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某石化腈纶厂聚合反应釜的改进方案

发布日期:[ 2016年3月10日 ] 共阅[ 5574 ]次

某石化公司腈纶聚合装置具有日产200t聚合物的4台釜和2条原液生产线;在工艺上采用了美国氰胺公司2步法水相悬浮聚合工艺,整个工艺流程均由计算机控制,生产原料以丙烯腈为第一单体,醋酸乙烯酯为第2单体,氧化还原体系为引发剂,巯基乙醇为链转移剂,上述物料经聚合、终止、脱单、水洗、混合、脱水、浆化、溶解、过滤、脱泡等工序制成合格原液,供纺丝生产。4台聚合反应釜是聚合生产关键设备,其中聚合反应釜搅拌运行的状态,直接影响到平稳生产。

1反应釜采用纯铝材质

采用铝材制造聚合反应釜,是因为铝具有较高的电极电位,其标准平衡电位为-1.67V,并且是两性金属,在60℃的聚合反应温度下,可以产生氧化膜,起到钝化作用,具有较好的耐蚀性能。由于铝釜在生产过程中,介质中会含有其它杂质(如铁、铜等)。这些杂质与铝的电极电位不同,会产生一个微电池,降低铝的耐蚀性。由于pH值为1.9,聚合反应釜内筒体存在微电池腐蚀,在釜壁上不断溶出铝离子(Al3+),使铝釜带上负电荷,而聚丙烯腈颗粒表面带负电,根据同性相斥的原理,聚合物颗粒不易粘附在聚合反应釜上,从而达到抗疤的目的。因此为了避免釜内结疤,与物料接触的零部件进料采用纯铝制造。

2改造原因

聚合装置共有4台聚合反应釜,聚合反应釜减速器型号为A12A,日本3菱公司制造,电机功率为75kW电机,电机转速为980r/min。搅拌转速为190r/min,减速比为5.17。经过多年使用,影响腈纶反应釜长周期运行的主要原因有2个。

(1)腈纶反应釜采用上部进料,为保护3股进料管并防止结疤,在3股进料管外套一根进料护管,进料护管一直伸到聚合反应釜下部,见图1。在聚合反应釜检修时,发现釜内的进料护管周围结疤严重,结疤的主要原因是由于进料护管一直伸到聚合反应釜下部,在聚合反应釜进料护管与釜壁间形成死角,影响到物料的流动,由于进料护管的存在使物料流动不规则,形成紊流,对搅拌桨叶冲刷和腐蚀较为严重,造成搅拌轴和桨叶摆动,从而造成机封磨损、损坏,降低了聚合反应釜的运行时间,增加了检维修工作的工作量。

(2)自1988年开工以来,聚合反应釜电机与减速器一直采用链条联轴器,链条联轴器是利用公用的链条,同时与2个齿数相同的并列链轮啮合,进行传动。链条联轴器具有结构简单,装拆方便,拆卸时不用移动被联接的两轴,尺寸紧凑,质量轻,有一定补偿能力的特点。链轮、链条传动,但随着设备运转时间的增长,各搅拌运转状态明显下降,这种链轮、链条的传动方式主要有4个缺点:

①采用链条联轴器,搅拌与电机不好找正,找正精度不易保证。

②链轮、链条运转时间长容易发生磨损,平均每3个月需要更换1次,增加维修成本及钳工的劳动强度。

③由于二十几年的连续运转,对轮罩等部件磨损,密封性不好,润滑脂容易流失,需要定期加油。

④由于电机转速为980r/min。搅拌转速为190r/min,减速比较大,在搅拌启动的瞬间对减速器、电机及链轮等部件产生较大冲击,影响设备使用寿命。

3改造方案

(1)通过论证研究,该石化公司聚合车间提出在聚合反应釜底部开1孔(位置在原3股进料出口处),在聚合反应釜外通过法兰可以用3根金属软管与原有进料线连接,3股进料线在釜外,将进料护管取消,消除了釜内的死角,改善聚合反应釜内结疤状况,减少了疤块的产生,延长了聚合反应釜的运转周期,提高了检维修效率。由于取消了进料套管,在负荷未增加的前题下使釜内有效容积增加了0.2m3,有利于聚丙烯睛的聚合反应,该项改造在国内同类腈纶行业为首创,改造后的结构见图2。该石化公司聚合车间对聚合反应釜进料方式进行了改造,运行47d,拆检发现,聚合反应釜内结疤明显较少,由于取消了进料护管,釜内无死角,没有明显的大疤块存在,减少了钳工清疤工作量,提高了检维修效率,延长了聚合反应釜的运转周期,增加了产值,产生巨大的经济效益。
图1 上部进料
图2 聚合釜底部进料

(2)为解决腈纶反应釜联轴器使用时间短,根据现场实际情况,考虑使用柔性联轴器,经过多方对比,决定在聚合反应釜搅拌上试用链条式联轴器,厂家到现场实际测绘安装尺寸,进行加工制作,基本结构见图3。
图3 反应釜联轴器

通过观察对比,总结出轮胎式联轴器与原有联轴器联轴器相比主要有5个优点:

①柔性、阻尼大、补偿量大,吸振效果好。轮胎联轴器具有优良的吸震减震和良好的的轴间偏移补偿性能,适用于工作温度-20~80℃,转递转矩10~20000N·m,适用于潮湿、多尘、有冲击、振动、正反转多变和起动频繁的工作环境件。轮胎式联轴器是依靠橡胶实现弹性连接,可以充分地吸收因找正对中不好而产生的振动,噪声低,设备运行平稳。另外,由于振动较小,电机的工作电流也低,电机发热少,能够优化电机的工作条件。

②对搅拌及减速器具有保护作用,由于采用橡胶胎式连接,当扭矩过大时,实际扭矩超过轮胎环的额定扭矩时,轮胎环先破裂,使电机与搅拌连接断开,避免由于过载等原因损坏减速器。

③结构简单,装配容易,要换轮胎体时无需轴向移动联轴节。

④对找正精度要求低。一般的非弹性联轴器对找正的精度要求达到轴向跳动不超过0.06mm,径向跳动不超过0.08mm,而这种轮胎柔性联轴器的轴向和径向偏差只要不超过1mm,就可以正常工作。对于那些条件苛刻,不好找正的地方,这种联轴器特别适用。

⑤适用范围广。轮胎柔性联轴器的橡胶部分是可更换的。可根据转动设备所需的扭矩的大小而安装不同的轮胎环。既适合高转速,又适合低转速,既适合于大扭矩,又适合于小扭矩的工作条件。在各种状态下工作都比较平稳,使用奉命也长,可避免因检修而造成的备件费、人工费以及生产停车的各种经济损失。

4改造效果

实施技术方案效果显著,改造前后检测数据对比见表1。
表1 改造前后检测数据对比

5经济效益分析

轮胎柔性联轴器连续无故障平均使用时间为5a,每1套联轴器价格为2000元左右,而且属于一次性投资,维修只需更换橡胶环。改造后大大降低了聚合反应釜非计划停车次数,而且聚合反应釜每次停车后的物料可以得到回收,避免了物料浪费,经测算非计划停车需要放掉的聚合物1.96t、单体0.3t,仅是物料价值4万元,经统计每台聚合反应釜每年可以减少非计划停车4次,仅这一项就降低物料损失:4×4=16万元,大大降低了生产成本。链条联轴器平均使用时间为3个月,每一对链轮和链条的价格约为1500元,一台搅拌5a更换总费用为:1500×12/4×5=22500元,而且每次更换需要3h左右,影响生产。

仅此2项改造年节约成本为16.5万元。改造后缩短了聚合反应釜检修时间,减少了停车后的物料损耗,减轻了由于物料排放对环境的污染,而且设备的运行状态明显提高,延长了设备使用寿命。改善了工人的劳动环境、减轻了工人的劳动强度,具有广泛的社会效益。

6结束语

通过改造聚合反应釜非计划停车次数明显减少,减少了操作工人的工作量,并且通过测试数据对比,更换轮胎型柔性联轴器后,搅拌运行状态明显提高。由于可拆式联轴器可以较好地吸收振动,运行状态良好,可以提高设备的可靠度,不需要润滑,减少了维修人员的工作量,减少了对环境的污染,成功地解决了腈纶聚合反应釜运行时间短的难题。

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