树脂生产中反应釜的放大设计

摘　要 : 介绍了树脂生产中反应釜放大设计的思路和具体方法。

关键词 : 涂料 ; 树脂 ; 反应釜 ; 传热面积 ; 搅拌器

引　言

随着建筑业、汽车业、船舶业等行业的不断发展 , 涂料行业也得以迅速发展。在一大批新兴涂料企业崛起的同时 , 不少名牌涂料企业为了扩大业务范围 , 增加市场份额 , 巩固自身的市场竞争力 , 也在不断地引进新技术 , 扩大生产规模。反应釜是涂料行业树脂生产中的核心设备 , 涂料生产规模的扩大与反应釜的放大设计密不可分 , 其设计的好坏直接影响到产品的质量、产量、能耗等。本文通过对 “ 某公司 10 000 t/a 氟涂料产业化工程 ” 树脂反应釜放大设计的阐述 , 使大家对反应釜放大设计的主要原则和步骤有一定的了解。

反应釜放大设计的基本步骤如下 :

确定规格及台数——确定传热方式——计算传热面积——确定搅拌器型式——计算搅拌功率

规格和台数的确定

反应釜放大设计中首先根据工厂现有反应釜规格为 1 . 5 m 3 , 考虑到放大风险性、设备投资等因素 , 首先确定将反应釜的规格放大到 4 . 5 m 3 。

根据工艺控制指标 , 聚合反应时间约为 20 h, 加上辅助过程 , 出一釜料的周期约为 25 h 。年工作时间按 6 000 h 计算 , 则每台聚合反应釜全年生产批次为 6 000 ÷ 25 =240 。按装料系数 0 . 8 、物料密度约为 1 000 kg/ m 3 考虑 , 一台釜全年处理量约为 864 t (4 . 5 × 1 × 0 . 8 × 240 = 864) 。根据扩大后的生产规模 , 聚合釜年处理量为 2982 t, 则所需台数为 2 982 ÷ 864 ≈ 3 . 45 。因此本设计确定聚合釜的台数为 4 台。

传热方式及传热面积的确定

按 4 . 5 m 3 反应釜规格计算夹套最大换热面积约为 10 m 2 。

初步估算 , 根据现有 1 . 5 m 3 反应釜的规格 , 其夹套换热面积约为 4 . 5 m 2 , 设备放大后 , K 值、Δ t 基本不变 , 热量约为原来的 3 倍 , 则所需夹套换热面积同样应为原来的 3 倍 , 即 4 . 5 × 3 =13 . 5 m 2 。由此可见 , 反应釜放大到 4 . 5 m 3 后 , 仅靠夹套面积无法满足传热要求 , 需设内盘管。为方便冷、热水切换的自动控制 , 设计中采用内盘管冷却、夹套加热的传热方式。

盘管换热面积核算如下 : 根据厂方提供的数据及物料平衡图等 , 计算出反应热 Q ≈ 3 . 27 × 10 5 kJ/ h 。已知反应釜反应温度为 70 ℃ , 取循环冷却水上水、回水温度分别为 30 ℃和 35 ℃ , 则 : Δ t =[ (70-30)-(70-35)]/1n[ (70-30)/(70 -35) ] ≈ 37 . 44 ℃根据公式 Q = K · F ·Δ t , 盘管冷却取经验值 K ≈ 2 . 09 × 10 3 kJ/ (m 2 · h ·℃ ), 则 : F = Q/ ( K ·Δ t ) =3 . 27 × 10 5 / (2 . 09 × 10 3 × 37 . 44) ≈ 4 . 16 m 2 考虑 20 % 的富裕量 , 确定盘管换热面积为 5 m 2 。夹套换热面积核算如下 : 按工艺要求 , 设反应釜内物料在 1 . 5h 内由 20 ℃

升温至 70 ℃。根据物料平衡图及各种物料的物性参数 , 计算出升温所需热量 Q ≈ 1 . 67 × 10 5 kJ/ h 。取热水上水、回水温度分别为 95 ℃和 90 ℃ ; 夹套热水加热取 K ≈ 628 . 02 kJ/ (m 2 · h ·℃ ), 则 : 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 考虑 20 % 的富裕量 , 夹套所需换热面积约为 7 . 7 m 2 , 可见 4 . 5 m 3 反应釜夹套面积可满足加热的需要。

搅拌器型式及搅拌功率的确定

反应釜搅拌器常见的有推进式、桨式、涡轮式、框 式或锚式、锣带式等 , 不同的操作类别应选用不同的搅拌器型式 , 详见表 1 。

表 1 　不同操作选用的不同搅拌器



　　工厂原有反应釜采用框式搅拌 , 该类搅拌形式消耗功率较大 , 通常用于高黏度液体的搅拌。根据该工程的工艺特点 , 反应过程中存在气体分散和气体吸收的过程 , 且物料黏度不大 , 这类操作要求搅拌器的容积循环和剪切作用都好。因此设计中将反应釜的搅拌器型式改为圆盘弯叶涡轮式 , 其搅拌功率 N 的计算如表 2 所示。

结　语

根据以上阐述 , 树脂生产中反应釜放大设计的 关键主要在于反应釜规格数量的确定、传热方式和传热面积的确定以及搅拌器型式和搅拌功率的确定。根据厂方反馈的情况 , 以上放大设计的反应釜实际使用效果良好 , 为今后同类型反应釜的设计积累了宝贵的经验。

表 2 　搅拌功率 N 的计算