车间工艺流程的选择和工艺设备的选型
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▪ 反应釜从形式上有敞开式和密封式之分。在树脂生产中， 除个别品种外，现在广泛使用密封式反应釜。
反应釜的结构
➢ 间歇式反应釜通常为圆筒形立式反应器，同时作 为传热容器，一般由容器、釜内和釜外传热装置、 搅拌装置和相应的传动、密封装置以及其他附件 组成。它根据釜体的结构、传热装置和搅拌器形 式而有多种不同型式。
第4章 设备工艺设计
➢本阶段工作通常在工艺流程设计、物料衡 算及热量衡算工作完成的基础上进行。但有 时需和物料衡算及热量衡算联合计算。 ➢设备的工艺设计包括定型设备（标准设备） 和非定型设备（非标准设备）两大类。定型 设备通过选型计算确定规格、型号，非定型 设备则通过设计与计算，确定设备的结构及 工艺尺寸。
4.1定型设备选用
定型设备最多的是流体动力过程、冷冻操 作和机械操作中的设备，其他单元过程亦 有可供选用，如不锈钢反应罐、搪玻璃反 应罐及贮罐、冷凝器、离心机等都广泛用 于复合材料产品的生产中。
在选择时，必须充分考虑工艺上的要求和 各种定型设备的规格、性能、技术特性与 使用条件的适应。在选择设备时一般先确 定设备的类型，然后确定其规格。
溶剂法醇酸树脂装置示意图
１－反应釜；２－冷凝器；３－分水器；４－高位槽；５－温度计； ６－视镜；７－回流管；８－排水阀
反应釜的种类
➢ 反应釜是反应装置的主体设备。对反应釜有不同 的分类命名方法。如前所述，反应釜按生产产品 不同，可命名为醇酸树脂反应釜、不饱和聚酯树 脂反应釜、乳液反应釜等。可按所进行的反应， 称为醇解釜、酯化釜、聚合釜等。也可按反应温 度的高低，称为高温树脂反应釜（150—300℃） 和低温树脂反应釜（60—150℃）。有的按反应 釜加热的方式，称为直接火加热反应釜、电阻远 红外加热反应釜、工频电感加热反应釜等。习惯 上多从制造材质上进行分类命名，主要有碳钢反 应釜、复合钢板反应釜、不锈钢反应釜和搪玻璃 反应釜等４类。
➢ （3）选择泵的型号 根据流量和扬程按选定 的泵型从样本手册和说明书确定具体型号，并列 出该泵的技术特性数据和安装尺寸以便定货及车 间布置设计后序工作。
真空泵选择
➢（1）按真空泵的特性和系统的特性要求 及有关环境选定合适的泵型，真空泵的 特性见表4-1。
➢（2）估算被抽真空系统空气泄露量。 ➢（3）按系统泄露量，由产品样本或有
蒸气喷射 抽气量大，结构简单，无运动部件，不需电动力，由一
泵
级到多级可适合各种场合，缺点是消耗水蒸气和水量大。
4.2非定型设备设计
➢（一）管壳式换热器 ➢（二）塔设备 ➢（三）搅拌反应釜装置 ➢（四）加热设备
搅拌反应釜装置
➢复合材料中所用树脂生产的核心装置是搅 拌反应釜。间歇式生产工艺的反Baidu Nhomakorabea装置包 括配有搅拌器的反应釜和相应的加料、冷 凝回流装置等，根据生产品种不同，在装 置形式和包含内容上略有差别。下图为溶 剂法醇酸树脂的反应装置。
物料输送泵
➢ （1）选择泵型 泵型的选择一般从以下几方 面考虑：物料状态（如含固量、含气量、压力及 温度等）；物料性质（如腐蚀性、毒性、易燃易 爆等）泵的安装位置情况（包括环境温度、海拔 高度、装置平立面、布置要求等）。
➢ （2）确定流量和扬程 流量按最大流量或正 常流量的1.1～1.2倍计算，所需扬程（或压差） 按泵的布置情况利用柏努利方程求出，再根据工 艺过程情况采用1.05～1.1的安全系数。
➢ 但它毕竟是用两种不同物理性能的材料复合而成， 而且玻璃釉质脆性大，因此它在耐压、耐温、抗 机械冲击等方面还是有许多不足之处。
▪ ①允许工作压力有限制。一般釜内为０.３９ＭＰa，夹 套内为０.５９ＭＰa。由于搪玻璃设备的法兰密封及轴 封的严密程度要比非搪玻璃设备差（烧结时变形所致）， 所以它不宜用于真空度大于８０kＰa的工作场合。
不锈钢反应釜
不锈钢反应釜具有以下特点: 不锈钢材质具有优良的机械性能，反应釜设计得当，可承受较 高的工作压力，也可承受块状固体物料加料时的冲击。 耐热性能好，工作温度范围很广（－１９６～６００℃）,在 较高温度下不会氧化起皮，可用于直接火加热。
具有高的腐蚀性能，无生锈现象。 传热效果比搪玻璃反应釜好，升温和降温速度较快。
▪ ②允许工作温度有限制。一般只能在２００℃以下使用。
▪ ③温度急剧变化时，瓷釉容易出现破损。
▪ ④搪玻璃层脆，抗机械冲击能力很低。
▪ ⑤传热较慢，而且导电性差。由于导电性差，物料在釜 内运动时容易产生静电荷的积聚。因此，必须采取防静 电措施。
▪ 由于以上原因，搪玻璃反应釜主要适用于较低温度下反 应的树脂生产，如用作生产不饱和聚酯树脂稀释釜、乳 液等的反应釜。
碳钢反应釜
➢碳钢反应釜由于易生锈和不耐化学介质腐 蚀，又有使反应物颜色加深的弊病，现在 基本上已很少使用。复合钢板反应釜所用 复合钢板是由一层不锈钢板热扎而成，它 主要用在采用工频电感应加热的场合，与 物料接触的是不锈钢，碳钢层主要用于电 感应加热。
➢现在使用最广的是不锈钢反应釜和搪玻璃 反应釜。
有优良的加工性能，可按工艺要求，制成各种不同形状和结构 的反应釜，还可以打磨抛光。但是用不锈钢材制造的造价较高， 比搪玻璃反应釜要贵好几倍。
接触卤族元素（氟、氯、溴等）时会产生晶间腐蚀，因此， 不锈钢反应釜不能在有卤族元素介质存在的情况下工作。
搪玻璃反应釜
➢ 搪玻璃反应釜又称搪瓷反应釜，是将含有二氧化 硅的玻璃质釉涂于低碳钢制成的容器表面，经高 温烧结而成。形成的搪玻璃衬里耐腐蚀性能好， 能耐一般无机酸、有机酸、弱碱液（t≤６０℃， pＨ≤１２）、有机溶剂等介质的腐蚀，但不耐 氢氟酸、强碱及温度高于１８０℃的浓磷酸的腐 蚀。此外，搪玻璃衬里表面光滑，物料粘附少， 容易清洗。因此，搪玻璃反应釜可以用作树脂生 产的反应釜。
关设计手册选定真空泵的具体型号，并 列出技术特性数据和安装尺寸，以便定 货及后序设计工作。
表4-１常用真空泵的特性
真空泵类 特 性 型
活塞泵 抽气量大，适于真空度较高、含水蒸汽少的场合。
水环泵 抽气量小，极限真空度较低，适合于排水蒸汽的场合。
旋片泵 抽气量小，极限真空度高，适合于水蒸汽少的场合。
水喷射泵 抽气量一般，极限真空度较低。结构简单，无运动部件， 安装、操作、管理都方便。广泛用于真空要求不高、有 水蒸气或腐蚀气体及毒性气体存在的场合。
反应釜的结构
➢ 间歇式反应釜通常为圆筒形立式反应器，同时作 为传热容器，一般由容器、釜内和釜外传热装置、 搅拌装置和相应的传动、密封装置以及其他附件 组成。它根据釜体的结构、传热装置和搅拌器形 式而有多种不同型式。
第4章 设备工艺设计
➢本阶段工作通常在工艺流程设计、物料衡 算及热量衡算工作完成的基础上进行。但有 时需和物料衡算及热量衡算联合计算。 ➢设备的工艺设计包括定型设备（标准设备） 和非定型设备（非标准设备）两大类。定型 设备通过选型计算确定规格、型号，非定型 设备则通过设计与计算，确定设备的结构及 工艺尺寸。
4.1定型设备选用
定型设备最多的是流体动力过程、冷冻操 作和机械操作中的设备，其他单元过程亦 有可供选用，如不锈钢反应罐、搪玻璃反 应罐及贮罐、冷凝器、离心机等都广泛用 于复合材料产品的生产中。
在选择时，必须充分考虑工艺上的要求和 各种定型设备的规格、性能、技术特性与 使用条件的适应。在选择设备时一般先确 定设备的类型，然后确定其规格。
溶剂法醇酸树脂装置示意图
１－反应釜；２－冷凝器；３－分水器；４－高位槽；５－温度计； ６－视镜；７－回流管；８－排水阀
反应釜的种类
➢ 反应釜是反应装置的主体设备。对反应釜有不同 的分类命名方法。如前所述，反应釜按生产产品 不同，可命名为醇酸树脂反应釜、不饱和聚酯树 脂反应釜、乳液反应釜等。可按所进行的反应， 称为醇解釜、酯化釜、聚合釜等。也可按反应温 度的高低，称为高温树脂反应釜（150—300℃） 和低温树脂反应釜（60—150℃）。有的按反应 釜加热的方式，称为直接火加热反应釜、电阻远 红外加热反应釜、工频电感加热反应釜等。习惯 上多从制造材质上进行分类命名，主要有碳钢反 应釜、复合钢板反应釜、不锈钢反应釜和搪玻璃 反应釜等４类。
➢ （3）选择泵的型号 根据流量和扬程按选定 的泵型从样本手册和说明书确定具体型号，并列 出该泵的技术特性数据和安装尺寸以便定货及车 间布置设计后序工作。
真空泵选择
➢（1）按真空泵的特性和系统的特性要求 及有关环境选定合适的泵型，真空泵的 特性见表4-1。
➢（2）估算被抽真空系统空气泄露量。 ➢（3）按系统泄露量，由产品样本或有
蒸气喷射 抽气量大，结构简单，无运动部件，不需电动力，由一
泵
级到多级可适合各种场合，缺点是消耗水蒸气和水量大。
4.2非定型设备设计
➢（一）管壳式换热器 ➢（二）塔设备 ➢（三）搅拌反应釜装置 ➢（四）加热设备
搅拌反应釜装置
➢复合材料中所用树脂生产的核心装置是搅 拌反应釜。间歇式生产工艺的反Baidu Nhomakorabea装置包 括配有搅拌器的反应釜和相应的加料、冷 凝回流装置等，根据生产品种不同，在装 置形式和包含内容上略有差别。下图为溶 剂法醇酸树脂的反应装置。
物料输送泵
➢ （1）选择泵型 泵型的选择一般从以下几方 面考虑：物料状态（如含固量、含气量、压力及 温度等）；物料性质（如腐蚀性、毒性、易燃易 爆等）泵的安装位置情况（包括环境温度、海拔 高度、装置平立面、布置要求等）。
➢ （2）确定流量和扬程 流量按最大流量或正 常流量的1.1～1.2倍计算，所需扬程（或压差） 按泵的布置情况利用柏努利方程求出，再根据工 艺过程情况采用1.05～1.1的安全系数。
➢ 但它毕竟是用两种不同物理性能的材料复合而成， 而且玻璃釉质脆性大，因此它在耐压、耐温、抗 机械冲击等方面还是有许多不足之处。
▪ ①允许工作压力有限制。一般釜内为０.３９ＭＰa，夹 套内为０.５９ＭＰa。由于搪玻璃设备的法兰密封及轴 封的严密程度要比非搪玻璃设备差（烧结时变形所致）， 所以它不宜用于真空度大于８０kＰa的工作场合。
不锈钢反应釜
不锈钢反应釜具有以下特点: 不锈钢材质具有优良的机械性能，反应釜设计得当，可承受较 高的工作压力，也可承受块状固体物料加料时的冲击。 耐热性能好，工作温度范围很广（－１９６～６００℃）,在 较高温度下不会氧化起皮，可用于直接火加热。
具有高的腐蚀性能，无生锈现象。 传热效果比搪玻璃反应釜好，升温和降温速度较快。
▪ ②允许工作温度有限制。一般只能在２００℃以下使用。
▪ ③温度急剧变化时，瓷釉容易出现破损。
▪ ④搪玻璃层脆，抗机械冲击能力很低。
▪ ⑤传热较慢，而且导电性差。由于导电性差，物料在釜 内运动时容易产生静电荷的积聚。因此，必须采取防静 电措施。
▪ 由于以上原因，搪玻璃反应釜主要适用于较低温度下反 应的树脂生产，如用作生产不饱和聚酯树脂稀释釜、乳 液等的反应釜。
碳钢反应釜
➢碳钢反应釜由于易生锈和不耐化学介质腐 蚀，又有使反应物颜色加深的弊病，现在 基本上已很少使用。复合钢板反应釜所用 复合钢板是由一层不锈钢板热扎而成，它 主要用在采用工频电感应加热的场合，与 物料接触的是不锈钢，碳钢层主要用于电 感应加热。
➢现在使用最广的是不锈钢反应釜和搪玻璃 反应釜。
有优良的加工性能，可按工艺要求，制成各种不同形状和结构 的反应釜，还可以打磨抛光。但是用不锈钢材制造的造价较高， 比搪玻璃反应釜要贵好几倍。
接触卤族元素（氟、氯、溴等）时会产生晶间腐蚀，因此， 不锈钢反应釜不能在有卤族元素介质存在的情况下工作。
搪玻璃反应釜
➢ 搪玻璃反应釜又称搪瓷反应釜，是将含有二氧化 硅的玻璃质釉涂于低碳钢制成的容器表面，经高 温烧结而成。形成的搪玻璃衬里耐腐蚀性能好， 能耐一般无机酸、有机酸、弱碱液（t≤６０℃， pＨ≤１２）、有机溶剂等介质的腐蚀，但不耐 氢氟酸、强碱及温度高于１８０℃的浓磷酸的腐 蚀。此外，搪玻璃衬里表面光滑，物料粘附少， 容易清洗。因此，搪玻璃反应釜可以用作树脂生 产的反应釜。
关设计手册选定真空泵的具体型号，并 列出技术特性数据和安装尺寸，以便定 货及后序设计工作。
表4-１常用真空泵的特性
真空泵类 特 性 型
活塞泵 抽气量大，适于真空度较高、含水蒸汽少的场合。
水环泵 抽气量小，极限真空度较低，适合于排水蒸汽的场合。
旋片泵 抽气量小，极限真空度高，适合于水蒸汽少的场合。
水喷射泵 抽气量一般，极限真空度较低。结构简单，无运动部件， 安装、操作、管理都方便。广泛用于真空要求不高、有 水蒸气或腐蚀气体及毒性气体存在的场合。