第二节 树脂反应釜
一、树脂反应釜概述
反应釜的广义理解即有物理或化学反应的不锈钢容器,根据不同的工艺条件需求进行容器的结构设计与参数配置,设计条件、过程、检验及制造、验收需依据相关技术标准,以实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配反应功能。
压力容器必须遵循GB150《压力容器》的标准,常压容器必须遵循NB/T47003.1—2009《钢制焊接常压容器》的标准。随之反应过程中的压力要求对容器的设计要求也不尽相同。
生产必须严格按照相应的标准加工、检测并试运行。根据不同的生产工艺、操作条件等不尽相同,不锈钢反应釜的设计结构及参数也不同,即反应釜的结构样式不同,属于非标的容器设备。
反应釜是综合反应容器,根据反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计。从开始的进料⁃反应⁃出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤,对反应过程中的温度、压力、力学控制(搅拌、鼓风等)、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。
其结构一般由釜体、传动装置、搅拌装置、加热装置、冷却装置、密封装置组成。相应配套的辅助设备有分馏柱、冷凝器、分水器、收集罐、过滤器等。
反应釜材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基(哈氏、蒙乃尔)合金及其他复合材料。反应釜可采用SUS304、SUS316L等不锈钢材料制造。搅拌器有锚式、框式、桨式、涡轮式、刮板式、组合式等,转动机构减速机和无级变速减速机或变频调速等,可满足各种物料的特殊反应要求。密封装置可采用机械密封、填料密封等密封结构。
加热、冷却可采用夹套、半管、盘管、米勒板等结构,加热方式有蒸汽、电加热、导热油,以满足耐酸、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺需要。而且可根据用户工艺要求进行设计、制造。
目前,有一种不锈钢反应釜,容量可大至10m3,内置有冷却和加热盘管,热交换效果较之夹层要好得多,生产效率较高,但是造价也高,对产胶大户可以考虑此种反应釜,制造、检修都较方便,但是在操作上需要较高的水平,由于反应不易控制,相关的冷却设施要跟上。
有些黏合剂,由于杂质或金属离子会影响其聚合反应的正常进行,所以要求所有的管路、阀门和反应釜等应由不锈钢或耐酸搪瓷制造以保证产品质量。
二、树脂反应釜分类
树脂反应釜按反应温度的高低分为高温树脂反应釜(150~300℃)和低温树脂反应釜(60~150℃)。树脂反应釜是用于生产不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、ABS树脂、油漆的关键设备。
树脂成套设备由反应锅、竖式分馏柱、卧式冷凝器、贮水器、溢油槽、管线(对稀釜,也称稀释釜)等组成,全套设备与物料接触部分的采用不锈钢制作。反应釜内可设置不锈钢盘管或夹套内设置不锈钢盘管。
反应釜系列50⁃10kL有不锈钢反应釜、电加热反应釜、蒸汽反应釜、夹套反应釜、盘管反应釜、外盘管反应釜、硅油反应釜、树脂反应釜、聚酯反应釜、助剂反应釜、黏胶反应釜、生胶反应釜、乳胶反应釜、107胶反应釜、PU胶水反应釜、覆光油反应釜、鞋胶反应釜等17种。
下面着重介绍的是按照生产工艺不同所作的分类。
(1)按照加热/冷却方式,可分为电加热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外(内)盘管加热,夹套冷却和釜内盘管冷却等类反应釜。加热方式的选择主要跟化学反应所需的加热/冷却温度,以及所需热量大小有关。
(2)根据釜体材质可分为碳钢反应釜、不锈钢反应釜、搪玻璃反应釜(搪瓷反应釜)、钢衬PE反应釜、钢衬ETFE反应釜。
① 碳钢反应釜 其适用范围:不含腐蚀性液体的环境,比如某些油品加工。
② 不锈钢反应釜(KCFD系列高压反应釜)
a.加热结构型式 电加热型、夹套型、外盘管型、内盘管型,容积为0.01~45m3。
b.材质 碳钢、不锈钢、耐高温不锈钢、耐强酸强碱不锈钢、搪瓷或PP材质等。
c.搅拌型式 斜桨式、锚式、框式、推进式和单(双)螺旋式,且可根据客户要求设计制造其他型式桨叶。
d.适用的范围 适用于石油、化工、医药、冶金、科研、大专院校等部门进行高温、高压的化学反应试验,用来完成水解、中和、结晶、蒸馏、蒸发、储存、氢化、烷基化、聚合、缩合、加热混配、恒温反应等工艺过程,对黏稠和颗粒的物质均能达到高搅拌的效果。
③ 搪玻璃反应釜 其适用的范围:广泛地应用在石油、化工、食品、医药、农药、科研等行业。
④ 钢衬PE反应釜 其适用的范围:适用于酸、碱、盐及大部分醇类和液态的食品以及药品的提炼。是衬胶、玻璃钢、不锈钢、钛钢、搪瓷、塑焊板的理想换代品。
⑤ 钢衬ETFE反应釜 其适用的范围:防腐性能极其优良,能抗各种浓度的酸、碱、盐、强氧化剂、有机化合物及其他所有强腐蚀性化学介质。
(3)按照工作时内压可分为常压反应釜、正压反应釜,副压反应釜。
(4)按照搅拌形式,可分为桨叶式、锚桨式、框式、螺带式、涡轮式、分散盘式、组合式等。
(5)按照传热结构,可分为夹套式、外半管式、内盘管式及组合式。
三、树脂反应釜结构特点与材质特点
1.结构特点
(1)传动机构 由电机、减速机、机架、联轴器、轴承、联接板等组成。
(2)反应容器(釜体) 由根据容量大小及物料反应要求设计压力来确定板材厚薄;材质一般为不锈钢(304不锈钢、321不锈钢、316L不锈钢)、碳钢(A3)。
(3)传热装置 有夹套、内盘管、外盘管等;采用有机热载体循环(导热油)或蒸汽、热水等方式加热和采用冷却水、冷冻水、冷导热油或自然风等方式冷却。
(4)搅拌装置 有对桨搅拌、锚式桨搅拌、双螺旋桨搅拌、涡轮桨搅拌、分散盘、蝴蝶桨等。
(5)搅拌速度 搅拌速度视其物料搅拌要求来选择。一般来说,几种液体物料需混合反应时选择50~85r/min。如要求把粉料分散到液体里一般是选择500~1500r/min。如要求把油乳化于水或两种不相容的液体乳化混合一般选择2500~3500r/min。
(6)密封装置 有机械密封、填料密封等。
(7)反应釜成套设备附件 一般有蒸馏柱、换热器、分水器等。
2.材质特点
(1)材质不锈钢具有优良的机械性能,可承受较高的工作压力,也可承受块状固体物料入料时的冲击。
(2)耐热性能好,工作温度范围广(-196~600℃),在较高温度下不会氧化起皮,可用于直接明火加热。
(3)具有较高的耐磨腐蚀性能。
(4)传热效果好,升温和降温速度快。
(5)具有优良的加工性能,可按不同的工艺要求,制成各种不同形状结构的反应釜,还可以打磨抛光。
四、树脂反应釜技术参数
反应釜反应温度:常温~300℃或更高,视工况而定。
反应釜反应压力:0.001~0.8MPa。
反应釜设备材质:SUS304不锈钢、SUS321不锈钢、SUS316L不锈钢或Q235⁃B碳钢。
反应釜搅拌形式:桨叶式、锚桨式、框式、螺带式、涡轮式、分散盘式、组合式等形式搅拌。
反应釜加热:电加热、蒸汽加热、水浴加热。
反应釜导热介质:导热油、蒸汽、热水、电加热。
反应釜传热结构:夹套式、外半盘管式、内盘管式。
反应釜成套设备附件:一般有蒸馏柱、换热器、分水器等。
反应釜搅拌转速:搅拌转速选择视其物料搅拌混合需要而进行选择;常规的液体物料聚合反应,转速为63~85r/min;含有粉体物料与液体混合时需要达到分散效果,转速为500~1500r/min;含有油与液体或两种不相容的液体混合需要达到乳化效果,转速为2500~2800r/min。