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实用新型反应釜球式放料阀探讨

发布日期:[ 2014年5月19日 ] 共阅[ 4125 ]次

一、前言

放料阀是反应釜构造中的一个重要部件,它起到控制化学液体在反应釜中进行密闭加压反应以及在反应结束后的正确打开放料口排放料液的作用,且不影响反应釜内料液的完全混合和完全反应,放料阀构造和性能的优劣,不只影响到反应釜的操作性能,还直接影响到化学反应的效率和化工产品质量等。随着有机化工和精细化工的高速发展,提出了对反应釜放料阀的更高要求,为此本文对反应釜放料阀的现状进行了探讨,并提出了一种新构造的放料阀——球式放料阀。

二、反应釜放料阀的应用现状

目前反应釜所配用的放料阀有多种形式,归纳起来主要分以下四种类型。

1.截止型放料阀

图1下展式放料阀

截止型放料阀是目前唯一的4准放料阀,1967年起编入化工部部颁标准,它是直接安装于反应釜底部的专用放料阀门,其关闭件一一阀瓣是沿放料口通道中心线作上下移动的,按其开启时的阀瓣运动方向不同,分为上展式和下展式二种,不论是上展式或下展式,在关闭状态时,都能使阀瓣顶面与釜底面大致吻合,不存在沉积料液的死角。图1为下展式放料阀的装配简图,此类放料阀按化工部标准,阀体可采用铸铁、铸钢和耐酸不锈钢三种材质,其中耐酸不锈钢放料阎按制造工艺又分成铸造阀休和焊接阀体两种形式。上述主要型式的标准号性能参数见表1。

由此可见标准放料阀只能适用于低压反应釜。

2.放料口加短管法兰装通用型阀门为放料阀

此形式是标准放料阀的性能不能满足要求时的常用方式,可任意选用材-料相性能规格能满足要求的通用型截止阀、闸阀或球阀等作为放料阀。近廿余年来由于球阎的迅猛发展,球阀具有流阻小、体积小,重量轻、操作灵便、不易积料等优良性能,当前大多都选用通用球阀安装于放料的短管下作放料阀,如图2所示。由于球阀有低压和中压多种压力等级可选用,故此种形式在低鹾和中压反应釜上都可适用。

3.釜底放料口贴焊法兰装通用球阀为放料阀

此形式是由上一形式改进而成的,由于在操作实践中发现釜底短管中的料液往往不易均匀混和及达到完全反应,成为死料,影响到化工产品的质量。因此,取消短管,将法兰紧贴于釜底焊接,法兰孔改为螺纹孔,装双头螺栓再与球阀连接,如图3所示,这样可以缩小球釜体到底面的高度,使引成死料的容积减小,此形式能用于低压反应釜和中压反应釜。

4.其他专用放料阀门,是指为特殊要求专门设计制造的反应釜放料阀,构造形式主要有针形阀式、滑塞阀、翻板阀等多种多样形式,但由于生产批量小,价格昂贵,使用较少,本文不作论述和比较。

三、常用放料阀形式的比较

标准放料阀在关闭时阀瓣顶面与釜底相平,不会有沉积死料现象,能满足化学液反应过程的要求。其缺点是只能适用于低压反应釜,结构较为复杂,价格较高。其构造上存在的缺点是:贯穿在出料通道内的阀杆及阀瓣容易积料,不易清扫;阀杆填料函成倒置方式使阀杆间隙的积料易引起阀杆腐蚀和泄漏,由于启闭力较大,采用了旋转螺母传动升降阀杆和阀瓣、机构较复杂,擐作较费力}反应釜反应温度的变化会引起阀杆热应力的变化,而阁杆的热应力则可能与关闭力同方向也可髓反方向,因而可能会破坏密封比压而引起在反应过程中的泄漏。

第二和第三种方式属于同一类型,目前第三种方式应用愈来愈多,有取代第二种方式的趋势,其特点是低压、中压都很适用,操作特性上胜过标准放料阀。其缺点是反应釜底面到球体之间仍有一小段管状通道沉积死料成为死角,其中部分料液可能不完全混和不完全反应,影响化学反应效率和直接影响产品质量。有些场合不得不在拯作上补救,如先开一下放料阀,将阀口的料液作为不合格料先排出,再放出其余的料为成品料。这种撼作法虽能保证质量,但使生产得率大大下降了。

四、球式放料阀的构造

根据反应釜放料阀的应用现状,研究设计了一种新颖的球式放料阀,它兼备了上述两种形式的优点,减少了弊病,新颖的球式放料阀具有推广应用价值。



球式殷料阀是在浮动球球阀构造的基础上,结合反应釜使用性能的操作条件进行设计而成的。图4为球式放料阀的剖面图,其特点是关闭件为一带孔球体4绕通路的垂线作90。旋转,以达到开启或关闭的目的,球体两端各有一个塑性材料制成的球面密封圈3,也称之阀座。上密封圈装在反应釜底部放料口下侧凹槽内,这样可使球体紧贴在反应釜的底部,尽量减少球体上的死角容积。考虑到制造上的分工及装配的方便,将釜底的放料口设计成一个特殊的凸缘盘,它作为球式放料阀的上段另件,称为上体1,其上表面按反应釜底面的要求加工成凸球面状,球面曲率与反应釜封头大致一样,上体中心放料孔与凹球面的交接处加工成大弧形的过渡面使放料口成为一向上的喇叭口,上体的下面则按球阀装配要求加工,放料口外为装配密封圈的环形槽,其外圈是连接阀体5时的定凸台和阀体密封面,安装有调节垫片。再外面有均匀分布的螺纹孔,以装入双头螺栓与阀体连接。上体2必须先装配镶焊于反应釜的底部,成为反应釜的一部分,打磨内表面焊缝,探伤合格后才能装上阀体、球体.部件。阀体内的其他另件基本与通用球阀一致。这种构造的放料阀在关闭状态时部分球体凸出在放料口中,,t訇喇叭口之间虽还留有一圈凹槽,有可能成为沉积死料的死角,但由予并不太深,槽的上口很宽大,料液容易受搅拌浆作用而翻起混合,也就可以避免料液的不完全反应现象。

由于球式放料阀总是竖向安装于反应釜的底部,为使操作方便和操纵杆不受反应釜夹套的阻挡,球式放料阀改变球阀惯用的0°~90°的操作死点,而是将操纵杆设计成由右45°向左450转动为关闭,由左45°向右45°转动为开启,这种操纵杆启闭终点角度更适合于楼上加料,楼下放料操作的反应釜安装方式。操纵杆手柄高度保持在同一水平上,非常方便。同时这种角度使操纵杆能与水平安装的液压或气压缸联接,实现启闭自动。虹体支座,不需固定在釜底,只要将固定支耳安装在支腿上即可。重要的是缸体不必占用反应釜下部可贵的操作空间,如图5所示。

五、球式放料阀的特点

1.性能范围较宽,可设计成低压,中压三个系列,满足各种性能规格的反应釜配套要求。技术参数列于表2

2.技术成熟可靠,并保持了球阀的优点。流阻小、结构紧凑、体积小、撮作灵便、开启迅速、球体下密封圈间的密封比压随反应釜内的操作压力升高而增长,密封性能可靠。

3.阀体材质可分为碳钢和耐酸不锈钢两类,一般采用铸钢件阀体,小口径高压球式放料阀也可采用铸件制造,但不能采用铸铁件。

4.球体处于开启或关闭时,球体和密封圈的封面始终紧贴在一起,与介质完全隔离,密封面不易受化学液体的冲刷和侵蚀,因而可有较长的使用寿命。

5.球体呈关闭状态时,球面与上体喇叭口间仍有一环形凹槽但不太深,一般料液都能受搅拌流动的液体作用而翻起达到均匀混合和完全反应。

6.球体呈开启状态时,放料通道为一直管状,排料爽,积料少,易扫,有利于反应釜效率和产品质量的提高。

7.操纵杆的启闭死点为右45°到左45°,手动操作方便,也便于液动或气动驱功时缸体的安装,不占操作空间。

8.球式放料阀存在的缺点是,聚四氟乙烯的密封圈耐温度性能稍低,最高使用温度应小于200℃,虽能满足大部分反应釜的需用,但此性能低于标准放料阀,有待改进密封圈的耐温性能以扩大球式放料阀的适用范围。

六、气动球式放料阀安装实例

图5为气动球式放料阀在反应釜上的安装实例示意图,图中表明了气缸2呈水平状安装于球式放料阀的一侧,活塞杆与殊式放料阀的气动摇臂3的一端采用绞接方式。气缸2的固定端则以支耳绞接形式悬挂在固定支耳1上,固定支耳1则可固定安装在反应釜的支腿上或其他稳定性好的任何混凝土构件上。

由于球式放料阀只要求开启和关闭二位动作,不适宜亦无必要调节,因此气动控制系统中,一般只要联结两个二位三通气动电磁阀即可实现遥控操作。为了保持气缸的可靠性和气缸的寿命,气源管路中应装上气动组合三大件。其三个功能既可对管路中的压缩空气中的水分和固体杂质进行过滤,又能调节'管道中压缩空气的压力,使其保持恒压。还可产生油雾,它随工作气流输入到气缸壁和活塞杆,保持了气缸运动另件与密封圈间的润滑和良好的密封、可提高气缸的工作可靠性和工作寿命。

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