反应釜新材料的研制和工艺设计
刘少斌
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刘少斌,. 反应釜新材料的研制和工艺设计[J]. 新材料,2023.6. DOI:10.12721/ccn.2023.158249.
摘要:
反应釜是一种化工设备,主要用于生产、合成、分离、干燥和熔化等。它主要由釜体和釜盖组成。釜体是一个钢件,一般由钢锭或钢坯经过冷加工制成。釜盖是一个铸件,由若干个铸件焊接而成。它由筒体、搅拌器、导料管、密封圈、搅拌轴等组成。与其它设备相比,反应釜的结构紧凑,制造周期短,工作效率高。随着科学技术的进步,近年来出现了一种新的材料—环氧树脂。环氧树脂是一种热固性聚合物,具有很强的耐高温性和耐化学性,在多种材料中具有很好的粘合性,因此环氧树脂成为反应釜内壁材料的首选材料。
关键词: 反应釜;环氧树脂
DOI:10.12721/ccn.2023.158249
基金资助:

环氧树脂作为一种聚合物材料,具有耐化学腐蚀、机械强度高、耐高温、绝缘、电气性能好等特点,在化工设备中得到了广泛应用。但环氧树脂有一定的脆性,而且环氧树脂在高温下易分解,导致其耐热性降低,同时环氧树脂分子中存在大量的活性官能团,很容易与反应釜内的金属产生化学反应,导致设备腐蚀。随着人们对环境保护意识的增强和化工行业的发展,人们对环氧树脂反应釜的使用要求也越来越高,对其进行改性以提高其耐热性和耐化学性已成为发展趋势。通过改性可以使环氧树脂与金属及其他无机物形成多相复合材料,同时使反应釜表面具有抗腐蚀性能。此外,通过改变反应釜的形状、结构等可以进一步提高反应釜的耐腐蚀性和力学性能。

一、材料的选择

反应釜作为化工设备,在运行过程中,经常会产生大量的高温和腐蚀性气体,对内壁材料的性能要求很高。考虑到反应釜内壁材料的使用寿命以及运行过程中可能出现的问题,因此我们选择了具有优良综合性能的环氧树脂作为内壁材料。通过分析试验数据,我们认为环氧树脂可以满足反应釜内壁材料的要求。

环氧树脂的化学性质比较稳定,具有良好的耐化学性,因此可以在高温条件下保持良好的性能。环氧树脂还具有很强的粘接力和抗冲击性。在高温条件下,它可以与多种材料牢固结合,并且不会产生变形。环氧树脂的粘度很高,可以很好地填充金属材料中的缝隙。由于其独特的性能和较高的性价比,环氧树脂在反应釜内壁材料中得到广泛应用。

二、成型方法

环氧树脂是一种热固性树脂,通常由环氧树脂基体和增强材料组成。环氧树脂通常是将环氧树脂浸渍在热固性树脂中制成的,如酚醛、三聚氰胺等。增强材料通常是玻纤织物、玻璃纤维布或碳纤维。常用的环氧树脂增强材料包括玻璃纤维增强尼龙(GF)、玻璃纤维增强酚醛(GF)和碳纤维增强玻璃纤维(GFG)。

环氧树脂与基体材料的相容性很好,对大多数材料都有较好的粘接性能。环氧树脂本身是一种热固性的高分子化合物,与其他材料相比,具有良好的粘接性能和热稳定性,因此常用于反应釜内壁材料。由于环氧树脂的固化反应较慢,通常使用环氧树脂浸渍来进行固化,通常需要4-5天时间。由于浸渍法操作简单、成本低、效率高,目前被广泛应用。

三、工艺路线

环氧树脂的主要固化方式有热固型、热溶型、冷固型三种。热固化型环氧树脂的固化温度较高,固化速度较快,但强度和韧性较差,适用于生产强度要求不高的产品;热溶型环氧树脂的固化温度较低,固化速度较慢,适用于生产强度要求不高的产品;冷固型环氧树脂的固化温度较低,固化速度较快,适用于生产强度要求不高的产品。根据客户要求,我们选择了热溶型环氧树脂作为我们的材料。

根据环氧树脂的特点和所要达到的性能,我们选择了环氧树脂进行预浸料制作,在保证环氧树脂环氧含量满足工艺要求的前提下,采用热溶法对环氧树脂进行预浸料制作[1]

在环氧树脂预浸料制作过程中,由于原材料厂家不同,产品质量差异大,原材料供应商对其性能参数了解不够充分。因此,采用合理的配比和工艺路线可以确保生产出优质合格的产品。该材料生产过程中可采用手工操作或机械设备操作来完成。根据不同产品、不同需求以及不同设备条件确定生产工艺参数,合理安排生产流程、操作要点及关键工序[2]

四、主要技术指标

(1)环氧树脂的平均相对分子质量大于4×104,能使环氧树脂体系具有高的耐化学性。

(2)环氧树脂的固化反应速度快,在常温下迅速固化成膜,不需要高温高压。

(3)环氧树脂体系具有良好的机械性能和较高的剪切强度,适合于制罐成型和现场喷涂。

(4)环氧树脂可以制成各种不同的材料,包括环氧、聚氨酯、聚酯、尼龙、聚酰胺等,其中环氧树脂具有较高的耐化学性。

(5)环氧树脂具有很好的电性能,耐化学品性优良。固化后电绝缘性好。

(6)环氧树脂具有良好的柔韧性和透气性,可用于生产各种机械零件。

(7)环氧树脂具有良好的耐热性和耐磨性,可以用于高温和低温工作环境。

(8)环氧树脂可以根据不同的用途制成不同类型的产品。

五、成本分析

目前,反应釜内衬环氧树脂的价格在3000~5000元/吨左右,但是随着环氧树脂技术的不断进步和原材料价格的不断上涨,环氧树脂成本将逐步上升。为了降低反应釜内衬环氧树脂的成本,可采用以下方法:(1)加强设备管理,提高生产效率;(2)提高操作人员的技术水平和责任心;(3)采用先进的生产技术,降低能耗,减少废气排放;(4)改进产品结构,采用高强度、耐腐蚀和耐高温的材料;(5)合理选择原材料[3]

以上几种方法都是降低反应釜内衬环氧树脂成本的有效措施。从长远来看,降低反应釜内衬环氧树脂成本不仅可以提高经济效益,还可以提高企业的竞争力,促进我国化工行业健康发展。

六、综合经济分析

在确定了反应釜内壁材料的厚度和强度后,还需要对其综合经济指标进行分析。采用环氧树脂材料制作的反应釜,其综合经济指标优于其他材料。以同样规格的钢制反应釜为例,用环氧树脂材料制作的内壁厚度为1.5 mm,强度为3.5 MPa,比其他材料制作的内壁厚度为2 mm,强度为4.5 MPa高出了许多。而且环氧树脂材料的制作成本低,性价比高,能够降低反应釜的生产成本。此外,环氧树脂材料具有优异的耐腐蚀性能和绝缘性能,可以满足反应釜内壁的使用要求。环氧树脂材料的制作工艺简单,操作方便。采用该材料制作反应釜内壁后,其使用寿命较长,维修费用较低,从而降低了生产成本。

结论:

(1)该材料具有优良的耐化学性和耐热性能,可以满足生产中的高温要求。

(2)该材料可以采用浇注工艺或灌注工艺制造反应釜内壁,也可以采用热压工艺制造反应釜内壁。

(3)在使用该材料时,应注意以下几点:1)温度低于100℃时,应在常温下进行;2)操作时必须保证环氧树脂充分固化,在固化过程中不能有任何残留;3)搅拌速度不能过快,避免产生气泡;4)反应釜的内壁板必须要有一定的厚度,以保证环氧树脂固化后能与钢板很好地结合;5)如果在高温下使用环氧树脂,必须在反应釜内壁涂上一层隔离膜,以防止环氧树脂与金属发生反应。

参考文献:

[1]胡卫东.新材料技术在腈纶厂反应釜上的应用[J].炼油与化工,2016,27(01):54-56.

[2]赵艳英.基于CL(Control Language)程序的环氧树脂预反应釜温度控制[J].炼油与化工,2005(04):60+64.

[3]赵文海,于祥和,崔文农,李慎诚,王成.反应釜新材料的研制和工艺设计[J].机械工人,2001(04):12-13.

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