土木建筑第三章典型涂料的生產(chǎn)技術(shù)

1、第三章第三章第一節(jié) 醇酸樹脂涂料第二節(jié) 丙烯酸樹脂涂料第三節(jié) 環(huán)氧樹脂涂料第四節(jié) 聚氨酯涂料第五節(jié) 乙烯類樹脂涂料簡介第六節(jié) 氨基樹脂涂料第七節(jié) 聚酯樹脂涂料第八節(jié) 元素有機(jī)化合物涂料第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 自從1927年發(fā)明醇酸樹脂以來，涂料工業(yè)發(fā)生了一個(gè)新的突破，涂料工業(yè)開始擺脫了以干性油與天然樹脂并合熬煉制漆的傳統(tǒng)舊法而真正成為化學(xué)工業(yè)的一個(gè)部門。它所用的原料簡單，生產(chǎn)工藝簡便，性能優(yōu)良，因此得到了飛快發(fā)展。 用醇酸樹脂制成的涂料，有以下特點(diǎn): (1) 漆膜干燥后形成高度網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不易老化，耐候性好，光澤恃久不退。 (2) 漆膜柔韌堅(jiān)牢，耐磨擦。 (3) 抗礦物油、抗醇類溶劑性良好。烘烤后

2、的漆膜耐水性、絕緣性、耐油性都大大提高。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 醇酸樹脂涂料也有一些缺點(diǎn)： (1) 干結(jié)成膜快，但完成干燥的時(shí)間長。 (2) 耐水性差，不耐堿。 (3) 醇酸樹脂涂料雖不是油漆，但基本上還未脫離脂肪酸衍生物的范圍，對(duì)防濕熱、防霉菌和鹽霧等性能上還不能完全得到保證。因此，在品種選擇時(shí)都應(yīng)加以考慮。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 一、一、 醇酸樹脂的原料醇酸樹脂的原料 醇酸樹脂是由多元醇，多元酸和其它單元酸通過酯化作用縮聚而得。其中多元醇常用的是甘油、季戊四醇，其次為三羥甲基丙烷、山梨醇、木糖醇等。多元酸常用鄰苯二甲酸酐，其次為間苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸、順丁烯二酸酐、癸二酸等。單元酸常用植物油脂

3、肪酸、合成脂肪酸、松香酸，其中以油的形式存在的如桐油、亞麻仁油、梓油、脫水蓖麻油等干性油，豆油等半干性油和椰子油、蓖麻油等不干性油。以酸的形式存在的如上述油類 水解而得到混合脂肪酸和合成脂肪酸、十一烯酸、苯甲酸及其衍生物等。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 生產(chǎn)醇酸樹脂最常用的多元醇是甘油，其官能度是3 ，最常用的多元酸是苯酐，其官能度是2 ，當(dāng)苯酐和甘油反應(yīng)以等當(dāng)量之比反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)式如下： 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 初步得到的酯官能度為4，如兩個(gè)這樣的分子反應(yīng)，分子間產(chǎn)生交聯(lián)，形成體型結(jié)構(gòu)的樹脂。該樹脂加熱不熔化，也不溶于溶劑，稱之為熱固型樹脂，在涂料方面沒有使用價(jià)值。后來采用了以脂肪酸來改性聚酯，這一步驟

4、極為重要，不但改進(jìn)了聚酯的性能，而且成了涂料的主要基料。 主要的改性方法是引進(jìn)一官能度的脂肪酸來降低總官能度。如等分子比的甘油、苯酐和脂肪酸三個(gè)成分反應(yīng)，則可視為在適當(dāng)?shù)那闆r下，脂肪酸與甘油先反應(yīng)生成二官能度的產(chǎn)物，之后苯酐再與之反應(yīng)，則官能度之比為22，易生成鏈狀結(jié)構(gòu)而不膠化，形成熱塑型樹脂。該樹脂加熱可以熔化，也可溶于溶劑，能作涂料使用。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 二、二、 醇酸樹脂的分類醇酸樹脂的分類 1 1按油品種不同分類按油品種不同分類 通常根據(jù)油的干燥性質(zhì)，分為干性油、半干性油和不干性油三類。干性油主要是碘值在140以上，油分子中平均雙鍵數(shù)在6 個(gè)以上，它在空氣中能逐漸干燥成膜。半干性油

5、主要是碘值在100140之間，油分子中平均雙鍵數(shù)在46個(gè)，它經(jīng)過較長時(shí)間能形成粘性的膜。不干性油主要是碘值在100以下，油分子中平均雙鍵數(shù)在4 個(gè)以下，它不能成膜。油的干性除了與雙鍵的數(shù)目有關(guān)外，還與雙鍵的位置有關(guān)。處于共軛位置的油，如桐油，有更強(qiáng)的干性。工業(yè)上常用碘值，即100g油所能吸收的碘的克數(shù)，來測定油類的不飽和度，并以此來區(qū)分油類的干燥性能。干性油的碘值在140以上，常用的有桐油、梓油、亞麻油等。半干性油的碘值在100140之間，常用的有豆油、葵花籽油、棉籽油等。不干性油的碘值在100以下，有蓖麻油、椰子油、米糠油等。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 (1) 干性油醇酸樹脂 由不飽和脂肪酸或干性

6、油、半干性油為主改性制得的樹脂能溶于脂肪烴、萜烯烴(松節(jié)油)或芳烴溶劑中，干燥快、硬度大而且光澤較強(qiáng)。但易變色。桐油反應(yīng)太快，漆膜易起皺。可與其它油類混用以提高干燥速率和硬度。蓖麻油比較特殊，它本身是不干性油，含有約85的蓖麻油酸，在高溫及催化劑存在下，脫去一分子水而增加一個(gè)雙鍵，其中約20%30為共軛雙鍵。因此脫水蓖麻油就成了干性油。由它改性的醇酸樹脂的共軛雙鍵比例較大，耐水和耐候性都較好，烘烤和曝曬不變色，常與氨基樹脂拼合制烘漆。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 (2) 不干性油醇酸樹脂 由飽和脂肪酸或不干性油為主來改性制得的醇酸樹脂，不能在室溫下固化成膜，需與其它樹脂經(jīng)加熱發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)才能固化成膜。

7、其主要用途是與氨基樹脂拼用,制成各種氨基醇酸漆，具有良好的保光、保色性，用于電冰箱、汽車、自行車、機(jī)械電器設(shè)備，性能優(yōu)異；其次可在硝基漆和過氯乙烯漆中作增韌劑以提高附著力與耐候性。醇酸樹脂加于硝基漆中，還可起到增加光澤，使漆膜飽滿，防止漆膜收縮等作用。 2 2按油含量不同分類按油含量不同分類 樹脂中油含量用油度來表示。油度的定義是樹脂中應(yīng)用油的重量和最后醇酸樹脂的理論重量的比。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 (1) 短油度醇酸樹脂 樹脂的油度在35%45% ?？捎啥褂?、松漿油酸、脫水蓖麻油和亞麻油等干性半干性油制成，漆膜凝結(jié)快，自干能力一般，彈性中等，光澤及保光性好。烘干干燥快,可用作烘漆。烘干后，短油

8、度醇酸樹脂比長油度的硬度、光澤、保色、抗摩擦性能都好，用于汽車、玩具、機(jī)器部件等方面作面漆。 (2) 中油度醇酸樹脂 樹脂的油度在46%60%之間。主要以亞麻油、豆油制得，是醇酸樹脂中最主要的品種。這種涂料可以刷涂或噴涂。中油度漆干燥很快，有極好的光澤、耐候性、彈性，漆膜凝固和干硬都快，可自已烘干，也可加入氨基樹脂烘干。中油度醇酸樹脂用于制自干或烘干磁漆、底漆、金屬裝飾漆、車輛用漆等。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 (3) 長油度醇酸樹脂 樹脂的油度為60%70。它有較好的干燥性能，漆膜富有彈性，有良好的光澤，保光性和耐候性好，但在硬度、韌性和抗磨擦性方面不如中油度醇酸樹脂。另外，這種漆有良好的刷涂性，

9、可用于制造鋼鐵結(jié)構(gòu)涂料、戶室內(nèi)外建筑涂料。因?yàn)樗芘c某些油基漆混合，因而用來增強(qiáng)油基樹脂涂料，也可用來增強(qiáng)乳膠漆。 (4) 超長度油度醇酸樹脂 樹脂的油度在70以上。其干燥速度慢、易刷涂。一般用于油墨及調(diào)色基料。 總之，對(duì)于不同油度的醇酸樹脂，一般說來，油度越高，涂膜表現(xiàn)出的特性越多，比較柔韌耐久，漆膜富有彈性。適用于室外用涂料。油度越短，涂膜表現(xiàn)出的特性少，比較硬而脆，光澤、保色、抗磨性能好，易打磨，但不耐久，適用于室內(nèi)涂料。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 (5) 油度的計(jì)算 油度%=油用量(或鄰苯二甲酸酐)/樹脂理論產(chǎn)量100 例3-1已知一醇酸樹脂涂料的配方：(單位:克) 亞麻仁油 100 氧化鉛

10、 0.015 甘油(98%) 43 二甲苯 200 苯酐(99.5%) 74.5 求：油度第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 解 在反應(yīng)過程中，苯酐損耗2，亞麻油和甘油損耗不計(jì)，甘油超量加入，3mol苯酐視為全部反應(yīng)而生成3mol水。 所以酯化出來的水量為苯酐量的54444=12% 實(shí)際反應(yīng)的苯酐量為：(74.574.52%)99.5%=73g 實(shí)際反應(yīng)的甘油量為：439842g 酯化失去的水量為：73129g 所以生成醇酸樹脂的重量為：10073429206g 樹脂含油量（油度）為： 100/20610049第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 三、三、 醇酸樹脂配方的計(jì)算醇酸樹脂配方的計(jì)算 在生產(chǎn)醇酸樹脂的時(shí)候，需要一

11、個(gè)恰當(dāng)?shù)呐浞剑云谀苓_(dá)到所要求的酯化程度和酸值。所以在制訂配方時(shí)要注意：多元醇、多元酸、脂肪酸之間的比例、要求的酸值、制造方法等。可用分子比作基礎(chǔ)來考慮這些問題，但油漆的傳統(tǒng)概念總是以油度來考慮，把醇酸樹脂分為短、中、長油度三類。所以要結(jié)合二者來計(jì)算。 在脂肪酸(c18)苯酐甘油（分子比）=111時(shí)，其平均官能度為2，這個(gè)樹脂理論上能脂化完全，它的油度約為60。油度高于此樹脂時(shí)，其平均官能度將小于2 ，可以酯化完全。油度小于此樹脂時(shí)，其平均官能度將大于2，會(huì)導(dǎo)致早期膠化，所以需采用多元醇過量的辦法以降低平均官能度。表3-1是不同油度的干性油醇酸樹脂多元醇的參考過量數(shù)。這里多元醇的過量是相對(duì)于苯

12、酐而言，我們用r表示。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 應(yīng)用表3-1數(shù)值，結(jié)合油度計(jì)算公式可計(jì)算出各組分的量，再通過k值分析（注意制造方法),然后進(jìn)行試驗(yàn)，找出酸值與黏度關(guān)系，再修訂配方。膠化過早，可增加多元醇的用量；酸值小，黏度很低則減少多元醇的用量。再經(jīng)過試驗(yàn)，再進(jìn)行修訂，反復(fù)幾次，可得到一個(gè)工藝可行的較好的生產(chǎn)配方。 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料油 度 /與 苯 酐 酯 化 過 量 羥 基 數(shù)甘 油季 戊 四 醇65056265010606201855605255055103040501835304025表3-1 不同油度醇酸樹脂參考羥基過量數(shù)第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 計(jì)算一個(gè)豆油醇酸樹脂的配方,它由對(duì)苯二甲酸

13、酐、工業(yè)季戊四醇及豆油制成，油度為62.5%。苯酐摩爾質(zhì)量74（基本單元為1/2c8h4o3）。工業(yè)季戊四醇摩爾質(zhì)量為35.4（基本單元為1/4c5h12o4）。 解：查多元醇的過量為10（據(jù)表3-1） 油用量=油度235.4274過量多元醇數(shù)/10018/(100油度) =62.5235.4274+235.41010018(10062.5)=346.5 則醇酸樹脂的配方為：（單位：g） 豆油 346.5 季戊四醇 77.9（70.8+7.1） 苯酐 148.0 r=2.20021.10 k=m0/ea =3.1273.183=0.981 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料配方解析成 分加料量 /kgeae

14、bm0樹脂成分/%豆 油346.51.1831.18362.5甘油 (油 內(nèi))1.1830.394季戊四醇(工業(yè)品)77.92.2000.55014.05苯 酐148.02.0001.00026.75總 計(jì)572.43.1833.3833.127103.30理論出水量18.03.3 醇酸樹脂的得量554.4100.0第一節(jié) 醇酸樹脂涂料表中ea表示酸的物質(zhì)的量；eb表示醇的物質(zhì)的量；m0表示分子總數(shù)我們也可以通過k值計(jì)算多元醇的過量數(shù)將醇酸樹脂的配方計(jì)算出來。 設(shè) ea1表示油的油的總官能團(tuán)數(shù)； ea2表示苯酐的總官能團(tuán)數(shù)； r表示多元醇量對(duì)苯酐量的過量比值 x表示多元醇的官能度 kea1+e

15、a2 /2+ea1/3+rea2 / x /(ea1+ea2) r=k(ea1+ea2)ea1ea2 /2ea1 /3x /ea2 如每次配方苯酐用量都是2摩爾為基礎(chǔ)則ea2為2。則： r=ea1(k4/3)+2k1x /2 （3-1）第一節(jié) 醇酸樹脂涂料如多元醇為甘油，k1，x=3 則 r=3/2ea1 /2 （3-2）如多元醇為季戊四醇，k1，x4 r=22ea1/3 （3-3） 擬定一個(gè)55油度亞麻油醇酸樹脂的配方。k值為1，多元醇用甘油。 解 按式（3-2）r3/2ea1/2 油度/100=293ea1/130+293ea1+r231 0.55=293ea 1/130+293ea 1+

16、(3/2ea1/2)231 ea1=0.824 醇酸樹脂配方為：亞麻油 0.824293=241.40 甘油 (30.824)31=67.50 苯酐 274=148.00 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料配方解析成分加料量 /kgeaebm0樹脂成分 /%亞麻油241.40.8240.82455.00甘油(油內(nèi))0.8240.275甘油67.52.1760.72515.37苯酐148.02.0001.00033.73總計(jì)456.92.8243.0002.824104.10理論出水量18.0-4.10醇酸樹脂得量438.9100.00 r=2.176/2=1.062,k=m0/ea1=2.284/2.294

17、=1 計(jì)算所得的配方也必須通過試驗(yàn)反復(fù)修訂，才能取得較好的適于生產(chǎn)的配方。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 四、四、 醇酸樹脂涂料的常用品種醇酸樹脂涂料的常用品種 涂料用合成樹脂中,醇酸樹脂的產(chǎn)量最大、品種最多、用途最廣，約占世界涂料用合成樹脂總產(chǎn)量的15左右。我國醇酸樹脂涂料產(chǎn)量約占涂料總量的25左右，已從國外引進(jìn)了若干套年產(chǎn)4500噸的裝置。 1醇酸樹脂清漆醇酸樹脂清漆 醇酸樹脂清漆是由中或長油度醇酸樹脂溶于適當(dāng)?shù)娜軇ㄈ缍妆剑?加有催干劑（如金屬鈷、鋅、鈣、錳、鉛的環(huán)烷酸鹽），經(jīng)過凈化而得。醇酸樹脂清漆干燥很快，漆膜光亮堅(jiān)硬，耐磨性、耐油性較好；但因分子中還有殘留的羥基和羧基，所以耐水性不如酚醛樹

18、脂桐油清漆。主要用作家俱漆及作色漆的罩光，也可用作一般性的電絕緣漆。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 2 2醇酸樹脂色漆醇酸樹脂色漆 醇酸樹脂色漆中產(chǎn)量最大的是中油度醇酸樹脂磁漆，它具有干燥快、光澤好、附著力強(qiáng)、漆膜堅(jiān)硬、耐油耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，可在常溫下干燥，也可烘干。主要用于機(jī)械部件、農(nóng)機(jī)、鋼鐵設(shè)備等，戶內(nèi)外都可使用，比較適用于噴涂。 鐵紅醇酸樹脂底漆是最常用的一種漆，在鋼鐵物件涂漆時(shí)作底漆用，干燥快、附著力好，因而可以作硝基纖維素漆等揮發(fā)性漆的底漆。用長油度干性醇酸樹脂制成有代表性的外用漆是橋梁面漆。其最大特點(diǎn)是耐候性優(yōu)良； 缺點(diǎn)是光澤不強(qiáng)。長油度樹脂有較好的刷涂性，適用于毛刷施工。 第一節(jié) 醇酸樹脂涂

19、料 配方：醇酸有光色漆 樹脂： 60.0 干燥劑: 2.9 鈦白粉: 27.0 松香水: 10 五、五、 改性醇酸樹脂改性醇酸樹脂 除去油改性的醇酸樹脂外，還可以采用不同的多元酸、多元醇和其它樹脂或單體改性醇酸樹脂。 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 1季戊四醇代替甘油，由于其活性大，一般用于制長油度樹脂，其涂刷性、干燥、抗水、耐候、保色等性能均優(yōu)于甘油醇酸樹脂。如果季戊四醇和乙二醇配合，當(dāng)摩爾比為11時(shí)，其平均官能度為3，與甘油相同，可以代替甘油制短油度的樹脂，性能較甘油制造的好。而季戊四醇醇酸樹脂的生產(chǎn)工藝簡單，是可行的辦法。 用三羥甲基丙烷代替甘油制成的醇酸樹脂烘漆，烘干所需時(shí)間短，漆膜硬度大，耐堿

20、性較好，漆膜的保色、保光性較好，耐烘烤性能也好。 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 2 2用多元酸改性用多元酸改性 如果用已二酸或癸二酸代替苯酐，制得的醇酸樹脂特別軟，只能作增塑劑用；用順酐來代替苯酐，生成的樹脂黏度大、顏色淺；用含氯二元酸來代替苯酐，制得的醇酸樹脂耐燃性好；用十一烯酸改性制得的樹脂色淺不易泛黃；用間苯二甲酸代替苯酐，生成的醇酸樹脂干燥速率有改進(jìn)，耐熱性能也更優(yōu)越。 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料改性樹脂單體優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)應(yīng) 用 范 圍松香與松香甘油酯價(jià)廉,干燥快,涂刷性較好,有較好的硬度和抗磨性和附著力易變黃,室外耐候性較差,日久易變脆制造室內(nèi)用的快干磁漆酚醛樹脂有較好的硬度、耐水性、抗溶劑性，耐堿

21、性較高易泛黃，貯存性差，室外暴曬有粉化現(xiàn)象制造耐水性好的絕緣漆苯乙烯、甲基苯乙烯干燥快、色澤淺，光亮硬度高抗溶劑性差，多層涂刷要咬底制造快干機(jī)械用磁漆甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯改進(jìn)保光性、保色性、耐化學(xué)性、用熱固性丙烯酸酯可改善泛黃穩(wěn)定性、耐室外大氣性中等制車輛漆、儀表儀器漆表3-2 醇酸樹脂改性效果第一節(jié) 醇酸樹脂涂料有機(jī)硅改進(jìn)耐熱性，耐高溫震動(dòng)性，能阻止粉化，減少磨耗，室外耐候性大大提高價(jià)格高，漆膜在高溫下烘烤才能有良好性能制耐高溫漆，橋梁漆，鋁粉漆環(huán)氧樹脂硬度好，耐堿性、耐溶劑性、耐洗擦性好、附著力好顏色較深，泛黃，在室外會(huì)早期粉化、價(jià)格高制船舶漆，甲板漆，化工防腐漆對(duì)叔丁基苯甲酸、苯甲酸可

22、控制樹脂對(duì)稀后膠化，干燥快、硬度高、改進(jìn)光澤、顏色和耐化學(xué)性溶解性差，柔韌性差制交通車輛用漆，金屬快干底漆氨基樹脂保光、保色性好，硬度高，易熱固化，耐熱性提高柔韌性差，常溫下只能表干，不能固化制氨基烘漆異氰酸酯耐磨、耐水，附著力強(qiáng)，干燥快易泛黃，耐候性差木器家具漆硝化棉及其它纖維素快干，耐汽油，可打磨拋光固分低，柔韌性低作汽車噴漆改進(jìn)劑聚酰胺樹脂有觸變性，靜止時(shí)呈膠凍狀泛黃，價(jià)貴制觸變性醇酸漆第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 3 3其它改性醇酸樹脂其它改性醇酸樹脂 在醇酸樹脂中，除脂肪酸、多元醇、苯酐外，還可以另外加入其它合成樹脂或單體進(jìn)行改性，改性后醇酸樹脂的性能與應(yīng)用范圍見表3-2。 六、六、 醇酸樹

23、脂合成技術(shù)醇酸樹脂合成技術(shù) 醇酸樹脂主要是利用脂肪酸、多元醇和多元酸之間的酯化反應(yīng)制備的。根據(jù)使用原料的不同，醇酸樹脂的合成可分為醇解法、酸解法和脂肪酸法三種；若從工藝過程上區(qū)分，則又可分為溶劑法和熔融法。醇解法的工藝簡單，操作平穩(wěn)易控制，原料對(duì)設(shè)備的腐蝕少，生產(chǎn)成本也較低。而溶劑法在提高酯化速度、降低反應(yīng)溫度和改善產(chǎn)品質(zhì)量等方面均優(yōu)于熔融法。因此，目前在醇酸樹脂的工業(yè)生產(chǎn)中，仍以醇解法和溶劑法為主。溶劑法和熔融法的生產(chǎn)工藝比較見表3-3。 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料表3-3 溶劑法和熔融法的生產(chǎn)工藝比較方法項(xiàng)目酯化速度反應(yīng)溫度勞動(dòng)強(qiáng)度環(huán)境保護(hù)樹脂質(zhì)量溶劑法熔融法快慢低高低高好差好較差 通過比較可以

24、看出，溶劑法優(yōu)點(diǎn)較突出。因此目前多采用溶劑法生產(chǎn)醇酸樹脂。其裝置見圖3-1。工藝過程見圖3-2。 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料圖3-1 溶劑法生產(chǎn)裝置1、2-惰性氣體入口 3-分布器 4-消泡器 5、8-熱載體出口 6-折流板7-攪拌器 9-取樣裝置 10、11-熱載體入口 12-放空口 13-列管換熱器 14-視鏡15-潷析器和回收器第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 圖3-2 醇酸樹脂生產(chǎn)工藝過程 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 在整個(gè)生產(chǎn)過程中，有醇解、酯化兩個(gè)反應(yīng)步驟。醇解是制造醇酸樹脂過程的一個(gè)極端重要的步驟，它是影響醇酸樹脂相對(duì)分子量分布與結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。醇解的目的是制成甘油的不完全脂肪酸酯，特別重要的是甘油一酸酯。

25、 油（甘油三酸酯）與甘油在200250及催化劑存在下，將發(fā)生再分解作用。 油與甘油在低溫下不能醇解。堿性催化劑（naoh、na2co3、lioh、cao、pbo）可使醇解易于進(jìn)行。油必須精制，特別是要經(jīng)過堿漂，借以除去蛋白質(zhì)、軟磷脂等雜質(zhì)，以免影響催化作用。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 對(duì)于酯化反應(yīng)： rcoohroh = rcoorh2o 許多研究證實(shí)，無催化劑存在時(shí)，酯化縮聚反應(yīng)是三級(jí)反應(yīng)r=kcooh2oh 在等分子時(shí)，cooh=oh=m 則 r=km3 在有催化劑存在時(shí)： r=kcoohoh催化劑 =km2 是二級(jí)反應(yīng)。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 在反應(yīng)后期，單體濃度大大降低，反應(yīng)速率也將降低。但是

26、從上面分析看出，有催化劑存在時(shí)，反應(yīng)后期的速度要快一些。 從實(shí)驗(yàn)中得知，一般酯化初期速度較快，當(dāng)反應(yīng)程度達(dá)到80%85時(shí)，反應(yīng)速率減慢。 采用固體酸催化酯化反應(yīng)，可以降低酯化溫度2040，縮短酯化時(shí)間1/3以上，相對(duì)分子量分布窄。 目前，國外有在常溫下合成高固體醇酸涂料用的模型樹脂的報(bào)道，這對(duì)于一直采用高溫?zé)捴乒に囈呀?jīng)60多年的醇酸樹脂來說，無疑是一個(gè)帶突破性的嘗試。但這一研究離工業(yè)化尚有一段很大的距離。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 七、醇酸樹脂合成設(shè)備七、醇酸樹脂合成設(shè)備 精細(xì)化工生產(chǎn)中經(jīng)常遇到氣液、液液和液固相反應(yīng)，應(yīng)用最為廣泛的一類反應(yīng)設(shè)備就是釜史反應(yīng)器。圖3-3表示的是一種標(biāo)準(zhǔn)釜式反應(yīng)器,它由

27、鋼板卷焊制成圓筒體,再焊接上由鋼板壓制的標(biāo)準(zhǔn)釜底,并配上封頭、夾套、攪拌器等零部件。按工藝要求，可選用不同型式的攪拌器和傳熱構(gòu)件。標(biāo)準(zhǔn)釜底一般為橢圓形，有時(shí)根據(jù)工藝上要求，也可以采用其他形式的釜底，如平底、半球底、錐形底等。圖3-4所示為錐形底釜式反應(yīng)器。 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 圖3-3 標(biāo)準(zhǔn)釜式反應(yīng)器 圖3-4 錐底釜式反應(yīng)器 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 釜式反應(yīng)器的特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，傳質(zhì)、傳熱效率高，溫度濃度分布均勻，操作靈活性大，便于控制和改變反應(yīng)條件，適合于小批量、多品種生產(chǎn)。適用于各種不同相態(tài)組合的反應(yīng)物料（如：均液相、非均液相、液固相、氣液相、氣液固相等），幾乎所有有機(jī)合成的單

28、元操作（如：氧化、還原、硝化、磺化、鹵化、縮合、聚合、烷化、?；⒅氐?、偶合等），只要選擇適當(dāng)?shù)娜軇┳鳛榉磻?yīng)介質(zhì)，都可以在釜式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。因此，釜式反應(yīng)器的應(yīng)用是很廣泛的。但釜式反應(yīng)器間歇操作時(shí)，輔助時(shí)間有時(shí)占的比例大，尤其是加熱釜，升溫和降溫時(shí)間很長，降低了設(shè)備生產(chǎn)能力，對(duì)于大噸位產(chǎn)品，需要多臺(tái)反應(yīng)器同時(shí)操作，增加產(chǎn)品成本。近年來，釜式反應(yīng)器趨向于設(shè)備大型化、操作機(jī)械化、控制自動(dòng)化，使勞動(dòng)生產(chǎn)率大為提高。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 1 1間歇操作釜式反應(yīng)器工藝計(jì)算間歇操作釜式反應(yīng)器工藝計(jì)算 釜式反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，在攪拌良好的情況下，可以看成理想釜式反應(yīng)器，釜內(nèi)物料達(dá)到完全混合，濃度、溫度均

29、一，反應(yīng)器內(nèi)各點(diǎn)的化學(xué)反應(yīng)速率也都相同。當(dāng)采用間歇操作時(shí)，則是一個(gè)不穩(wěn)定過程，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，釜內(nèi)物料濃度、溫度和反應(yīng)速率要隨時(shí)時(shí)間而變化。 釜式反應(yīng)器內(nèi)常設(shè)有換熱裝置，間歇操作時(shí)，根據(jù)反應(yīng)的要求，可以改變換熱條件（如傳熱面積、載熱體流量和溫度等），維持等溫操作或非等溫操作。釜式反應(yīng)器主要用于液相和液固相反應(yīng)。液體和固體在反應(yīng)前后密度變化不大，可視為等容過程。 進(jìn)行間歇釜式反應(yīng)器體積計(jì)算時(shí)，必須先求得為達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需的反應(yīng)時(shí)間，然后，結(jié)合非生產(chǎn)時(shí)間和每小時(shí)要求處理的物料量，計(jì)算反應(yīng)器體積。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 （1）反應(yīng)時(shí)間 對(duì)間歇釜式反應(yīng)器列出物料衡算式，就可推導(dǎo)出反應(yīng)時(shí)間計(jì)算式。 于反

30、應(yīng)器內(nèi)濃度、溫度均一、不隨位置而變，幫可對(duì)整個(gè)反應(yīng)器有效體積（反應(yīng)體積）進(jìn)行物料衡算。 由于間歇操作，理想間歇釜式反應(yīng)器物料衡算式為 即 -ravrd=dna （3-4）物的積累量應(yīng)體積內(nèi)反應(yīng)微分時(shí)間、反掉的反應(yīng)物量應(yīng)體積內(nèi)轉(zhuǎn)化微分時(shí)間、反第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 上式一般常以反應(yīng)物a的轉(zhuǎn)化率形式表示,因?yàn)閚a=nao(1-xa) 所以 dna=-naodxa 式中na-任一瞬間釜內(nèi)反應(yīng)物a的物質(zhì)的量,kmol nao-反應(yīng)開始時(shí),釜內(nèi)反應(yīng)物a的物質(zhì)的量, kmol 反應(yīng)時(shí)間,h xa 任一瞬間反應(yīng)物a的轉(zhuǎn)化率。代入上述關(guān)系后得到ravrd= naodxa,d= naodxa/ravr積分得到 （

31、3-5）00afxaaardxnr v第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 式(3-5)為間歇釜式反應(yīng)器反應(yīng)時(shí)間計(jì)算式，xaf為反應(yīng)終止時(shí)反應(yīng)物a的轉(zhuǎn)化率。它是間歇釜式反應(yīng)器的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方程式，無論是等溫、非等溫、等容和變?nèi)葸^程均可應(yīng)用此式。對(duì)于變?nèi)莺头堑葴剡^程，特別是非等溫過程，式（3-5）求解是比較復(fù)雜的，可以參考理想管式流動(dòng)反應(yīng)器變?nèi)莺头堑葴剡^程的計(jì)算方法。以下只討論簡單的等溫等容過程計(jì)算。 在等容情況下，反應(yīng)過程vr不變，故式(3-5)中的vr可移至積分號(hào)外，且因 nao/vr=cao （3-6）得 = （3-7） 式中cao反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)物a的濃度，kmol/m3。00afaaxdxarc第一節(jié) 醇酸

32、樹脂涂料 由式(3-7)可以看出，達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需要的反應(yīng)時(shí)間只與反應(yīng)物初始濃度和反應(yīng)速率有關(guān)，與處理物料量無關(guān)，因此通過小實(shí)驗(yàn)找出一定初始濃度和一定溫度下的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，如果大生產(chǎn)裝置在攪拌和換熱方面能保持和小裝置相同的條件，就可以簡單地計(jì)算出大生產(chǎn)裝置的尺寸。 利用式(3-7)計(jì)算反應(yīng)時(shí)間時(shí)，尚需找出反應(yīng)速率與轉(zhuǎn)化率之間的函數(shù)關(guān)系，以便進(jìn)行積分。 對(duì)于一級(jí)反應(yīng)ar，反應(yīng)速率方程式為ra=kca 式中 k反應(yīng)速率常數(shù)，1/h。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料在等容情況下，ca=cao(1-xa)，則 ra=kcao(1-xa)代入式(3-7)，得 =在等溫情況下，k為常數(shù)，可移至積分號(hào)外，故

33、 = = （3-8）對(duì)于二級(jí)反應(yīng)，2ac+d或a+bc+d, nao=nbo。反應(yīng)速率方程式為ra=k(1-xa)2式中k-反應(yīng)速率常數(shù)，m3/（kmolh）0010afaaaxdxakcxc1k10afaaxdxx1ln1afx1k第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 （3-9） （2）反應(yīng)器有效體積vr 間歇釜式反應(yīng)器由于進(jìn)分批操作，每處理一批物料都需要有出料、清洗和加料等非生產(chǎn)時(shí)間，故處理一定量物料所需要的有效體積不但與反應(yīng)時(shí)間有關(guān)，還與非生產(chǎn)時(shí)間有關(guān)。vr= vo(+) 式中 vr-反應(yīng)器有效體積，即物料所占有的體積，亦叫反應(yīng)體積， m3； vo-平均每小時(shí)需要處理的物料體積，m3/h； -達(dá)到要求轉(zhuǎn)

34、化率所需的反應(yīng)時(shí)間， h； -非生產(chǎn)時(shí)間，h。afaafxaaaxaaaaxkcxxdxkcxkcdxcafaf111100200200第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 非生產(chǎn)時(shí)間由經(jīng)驗(yàn)確定。為了提高間歇釜史反應(yīng)器的生產(chǎn)能力，應(yīng)設(shè)法減少非生產(chǎn)時(shí)間。 決定反應(yīng)器的實(shí)際體積，應(yīng)考慮裝料系數(shù)。v=vr/ 裝料系數(shù)一般為0.40.85。對(duì)于不起泡、不沸騰的物料，取0.70.85；對(duì)于起泡、沸騰的物料，取0.40.6。裝料系數(shù)的選擇還應(yīng)考慮攪拌器和換熱裝置的體積。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 例3-4在攪拌良好的間歇操作釜式反應(yīng)器中，用乙酸和丁醇生產(chǎn)乙酸丁酯，反應(yīng)式為ch3cooh+c4h9ohch3cooc4h9+h2o

35、反應(yīng)在等溫下進(jìn)行，溫度為100oc，進(jìn)料配比為乙酸/丁醇=14.97（物質(zhì)的量比），以少量硫酸為催化劑。當(dāng)使用過量丁醇時(shí)，其動(dòng)力學(xué)方程式為 ra 下標(biāo)a表示乙酸。在上述條件下，反應(yīng)速率常數(shù)k為1.04 m3/（kmolh），反應(yīng)物密度為750kg/m3，并假設(shè)反應(yīng)前后不變。每天生產(chǎn)2400kg乙酸丁酯（不考慮分離過程損失），如要求乙酸轉(zhuǎn)化率為50%，每批非生產(chǎn)時(shí)間為0.5h，試計(jì)算反應(yīng)器的有效體積。2akc第一節(jié) 醇酸樹脂涂料解：（1）計(jì)算反應(yīng)時(shí)間 因是二級(jí)反應(yīng)，由式（3-9）知=xaf/kcao(1- xaf)乙酸和丁醇的相對(duì)分子質(zhì)量分別為60和74,所以cao=1750/160+4.977

36、4=1.75 kmol/m3反以=0.5/1.041.75(1-0.5)=0.55h(2)計(jì)算有效體積vr每天生產(chǎn)2400kg乙酸丁酯,則每小時(shí)乙 酸用量為2400/24116601/0.5=103kg/h上式中的116為乙酸丁酯的相對(duì)分子質(zhì)量.每小時(shí)處理總原料量為103+(103/604.9774)=734 kg/h每小時(shí)處理原料體積為vo=734/750=0.98m3/h故反應(yīng)器有效體積為vr=vo(+)=0.98(0.55+0.5)=1.04m3第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 例3-5 在攪拌良好的間歇釜式反應(yīng)器內(nèi),以鹽酸作為催化劑,用乙酸和乙醇生產(chǎn)乙酸乙酯,反應(yīng)式為 ch3cooh+c2h5oh

37、ch3cooc2h5+h2o a b r s 已知100時(shí),反應(yīng)速率方程式為 ra=k1cacb-k2crcs 正反應(yīng)速率常數(shù)k1為4.7610-4 m3/（kmolh），逆反應(yīng)速率常數(shù)k2為1.6310-4 m3/（kmolh）。反應(yīng)器內(nèi)裝入0.3785 m3水溶液，其中含有90.8kg乙酸，181.6 kg乙醇.物料密度為1043 kg/ m3，假設(shè)反應(yīng)過程不變,試計(jì)算反應(yīng)2h以后乙酸的轉(zhuǎn)化率。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 解：乙酸的初始濃度cao=90.8600.3785=4.0 kmol/m3乙醇的初始濃度cbo=181.6460.3785=10.4 kmol/m3水的初始濃度cso=0.37

38、851043-(90.8+181.6)/180.3785=18 kmol/m3設(shè)xa為乙酸的轉(zhuǎn)化率,則各組分的瞬時(shí)濃度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系為ca=4(1-xa) ,cb=10.4-4 xa ,cr=4 xa ,cs =18+4 xa代入反應(yīng)速率方程式,則得ra=4.7610-44(1-xa)(10.4-4 xa)-1.6310-44 xa(18+4xa)=810-2(0.248-0.49xa+0.063x2a) 所以 = 當(dāng)=120min,用上式算得xaf=0.356,即35.6%的乙酸轉(zhuǎn)化成乙酸乙酯.afafxaaaxaaaxxdxrdxc02200063. 049. 0248. 01084第一節(jié)

39、 醇酸樹脂涂料 在求得反應(yīng)所需設(shè)備總體積后,可查設(shè)備系列標(biāo)準(zhǔn),從而決定單個(gè)設(shè)備的體積與設(shè)備臺(tái)數(shù).按設(shè)計(jì)任務(wù)需用的設(shè)備臺(tái)數(shù) m=v/va （3-10） 式中va為單個(gè)設(shè)備的體積。由公式(3-10)計(jì)算出的m值，往往不是整數(shù)，需對(duì)其取整數(shù)mp(mpm)。因此，實(shí)際設(shè)備總生產(chǎn)能力比設(shè)計(jì)任務(wù)提高了，其提高的程度稱為設(shè)備的的備系數(shù)，用表示，即= 從提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低設(shè)備投資考慮，選用個(gè)數(shù)少而體積大的設(shè)備要比選個(gè)數(shù)多而體積小的設(shè)備有利。但大體積設(shè)備加工、檢修和廠房條件要求高，操作工藝和生產(chǎn)控制程序復(fù)雜，所以要作全面比較。%100mmmp第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 2 2連續(xù)操作釜式反應(yīng)器工藝計(jì)算連續(xù)操作釜式反

40、應(yīng)器工藝計(jì)算 在攪拌良好的釜式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行連續(xù)操作，可近似地看成是理想連續(xù)釜式反應(yīng)器。它可以單釜操作，也可以多釜串聯(lián)操作多段連續(xù)釜式反應(yīng)器。由于連續(xù)操作，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定易于自動(dòng)控制，節(jié)省勞動(dòng)力，比較適合于大規(guī)模生產(chǎn)。 理想連續(xù)釜式反應(yīng)器內(nèi)，物料達(dá)到了完全的混合，溫度、濃度、反應(yīng)速率處處均一，不隨時(shí)間改變，并與出料的濃度、溫度相同。由于這一特點(diǎn)，新鮮原料一進(jìn)入反應(yīng)器，瞬間之內(nèi)即與釜內(nèi)物料完全混合，反應(yīng)物濃度立即被稀釋至出料時(shí)的濃度，整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程都在較低的反應(yīng)物濃度下進(jìn)行。 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 如與理想管式流動(dòng)反應(yīng)器相比，相同溫度下進(jìn)行相同的反應(yīng)，達(dá)到同樣轉(zhuǎn)化率旱，理想管式流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物濃

41、度是由高到低，逐漸變化的，反應(yīng)速率也由大逐漸變小，出口處反應(yīng)速率最小。而理想連續(xù)釜式反應(yīng)器內(nèi)整個(gè)反應(yīng)過程的反應(yīng)速率不變，都與理想管式流動(dòng)反應(yīng)器出口處最小反應(yīng)速率相同。由此清楚看出，為完成同樣的反應(yīng)，達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率，理想連續(xù)釜式反應(yīng)器需要的反應(yīng)時(shí)間大于理想管式流動(dòng)反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間，或者說，這完成相同產(chǎn)量，理想連續(xù)釜式反應(yīng)器所需體積大于下想管式流動(dòng)反應(yīng)器所需體積。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 連續(xù)釜式反應(yīng)器采用多段串聯(lián)操作，可以對(duì)上述缺點(diǎn)有所克服。例如一個(gè)體積為vr的理想連續(xù)釜式反應(yīng)器，以三個(gè)體積各為vr/3的理想釜式反應(yīng)器串聯(lián)操作替之，當(dāng)二者的反應(yīng)物初始濃度，終于濃度和反應(yīng)溫度相同時(shí)，多段連續(xù)釜式反應(yīng)

42、器內(nèi)只有第三臺(tái)的反應(yīng)物濃度ca3與原來體積為vr的連續(xù)釜式反應(yīng)器內(nèi)濃度caf相同，而其余二臺(tái)的濃度均較之為高。如圖3-5所示。 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 圖3-5 單段和多段理想連續(xù)釜式反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物濃度的變化 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 由此可見，以三段串聯(lián)操作，較單段操作時(shí)反應(yīng)速率可以加快，因而完成同樣的反應(yīng)，體積相同時(shí)，三段串聯(lián)操作處理理可以增加，反之，如處理相同，三段串聯(lián)操作反應(yīng)器體積可以減小。也可推知，串聯(lián)的段數(shù)愈多，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物濃度的變化愈接近理想管式流動(dòng)反應(yīng)器，當(dāng)段數(shù)為無窮多時(shí)，多段理想連續(xù)釜式反應(yīng)器內(nèi)濃度變化與理想管式流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)相同，為完成相同的任務(wù)，二者所需體積相等。隨著段數(shù)的增多

43、而造成設(shè)備投資和操作費(fèi)用的增加，將超過因反應(yīng)器總體積減少而節(jié)省的費(fèi)用，因此，實(shí)際采用的段數(shù)一般不超過四段。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 理想連續(xù)釜式反應(yīng)器內(nèi)溫度均一,不隨時(shí)間而變,為等溫反應(yīng)器.在選定的操作溫度下進(jìn)行反應(yīng)器體積計(jì)算時(shí),只需列出物料衡算式. 由于釜內(nèi)濃度均一,不隨時(shí)間改變,故可對(duì)全釜有效體積和任意時(shí)間間隔作物料衡算。衡算式中釜內(nèi)物料累積量為零，反應(yīng)速率應(yīng)按出口處濃度和溫度計(jì)算。圖3-6為單段理想連續(xù)釜式反應(yīng)器物料衡算示意圖。圖3-6 單段理想連續(xù)釜式反應(yīng)器物料衡算第一節(jié) 醇酸樹脂涂料物料衡算式為fao-fao(1-xaf)-ravr=0 流入量 流出量 轉(zhuǎn)化量 積累量fao xaf=ra

44、vrvr= fao xaf/ra= vr/vo= caoxaf/ra式中-物料在釜內(nèi)的平均停留時(shí)間.對(duì)于等容一級(jí)反應(yīng)=vr/vo=caoxaf/kcao(1-xaf)2= xaf/ k (1-xaf) 2對(duì)于等容二級(jí)反應(yīng)=vr/vo=caoxaf/kc2ao(1-xaf)2= xaf/ kcao(1-xaf) 2第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 例3-6 在攪拌良好的釜式反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)操作生產(chǎn)乙酸丁酯,反應(yīng)條件和產(chǎn)量與例3-1相同,試計(jì)算連續(xù)釜式反應(yīng)器的有效體積。解 由例3-4已計(jì)算出vo=0.98m3/h xaf =0.5 cao=1.75kmol/m3 k=1.04m3/（kmolh）代入式（3-13）

45、得vr = voxaf/ kcao(1-xaf) 2=0.980.5/1.041.75（1-0.5）2=1.08m3 多段理想連續(xù)釜式反應(yīng)器的計(jì)算是基于各釜內(nèi)均為理想混合，而段間不存在混合的假設(shè)。對(duì)于液相反應(yīng)，通常可忽略因反應(yīng)和溫度改變引起的密度變化。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 3 3攪拌器攪拌器 攪拌在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛,精細(xì)化工工藝的許多過程都是在有攪拌機(jī)構(gòu)的釜式反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)的。攪拌的目的是:使互溶的兩種或兩種以上液體混合均勻；形成乳濁液或懸浮液；促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和加速物理變化過程,如促進(jìn)溶解、吸收、吸附、萃取、傳熱等過程。實(shí)際操作中，攪拌可以同時(shí)達(dá)到上述幾種目的。例如，在液體的催化加氫反應(yīng)中

46、，采用攪拌操作，一方面能使固體催化劑顆粒保持懸浮狀態(tài)，另一方面能將反應(yīng)生成的熱量迅速移除。同時(shí)，還能使氣體均勻地分散于液相中。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 不同的生產(chǎn)過程對(duì)攪拌程度有不同的要求。在有些生產(chǎn)過程中，例如，煉油廠大型油罐內(nèi)原油的攪拌，只要求罐內(nèi)原油宏觀上混勻，這樣的攪拌任務(wù)比較容易達(dá)到；而在另一些過程中，如兩液體的快速反應(yīng)，不但要求混合物宏觀上混勻，而且希望在小尺度上也獲得快速均勻的混合，從而對(duì)攪拌操作提出了更高的要求。針對(duì)不同的攪拌目的，選擇恰當(dāng)?shù)臄嚢杵鳂?gòu)型和操作條件，才能獲得最佳的攪拌效果。 攪拌的方法很多，使用最早，且仍在廣泛使用的方法是機(jī)械攪拌（或稱葉輪攪拌）。在某種特殊場合下，有

47、時(shí)也采用氣流攪拌、射流攪拌和管道混合等。 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 本節(jié)主要計(jì)論機(jī)械攪拌，包括攪拌器類型、操作特性等問題。 (1)攪拌器類型 能完成攪拌操作的機(jī)械稱為攪拌器，其主要部件是葉輪。針對(duì)不同的物料系統(tǒng)和不同的攪拌目的，出現(xiàn)了許多結(jié)構(gòu)型式的葉輪。常用葉輪的結(jié)構(gòu)型式及有關(guān)數(shù)據(jù)列于表3-4中。應(yīng)指出，螺旋漿式攪拌器的幾何尺寸s是指當(dāng)液體與葉片間無滑動(dòng)時(shí)，葉片旋轉(zhuǎn)一周將液體在軸面向上推進(jìn)的距離。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 葉輪的作用是通過其自身的旋轉(zhuǎn)將機(jī)械能傳送給液體，使葉輪附近區(qū)域的流體湍動(dòng)，同時(shí)所產(chǎn)生的高射流推動(dòng)全部液體在器內(nèi)沿一定途徑作循環(huán)流動(dòng)?？紤]釜型、擋板及葉輪在釜中位置等因素對(duì)流體流型的影

48、響，一般以液體流入、流出葉輪的方式來區(qū)分葉輪。當(dāng)液體從葉輪軸向流入并流出時(shí)，此葉輪稱為軸向葉輪；液體從葉輪軸各流入、從半徑方向流出時(shí)，此葉輪稱為徑向葉輪，如表3-8所示。 徑向葉輪 六個(gè)平片的渦輪葉輪是徑向葉輪的代表。其工作時(shí)，葉輪的葉片對(duì)液體施以徑向離心力，液體在慣性離心力作用下沿葉輪的半徑方向流出并在釜內(nèi)循環(huán)。由于渦輪的轉(zhuǎn)速高，葉片比較寬，除了能對(duì)液體產(chǎn)生較高的剪切作用外，還能在釜內(nèi)造成較大的液體循環(huán)量。正是由于這種特點(diǎn)，渦輪葉輪能有效地完成幾乎所有的化工生產(chǎn)過程對(duì)攪拌操作的要求，并能處理黏度范圍很廣的液體。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料形狀有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡圖螺旋漿葉sd=11z（葉片數(shù)）=3漿式平直

49、葉dw=410z=2折葉貓式dd=0.050.08d=2550mmwd=112d：攪拌器外緣與釜內(nèi)璧距離d：反應(yīng)器內(nèi)徑框式表3-8 常見葉輪的形狀及有關(guān)數(shù)據(jù) 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料螺帶式s/d=1,w/d=0.1z=12（2指雙螺帶）渦輪式圓盤平直葉dlw=2054z=6圓盤彎曲葉dlw=2054z=6開啟平直葉dw=58開啟灣葉dw=58z=6第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 平葉片槳式攪拌器也屬于徑向流葉輪，其葉片長、轉(zhuǎn)速慢、液體的徑向速度小、產(chǎn)生的壓頭也較低，適用于以宏觀調(diào)勻?yàn)槟康牡臄嚢柽^程，如簡單的液體混合、固體溶解、結(jié)晶和沉淀等操作。錨式攪拌器、框式攪拌器實(shí)際上是平葉片槳式攪拌器的變形，但轉(zhuǎn)動(dòng)半徑

50、更大。這幾種攪拌器不產(chǎn)生高速液流，適用于較高黏度的液體的攪拌。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 軸向葉輪 螺旋槳式葉輪是一種高速旋轉(zhuǎn)且能引起軸向流動(dòng)的攪拌器，其工作原理與軸流泵的葉輪相似。具有流量大、壓頭低的特點(diǎn)。液體在器內(nèi)作軸向和切向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生高度湍動(dòng)。由于液流能持久且滲及遠(yuǎn)方，因此對(duì)攪拌低黏度的大量液體有良好效果。它主要用于互溶液體混合、釜內(nèi)傳熱等。螺帶式攪拌器的工作原理與螺旋槳式相似。風(fēng)扇形渦輪或有兩個(gè)傾斜葉片槳式葉輪，除產(chǎn)生軸向流動(dòng)外，還造成一定程度上的徑向流動(dòng)。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 當(dāng)攪拌器置于容器中心攪拌黏度不高的液體時(shí)，只要葉輪旋轉(zhuǎn)速度足夠高，液體便會(huì)在離心力的作用下形成旋渦。葉輪轉(zhuǎn)速愈大，

51、旋渦愈深，不發(fā)生軸向的混合作用，且當(dāng)物料是多相系統(tǒng)時(shí)，還會(huì)發(fā)生分層或分離，甚至產(chǎn)生從表面吸進(jìn)氣體的現(xiàn)象，使被攪拌物料的表觀密度和攪拌效率降低，加劇了攪拌器的振動(dòng)，因此必須制止這種打旋現(xiàn)象的產(chǎn)生。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 可在釜內(nèi)裝設(shè)擋析，使切向流動(dòng)變?yōu)檩S向和徑向流動(dòng)，同時(shí)增大液體湍動(dòng)的程度，可消除打旋，改善攪拌效果。對(duì)于低黏度液體的攪拌，可將擋板垂直縱向地安裝在釜的內(nèi)壁上，擋板寬度一般為釜徑d的1/10，四塊均布。對(duì)于中等黏度液體的攪拌，擋板與器壁間距為0.10.15板寬，用以防止固體在擋板后積聚和形成停滯區(qū)。對(duì)于高黏度液體，可使擋板離開釜壁并與壁面傾斜。 擋板下端伸到釜底，上端伸出液面。對(duì)錐形釜

52、底，當(dāng)使用徑向流葉輪時(shí)，若葉輪位置較低，需把擋板伸到錐形部分內(nèi)，寬度減半。 由于液體的粘性力可抑制打旋，因此當(dāng)液體的黏度在512pas時(shí)，可減少擋板寬度，當(dāng)黏度大于12后，不需安裝擋板。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 4 4傳熱裝置傳熱裝置 釜式反應(yīng)器大多設(shè)有傳熱裝置，以滿足加熱或冷卻的需要。傳熱方式、傳熱結(jié)構(gòu)形式和載熱體的選擇，主要決定于所需控制溫度、反應(yīng)熱、傳熱速率和工藝上要求等。 （1）傳熱裝置構(gòu)型 當(dāng)傳熱速率要求不高和載熱體工作壓力低于600kpa（158飽和水蒸氣壓力）時(shí)，常用夾套傳熱結(jié)構(gòu)。當(dāng)夾套內(nèi)載熱體工作壓力大于600kpa，平套必須采取加強(qiáng)措施。圖3-7表示一種用支撐短管加強(qiáng)的“蜂窩平套

53、”，可用1000k pa飽和水蒸氣加熱至180。圖3-8表示為沖壓式蜂窩平套，可耐更高的壓力。另一種耐壓加熱結(jié)構(gòu)是用角鋼焊在釜的外壁上，如圖3-9、圖3-10所示。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料圖3-7 短管加強(qiáng)蜂窩夾套 圖3-8 沖壓式蜂窩夾套 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料圖3-9 角鋼夾套構(gòu)型之一圖3-10角鋼夾套構(gòu)型之二第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 當(dāng)需要強(qiáng)化傳熱速率和者釜內(nèi)壁襯有非金屬材料時(shí)，不能用夾套傳熱，可在釜內(nèi)設(shè)置插入式傳熱構(gòu)件，例如蛇管、套管、d形管等。圖3-11所示為插入式傳熱構(gòu)件的幾種形式。插入式結(jié)構(gòu)給檢修帶來方便，因?yàn)槿菀自趥鳠岜砻娈a(chǎn)生污垢的場合，采用插入式構(gòu)件較為合適。圖3-11 常見插入傳熱構(gòu)

54、件第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 大型攪拌反應(yīng)釜需要高速傳熱時(shí)，可在釜內(nèi)安裝列管式換熱器（見圖3-12）。例如在30m2的反應(yīng)釜內(nèi)，安裝多組列管式換熱器，總傳熱面可達(dá)110m2。 在沸點(diǎn)下進(jìn)行的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱量可使揮發(fā)性反應(yīng)物料或溶劑蒸發(fā)并通過回流冷凝器移除熱量。 （2）常用熱源 加熱溫度不超過150，用熱水和低壓飽和蒸汽作載熱體就可滿足要求。160以上的高溫加熱常常需要考慮高溫?zé)嵩吹倪x擇問題?；どa(chǎn)中常用到以下高溫?zé)嵩?。第一?jié) 醇酸樹脂涂料圖3-12 內(nèi)部帶列管傳熱的反應(yīng)釜 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 高壓飽和水蒸氣 指蒸汽壓力大于600kpa表壓的飽和水蒸氣。用高壓蒸汽作為熱源，需采用高壓管道輸送蒸汽

55、，建設(shè)投資費(fèi)用大，但如果車間內(nèi)部能設(shè)置利用反應(yīng)熱的廢熱鍋爐產(chǎn)生高壓蒸汽供給本車間使用時(shí)，則較為合理。 壓汽水混合物 圖3-13表示一高壓汽水混合物作為熱源的流程示意圖。從加熱爐到熱設(shè)備這一段管道內(nèi)，蒸汽比例高，而水的比例低；從冷卻器返回加熱爐這一段管道內(nèi)，蒸汽比例較少，而水的比例大，于是形成一個(gè)自然循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)速率的大小決定于加熱設(shè)備與加熱爐之間的高位差及汽水比例。這種高溫加熱裝置可用于溫度為200250的加熱。當(dāng)汽水混合物的溫度為250時(shí)，管內(nèi)壓力達(dá)2000kpa。汽水混合物的給熱系數(shù)可達(dá)3.71044.2104 kj/(m2hk)，加熱爐可利用氣體或液體燃料加熱，爐溫達(dá)800900，爐內(nèi)

56、加熱蛇管必須采用耐熱合金鋼材。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料圖3-13 高壓汽水混合物加熱裝置1-加熱蛇管；2-空氣冷卻器3-加熱爐；4-排氣閥第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 苯混合物（道生油） 聯(lián)苯混合物是一種目前應(yīng)用較普遍的高溫有機(jī)載熱體。它是含聯(lián)苯26.5%、二苯醚73.5%的低共熔和低共沸混合物，熔點(diǎn)12.3，沸點(diǎn)258，能在較低的壓力下得到較高的加熱溫度。在同樣的溫度下，它的飽和蒸氣壓力只有水蒸氣壓力的1/301/60。 第一節(jié) 醇酸樹脂涂料圖3-14 液體聯(lián)苯混合物自然循環(huán)加熱裝置1- 加熱設(shè)備 2-加熱爐 3-膨脹器 4-回流冷凝器5-熔化槽 6-事故槽 7-控溫裝置圖3-15 液體聯(lián)苯混合物夾套浴

57、電加熱裝置1-加熱設(shè)備 2-加熱夾套 3-管式電熱器第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 當(dāng)加熱溫度在250以下時(shí)，可采用液體聯(lián)苯混合物加熱，有三種加熱方案：a.液體聯(lián)苯混合物自然循環(huán)加熱（見圖3-14），加熱設(shè)備與加熱爐之間要保證一定的高位差，才能使液體有良好的自然循環(huán)，其給熱系數(shù)為8002000 kj/（m2hk）；b.液體聯(lián)苯混合物強(qiáng)制循環(huán)加熱，可采用屏閉泵或者用液下泵使液體作強(qiáng)制循環(huán)，其給熱系數(shù)可提高至2000-8000 kj/（m2hk）；c.平套內(nèi)盛聯(lián)苯混合物，將管狀電熱器插入液體內(nèi)加熱。這種方法簡單，適用于傳熱速率要求不高的場合（見圖3-15）。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 當(dāng)加熱溫度超過250時(shí)，可采

58、用聯(lián)苯混合物的蒸汽加熱，其給熱系數(shù)約為40008000kj/（m2hk），根據(jù)其冷凝液回流方法的不同，也分為自然循環(huán)與強(qiáng)制循環(huán)兩種方案，自然循環(huán)法設(shè)備簡單，但要求加熱器與加熱爐之間有一定的位差，以保證冷凝液的自然循環(huán)。位差的高低決定于循環(huán)系統(tǒng)的阻力的大小，一般可取3-5m。如廠房高度夠時(shí)，可以適當(dāng)放大循環(huán)液管徑，減少阻力。 當(dāng)受條件限制不能達(dá)到自然循環(huán)要求時(shí)，或者在加熱設(shè)備較多，操作中容易產(chǎn)生相互干擾等情況下，可用強(qiáng)制循環(huán)流程。 另一種較為簡易的聯(lián)苯混合物蒸汽加熱裝置，是將蒸汽發(fā)生器直接附在加熱設(shè)備上面，用電熱棒加熱液體聯(lián)苯混合物，使它沸騰生成蒸汽。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 電加熱 電加熱是一種熱

59、效率高、操作簡單、便于實(shí)現(xiàn)自控和遙控的高溫加熱方法。常用的電加熱方法可分為以下三種類型： a.電阻加熱。電流通過電阻產(chǎn)生熱量實(shí)理加熱，可采用以下幾種結(jié)構(gòu)形式： . 輻射加熱法。電阻絲暴露在空氣中，借輻射和對(duì)流傳熱直接加熱反應(yīng)釜，此種方法只能用于非易燃和易爆的操作過程。 . 電阻夾布加熱法。將電阻絲夾在用玻璃纖維織成的布中，包扎在受加熱的設(shè)備外壁，這樣可避免電阻絲暴露在大氣中，從而減少引起火災(zāi)的危險(xiǎn)性。但必須注意的是電阻夾布不允許被水浸濕，否則將引起漏電和短路的危險(xiǎn)。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 . 插入式加熱。將管式或棒狀電熱器插入被加熱的介質(zhì)中或在夾套浴中實(shí)現(xiàn)加熱（見圖3-14、3-15），這種方法

60、僅適用于小型設(shè)備的加熱。 b. 感應(yīng)電流加熱。交流電引起的磁通量變化在被加熱體中感應(yīng)產(chǎn)生的渦流損耗而變?yōu)闊崮?，感?yīng)電流在加熱體中透入的深度與設(shè)備的形狀以用電流的頻率有關(guān)。在化工生產(chǎn)上應(yīng)用較方便的是用普通的工業(yè)交流電產(chǎn)生感應(yīng)電流加熱，稱為工頻感應(yīng)電流加熱法。它適用于壁厚5-8mm以上圓筒形設(shè)備的加熱，加熱溫度在500以下。工頻感應(yīng)加熱近年來在化工生產(chǎn)（如醫(yī)藥、化纖、石油化工等部門）已推廣應(yīng)用，如已被用于間苯二磺酸鈉堿熔（340）、癸二酸氨化（280）、綿綸聚合（290）、尼龍66聚合（240）等反應(yīng)釜的加熱。第一節(jié) 醇酸樹脂涂料 c. 短路電流加熱。將低壓的交流電直接通到被加熱的設(shè)備上，利用短路