1.反應釜的種類

反應釜是反應裝置的主體設備 。 對反應釜有不同命名方法 。 如前所述, 反應釜可按生產的產品命名為醇酸樹脂反應釜、 氨基樹脂反應釜、 乳液反應釜等 。 可按所進行的反應,稱為醇解釜、酯化釜、聚合釜等。也可按反應溫度的高低,稱為高溫樹脂反應釜(150~ 300℃)和低溫樹脂反應釜(60~150℃)。有的按反應釜加熱的方式,稱為直接火加熱反應釜、 電阻遠紅外加熱反應釜、 工頻電感加熱反應釜等 。 習慣上多從制造材質上進行分類命名,主要有碳鋼反應釜、復合鋼板反應釜、不銹鋼反應釜和搪玻璃反應釜4類。

碳鋼反應釜由于易生銹和不耐化學介質腐蝕, 又有使反應產物顏色加深的弊病, 現在已基本不用 。 復合鋼板反應釜所用復合鋼板是由一層不銹鋼板和一層碳鋼板熱軋而成, 它主要用在采用工頻電感應加熱的場合, 與物料接觸的是不銹鋼，碳鋼層主要用于電感應加熱。使用不銹鋼反應釜和搪玻璃反應釜。

(1)不銹鋼反應釜 制作反應釜的不銹鋼大多是鉻鎳奧氏體型不銹鋼,不能淬火強化·無磁性,塑性、韌性、工藝性能及耐腐蝕性能良好。碳含量不大于 0.03%的超低碳不銹鋼還有很好的抗晶間腐蝕性能 。 含鉬的奧氏體型不銹鋼在有機酸和某些還原性酸中有更好的耐蝕性 。制作反應釜的不銹鋼熱軋鋼板,其主要牌號為 OCr19Ni9和 OCr18Ni12Mo2,相當于進口鋼材牌號304和316。不銹鋼反應釜堅固耐用, 既可用于制造高溫樹脂反應釜, 也可以用于制造低溫樹脂反應釜 。 它具有下列特點 。

①不銹鋼的力學性能好, 只要設計合理, 可承受較高的工作壓力, 也可承受加料時小

塊固體物料的沖擊。

②耐熱性能好,工作溫度范圍廣(-196~600℃)。在較高溫度下不會氧化起皮,可用于直接火加熱。 .

③具有很好的耐腐蝕性能, 不生銹 。

④ 傳熱效果比搪玻璃反應釜好, 升溫和降溫的速度較快。

⑤有良好的加工性能, 可按工藝要求, 制成各種不同形狀和結構的反應釜 。 還可以將釜壁打磨拋光,使放料時不掛料,也便于清洗。不銹鋼反應釜的缺點是價格高, 比搪玻璃反應釜要貴很多 。 此外在耐腐蝕性能方面也有局限性,如在接觸鹵族元素(氟、氯、溴等)時會產生晶間腐蝕,因此,不銹鋼反應釜不能在有鹵族元素介質存在的情況下工作 。

(2)搪玻璃反應釜 搪玻璃反應釜俗稱搪瓷反應釜或搪瓷釜,是將含有二氧化硅的玻璃質釉涂于低碳鋼制成的容器表面,經高溫(約8oo~9oo℃)燒結而成。形成的搪玻璃襯里耐腐蝕性能好, 能耐一般無機酸、有機酸、弱堿液(≤60℃, pH≤12)、有機溶劑等介質的腐蝕,但不耐氫氟酸、高濃度強堿及溫度高于180℃的濃磷酸的腐蝕。此外,搪玻璃襯里硬度高.耐磨,像玻璃一樣光滑,不易黏附物料,容易清洗。

但是, 由于搪玻璃反應釜畢竟是用兩種不同物理性能的材料復合而成, 且玻璃釉質脆性大, 因此它在耐壓、 耐溫、 抗機械沖擊等方面還是有許多不足之處 。

①允許工作壓力有限制 一般釜內為 0. 2MPa(軸封為軟填料密封)或 0.39~1MPa (軸封為單端面或雙端面機械密封) , 夾套為 0. 59MPa。 由于搪玻璃設備的法蘭密封及軸封的嚴密程度要比非搪玻璃設備差 (因燒結時變形所致) , 所以它也不宜用于真空度大于80kPa 的工作場合 。

②允許工作溫度有限制 通常只能在200℃以下使用。

③溫度急劇變化時, 瓷釉層可能出現破損 按中國國家標準, 搪玻璃設備的耐溫差急變性數值是:冷沖擊不大于110℃,熱沖擊不大于120℃。

④瓷釉層很脆,抗機械沖擊能力很低 要嚴防重物、工具掉落釜中,在安裝攪拌器時要防止由于轉向不對而脫扣墜落 。 不許碰撞或錘擊搪玻璃設備 。

⑤傳熱較慢, 而且導電性差 物料在釜內運動時容易造成靜電荷的積聚 。 因此, 必須采取有效的防靜電措施。基于上述缺點, 搪玻璃反應釜主要適用于較低溫度下反應的樹脂生產, 如氨基樹脂、 乳液, 以及反應介質呈酸性的情況下。

2. 反應釜的結構

( 1 ) 概述

反應釜從形式上有敞開式和密閉式之分 。 敞開式反應釜結構比較簡單·由筒體和筒底(下封頭) 組成, 一般裝有活動釜蓋, 傳動和攪拌裝置為可移動式。在樹脂、漆料生產中,除個別品種外,現在廣泛使用密閉式反應釜。 除特殊注明外, 下面討論的反應釜就指密閉式反應釜。這兩部分可由多個不同專業生產廠分工制造, 然后進行組裝, 以達到優質、 高效、 降低成本的目的。

反應釜的主體由筒體和釜底(下封頭)、釜蓋(上封頭)組成,其傳熱結構是外有夾套、 內有蛇管。 利用導熱油進行加熱和冷卻 。 釜蓋上安裝傳動裝置和軸封裝置, 它們帶動攪拌器運轉并防止軸封處泄漏。 釜蓋上設置人孔、 視鏡、加料孔、出氣孔、取樣孔及溫度計孔等。支座、放料閥及保溫層 。

(2) 筒體與封頭 除了直徑很小時用無縫鋼管做筒體的情況外, 容器公稱直徑是指筒體的內徑。 其數值多為100mm的整數倍,可按有關標準選取。筒體大多用鋼板卷成圓筒. 再焊接而成。 反應釜筒體的高度與內徑的比值稱為長徑比,通常推薦值約為1~1. 3。 它與反應釜容積大小及產品品種等因素有關。 不同的加熱方式, 也對反應釜的長徑比提出了不同的要求。如用直接火加熱釜底,要求釜底面積大些,則長徑比要稍小。 如果需要通過筒體部分加熱的, 長徑比需要大些。

反應釜的封頭主要有橢圓形封頭和蝶形封頭兩種 。 碟形封頭是一種帶圓弧折邊的球形封頭。 碟形封頭的深度較橢圓形封頭淺, 如目前國內標準的碟形封頭 R, = T, r=0.15T,其曲面高度 h,=0.226T。它的受力情況比橢圓形封頭略差。橢圓形封頭為半個旋轉橢球面再加上一段直邊 。 由于橢圓曲線的曲率變化是連續的, 所以受力情況較好。 國內標準橢圓形封頭取長軸與短軸之比為2, 也就是封頭曲面高度等于封頭內徑的1/4, 目前國內這兩種封頭的直邊高度 fi2依據封頭直徑選取。封頭直徑 T≤2m, h2取25mm; T>2m, h2取40mm。

不同用途的反應釜,釜蓋開孔數量不同。反應釜蓋的開孔配置, 也隨釜蓋直徑的大小及出料方式的不同而有差異。如釜蓋直徑較小,布孔位置不足,可一孔多用。 如在人孔蓋上設視鏡; 在進料孔上設置一個水平總管, 供幾種原料管路并聯連接等 。 若布孔位置富余, 為操作方便, 除人孔外可再設置手孔 。 對直接火加熱的反應釜,為安全計,都不在釜底開孔接管,出料采用一 個插底管, 利用真空或氣壓從釜蓋上出料 。 取樣大多用插人液面下的取樣管借助真空取樣, 也有從釜體下部側壁取樣的 。 因為溫度控制特別重要, 一般留兩個管孔, 可裝兩支不同的溫度計。

反應釜的筒體與釜底 (下封頭) 都是焊接的, 所有內部的焊縫都要打磨, 以免掛料 。 筒體與釜蓋(上封頭) 的連接, 常用兩種方式一法蘭連接和焊接 。 法蘭連接的釜蓋可拆開, 便于反應釜的檢查、 清洗和檢修, 但其制造成本高, 增加了泄漏的可能性 。 而且若長期不拆卸, 螺栓、 螺母都銹住了, 拆卸起來很困難。 所以一般只推薦在小容積(≤3m3 ) 的反應釜中使用 。

現在不用大法蘭的焊接式反應釜使用較普遍。 由于沒有大法蘭, 釜蓋上必須開設人孔, 以便檢修。 攪詳器如不能通過人孔裝卸, 應制成可拆卸式結構 。 人孔應是帶回轉蓋的快開結構, 開啟輕便, 以方便工人操作, 減輕體力勞動強度 。

3. 反應釜的傳熱結構

反應釜中物料在反應過程中要吸熱或放熱, 有時還要反復進行 。 反應釜作為傳熱容器, 使外來熱源傳入以加熱物料, 或使物料的熱能用熱載體吸收以冷卻物料 。 依據熱源不同, 反應釜釜體可設計成不同形式。

反應釜加熱有兩種形式, 即直接加熱和間接加熱。 直接加熱, 如燃料燃燒的直接火加熱、 電阻遠紅外加熱或工頻電感加熱, 都是直接對釜底和筒體進行加熱 。 間接加熱, 使用氣相或液相熱載體對反應釜進行加熱. 如蒸汽加熱和導熱油加熱。 間接加熱的反應釜, 就要設置各種形式的傳熱結構 。 釜體外部的是普通夾套和半管夾套, 釜體內部常用蛇管 (盤管) 。 為了增加傳熱面積, 有的釜內設置了傳熱擋板 。 這些傳熱結構, 如通人冷卻水等冷卻介質, 即可用于冷卻 。