樹脂生產中反應釜的放大設計

摘　要 : 介紹了樹脂生產中反應釜放大設計的思路和具體方法。

關鍵詞 : 涂料 ; 樹脂 ; 反應釜 ; 傳熱面積 ; 攪拌器

引　言

隨著建筑業(yè)、汽車業(yè)、船舶業(yè)等行業(yè)的不斷發(fā)展 , 涂料行業(yè)也得以迅速發(fā)展。在一大批新興涂料企業(yè)崛起的同時 , 不少名牌涂料企業(yè)為了擴大業(yè)務范圍 , 增加市場份額 , 鞏固自身的市場競爭力 , 也在不斷地引進新技術 , 擴大生產規(guī)模。反應釜是涂料行業(yè)樹脂生產中的核心設備 , 涂料生產規(guī)模的擴大與反應釜的放大設計密不可分 , 其設計的好壞直接影響到產品的質量、產量、能耗等。本文通過對 “ 某公司 10 000 t/a 氟涂料產業(yè)化工程 ” 樹脂反應釜放大設計的闡述 , 使大家對反應釜放大設計的主要原則和步驟有一定的了解。

反應釜放大設計的基本步驟如下 :

確定規(guī)格及臺數(shù)——確定傳熱方式——計算傳熱面積——確定攪拌器型式——計算攪拌功率

規(guī)格和臺數(shù)的確定

反應釜放大設計中首先根據工廠現(xiàn)有反應釜規(guī)格為 1 . 5 m 3 , 考慮到放大風險性、設備投資等因素 , 首先確定將反應釜的規(guī)格放大到 4 . 5 m 3 。

根據工藝控制指標 , 聚合反應時間約為 20 h, 加上輔助過程 , 出一釜料的周期約為 25 h 。年工作時間按 6 000 h 計算 , 則每臺聚合反應釜全年生產批次為 6 000 ÷ 25 =240 。按裝料系數(shù) 0 . 8 、物料密度約為 1 000 kg/ m 3 考慮 , 一臺釜全年處理量約為 864 t (4 . 5 × 1 × 0 . 8 × 240 = 864) 。根據擴大后的生產規(guī)模 , 聚合釜年處理量為 2982 t, 則所需臺數(shù)為 2 982 ÷ 864 ≈ 3 . 45 。因此本設計確定聚合釜的臺數(shù)為 4 臺。

傳熱方式及傳熱面積的確定

按 4 . 5 m 3 反應釜規(guī)格計算夾套最大換熱面積約為 10 m 2 。

初步估算 , 根據現(xiàn)有 1 . 5 m 3 反應釜的規(guī)格 , 其夾套換熱面積約為 4 . 5 m 2 , 設備放大后 , K 值、Δ t 基本不變 , 熱量約為原來的 3 倍 , 則所需夾套換熱面積同樣應為原來的 3 倍 , 即 4 . 5 × 3 =13 . 5 m 2 。由此可見 , 反應釜放大到 4 . 5 m 3 后 , 僅靠夾套面積無法滿足傳熱要求 , 需設內盤管。為方便冷、熱水切換的自動控制 , 設計中采用內盤管冷卻、夾套加熱的傳熱方式。

盤管換熱面積核算如下 : 根據廠方提供的數(shù)據及物料平衡圖等 , 計算出反應熱 Q ≈ 3 . 27 × 10 5 kJ/ h 。已知反應釜反應溫度為 70 ℃ , 取循環(huán)冷卻水上水、回水溫度分別為 30 ℃和 35 ℃ , 則 : Δ t =[ (70-30)-(70-35)]/1n[ (70-30)/(70 -35) ] ≈ 37 . 44 ℃根據公式 Q = K · F ·Δ t , 盤管冷卻取經驗值 K ≈ 2 . 09 × 10 3 kJ/ (m 2 · h ·℃ ), 則 : F = Q/ ( K ·Δ t ) =3 . 27 × 10 5 / (2 . 09 × 10 3 × 37 . 44) ≈ 4 . 16 m 2 考慮 20 % 的富裕量 , 確定盤管換熱面積為 5 m 2 。夾套換熱面積核算如下 : 按工藝要求 , 設反應釜內物料在 1 . 5h 內由 20 ℃

升溫至 70 ℃。根據物料平衡圖及各種物料的物性參數(shù) , 計算出升溫所需熱量 Q ≈ 1 . 67 × 10 5 kJ/ h 。取熱水上水、回水溫度分別為 95 ℃和 90 ℃ ; 夾套熱水加熱取 K ≈ 628 . 02 kJ/ (m 2 · h ·℃ ), 則 : Δ t =[ (95-20)-(90-70)]/1n[ (95-20)/(90 -70) ] ≈ 41 . 6 ℃ F = Q/ ( K ·Δ t ) =1 . 67 × 10 5 / (628 . 02 × 41 . 6) ≈ 6 . 4 m 2 考慮 20 % 的富裕量 , 夾套所需換熱面積約為 7 . 7 m 2 , 可見 4 . 5 m 3 反應釜夾套面積可滿足加熱的需要。

攪拌器型式及攪拌功率的確定

反應釜攪拌器常見的有推進式、槳式、渦輪式、框 式或錨式、鑼帶式等 , 不同的操作類別應選用不同的攪拌器型式 , 詳見表 1 。

表 1 　不同操作選用的不同攪拌器



　　工廠原有反應釜采用框式攪拌 , 該類攪拌形式消耗功率較大 , 通常用于高黏度液體的攪拌。根據該工程的工藝特點 , 反應過程中存在氣體分散和氣體吸收的過程 , 且物料黏度不大 , 這類操作要求攪拌器的容積循環(huán)和剪切作用都好。因此設計中將反應釜的攪拌器型式改為圓盤彎葉渦輪式 , 其攪拌功率 N 的計算如表 2 所示。

結　語

根據以上闡述 , 樹脂生產中反應釜放大設計的 關鍵主要在于反應釜規(guī)格數(shù)量的確定、傳熱方式和傳熱面積的確定以及攪拌器型式和攪拌功率的確定。根據廠方反饋的情況 , 以上放大設計的反應釜實際使用效果良好 , 為今后同類型反應釜的設計積累了寶貴的經驗。

表 2 　攪拌功率 N 的計算