第五节　反应釜配套装置

一、分馏柱

分馏柱属于化学实验用的分馏器具领域。

种类:普通有机化学实验中常用的有填充式分馏柱和刺形分馏柱(又称韦氏分馏柱)

结构包括:管状结构的柱体、引馏体。所述的引馏体为中空管状结构,设置为多个,分别位于柱体内与柱体的内壁连接。

分馏功能:实际分馏过程中,外部空气流过引馏体管内,可提高引馏体与外部空气热交换效率,从而使柱内温度梯度增加,使不同沸点的物质得到较好的分离。

蒸馏:如果将两种挥发性液体混合物进行蒸馏,在沸腾温度下,其气相与液相达成平衡,出来的蒸气中含有较多量易挥发物质的组分,将此蒸气冷凝成液体,其组成与气相组成等同(即含有较多的易挥发组分),而残留物中却含有较多量的高沸点组分(难挥发组分),这就是进行了一次简单的蒸馏。

有系统的重复蒸馏。如果将蒸气凝成的液体重新蒸馏,即又进行一次气液平衡,再度产生的蒸气中,所含的易挥发物质组分又有增高,同样,将此蒸气再经冷凝而得到的液体中,易挥发物质的组成当然更高,这样我们可以利用一连串的有系统的重复蒸馏,最后能得到接近纯组分的两种液体。

分馏柱的优点:应用这样反复多次的简单蒸馏,虽然可以得到接近纯组分的两种液体,但是这样做既浪费时间,且在重复多次蒸馏操作中的损失又很大,设备复杂,所以,通常是利用分馏柱进行多次气化和冷凝,这就是分馏。

在分馏柱内,当上升的蒸气与下降的冷凝液互凝相接触时,上升的蒸气部分冷凝放出热量使下降的冷凝液部分气化,两者之间发生了热量交换,其结果,上升蒸气中易挥发组分增加,而下降的冷凝液中高沸点组分(难挥发组分)增加,如果继续多次,就等于进行了多次的气液平衡,即达到了多次蒸馏的效果。这样靠近分馏柱顶部易挥发物质的组分比率高,而在烧瓶里高沸点组分(难挥发组分)的比率高。这样只要分馏柱足够高,就可将这种组分完全彻底分开。工业上的精馏塔就相当于分馏柱。

二、卧式冷凝器

1.卧式(单管程)列管式不锈钢冷凝器

① 性能与用途。不锈钢冷凝器(见图2⁃6)是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,又称热交换器。不锈钢冷凝器在反应装置中的作用是将反应釜中蒸发出来的水蒸气和溶剂蒸气等冷凝液一起进行适当冷却成液体。因此它被广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度,同时也是提高能源利用率的主要设备之一。列管式不锈钢冷凝器的主要优点是单位体积所具有的传热面积大、传热效果好。此外,它还具有结构比较简单、易于制造、清洗方便、适应性强等特点。

② 型式和结构。不锈钢冷凝器作为热交换器(换热器)中有特定用途的一种,有套管式、蛇管式、螺旋板式和列管式(也称管壳式)等型式。目前使用最多的是列管式。

列管式不锈钢冷凝器主要由壳体、管束、管板和管箱等零部件组成。图2⁃7为卧式(单管程)列管式不锈钢冷凝器结构示意图。

管束由多根无缝钢管组成。进行换热时,一种流体由前端管箱的进口管进入,通过平行管束的管内,从后端管箱出口管流出,称为管程。另一种流体则由壳体的接管进入,在壳体与管束间的空隙处流过,而从另一接管流出,称为壳程。作为不锈钢冷凝器,壳程常为冷却水,由下面进入,从上面出去。管束的外表面积,即为传热面积。流体一次通过管程的称为单管程(单程)。列管式换热器传热面积较大时,管子数目较多,为了提高管程流体的流速,将全部管子分隔成若干组,使流体在管内往返经过多次,称为多管程。

为了提高壳程流体的速度,提高冷却效果常在壳体内安装一定数目与管束垂直的折流板(也称折流挡板)。不锈钢冷凝器与物料接触的部分多用不锈钢制造,壳体用碳钢。

不锈钢冷凝器见图2⁃8。

2.不锈钢螺旋板式冷凝器

不锈钢螺旋板式冷凝器见图2⁃9。

三、分水器

1.分水器定义

分、集水器是水系统中用于连接各路加热管的供水回水的配、集水装置。按进回水分为分水器、集水器,所以也称为分集水器或集分水器,统称为分水器。

一般涂料生产设备中自来水供水系统户表改造用的分水器多为PP或PE材质。供回水均设排气阀,很多分水器供回水还设有泄水阀。供水前端应设“Y”型过滤器。供水分水管各支管均应设阀门,以调节水量的大小。

2.分水器用途

分水器常用于以下几方面。

(1)地板采暖系统分集水器管中若干的支路管道,并在其上面安装有排气阀,自动恒温阀等,一般多为铜质的。其口径小,多位于DN25~DN40之间。进口产品较多。

(2)空调水系统或其他的工业水系统中,同样管中若干的支路管道,分别包括回水支路和供水支路,但其较大多位于DN350~DN1500中不等,用钢板制作,属于压力容器类,其需要安装压力表、温度计、自动排气阀、安全阀、放空阀等,2个容器之间需要安装压力调节阀,且需要有自动旁通管路辅助。

(3)自来水供水系统中分水器的使用能有效地避免了自来水管理方面的漏洞,集中安装、管理水表,并且配合单管多路使用降低了管材采购成本,极大地缩短了施工时间,提高了效率。自来水分水器通过异径直接连接于铝塑主管道,在水表池(水表房)中集中安装水表,做到一户一表,户外安装、户外查看。当前全国各地户表改造正在大范围进行中。

3.分水器工作原理

分水器在地暖系统中主要负责地暖环路中水流量的开启和关闭,当燃气锅炉中的水经过主管道流入分集水器中,经过滤器将杂质隔离,之后将水均衡分配到环路时,经过热交换后返回到集水回主杠(注:主杠是水平安装,这样利用同一高度、压力相等的原理,使热媒被平均分配到支管路),再由回水口流入供热系统中。

4.分水器实验

实验利用恒沸混合物蒸馏方法,采用分水器将反应生成的水层上面的有机层不断流回到反应瓶中,而将生成的水除去。实验前,分水器内加水至支管后放去XmL水即分水器内有(V-X)mL水。开始小火加热,保持瓶内液体微沸,开始回流,控制一定实验温度,待分水器已全部被水充满时表示反应已基本完成,停止加热。主要用于化学实验中分离化学反应生成的水,由于化学反应生成的水在有水存在于反应体系时会对反应造成一定的影响或者使反应无法进行,需要把生成的水通过与水共沸的溶剂回流把水带出来,使反应能够进行,通常用甲苯和水共沸带走反应生成的水。

5.分水器技术参数

分水器就是起分流作用的。分水器的直径、长度,分水器的进出水口数量、大小,分水器的工作压力,分水器使用材质都有一定的技术参数。

① 当管路较多时,若采用过多的三通、四通等配件,会导致系统的能量损失很大。

② 要方便用户操作。当采用分水器后管路走向清晰明朗,易操作。

③ 要方便维修。分水器上的接口都是法兰连接的,目的是便于拆卸和维修。

④ 要减少系统压差。

6.分水器结构

一般的,分集水器主要由分水器、集水器和固定支架三部分组成。分水器的作用是把热源热水分开导入每一路的地面辐射供暖所铺设的管内,以实现分室供暖和调节温度的目的。而集水器则是将分开散热后的每一路内的低温水汇集到一起,并且固定到墙体或地面。

7.分水器相关标准

GA 868—2010《分水器和集水器》。

四、兑稀釜

1.树脂兑稀釜分类与应用

树脂兑稀釜一般分为平台式和落地式。

兑稀釜主要应用于物料兑稀,根据固含量指标设计具体尺寸,它操作方便,生产效率高。

涂料稀释罐又称稀释釜、兑稀罐、兑稀釜。在涂料生产中供树脂和经热炼漆料加入溶剂稀释,然后过滤制成半成品(油漆料)。其结构形状可与反应釜相似。一般多设有搅拌装置、传热装置、涂料回流冷凝器及进料口、出料口等。其大多为反应釜的配套设备,其容量应稍大于反应釜容量的2倍为宜。

2.兑稀釜主要特点

兑稀釜一般由反应釜、升气管和立式冷凝器等组成。反应釜采用优质不锈钢或碳钢制作,采用上下封头结构,可抽真空,配有机械密封或填料密封;搅拌桨可定制各式桨叶(锚式、框式、螺带式、桨叶式等);内锅和夹套配套数码式温控系统可以自由设定所需温度的上限和下限,随时监测温度变化,提高生产的效率和安全性。

一般不饱和树脂在兑稀好后的冷却过程中会凝固的原因是,冷却过程太慢,或者没加阻聚剂,或者兑稀后温度还过高;一般实验室兑稀,最好在140℃以下进行,完成后最好能降温到100℃以下,且利用风扇对吹降温到60℃应该就没问题了。

苯乙烯在100℃会自聚。如果是大反应釜,一般都是保温罐,阻聚剂消耗完了也会自聚。

举个很简单的例子,就是做好的树脂时间长了也会胶化,所以不饱和聚酯的保质期一般为半年。