山(shan)東淄博某大型國營化工企業聚醚(mi)多(duo)元醇8O m 反應釜(fu)自2000年(nian)投人生(sheng)產以來，工況隨著工藝及技術(shu)磨(mo)合日漸成(cheng)熟。目前4臺(tai)反應釜(fu)形成(cheng)年(nian)l0萬(wan)t 生(sheng)產能力。

聚(ju)醚多(duo)元(yuan)醇(簡稱PPG)是由起始劑(含活性氫(qing)基(ji)團的化合物)與(yu)環氧乙烷(wan)(EO)、環氧丙烷(wan)(PO) 等在催化劑存(cun)在下(xia)經酯化反應制得，生產出各種通用(yong)的聚(ju)醚多(duo)元(yuan)醇。

常用的PPG主要有：聚(ju)丙二醇(chun)型(xing)、聚(ju)四氫呋喃二醇(chun)型(xing)、接枝(zhi)型(xing)聚(ju)醚(mi)(mi)多(duo)元(yuan)醇(chun)、雜(za)環改(gai)性聚(ju)醚(mi)(mi)多(duo)元(yuan)醇(chun)等。由于中國(guo)聚(ju)氨酯的需(xu)求一(yi)直(zhi)保持著高速增長勢(shi)頭，該反應釜的研制投(tou)產(chan)(chan)，使得(de)(de)中國(guo)聚(ju)醚(mi)(mi)多(duo)元(yuan)醇(chun)的產(chan)(chan)能進一(yi)步得(de)(de)到(dao)(dao)提(ti)升，基本(ben)上能滿足(zu)市(shi)場需(xu)求，實現(xian)了設計(ji)意圖，做(zuo)到(dao)(dao)了達產(chan)(chan)達效(xiao)。

1、設計參數

1．1 反應釜主要設計參數該反應釜在聚醚生產過程中，釜體外及下部需要安裝盤管夾套，設備所需的物料、溶劑、催化劑等進口以及壓力表、溫度計、安全閥等儀表接口，只能布置在頂蓋上。只有物料出口布置在殼體下部。加之，攪拌軸及軸密封裝置必須布置在設備頂部，因而反應釜設計難度很大。而設備內物料進行酯化反應，反應過程中有聚醚副產物氯化鈣結晶顆粒產生。固體顆粒的產生對攪拌葉片影響很大。設計時反應釜由四個耳式支座支撐在樓板上。考慮工作時，溫差達到一l0℃～300℃，溫差對反應釜體焊縫有較大的影響，在釜體上增加了熱膨脹緩沖節，保護焊縫不開裂。反應釜主要設計參數如表1所示。

表1：反應釜主要設計參數
 

1．2 強(qiang)化(hua)傳質(zhi)傳熱

聚(ju)(ju)醚多(duo)元(yuan)醇(chun)(chun)一(yi)般都是以(yi)多(duo)元(yuan)醇(chun)(chun)或其它含有活潑氫的(de)有機(ji)化(hua)合物為(wei)起始劑與(yu)環(huan)(huan)氧化(hua)物開環(huan)(huan)酯(zhi)化(hua)而成，其中以(yi)環(huan)(huan)氧丙(bing)烷開環(huan)(huan)酯(zhi)化(hua)物制備聚(ju)(ju)醚多(duo)元(yuan)醇(chun)(chun)為(wei)較常(chang)見。由(you)于其用途廣需(xu)求量大，適合于合成各(ge)種聚(ju)(ju)氨酯(zhi)泡沫塑料而稱之為(wei)通用聚(ju)(ju)醚多(duo)元(yuan)醇(chun)(chun)。環(huan)(huan)氧丙(bing)烷有較強(qiang)的(de)反應能力，它的(de)酯(zhi)化(hua)過程屬(shu)于離(li)子型的(de)反應機(ji)理。環(huan)(huan)氧丙(bing)烷在堿金屬(shu)氫氧化(hua)物催化(hua)劑作用下發生(sheng)酯(zhi)化(hua)反應。要(yao)使(shi)酯(zhi)化(hua)完全，必須將酯(zhi)化(hua)副產(chan)(chan)物單(dan)體(ti)盡快抽(chou)出，越快越好，這是聚(ju)(ju)醚多(duo)元(yuan)醇(chun)(chun)生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)藝的(de)關鍵所在。只有將混和物迅速加熱(re)到工(gong)藝溫度，才能加快酯(zhi)化(hua)速度，提高產(chan)(chan)品(pin)優級(ji)品(pin)率，設計時采(cai)取(qu)增大盤管傳熱(re)面積(ji)的(de)設計方法。

由于(yu)80 m 聚醚多元醇反應釜(fu)容積(ji)大，其夾(jia)套面積(ji)(即比(bi)表面F／V)相對減少(shao)，傳熱(re)(re)不(bu)利(li)設計(ji)在釜(fu)內設置了2段雙列盤管，其冷熱(re)(re)媒轉換面積(ji)達到108 m ，大大增加了反應釜(fu)釜(fu)體的總傳熱(re)(re)面積(ji)。2段加熱(re)(re)可適用不(bu)同牌號的聚醚多元醇的生產，靈活節能實用性強(qiang)(見(jian)圖1)。

1．3 提高(gao)傳熱系數

在釜(fu)外夾(jia)套(tao)內設置螺(luo)旋導流(liu)板，可(ke)使冷媒或熱媒在夾(jia)套(tao)中的流(liu)速提(ti)高到2—4 m/s，則夾(jia)套(tao)側(ce)的導溫系(xi)數從一(yi)般(ban)的3 000 kJ／(m ，h，℃)提(ti)高到9 000～ 12 000 kJ／(m3，h，℃)可(ke)使總傳(chuan)熱系(xi)數提(ti)高40％ ～ 60％ ，見圖l所示(shi)。

1．4 合理設計攪拌器(qi)

這(zhe)種(zhong)攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)器(qi)(qi)由于槳葉(xie)(xie)(xie)面積大，轉速較低，其(qi)借助擋板的(de)(de)作用，來(lai)強化軸向的(de)(de)混合。它(ta)的(de)(de)槳葉(xie)(xie)(xie)端部(bu)較長，葉(xie)(xie)(xie)片附近的(de)(de)湍動漩渦區較大，有利(li)于分散且物(wu)(wu)(wu)料不易沉于釜(fu)(fu)底。這(zhe)種(zhong)攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)器(qi)(qi)在攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)功率相同的(de)(de)情(qing)況(kuang)下，能產(chan)生(sheng)更大的(de)(de)循環湍流，傳質(zhi)傳熱效果好。達到同樣的(de)(de)攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)效果時，它(ta)消耗的(de)(de)功率較小(xiao)，見圖1所示根(gen)據聚醚(mi)不同生(sheng)產(chan)階段的(de)(de)特點及物(wu)(wu)(wu)料粘度相對(dui)密(mi)度等物(wu)(wu)(wu)性，設計采(cai)用雙(shuang)層不同型式(shi)的(de)(de)攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)器(qi)(qi)，上(shang)層為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)開啟折(zhe)葉(xie)(xie)(xie)漿式(shi)，下層為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)框(kuang)板式(shi)。其(qi)設計公式(shi)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)： D/T= 0．53 B／T=0．64 W/T=0．1 式(shi)中：D為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)槳直徑(jing)；T為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)釜(fu)(fu)內徑(jing)；B為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)攪(jiao)(jiao)拌(ban)(ban)槳高度； 為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)漿葉(xie)(xie)(xie)寬度

1．5 合理設(she)計(ji)反應釜結構

設計釜(fu)體(ti)長(chang)徑比為L／D=1．35，內盤(pan)管(guan)高(gao)度占釜(fu)體(ti)高(gao)的2／3，反應釜(fu)體(ti)設計有4個(ge)支座耳朵(duo)，便于反應釜(fu)體(ti)的安裝。攪拌葉片及(ji)反應釜(fu)體(ti)設計優點(dian)：反應速度加快，縮短生產周(zhou)期；可承(cheng)受高(gao)溫(wen)高(gao)壓，釜(fu)體(ti)加工(gong)工(gong)藝好，釜(fu)內外溫(wen)差大(da)時，熱(re)膨(peng)脹應力小，保護焊縫的使用壽命。

另外，反應(ying)釜外夾套(tao)頂部設(she)置(zhi)了安(an)(an)全閥，如果(guo)反應(ying)很壓(ya)，安(an)(an)全閥立刻(ke)起跳，反應(ying)釜內迅速泄壓(ya)，可保障(zhang)工人(ren)的人(ren)身安(an)(an)全。

提高(gao)自動化水(shui)平(ping)，做到運行(xing)安(an)(an)全可靠節(jie)(jie)能(neng)環(huan)保，設計(ji)將(jiang)工藝選定的(de)(de)(de)自動檢測儀(yi)表(biao)通過法蘭(lan)套管安(an)(an)裝在釜體中部，通過電(dian)(dian)腦(nao)可隨機(ji)自動分析出釜內物料的(de)(de)(de)溫度及壓力(li)，數(shu)據精準(zhun)，跟蹤及時，該反(fan)應釜設計(ji)手段先(xian)進，在國內化工行(xing)業設計(ji)中尚屬首(shou)次。根據聚醚生產的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)階(jie)段，攪拌轉速(su)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)特點，加裝變頻器(qi)，采(cai)用變頻無很調(diao)速(su)，電(dian)(dian)機(ji)啟動電(dian)(dian)流小，功耗(hao)低，節(jie)(jie)省(sheng)了(le)電(dian)(dian)能(neng)，而且(qie)產品收益率提高(gao)，節(jie)(jie)約能(neng)源。系統采(cai)用自動氣(qi)動調(diao)節(jie)(jie)閥并與電(dian)(dian)腦(nao)接駁，實現了(le)連續(xu)自動化生產，大大減輕了(le)工人的(de)(de)(de)操作強度。

2、機械密封

在(zai)(zai)聚(ju)醚(mi)多(duo)(duo)元(yuan)(yuan)醇(chun)(chun)的生(sheng)產(chan)(chan)過程中，存在(zai)(zai)兩種壓力條件(jian)。在(zai)(zai)反(fan)(fan)應(ying)初期(qi)，為了避免(mian)與空氣中的氧氣接觸，產(chan)(chan)生(sheng)氧化(hua)物，降低(di)聚(ju)醚(mi)多(duo)(duo)元(yuan)(yuan)醇(chun)(chun)色澤品質，實行氮氣保護，反(fan)(fan)應(ying)釜(fu)(fu)內呈正(zheng)壓狀(zhuang)態。而(er)在(zai)(zai)反(fan)(fan)應(ying)后期(qi)，為了把聚(ju)醚(mi)多(duo)(duo)元(yuan)(yuan)醇(chun)(chun)中未反(fan)(fan)應(ying)的單體抽出(chu)，采用(yong)(yong)(yong)(yong)邊攪(jiao)拌邊抽真空的方(fang)法，釜(fu)(fu)內呈負壓狀(zhuang)態。另外(wai)在(zai)(zai)反(fan)(fan)應(ying)過程中產(chan)(chan)生(sheng)大量熱量，這對機械(xie)密(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)使用(yong)(yong)(yong)(yong)提出(chu)了苛刻的要求。攪(jiao)拌形式改進加之減速機架的加固，改變了機械(xie)式密(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)的受力結構，采用(yong)(yong)(yong)(yong)雙端(duan)(duan)面多(duo)(duo)密(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)圈機械(xie)密(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)后，其(qi)使用(yong)(yong)(yong)(yong)周(zhou)期(qi)大大延長。考慮以上(shang)使用(yong)(yong)(yong)(yong)條件(jian)，采用(yong)(yong)(yong)(yong)雙端(duan)(duan)面多(duo)(duo)密(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)圈機械(xie)密(mi)封(feng)(feng)(feng)(feng)。系(xi)統采用(yong)(yong)(yong)(yong)丙二醇(chun)(chun)冷卻液冷卻。使用(yong)(yong)(yong)(yong)效(xiao)果良(liang)好，達到了工(gong)藝(yi)及使用(yong)(yong)(yong)(yong)要求，為反(fan)(fan)應(ying)釜(fu)(fu)的長周(zhou)期(qi)運行創造了條件(jian)。

3、運行結果

表2   全年生產運行情況匯總
 

2000年l0月1日，80 m3聚醚反應釜正式投入使用，且一次試車成功。自投產以來，運行平穩安全可靠，省時節能。與其他小型反應釜相比，產品優級品率高。除正常檢修停車外，設備從未出現事故，凸顯出大型化工設備的優越性，綜合全年生產運行情況見表2，各項經濟指標對比見表2。

表3  全年各項經濟指標匯總
 

4、經濟分析

通過(guo)對表l、表2的(de)(de)對比(bi)(bi)分析(xi)，計(ji)算結(jie)果如下(xia)：用(yong)(yong)單臺80 m 反應(ying)釜比(bi)(bi)其(qi)(qi)它單臺反應(ying)釜生產(chan)(chan)周期縮短(duan)了(le)(le)近3 h；每臺80 m 反應(ying)釜比(bi)(bi)其(qi)(qi)他(ta)反應(ying)釜全(quan)(quan)年多(duo)生產(chan)(chan)聚醚(mi)多(duo)元醇1 000 t，多(duo)創(chuang)產(chan)(chan)值(zhi)1千(qian)多(duo)萬元。由于主要(yao)原(yuan)料及(ji)輔料消耗(hao)下(xia)降，使(shi)產(chan)(chan)品成本降低(di)，全(quan)(quan)年可(ke)節省資(zi)金350萬元維修費用(yong)(yong)。同類其(qi)(qi)它小(xiao)容(rong)積設(she)(she)備相比(bi)(bi)，它具有省時、高產(chan)(chan)、優質、低(di)耗(hao)、安全(quan)(quan)環(huan)保等(deng)優點，是迄(qi)今為止國內(nei)同類反應(ying)釜設(she)(she)計(ji)較大(da)且使(shi)用(yong)(yong)較成功的(de)(de)，為其(qi)(qi)他(ta)類型(xing)化工反應(ying)釜的(de)(de)設(she)(she)計(ji)及(ji)使(shi)用(yong)(yong)提供了(le)(le)寶貴的(de)(de)經驗，全(quan)(quan)年各項經濟(ji)指標匯總，如表3所示(shi)。該反應(ying)釜的(de)(de)投用(yong)(yong)，為企(qi)業創(chuang)造(zao)了(le)(le)巨大(da)的(de)(de)經濟(ji)效益(yi)。