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襯搪瓷與襯钽結合制備反應釜,使用良好

发布日期:[ 2016年6月25日 ] 共阅[ 2020 ]次

目前,在國內外石油、化工、醫藥等行業産品生産裝置中,反應釜是廣泛應用的關鍵設備之一,擔負著提供化學反應場所的重要作用。在很多工況下,反應介質具有毒性和腐蝕性等特點,一旦泄漏,不但會影響産品質量,還會對操作人員和環境造成極大的危害。因此,在確保其使用安全的前提下,如何合理設計、制造反應釜具有非常重要的現實意義。筆者以某公司承制的鉑溶解反應釜爲例,介紹同一台反應釜中成功應用襯搪瓷與襯钽工藝的情況。

1 反應釜簡介

(1)分類

 根據反應釜的制造結構可分爲開式平蓋式反應釜、開式對焊法蘭式反應釜和閉式反應釜3大類。根據材質和用途又可分爲不鏽鋼反應釜、精品国产自在自线官方、磁力攪拌反應釜、不飽和聚酯樹脂全套設備、蒸汽反應釜、小型試驗用高壓釜和雙玻璃反應釜等。

(2)結構形式

 反應釜一般由釜體、釜蓋、夾套、攪拌器、傳動裝置、軸封裝置及支承等組成。攪拌形式又分爲錨式、槳式、渦輪式、推進式或框式等,用戶可根據介質黏度、流體流動狀態、攪拌特點等需求進行合理選型。傳動裝置一般由電動機、減速裝置、聯軸節及攪拌軸4部分組成。此外,影響設備性能好壞的一個重要組成部分就是軸封。目前,軸封主要以常用的填料密封、機械密封、迷宮密封、浮動環密封等爲主。反應釜可配置的傳熱元件有夾套、內構件(如內盤管)和攪拌器本身3種。加熱方式有電加熱、熱水加熱、導熱油循環加熱、遠紅外加熱以及外(內)盤管加熱等。支座主要有支承式支座或者耳式支座等。

(3)工作原理

 在進行化學反應之前,先將反應物按照一定的比例混合,然後與催化劑一同投入反應釜內,在反應釜的夾套中加入一定量的熱載體加熱提高釜內物料的溫度,通過攪拌器的攪拌使物料均勻並提高導熱速度,使其溫度均勻。當釜內溫度達到預定的溫度時,保持一定時間的恒溫以使化學反應正常進行,反應結束後進行冷卻。

2 鉑溶解反應釜設計

2.1 設計簡介

某鉑溶解反應釜的結構示意圖見圖1,主體爲釜蓋、釜體、夾套3大部分。工作時在釜內按王水的配制比例依次加入鹽酸、硝酸以及金屬鉑,使其在內部進行化學反應。
图1 铂溶解反应釜结构图

爲了維持反應釜內的反應溫度,需要對其加熱。釜內反應物料的加熱通過包圍在釜體外部密閉夾套內的導熱油向內壁傳熱實現。

該鉑溶解反應釜的設計、制造、檢驗及驗收應當符合GB 150.1~150.4—2011《壓力容器》以及GB 25025—2010《搪玻璃設備技術條件》的要求。設備主要受壓元件材料爲Q345R、Q245R,襯層材料搪瓷(釜蓋)/钽(釜體),設計溫度125℃(容器)/165℃(夾套),設計壓力0.1MPa(容器)/0.1MPa(夾套),介質爲王水、鉑(容器)/導熱油(夾套)

2.2 設計內容

①釜體的強度、剛度、穩定性及結構設計。②釜蓋、夾套的強度、剛度和結構設計。③搪瓷結構設計。④視鏡的選型。⑤法蘭、接管法蘭及開孔補強計算。⑥支座的選型及校驗。⑦焊縫的結構及尺寸設計。⑧襯钽結構設計。⑨風攪拌系統設計。⑩溫度控制系統設計。輔助設備設計。

2.3 設計重點

2.3.1 材料選擇

鉑溶解反應釜本體采用多種制造工藝完成,釜蓋采用Q245R襯搪瓷結構,釜體采用Q345R襯钽結構。

搪瓷(搪玻璃)是在金屬基體上通過高溫複合一層光滑、致密的特殊性能的玻璃質材料。精品国产自在自线官方具有玻璃的穩定性和金屬強度的雙重優點,是一種優良的耐腐蝕設備。钽具有極高的抗腐蝕性能和優異的導熱性能,但造價昂貴。兩種材料對王水都有很強的耐腐蝕性能。結合設備的結構特點、承載介質的液位高度以及對傳熱的要求,釜體襯層采用钽,釜蓋襯層采用搪瓷,既可保證設備的使用要求,又能降低整台設備的制造成本。

2.3.2 導熱油及其用量控制

鉑溶解反應釜在操作溫度下才能正常工作,如何在安全操作的情況下更快速地提升反應釜的溫度顯得尤爲重要。一般而言,在溫度要求不高的情況下,可以采取水作爲加熱介質,這種方法的局限性是升溫空間有限。如果需要更高的溫度,可以使用高壓過熱蒸汽法加熱。但采用高壓過熱蒸汽法加熱時,設備的風險系數也會相應增加。

根據鉑溶解反應釜的加熱要求和對各種熱載體的比較,采用性能穩定、使用溫度高、加熱速度快且傳熱效率高的YD-320號導熱油作爲加熱介質。鉑溶解反應釜的加熱方式采用在夾套底部插入電加熱棒直接加熱導熱油,通過導熱油間接加熱釜體內的王水,以促進鉑在王水介質中的溶解過程。目前,國內制造廠在使用導熱油的過程中存在密封及其它問題,如經常遇到導熱油被氧化和酸值、黏度值偏離等,導致油品變質失效。這其中不乏有油品性能低劣的原因,還有大部分原因是客戶在使用過程中不注意油品防護引起的。另外,導熱油的使用量也是根據理論計算或憑經驗確定。若導熱油的注入量過多,有可能發生熱油溢出、燒傷、著火等事故,若注入量過少,會引起設備的幹燒問題。針對這些可預見的隱患,鉑溶解反應釜的導熱油進口處配備一個平衡裝置。此裝置的作用:①利用平衡裝置與鉑溶解反應釜的勢能差,及時補給導熱油所需量,使夾套內的導熱油始終處于充滿狀態,並及時將多余氣體排出。②用來容納與補償夾套內的導熱油因溫度變化而産生的體積膨脹或收縮,同時隔絕高溫導熱油與空氣的直接接觸,降低油品被氧化的速度。

2.3.3 風攪拌系統

與傳統的攪拌方式不同,鉑溶解反應釜內攪拌方式爲風攪拌。通過鼓風機將風由管道送至與設備相連的攪拌棒中,在攪拌棒接近釜底的位置開孔,攪拌棒底部用螺紋塞堵住,風吹動開孔處的介質與周圍的鉑反應。風速大小可通過閥門自行控制。爲了達到預期攪拌的效果,采用數值模擬的方法對流體流動狀態進行了模擬,結果良好。

2.3.4 溫度控制系統

此鉑溶解反應釜溫度控制系統通過比例-積分-微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制器調節釜內溫度,利用可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)內建的PID調節模塊對設定溫度和實時溫度進行調節,PID輸出量做爲可控矽的驅動控制元件同時控制8個加熱器的加熱功率,從而調節導熱油和釜內溫度。本系統並入原有可編程邏輯控制器控制系統,提供釜內溫度和導熱油溫度的數字信號輸出。

由于工藝溫度在200℃以下,所以采用PT100鉑熱電阻做爲測溫元件,釜內測溫采用搪瓷保護套管保護測溫電阻,夾套內采用不鏽鋼保護套管進行保護。

鉑溶解反應釜溫度控制系統由現場溫度測量儀表、電加熱器和遠程操作控制櫃等組成。通過PT100熱電阻實時測量釜內溫度,進行現場顯示並傳輸到遠程控制櫃。在夾套內設置PT100熱電阻測量導熱油溫度並接入遠程控制櫃,在觸摸屏上監視溫度變化並實現超溫報警功能。

采用8個電加熱器(總功率24kW)對導熱油進行加熱。通過可編程邏輯控制器內算法對加熱功率進行實時調節,確保加熱器控溫精度。

3 結語

根據鉑溶解反應釜的結構特點和使用條件,突破常規設計思路,大膽采用多種材料相結合的方法,將襯搪瓷與襯钽工藝成功應用在同一台反應釜上。除此之外,總結了以往導熱油使用中出現過的問題並有針對性地采取了措施。按文中所述制造的鉑溶解反應釜已經投入使用,使用效果良好。

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