目前，在國(guó)內(nèi)外石油、化工、醫(yī)藥等行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)裝置中，反應(yīng)釜是廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備之一，擔(dān)負(fù)著提供化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所的重要作用。在很多工況下，反應(yīng)介質(zhì)具有毒性和腐蝕性等特點(diǎn)，一旦泄漏，不但會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)對(duì)操作人員和環(huán)境造成很大的危害。因此，在確保其使用安全的前提下，如何合理設(shè)計(jì)、制造反應(yīng)釜具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。筆者以某公司承制的鉑溶解反應(yīng)釜為例，介紹同一臺(tái)反應(yīng)釜中成功應(yīng)用襯搪瓷與襯鉭工藝的情況。
１ 反應(yīng)釜簡(jiǎn)介
（１）分類
根據(jù)反應(yīng)釜的制造結(jié)構(gòu)可分為開式平蓋式反應(yīng)釜、開式對(duì)焊法蘭式反應(yīng)釜和閉式反應(yīng)釜３大類。根據(jù)材質(zhì)和用途又可分為不銹鋼反應(yīng)釜、搪玻璃反應(yīng)釜、磁力攪拌反應(yīng)釜、不飽和聚酯樹脂全套設(shè)備、蒸汽反應(yīng)釜、小型試驗(yàn)用高壓釜和雙玻璃反應(yīng)釜等。
（２）結(jié)構(gòu)形式
反應(yīng)釜一般由釜體、釜蓋、夾套、攪拌器、傳動(dòng)裝置、軸封裝置及支承等組成。攪拌形式又分為錨式、槳式、渦輪式、推進(jìn)式或框式等，用戶可根據(jù)介質(zhì)黏度、流體流動(dòng)狀態(tài)、攪拌特點(diǎn)等需求進(jìn)行合理選型。傳動(dòng)裝置一般由電動(dòng)機(jī)、減速裝置、聯(lián)軸節(jié)及攪拌軸４部分組成。此外，影響設(shè)備性能好壞的一個(gè)重要組成部分就是軸封。目前，軸封主要以常用的填料密封、機(jī)械密封、迷宮密封、浮動(dòng)環(huán)密封等為主。反應(yīng)釜可配置的傳熱元件有夾套、內(nèi)構(gòu)件（如內(nèi)盤管）和攪拌器本身３種。加熱方式有電加熱、熱水加熱、導(dǎo)熱油循環(huán)加熱、遠(yuǎn)紅外加熱以及外（內(nèi)）盤管加熱等。支座主要有支承式支座或者耳式支座等。
（３）工作原理
在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)之前，先將反應(yīng)物按照一定的比例混合，然后與催化劑一同投入反應(yīng)釜內(nèi)，在反應(yīng)釜的夾套中加入一定量的熱載體加熱提高釜內(nèi)物料的溫度，通過攪拌器的攪拌使物料均勻并提高導(dǎo)熱速度，使其溫度均勻。當(dāng)釜內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)定的溫度時(shí)，保持一定時(shí)間的恒溫以使化學(xué)反應(yīng)正常進(jìn)行，反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行冷卻。
２ 鉑溶解反應(yīng)釜設(shè)計(jì)
２．１ 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
某鉑溶解反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)示意圖見圖１，主體為釜蓋、釜體、夾套３大部分。工作時(shí)在釜內(nèi)按王水的配制比例依次加入鹽酸、硝酸以及金屬鉑，使其在內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
為了維持反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)溫度，需要對(duì)其加熱。釜內(nèi)反應(yīng)物料的加熱通過包圍在釜體外部密閉夾套內(nèi)的導(dǎo)熱油向內(nèi)壁傳熱實(shí)現(xiàn)。
該鉑溶解反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)及驗(yàn)收應(yīng)當(dāng)符合ＧＢ １５０．１～１５０．４—２０１１《壓力容器》以及ＧＢ?。玻担埃玻?mdash;２０１０《搪玻璃設(shè)備技術(shù)條件》的要求。設(shè)備主要受壓元件材料為Ｑ３４５Ｒ、Ｑ２４５Ｒ，襯層材料搪瓷（釜蓋）／鉭（釜體），設(shè)計(jì)溫度１２５℃（容器）／１６５℃（夾套），設(shè)計(jì)壓力０．１ＭＰａ（容器）／０．１ＭＰａ（夾套），介質(zhì)為王水、鉑（容器）／導(dǎo)熱油（夾套）
２．２ 設(shè)計(jì)內(nèi)容
①釜體的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。②釜蓋、夾套的強(qiáng)度、剛度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。③搪瓷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。④視鏡的選型。⑤法蘭、接管法蘭及開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。⑥支座的選型及校驗(yàn)。⑦焊縫的結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)。⑧襯鉭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。⑨風(fēng)攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)。⑩溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。輔助設(shè)備設(shè)計(jì)。
２．３ 設(shè)計(jì)重點(diǎn)
２．３．１ 材料選擇
鉑溶解反應(yīng)釜本體采用多種制造工藝完成，釜蓋采用Ｑ２４５Ｒ襯搪瓷結(jié)構(gòu)，釜體采用Ｑ３４５Ｒ襯鉭結(jié)構(gòu)。
搪瓷（搪玻璃）是在金屬基體上通過高溫復(fù)合一層光滑、致密的特殊性能的玻璃質(zhì)材料。搪玻璃反應(yīng)釜具有玻璃的穩(wěn)定性和金屬強(qiáng)度的雙重優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的耐腐蝕設(shè)備。鉭具有很高的抗腐蝕性能和優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，但造價(jià)昂貴。兩種材料對(duì)王水都有很強(qiáng)的耐腐蝕性能。結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、承載介質(zhì)的液位高度以及對(duì)傳熱的要求，釜體襯層采用鉭，釜蓋襯層采用搪瓷，既可保證設(shè)備的使用要求，又能降低整臺(tái)設(shè)備的制造成本。
２．３．２ 導(dǎo)熱油及其用量控制
鉑溶解反應(yīng)釜在操作溫度下才能正常工作，如何在安全操作的情況下更快速地提升反應(yīng)釜的溫度顯得尤為重要。一般而言，在溫度要求不高的情況下，可以采取水作為加熱介質(zhì)，這種方法的局限性是升溫空間有限。如果需要更高的溫度，可以使用高壓過熱蒸汽法加熱。但采用高壓過熱蒸汽法加熱時(shí)，設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)也會(huì)相應(yīng)增加。
根據(jù)鉑溶解反應(yīng)釜的加熱要求和對(duì)各種熱載體的比較，采用性能穩(wěn)定、使用溫度高、加熱速度快且傳熱效率高的ＹＤ－３２０號(hào)導(dǎo)熱油作為加熱介質(zhì)。鉑溶解反應(yīng)釜的加熱方式采用在夾套底部插入電加熱棒直接加熱導(dǎo)熱油，通過導(dǎo)熱油間接加熱釜體內(nèi)的王水，以促進(jìn)鉑在王水介質(zhì)中的溶解過程。目前，國(guó)內(nèi)制造廠在使用導(dǎo)熱油的過程中存在密封及其它問題，如經(jīng)常遇到導(dǎo)熱油被氧化和酸值、黏度值偏離等，導(dǎo)致油品變質(zhì)失效。這其中不乏有油品性能低劣的原因，還有大部分原因是客戶在使用過程中不注意油品防護(hù)引起的。另外，導(dǎo)熱油的使用量也是根據(jù)理論計(jì)算或憑經(jīng)驗(yàn)確定。若導(dǎo)熱油的注入量過多，有可能發(fā)生熱油溢出、燒傷、著火等事故，若注入量過少，會(huì)引起設(shè)備的干燒問題。針對(duì)這些可預(yù)見的隱患，鉑溶解反應(yīng)釜的導(dǎo)熱油進(jìn)口處配備一個(gè)平衡裝置。此裝置的作用：①利用平衡裝置與鉑溶解反應(yīng)釜的勢(shì)能差，及時(shí)補(bǔ)給導(dǎo)熱油所需量，使夾套內(nèi)的導(dǎo)熱油始終處于充滿狀態(tài)，并及時(shí)將多余氣體排出。②用來容納與補(bǔ)償夾套內(nèi)的導(dǎo)熱油因溫度變化而產(chǎn)生的體積膨脹或收縮，同時(shí)隔絕高溫導(dǎo)熱油與空氣的直接接觸，降低油品被氧化的速度。
２．３．３ 風(fēng)攪拌系統(tǒng)
與傳統(tǒng)的攪拌方式不同，鉑溶解反應(yīng)釜內(nèi)攪拌方式為風(fēng)攪拌。通過鼓風(fēng)機(jī)將風(fēng)由管道送至與設(shè)備相連的攪拌棒中，在攪拌棒接近釜底的位置開孔，攪拌棒底部用螺紋塞堵住，風(fēng)吹動(dòng)開孔處的介質(zhì)與周圍的鉑反應(yīng)。風(fēng)速大小可通過閥門自行控制。為了達(dá)到預(yù)期攪拌的效果，采用數(shù)值模擬的方法對(duì)流體流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了模擬，結(jié)果良好。
２．３．４ 溫度控制系統(tǒng)
此鉑溶解反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)通過比例－積分－微分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ?。桑睿簦澹纾颍幔簦椋铮睢。模椋妫妫澹颍澹睿簦椋幔簦椋铮?，ＰＩＤ）控制器調(diào)節(jié)釜內(nèi)溫度，利用可編程邏輯控制器（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ?。蹋铮纾椋恪。茫铮睿簦颍铮欤欤澹?，ＰＬＣ）內(nèi)建的ＰＩＤ調(diào)節(jié)模塊對(duì)設(shè)定溫度和實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，ＰＩＤ輸出量做為可控硅的驅(qū)動(dòng)控制元件同時(shí)控制８?jìng)€(gè)加熱器的加熱功率，從而調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油和釜內(nèi)溫度。本系統(tǒng)并入原有可編程邏輯控制器控制系統(tǒng)，提供釜內(nèi)溫度和導(dǎo)熱油溫度的數(shù)字信號(hào)輸出。
由于工藝溫度在２００℃以下，所以采用ＰＴ１００鉑熱電阻做為測(cè)溫元件，釜內(nèi)測(cè)溫采用搪瓷保護(hù)套管保護(hù)測(cè)溫電阻，夾套內(nèi)采用不銹鋼保護(hù)套管進(jìn)行保護(hù)。
鉑溶解反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量?jī)x表、電加熱器和遠(yuǎn)程操作控制柜等組成。通過ＰＴ１００熱電阻實(shí)時(shí)測(cè)量釜內(nèi)溫度，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)顯示并傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制柜。在夾套內(nèi)設(shè)置ＰＴ１００熱電阻測(cè)量導(dǎo)熱油溫度并接入遠(yuǎn)程控制柜，在觸摸屏上監(jiān)視溫度變化并實(shí)現(xiàn)很溫報(bào)警功能。
采用８?jìng)€(gè)電加熱器（總功率２４ｋＷ）對(duì)導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱。通過可編程邏輯控制器內(nèi)算法對(duì)加熱功率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，確保加熱器控溫精度。
３ 結(jié)語
根據(jù)鉑溶解反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用條件，突破常規(guī)設(shè)計(jì)思路，大膽采用多種材料相結(jié)合的方法，將襯搪瓷與襯鉭工藝成功應(yīng)用在同一臺(tái)反應(yīng)釜上。除此之外，總結(jié)了以往導(dǎo)熱油使用中出現(xiàn)過的問題并有針對(duì)性地采取了措施。按文中所述制造的鉑溶解反應(yīng)釜已經(jīng)投入使用，使用效果良好。
