3 國(guó)產(chǎn)PVC聚合釜技術(shù)進(jìn)展
3.1 簡(jiǎn)要回顧
威海朝陽(yáng)化工機(jī)械有限公司是國(guó)內(nèi)攪拌設(shè)備的主要生產(chǎn)廠，早在20世紀(jì)60年代為我國(guó)始建的6000t/a PVC生產(chǎn)裝置配套了13.5m3聚合釜。70年代末期，又自行開發(fā)了30m3 PVC聚合釜，在國(guó)內(nèi)5萬(wàn)t/a的PVC生產(chǎn)裝置中使用，后經(jīng)幾次技術(shù)改進(jìn)，已在國(guó)內(nèi)改擴(kuò)建的數(shù)十個(gè)PVC生產(chǎn)裝置中采用。到20世紀(jì)90年代，又研制成功了48m3和70m3 PVC聚合釜，并對(duì)乳液聚合和本體聚合的PVC聚合釜進(jìn)行了設(shè)計(jì)研制。
3.2 國(guó)產(chǎn)70m3聚合釜的基本特性與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
3.2.1 基本特性
國(guó)產(chǎn)70m3聚合釜技術(shù)特性見表2。
表2 國(guó)產(chǎn)70m3聚合釜技術(shù)特性表
項(xiàng)目 釜體 夾套
全容積/m3 70.2
物料名稱 VC，H2O，等 H2O
設(shè)計(jì)壓力/MPa 2.06 0.74
設(shè)計(jì)溫度/℃ 93 88
主體材料 16MnR+SUS304 16MnR/10/Q235-A
容器類別 Ⅲ
傳熱方式 半管夾套+內(nèi)冷管
傳熱面積/m3 夾套70，內(nèi)冷管19
設(shè)備凈重/kg 51660
電機(jī)功率/kW 160
攪拌轉(zhuǎn)數(shù)/r?m-1 98
攪拌轉(zhuǎn)向 順時(shí)針(向下看)
攪拌器型式 三葉后掠
軸封型式 雙端面機(jī)械密封
機(jī)封冷卻方式 平衡液罐或密封油站
單釜年生產(chǎn)能力/萬(wàn)t 2.0-2.5
3.2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
(1)采用二層三葉后掠式攪拌器。該攪拌器的設(shè)計(jì)是經(jīng)過攪拌冷模試驗(yàn)，運(yùn)用攪拌放大技術(shù)進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保證了的樹脂產(chǎn)品質(zhì)量(顆粒型態(tài)與粒徑分布)和的能量消耗。
攪拌器曾在引進(jìn)的70m3釜上更替使用，并進(jìn)行了產(chǎn)品質(zhì)量和功率的對(duì)比測(cè)試，取得了安全一致的效果。攪拌槳葉的斷面形狀為空心長(zhǎng)圓形，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定較矩形斷面的槳葉可降低功率消耗10%左右。
(2)良好的傳熱結(jié)構(gòu)和傳熱能力為聚合釜可以達(dá)到高的生產(chǎn)強(qiáng)度提供了可靠的保證。
70m3釜的主要傳熱通道有3部分：
a.釜體夾套采用螺旋半管式夾套，較帶螺旋導(dǎo)流板的筒式夾套傳熱系數(shù)可提高20%以上；
b.內(nèi)冷擋板為4組套管式可拆卸內(nèi)冷管，較直管式內(nèi)冷管的傳熱系數(shù)可提高18%以上；
c.聚合過程中，從釜底機(jī)封上部連續(xù)加注無(wú)離子冷卻水，也可平衡聚合體系的熱量。
(3)攪拌傳動(dòng)系統(tǒng)置于釜體下部，采用底伸式攪拌軸，運(yùn)行平穩(wěn)，檢修方便。
(4)軸封采用雙端面機(jī)械密封，機(jī)封上部在釜內(nèi)物料和上密封面之間設(shè)有連續(xù)注水通道，有效地隔離物料與密封面的接觸，保證機(jī)封長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。
本釜機(jī)械密封平衡液(密封油)的供給和冷卻采取了2種方式，一種是氮?dú)饧訅旱钠胶庖汗?，另一種是配套密封油站，用戶可以根據(jù)自己的操作習(xí)慣任選。
(5)釜體內(nèi)表面采用復(fù)合電解研磨拋光，表面粗糙度Ra<0.1μm，釜上還配有噴淋涂釜裝置，所以該釜的防黏釜問題已經(jīng)得到很好的解決。
3.3 國(guó)內(nèi)大型釜設(shè)計(jì)、制造的技術(shù)關(guān)鍵問題已經(jīng)解決
3.3.1 聚合釜攪拌特性測(cè)試及放大技術(shù)
錦化機(jī)配備有從美國(guó)TSI公司引進(jìn)的三維激光測(cè)速儀，采用自行開發(fā)的流場(chǎng)脈動(dòng)速度處理軟件和GRAFTOOL軟件，運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)三維速度的向量和矢量直接進(jìn)行處理和表述，通過攪拌試驗(yàn)和放大技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)大型聚合釜攪拌器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
錦化機(jī)與浙大進(jìn)行了多年合作，對(duì)PVC聚合釜的攪拌選型與攪拌特性進(jìn)行了研究，確定了放大技術(shù)與準(zhǔn)則，成功地進(jìn)行了30m3和80m3聚合釜的技術(shù)放大。
3.3.2 提高聚合釜的傳熱能力
聚合釜的傳熱能力是制約其生產(chǎn)能力的關(guān)鍵之一，為了使聚合釜具有較高的傳熱能力，在大型釜的設(shè)計(jì)中采取了以下4項(xiàng)措施。
(1)改變釜體夾套結(jié)構(gòu)，采用高傳熱系數(shù)的半管夾套；
(2)增大內(nèi)冷管的傳熱面積，采用高傳熱系數(shù)的內(nèi)冷管結(jié)構(gòu)；
(3)采用釜頂冷凝器；
(4)采用在聚合全過程向釜內(nèi)注水的新工藝。
以上這些措施已在國(guó)內(nèi)大中型PVC聚合釜中實(shí)施，經(jīng)傳熱測(cè)定，證實(shí)聚合釜的傳熱能力明顯提高，加之采用復(fù)合引發(fā)劑，并改進(jìn)操作方式(如加熱脫鹽水技術(shù)、密閉加料、帶壓出料等)，國(guó)產(chǎn)聚合釜的生產(chǎn)強(qiáng)度已經(jīng)接近水平。
3.3.3 釜體內(nèi)壁拋光與防黏壁技術(shù)
錦化機(jī)現(xiàn)已組建了拋光車間，設(shè)有多套簡(jiǎn)體封頭內(nèi)表面復(fù)合電解研磨裝置，大面積不銹鋼表面拋光粗糙度可達(dá)到Ra0.1μm，拋光技術(shù)已獲中國(guó)發(fā)明。
國(guó)內(nèi)已基本解決PVC聚合釜的黏壁問題，從聚合釜的設(shè)計(jì)角度考慮，一是采用電解研磨拋光，提高釜體內(nèi)表面的光潔度；二是配備釜頂噴淋涂釜裝置，使用有效的防黏釜?jiǎng)?。?guó)內(nèi)一些PVC生產(chǎn)裝置已達(dá)到了不開蓋連續(xù)生產(chǎn)百釜以上的水平。
3.3.4 大軸徑釜用機(jī)械密封
近幾年，國(guó)內(nèi)機(jī)械密封的設(shè)計(jì)、制造水平提高很快，并有多家外商在國(guó)內(nèi)合資建廠，如四川密封技術(shù)研究所和大連博格曼有限公司，為許多國(guó)內(nèi)或引進(jìn)的大型聚合釜配套了大軸徑雙端面機(jī)械密封，經(jīng)多年使用考驗(yàn)，密封性能和使用壽命都可以滿足生產(chǎn)要求。
3.3.5 聚合釜的配套件
錦化機(jī)已研制成功DN300的大口徑彈簧式安全閥，用于70m3 PVC聚合釜。
聚合釜上的其他配套件，如噴淋閥、柱塞式放料閥、高壓水力清釜裝置以及大功率漸開線齒輪減速機(jī)、大功率防爆電機(jī)等國(guó)內(nèi)均可生產(chǎn)，質(zhì)量和使用性能與國(guó)外產(chǎn)品相當(dāng)。
3.3.6 大型聚合釜的運(yùn)輸問題
直徑超過Φ3400mm的大型設(shè)備一般采用公路汽車運(yùn)輸或海上運(yùn)輸。
錦化機(jī)曾用汽車運(yùn)送直徑Φ5000mm、容積為200m3攪拌設(shè)備至大慶石化；用汽車運(yùn)送直徑Φ4600mm、容積為70m3和90m3攪拌釜至北京、無(wú)錫、四川和新疆等；海運(yùn)重250t的鍛燒爐至天津港。大型釜的運(yùn)輸已不成問題。
3.4 國(guó)內(nèi)大型PVC聚合釜開發(fā)的進(jìn)展
在PVC生產(chǎn)中，工藝技術(shù)水平和聚合釜技術(shù)水平對(duì)樹脂生產(chǎn)獲取經(jīng)濟(jì)效益影響甚大。聚合工藝技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)了聚合釜的技術(shù)發(fā)展，聚合釜技術(shù)水平的提高又保證了工藝得以實(shí)現(xiàn)。
近幾年，國(guó)內(nèi)一些樹脂生產(chǎn)企業(yè)，如北京化二、錦化化工等，通過對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和技術(shù)創(chuàng)新，已經(jīng)形成了我國(guó)自己的大型PVC裝置生產(chǎn)成套技術(shù)。與之相匹配的70m3大型PVC聚合釜也由錦化機(jī)研制成功，通過了專家鑒定，并投入批量生產(chǎn)。
目前，錦化機(jī)與齊魯石化合作，在科學(xué)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上正在聯(lián)合開發(fā)135m3聚合釜及其生產(chǎn)應(yīng)用成套技術(shù)。該項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)是單釜年生產(chǎn)能力達(dá)到6萬(wàn)t以上。
錦化機(jī)還與天津大沽化合作，聯(lián)合開發(fā)110m3PVC聚合釜及其生產(chǎn)應(yīng)用的成套技術(shù)，該釜的預(yù)期目標(biāo)是單釜年生產(chǎn)能力達(dá)到4萬(wàn)t以上。
4 國(guó)產(chǎn)PVC聚合釜的應(yīng)用
國(guó)產(chǎn)聚合釜在國(guó)內(nèi)PVC生產(chǎn)裝置中已廣泛應(yīng)用，對(duì)我國(guó)PVC工業(yè)的發(fā)展發(fā)揮重要作用。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，到2002年，國(guó)內(nèi)PVC生產(chǎn)裝置中聚合釜的總?cè)萘看蠹s為13000m3，其中國(guó)產(chǎn)釜合計(jì)容量約11500m3，占總量的78%。30m3聚合釜曾一度成為我國(guó)PVC生產(chǎn)裝置的主體釜型，隨著生產(chǎn)裝置規(guī)模的不斷擴(kuò)大，國(guó)產(chǎn)70m3釜成為新擴(kuò)建PVC裝置的。至2003年底，已有20余臺(tái)70m3釜在國(guó)內(nèi)PVC生產(chǎn)裝置中投入使用，并有70余臺(tái)正在制造中。
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