第五節　反應釜配套裝置

一、分餾柱

分餾柱屬于化學實驗用的分餾器具領域。

種類:普通有機化學實驗中常用的有填充式分餾柱和刺形分餾柱(又稱韋氏分餾柱)

結構包括:管狀結構的柱體、引餾體。所述的引餾體為中空管狀結構,設置為多個,分別位于柱體內與柱體的內壁連接。

分餾功能:實際分餾過程中,外部空氣流過引餾體管內,可提高引餾體與外部空氣熱交換效率,從而使柱內溫度梯度增加,使不同沸點的物質得到較好的分離。

蒸餾:如果將兩種揮發性液體混合物進行蒸餾,在沸騰溫度下,其氣相與液相達成平衡,出來的蒸氣中含有較多量易揮發物質的組分,將此蒸氣冷凝成液體,其組成與氣相組成等同(即含有較多的易揮發組分),而殘留物中卻含有較多量的高沸點組分(難揮發組分),這就是進行了一次簡單的蒸餾。

有系統的重復蒸餾。如果將蒸氣凝成的液體重新蒸餾,即又進行一次氣液平衡,再度產生的蒸氣中,所含的易揮發物質組分又有增高,同樣,將此蒸氣再經冷凝而得到的液體中,易揮發物質的組成當然更高,這樣我們可以利用一連串的有系統的重復蒸餾,最后能得到接近純組分的兩種液體。

分餾柱的優點:應用這樣反復多次的簡單蒸餾,雖然可以得到接近純組分的兩種液體,但是這樣做既浪費時間,且在重復多次蒸餾操作中的損失又很大,設備復雜,所以,通常是利用分餾柱進行多次氣化和冷凝,這就是分餾。

在分餾柱內,當上升的蒸氣與下降的冷凝液互凝相接觸時,上升的蒸氣部分冷凝放出熱量使下降的冷凝液部分氣化,兩者之間發生了熱量交換,其結果,上升蒸氣中易揮發組分增加,而下降的冷凝液中高沸點組分(難揮發組分)增加,如果繼續多次,就等于進行了多次的氣液平衡,即達到了多次蒸餾的效果。這樣靠近分餾柱頂部易揮發物質的組分比率高,而在燒瓶里高沸點組分(難揮發組分)的比率高。這樣只要分餾柱足夠高,就可將這種組分完全徹底分開。工業上的精餾塔就相當于分餾柱。

二、臥式冷凝器

1.臥式(單管程)列管式不銹鋼冷凝器

① 性能與用途。不銹鋼冷凝器(見圖2?6)是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備,又稱熱交換器。不銹鋼冷凝器在反應裝置中的作用是將反應釜中蒸發出來的水蒸氣和溶劑蒸氣等冷凝液一起進行適當冷卻成液體。因此它被廣泛應用于化工、石油、動力和原子能等工業部門。它的主要功能是保證工藝過程對介質所要求的特定溫度,同時也是提高能源利用率的主要設備之一。列管式不銹鋼冷凝器的主要優點是單位體積所具有的傳熱面積大、傳熱效果好。此外,它還具有結構比較簡單、易于制造、清洗方便、適應性強等特點。

② 型式和結構。不銹鋼冷凝器作為熱交換器(換熱器)中有特定用途的一種,有套管式、蛇管式、螺旋板式和列管式(也稱管殼式)等型式。目前使用最多的是列管式。

列管式不銹鋼冷凝器主要由殼體、管束、管板和管箱等零部件組成。圖2?7為臥式(單管程)列管式不銹鋼冷凝器結構示意圖。

管束由多根無縫鋼管組成。進行換熱時,一種流體由前端管箱的進口管進入,通過平行管束的管內,從后端管箱出口管流出,稱為管程。另一種流體則由殼體的接管進入,在殼體與管束間的空隙處流過,而從另一接管流出,稱為殼程。作為不銹鋼冷凝器,殼程常為冷卻水,由下面進入,從上面出去。管束的外表面積,即為傳熱面積。流體一次通過管程的稱為單管程(單程)。列管式換熱器傳熱面積較大時,管子數目較多,為了提高管程流體的流速,將全部管子分隔成若干組,使流體在管內往返經過多次,稱為多管程。

為了提高殼程流體的速度,提高冷卻效果常在殼體內安裝一定數目與管束垂直的折流板(也稱折流擋板)。不銹鋼冷凝器與物料接觸的部分多用不銹鋼制造,殼體用碳鋼。

不銹鋼冷凝器見圖2?8。

2.不銹鋼螺旋板式冷凝器

不銹鋼螺旋板式冷凝器見圖2?9。

三、分水器

1.分水器定義

分、集水器是水系統中用于連接各路加熱管的供水回水的配、集水裝置。按進回水分為分水器、集水器,所以也稱為分集水器或集分水器,統稱為分水器。

一般涂料生產設備中自來水供水系統戶表改造用的分水器多為PP或PE材質。供回水均設排氣閥,很多分水器供回水還設有泄水閥。供水前端應設“Y”型過濾器。供水分水管各支管均應設閥門,以調節水量的大小。

2.分水器用途

分水器常用于以下幾方面。

(1)地板采暖系統分集水器管中若干的支路管道,并在其上面安裝有排氣閥,自動恒溫閥等,一般多為銅質的。其口徑小,多位于DN25~DN40之間。進口產品較多。

(2)空調水系統或其他的工業水系統中,同樣管中若干的支路管道,分別包括回水支路和供水支路,但其較大多位于DN350~DN1500中不等,用鋼板制作,屬于壓力容器類,其需要安裝壓力表、溫度計、自動排氣閥、安全閥、放空閥等,2個容器之間需要安裝壓力調節閥,且需要有自動旁通管路輔助。

(3)自來水供水系統中分水器的使用能有效地避免了自來水管理方面的漏洞,集中安裝、管理水表,并且配合單管多路使用降低了管材采購成本,極大地縮短了施工時間,提高了效率。自來水分水器通過異徑直接連接于鋁塑主管道,在水表池(水表房)中集中安裝水表,做到一戶一表,戶外安裝、戶外查看。當前全國各地戶表改造正在大范圍進行中。

3.分水器工作原理

分水器在地暖系統中主要負責地暖環路中水流量的開啟和關閉,當燃氣鍋爐中的水經過主管道流入分集水器中,經過濾器將雜質隔離,之后將水均衡分配到環路時,經過熱交換后返回到集水回主杠(注:主杠是水平安裝,這樣利用同一高度、壓力相等的原理,使熱媒被平均分配到支管路),再由回水口流入供熱系統中。

4.分水器實驗

實驗利用恒沸混合物蒸餾方法,采用分水器將反應生成的水層上面的有機層不斷流回到反應瓶中,而將生成的水除去。實驗前,分水器內加水至支管后放去XmL水即分水器內有(V-X)mL水。開始小火加熱,保持瓶內液體微沸,開始回流,控制一定實驗溫度,待分水器已全部被水充滿時表示反應已基本完成,停止加熱。主要用于化學實驗中分離化學反應生成的水,由于化學反應生成的水在有水存在于反應體系時會對反應造成一定的影響或者使反應無法進行,需要把生成的水通過與水共沸的溶劑回流把水帶出來,使反應能夠進行,通常用甲苯和水共沸帶走反應生成的水。

5.分水器技術參數

分水器就是起分流作用的。分水器的直徑、長度,分水器的進出水口數量、大小,分水器的工作壓力,分水器使用材質都有一定的技術參數。

① 當管路較多時,若采用過多的三通、四通等配件,會導致系統的能量損失很大。

② 要方便用戶操作。當采用分水器后管路走向清晰明朗,易操作。

③ 要方便維修。分水器上的接口都是法蘭連接的,目的是便于拆卸和維修。

④ 要減少系統壓差。

6.分水器結構

一般的,分集水器主要由分水器、集水器和固定支架三部分組成。分水器的作用是把熱源熱水分開導入每一路的地面輻射供暖所鋪設的管內,以實現分室供暖和調節溫度的目的。而集水器則是將分開散熱后的每一路內的低溫水匯集到一起,并且固定到墻體或地面。

7.分水器相關標準

GA 868—2010《分水器和集水器》。

四、兌稀釜

1.樹脂兌稀釜分類與應用

樹脂兌稀釜一般分為平臺式和落地式。

兌稀釜主要應用于物料兌稀,根據固含量指標設計具體尺寸,它操作方便,生產效率高。

涂料稀釋罐又稱稀釋釜、兌稀罐、兌稀釜。在涂料生產中供樹脂和經熱煉漆料加入溶劑稀釋,然后過濾制成半成品(油漆料)。其結構形狀可與反應釜相似。一般多設有攪拌裝置、傳熱裝置、涂料回流冷凝器及進料口、出料口等。其大多為反應釜的配套設備,其容量應稍大于反應釜容量的2倍為宜。

2.兌稀釜主要特點

兌稀釜一般由反應釜、升氣管和立式冷凝器等組成。反應釜采用優質不銹鋼或碳鋼制作,采用上下封頭結構,可抽真空,配有機械密封或填料密封;攪拌槳可定制各式槳葉(錨式、框式、螺帶式、槳葉式等);內鍋和夾套配套數碼式溫控系統可以自由設定所需溫度的上限和下限,隨時監測溫度變化,提高生產的效率和安全性。

一般不飽和樹脂在兌稀好后的冷卻過程中會凝固的原因是,冷卻過程太慢,或者沒加阻聚劑,或者兌稀后溫度還過高;一般實驗室兌稀,最好在140℃以下進行,完成后最好能降溫到100℃以下,且利用風扇對吹降溫到60℃應該就沒問題了。

苯乙烯在100℃會自聚。如果是大反應釜,一般都是保溫罐,阻聚劑消耗完了也會自聚。

舉個很簡單的例子,就是做好的樹脂時間長了也會膠化,所以不飽和聚酯的保質期一般為半年。