книги / Технология лаков и красок

вым вентилем. Емкость типовых реакторов составляет от 1 до 16 м3 и принимается в зависимости от масштабов, производства и специфичности производства некоторых видов синтетических ла­ ков и смол. В настоящее время для крупнотоннажных производств проектируются реакторы емкостью до 50 м3.

На рис. 10.1— 10.3 представлены реакторы различных типов, применяющиеся для синтеза смол. Реактор с рубашкой и змееви­ ком, приведенный на рис. 10.1, может применяться при обогреве конденсирующимися парами воды или высококипящими теплоно­ сителями. Обогрев реактора осуществляется при помощи рубашки 4у а охлаждение — при помощи змеевика 5. Загрузка реактора твердыми и жидкими компонентами производится через люк и штуцера, расположенные на крышке 2; выгрузка содержимого

укрепленный на крышке реактора. Аппарат имеет четыре лапы, расположенные под углом 90 °С, на которых он монтируется в перекрытии или на площадке.

Реактор с полутрубными элементами обогрева (см. рис. 10.2) применяется в тех же случаях, что и реактор, описанный выше. Обогрев реактора ведется при помощи полутрубных элементов обогрева 4. Загрузка и выгрузка реактора производятся так же, как и в предыдущем случае.

Для процессов синтеза алкидных и других смол при 220—300 °С применяется преимущественно реактор с электроиндукционным обогревом. Обогрев реактора ведется секционными электроиндукционными нагревателями. Несколько секций нагревателей распо­ ложены на цилиндрической части реактора и одна секция — в донной части. Внутри аппарата расположен змеевик, который ис­ пользуется для охлаждения содержимого реактора или (в случае комбинированного пароэлектрического обогре­ ва)— для обогрева реактора конденсирующи­ мися парами воды. Загрузка и выгрузка реак­ тора производится таким же образом, как и в реакторах, описанных выше. Реактор снаб­ жен ластовой мешалкой. В настоящее время отечественной промышленностью создан и эксплуатируется реактор с электроиндукцион­ ным обогревом емкостью 32 м3, который имеет высокие технологические и технико-экономи­ ческие показатели. В одиннадцатой пятилетке намечается широкое внедрение этих реакторов в промышленность.

Р н с . 10.3. Р е а к т о р с к о м б и н и р о в а н н ы м о б о г р е в о м :

1 — э л е к т р о д в и г а т е л ь ; 2 — к р ы ш к а ; 3 — к о р п у с р е а к т о р а ; 4 — в а л ; 5,— п р о п е л л е р н а я м е ш а л к а ; 6 — р у б а ш к а д л я о б о г р е в а п а р а м и Д Ф С ; 7 — э л е к т р о н а г р е в а т е л ь .

811

Для синтеза алкидных смол, алкидиых олиф и некоторых дру*

ная смесь). Пары жидкой дифенилыюй смеси, находящейся в удлиненной рубашке реактора 6, образующиеся при нагреве смеси погруженными в нее электронагревателями, обогревают стенки и днище аппарата 3 и, конденсируясь, стекают на дно рубашки. Загрузка и выгрузка реактора производится через люк и штуцер, расположенные в крышке 2. Выгрузочная труба опущена до дна аппарата. Реакторы снабжены пропеллерной мешалкой 5 и изго­ тавливаются из нержавеющей двухслойной или эмалированной стали.

Технологические процессы при производстве пленкообразую­ щих проходят в температурном интервале 60—350 °С (нижний пре­ дел — при нагреве пленкообразующих перед их очисткой; верх­ ний— для процессов полимеризации и при синтезе некоторых пленкообразующих).

При изготовлении некоторых смол, в частности эпоксидных, необходима отгонка растворителя из реакционной смеси. Из-за высокой вязкости смолы и термической ее нестабильности прове­ дение ректификации в аппаратах периодического действия боль­ шой емкости вызывает ряд затруднений.

Для этой цели нашли применение роторно-пленочные испарите­ ли колонного типа. В них процесс ректификации проходит в тонкой пленке, образуемой при вращении ротора. Аппарат (рис. 10.4) представляет собой колонну, состоящую из отдельных царг 5. Межфазный контакт между жидкостью и паром осуществляется на поверхности пленки жидкости. Роль ротора в аппаратах этого типа сводится к распределению жидкой фазы по твердой поверх­ ности с образованием стекающей тонким слоем пленки, а также к турбулизации паровой фазы за счет вращательного движения ро­ тора. Ротор представляет собой вал 5, на котором насажена крыльчатка типа «беличьего» колеса с подвижными лопастями 4. Каждая царга снабжена паровой рубашкой.

Способы обогрева. Основными способами обогрева реакцион­ ной аппаратуры являются:

1)паровой обогрев (конденсирующимся водяным паром);

2)огневой обогрев — продуктами сгорания топлива;

3)обогрев электрическим током;

4)обогрев высококипящими теплоносителями.

Па р о в о й о б о г р е в . Процессы, протекающие при темпера­ туре до 140 °С, обычно осуществляются в аппаратах с обогревом конденсирующимся водяным паром (при синтезе карбамидных, ряда фенольных и других смол). При температурах выше 140°С

приходится применять пар повышенного давления (выше 0,7 МПа), что не всегда является возможным.

При паровом обогреве применяются паровые рубашки, паровые змеевики и трубчатые подогреватели (теплообменники).

912

Рис. 10.4. Пленочно-роторный испаритель:

/ — пробка; 2—диск; 3—вал; 4—лопасть; 5—царга.

Рис. 10.5. Индивидуальная кольцевая топка:

/ — кольцевой дымоход; 2—реактор; 3—топка; центральный канал.

Все аппараты, предназначенные для обогрева конденсирую­ щимся водяным паром, могут быть, применены в качестве аппара­

Простейшими устройствами огневого обогрева являются индиви­ дуальные кольцевые топки (рис. 10.5) для твердого или жидкого топлива. Управление такими топками производится из помещения, отделенного от помещений реакторов огнестойкой перегородкой. Продукты сгорания поступают из топки 3 непосредственно под днище реактора 2, обогревают его и .через кольцевой дымоход 1 и боров выходят в дымовую трубу. Коэффициент полезного действия таких топок очень низок. В топках улучшенной конструкции топоч­ ные газы поступают сначала в кольцевой канал и обогревают стенки реактора и днище. Коэффициент полезного действия таких топок выше, так как обеспечивается более полное использование тепла топочных газов. При этом уменьшается напряжение поверх­ ности нагрева и, следовательно, вероятность прогорания днища реакторов.

313

Рис. 10.6. Схема централизованного обогрева:

/ —реактор; 2—шибера; 3—сборный боров; 4—топка; 5—дымосос; 6—дымовая труба.

Ц е н т р а л и з о в а н н ы й о б о г р е в . При централизован­ ном обогреве (рис. 10.6) группа реакторов 1 обслуживается одной топкой 4. Продукты сгорания топлива от топки к реакторам посту­ пают по центральному борову. .Отработанные газы собираются в сборном борове 3 и дымососом 5 удаляются через трубу 6 в ат­ мосферу. Регулирование температуры в реакторах осуществляется с помощью шиберов 2. Преимущества централизованного обо­ грева: улучшение управления топками, снижение температуры то­ почных газов и увеличение коэффициента полезного действия то­ пок. Недостатком централизованной системы обогрева является наличие длинных газоходов, через стенки которых неизбежны по­ тери тепла, что сказывается на показателях реакторов, располо­ женных на разных расстояниях от топки.

Кнедостаткам нагревательных устройств с применением

продуктов сгорания твердого и жидкого топлива можно от­ нести трудность регулирования технологического процесса, от­ носительную громоздкость топочных устройств, невысокий коэф­

видов нагревательных устройств для твердого и жидкого топлива газовый обогрев реакторов имеет преимущество в возможности регулирования технологических процессов включением и выключе­ нием горелок или групп горелок. При газовом обогреве достигается более высокий коэффициент полезного действия, обслуживание реакторов несложно. К недостаткам газового обогрева можно от­ нести громоздкость топочных устройств и огнеопасность. Газовый обогрев применяется часто для топок котлов-парогенераторов при использовании высококипящих теплоносителей для обогрева реак­ торов.

зн

О б о г р е в э л е к т р и ч е с к и м током. При нагревании реакционной массы электрическим током применяют внутренние и наружные электронагреватели. Внутренние электронагреватели опускаются в реакционное пространство или служат для предва­ рительного нагревания реакционной массы в выносных теплооб­ менниках при непрерывном процессе. Наружные электронагрева­ тели располагаются на наружной поверхности реактора, при этом обычно монтируют несколько секций обогрева. Вокруг обмотки возникает переменное магнитное поле, индуцирующее в стенках реактора электродвижущую силу или вторичный ток, который, превращаясь в тепло, нагревает стенки реактора по всей толщине. К преимуществам применения электрического тока для нагревания реакторов следует отнести легкость регулирования технологиче­ ского процесса, небольшие размеры нагревательных устройств и обслуживания. Кроме того, обогрев электрическим током можно сочетать с другими видами обогрева.

О б о г р е в вы с о к о к и п я щ и м и т е п л о н о с и т е л я м и . Наибольшее применение для обогрева реакторов в производствах лаковых смол получила дифенильная смесь (ВОТ, даутерм, динил), которая представляет собой эвтектическую смесь дифенила (СбН5) 2 и дифенилоксида (СгНбЬО в соотношении 26,5 и 73,5%. Температура плавления дифенильной смеси 12,8 °С, температура кипения 258 °С. Эта смесь является стойкой к длительному нагре­ ванию (при 325°С — 4—5 лет, при 370°С — 2—3 года). Дифе­ нильная смесь горюча, однако не взрывоопасна, не агрессивна и малотоксична.

Схема работы установок для обогрева дифенильной смесью напоминает установки для обогрева парами воды. Котлом-пароге­ нератором могут служить обычные вертикальные двухбарабанные котлы. Система предназначается для централизованного обогрева нескольких реакторов. Различаются системы обогрева с принуди­ тельным и самотечным возвратом конденсата в котел-парогене­ ратор. Самотечные системы требуют высокого расположения реакторов — потребителей тепла. В качестве топлива для котловпарогенераторов лучше использовать газ или мазут. Получил рас­ пространение индивидуальный обогрев парами дифенильной смеси реакторов с удлиненными рубашками. Дифенильная смесь при газовом или электрическом обогреве испаряется непосредственно под реактором. Последнее время значительное распространение для обогрева реакторов получили высококипящие теплоносите­ ли — дикумилметан и тетраарилсиликат, которые благодаря высо­ кой температуре кипения (соответственно 336 и 426 °С) могут применяться в виде жидкости. Применение высококипящих тепло­ носителей дает возможность регулировать технологические процес­ сы, протекающие в реакторах; к другим преимуществам обогрева высококипящими теплоносителями можно отнести простоту обслу­ живания и экономичность процесса.

815

А п п а р а ту р а для см еш ен и я и р аств ор ен и я л аковы х см ол

Конструкция аппаратов для смешения и растворения лаковых смол определяется, главным образом, химическими свойствами смол и их способностью к растворению. Большое влияние на кон­ струкцию аппаратов оказывают размеры производственных поме­ щений и габариты здания. Аппараты для смешения и растворения

3)вертикальные смесители для растворения смол и эфиров целлюлозы;

4)горизонтальные смесители для растворения эфиров целлю*

лозы;

5)турбомешатели.

Вертикальные смесители для алкидных смол. После синтеза в реакторах некоторых видов смол (типа алкидных) для их раство­ рения применяются вертикальные смесители цилиндрической фор­ мы со сферическим днищем и крышкой, снабженные водяной ру­ башкой и мешалкой. Мешалка может быть пропеллерной, турбин­ ной или якорной. В крышке смесителя располагаются штуцера для загрузки жидкого сырья, штуцер для присоединения к холодиль­ нику, штуцера для приборов температурного контроля и люк для профилактических осмотров и ремонта смесителя. Выгрузка сме­ сителя производится через штуцер в днище аппарата или, если по условиям монтажа это неудобно, через выгрузочную трубу, прохо­ дящую через крышку в нижнюю часть аппарата. Емкость смеси­ телей должна соответствовать емкости реакторов и составляет от 2 до 20 м3. В качестве материала смесителей могут быть исполь­ зованы: углеродистая, двухслойная или нержавеющая сталь.

Горизонтальные смесители для алкидных смол (рис. 10.7) так­ же применяются для растворения смол после их синтеза. Их уста­ навливают в тех случаях, когда по требованиям монтажа высота здания цеха должна быть умень­ шена. Смеситель представляет собой горизонтально расположен­ ный цилиндрический корпус с приваренными с торцов сфериче­ скими крышками. Для перемеши­ вания устанавливаются две мощ­ ные турбинные мешалки 6 или

Рис. 10.7. Горизонтальный смеситель:

/ — люк; 2—пробоотборник; 3- привод мешалки; 4—корпус смесителя; 5—гильза термопары; б—турбинная мешалка; 7—опора; 5—рубашка*

die

Рис. 10.8. Вертикальны!} смеситель для растворения смол и эфиров целлюлозы:

/— привод; 5—лапа; 3—лопастная мешалка; «/—от­ бойная планка; 5—корпус смесителя; б—рубашка.

. „ у f II II—^

циркуляционные насосы. В верхней ча­ сти смесителя расположены необходи­ мые штуцера (для загрузки жидких компонентов, для присоединения к хо­ лодильнику и термопаре 5), люки 1 для мешалок и люк для профилакти­ ческих осмотров и ремонта. Выгрузка производится через штуцера в нижней части аппарата или через выгрузочную трубу, проходящую сверху. Смеситель снабжается водяной рубашкой для охлаждения 8. Устанавливается сме­ ситель на опорах 7. Емкость смесите­ лей должна соответствовать емкости реакторов и составляет от 2 до 80 м3. Материал смесителей — нержавеющая или двухслойная сталь.

Вертикальные смесители для ра­ створения смол и эфиров целлюлозы. Для растворения смол и эфиров цел­

люлозы применяют смесители цилиндрической формы со сфериче­ ским днищем, снабженные лопастными, якорными.или планетар­ ными мешалками (рис. 10.8). При применении лопастных мешалок на стенках аппарата предусматривают отбойные планки 4. Смеси­ тели снабжаются рубашкой 6 для подогрева содержимого смеси­ теля горячей водой или паром давлением до 0,2 МПа. В крышке аппарата предусматриваются штуцера: для загрузки жидкого сырья, инертного газа, для присоединения к холодильнику, для термопары и люк для загрузки сырья и чистки. В днище смесителя предусматривается выгрузочный штуцер с угловым вентилем. Ем­ кость смесителей — от 1 до 16 м3. Материал аппаратов — углеро­ дистая или нержавеющая сталь.

Горизонтальные смесители для растворения эфиров целлюлозы (малаксеры). Горизонтальные смесители для растворения эфиров целлюлозы (рис. 10.9) представляют собой цилиндрический корпус 4 с приваренными к нему с торцов сферическими крышками. Через ось аппарата проходит горизонтальный вал с насаженными на него лопастями 5. Аппарат крепится в наклонном положении к массив­ ной станине (раме) 1 из швеллеров, на которой также устанавли­ вается привод 2. Загрузка аппарата эфирами целлюлозы произво­ дится через люки 3, расположенные на верхней образующей кор­ пуса. В верхней части корпуса расположены штуцера для загрузки жидкого сырья, контрольно-измерительных приборов и других

$17

Рис. 10.9. Горизонтальный смеситель для растворения эфиров целлюлозы:

/ —опорная рама; 2—привод; 3—загрузочный люк; 4—корпус смесителя; 5—лопастная ме­ шалка; 6—штуцер для выгрузки; 7—рубашка.

целей. Выгрузка осуществляется через штуцер 6, расположенный в одном из днищ. Цилиндрическая часть корпуса аппарата снаб­ жена паровой рубашкой 7. Емкость аппаратов — от 1 до 6 м3. Ча­ стота вращения мешалки — 30—60 об/мин. Аппарат служит для приготовления высоковязких растворов эфиров целлюлозы (типа кабельных лаков). Материал аппарата — углеродистая сталь.

Турбомешатели применяются для интенсивного размешивания лаковых основ и синтетических смол при их растворении в смеси­ телях и для перемешивания пигментированных лакокрасочных ма­ териалов. Турбомешатели используются в стационарных и пере­ движных аппаратах. Турбомешатель представляет собой мешалку, сидящую на одном валу с мотором, без редуктора. На конце вала насажена турбина, вращающаяся в направляющем аппарате. Вдоль вала расположены съемные диффузоры, которые создают направленное движение перемешиваемой массы. При необходимо­ сти смешения пигментов со связующим предусмотрена воронка для загрузки пигментов. Отечественные смесители серии ТМ вы­ пускаются с диаметром турбинок от 70 до 180 мм следующих типов: ТМ-7, ТМ-11, ТМ-14, ТМ-15 и ТМ-18. Основные данные смесителя типа ТМ-14: диаметр турбинки— 110 мм; окружная скорость турбинки — 8 м/с, частота вращения турбинки — 1420 об/мин; мощность электродвигателя— 1,7 кВт. За рубежом применяются подобные типы турбомешателей («Ротамикс», «Уль­ трамикс») .

318

Рис. 10.11. Змеевнковый плавнтель канифоли:

корпус; 2—люк для загрузки канифоли; 3—штуцер для выпуска расплавленной кани­ фоли; 4—змеевики; 5—перфорированная предохранительная перегородка; 5—вентиляционный

отвод.

Рис. 10.12. Рубашковый плавитель фенола:

ячейка; 2—крышка; 3—барабан с фенолом; 4—вентиляционный воздуховод; 5—приямок; 5—.рубашка; 7—термоизоляция.

обогрева подается пар. Канифоль, соприкасаясь с горячими поверхностями кольев, постепенно плавится, и бочка опускается. Канифоль, выплавленная из бочки, собирается в конической части аппарата, откуда по обогреваемым трубопроводам поступает в мерники и реакторы. Освобожденная от канифоли бочка вынима­ ется из выплавителя. Кольевой выплавитель прост по устройству и несложен в эксплуатации. Материал выплавителя — углеродистая сталь.

З м е е в и к о в ы й п л а в и т е л ь к а н и ф о л и (рис. 10.11) служит для плавления кусковой канифоли, предварительно разби­ той на крупные куски. Он представляет собой цилиндрический аппарат с плоской крышкой и слегка наклонным плоским днищем. В крышке аппарата по его оси расположен конический люк 2 для загрузки канифоли (в кусках) и штуцера для пара и конденсата. В нижней части аппарата конически расположено несколько сек­ ций змеевиков 4. Канифоль падает на перфорированную перего­ родку 5, с которой сползает на змеевики, где расплавляется и стекает на дно аппарата. Расплавленная канифоль выводится че­ рез штуцер 3, который вварен в боковую стенку аппарата у самой нижней точки днища. На боковой образующей имеется вентиля­ ционный отвод 6. Корпус аппарата выполняется из углеродистой стали.

Плавитель фенола. Для плавления фенола применяются несколько конструкций аппаратов, работающих по разному прин-

820