电阻远红外加热的缺点是一次投资费用高，电阻远红外加热的缺点是一次投资费用高，冷却不方便，使用寿命一般不及工频电感冷却不方便，使用寿命一般
50、不及工频电感长。长。第40页，共67页。（3 3）电热棒加热）电热棒加热 电热棒是管状电热元件的俗称。它是用金属作电热棒是管状电热元件的俗称。它是用金属作外壳，管中放入合金电阻丝作发热体，在空隙外壳，管中放入合金电阻丝作发热体，在空隙部分紧密填充具有良好绝缘和导热性能的结晶部分紧密填充具有良好绝缘和导热性能的结晶氧化镁而组成的一种电加热元件。氧化镁而组成的一种电加热元件。第41页，共67页。u电热棒的使用主要有两种方式。一种方式电热棒的使用主要有两种方式。一种方式是直接插入釜内物料中加热，这种方式，是直接插入釜内物料中加热，这种方式，热效率当然很高，但由于树脂反应釜内的热效率当然很高，但由于树
