畢業(yè)設計----聚氯乙烯反應釜設計

1、<p><b>　　聚氯乙烯反應釜設計</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　我國pvc生產企業(yè)平均規(guī)模為年產8萬多噸，pvc生產處于低壟斷狀態(tài)。由于國產化pvc 生產技術的成熟，在很大程度上降低了行業(yè)進入門檻。行業(yè)內和行業(yè)外企業(yè)為追求較高利潤，競相建設和擴產, 近幾年國pvc熱的顯著特征是大干快上。

2、所謂大是指規(guī)模大，新建改擴建項目年生產規(guī)模動輒十萬噸以上，二三十萬噸以上也不少見。未來pvc生產企業(yè)規(guī)模將向40萬~80萬t/a大規(guī)模水平發(fā)展，規(guī)模小的企業(yè)將由于技術水平較低、污染嚴重、生產成本高、競爭能力弱而逐步被淘汰。</p><p>　　我國pvc行業(yè)采用大型聚合釜生產裝置成為近年來明顯的發(fā)展趨勢，前幾年北京化二在消化吸收國外引進的先進技術的基礎上，不斷摸索實踐，成功實現(xiàn)了70m3聚合釜成套工藝及關鍵技術的

3、國產化，并在國內很多聚氯乙烯生產企業(yè)進行了推廣應用。70m3 聚合釜由于長徑比適中、生產強度大、換熱能力好、運輸方便、綜合性能好，在建設10萬t/a的聚氯乙烯生產裝置時具有較好的綜合經濟效益，但隨著新建或擴建聚氯乙烯生產裝置規(guī)模越來越大，如建設20萬t/a以上生產裝置，需要采用至少2條生產線，采用70m3聚合釜就存在設備投資較大建設費用和運行費用較高、單釜生產能力偏低、控制不方便等不足，目前不少廠家在進行二期或三期,擴建項目時，首選是采

4、用100m3以上聚氯乙烯大型反應釜。在這種背景下，開發(fā)新型聚合釜及成套工藝技術就成為必然的趨勢。大型反應釜的開發(fā)不是簡單的容積擴大，而是綜合技術的體現(xiàn)，涉及到多個領域的技術合作。北京化二與上海森松公司吸收</p><p>　　國內外先進技術和實踐經驗，對聚合釜容積的選型、換熱方式、攪拌結構和方式、關鍵配件選擇等進行了認真的討論研究并進行了嚴格的計算，研制和開發(fā)了100m3型聚合釜（該聚合釜正在申請專利），北京化二

5、在吸收國內外各種先進工藝技術的基礎上，開發(fā)了擁有自主知識產權的成套工藝技術。</p><p><b>　　一、工藝設計</b></p><p><b>　　1 聚合釜的設計</b></p><p>　　1.1 聚合釜容積的選型</p><p>　　聚合釜容積的選型與制造費用、運行費用、運輸條件、生

6、產效率和產品質量等密切相關。 100m3聚合釜是引進和吸收歐洲PVC聚合釜先進技術，在國內成功研究開發(fā)和制造的聚合釜。聚合釜直徑為￠4300mm，內夾套直徑￠4200mm ，筒體切線長度5940mm ，長徑比為1.38 。釜體內壁電解拋光,拋光精度Ra0.1μm ，機械密封使用壽命12000h以上，泄漏量小于5mL/h 。設備總體技術達到國際先進水平，可用于生產各種型號的懸浮法PVC樹脂，尤其是生產用于注塑料的高型號樹脂（SG7和SG8

7、樹脂）,更顯出其獨特的優(yōu)勢，并實現(xiàn)全過程自動化控制。</p><p>　　從運輸條件來考慮，直徑￠4500mm以內可以采用平板車運輸，運輸較為容易。從制造費用上比較，100m3聚合釜制造費用不高于400萬元/臺，而70m3聚合釜制造費用約為二百七十萬元/臺,100m3聚合釜比較經濟。從生產強度上來看，該聚合釜單釜生產設計能力達到4.0萬t/a，20萬t/a聚氯乙烯生產裝置可以采用1條生產線控制，可以很好地滿足目前

8、國內新建或擴建pvc裝置大型化的需要。</p><p>　　1.2 聚合釜換熱方式的選擇與優(yōu)化</p><p>　　聚合釜的換熱能力的大小決定釜的生產能力,聚合釜的換熱能力取決于3個因素，即傳熱系數(shù)、換熱面積、換熱的溫差。</p><p>　　聚合釜的大型化的一個主要問題就是當釜的直徑增大時，其釜壁實際厚度必須增加，否則達不到耐壓等級。一般氯乙烯單體聚合的最高溫度選

9、為80℃，對應的蒸汽壓力為1.5MPa,考慮到安全系數(shù)，一般懸浮法聚氯乙烯聚合釜的設計最高工作壓力定為2.5MPa。我國聚氯乙烯樹脂標準有8個牌號.SG_8樹脂的反應溫度最高一般為65~67℃，對應的壓力為1.15~1.20MPa，其實際工作最高壓力不超過1.2MPa ，聚合釜的設計最高工作壓力可以定為2.0MPa。如70m3聚合釜的直徑為3810mm，如果使用不銹鋼和碳鋼的復合鋼板的厚度為3mm+27mm,而100m3聚合釜的直徑為4

10、.250mm ，如果使用復合鋼板的厚度為3mm+30mm，100m3聚合釜壁的傳熱系數(shù)比70m3傳熱系數(shù)降低7%。因此，當聚合釜的體積增大時，直筒段夾套和封頭的總換熱能力降低很多，表面積與體積比例從1.26降為1.00。如果不從工藝方面采取措施（如設置釜頂冷凝器等），聚合反應時間將會增加25%。</p><p>　　換熱夾套方式可以分為傳統(tǒng)的釜外冷卻夾套方式和釜內換熱夾套方式，釜外夾套冷卻方式具有制造簡單，釜的內

11、壁既承擔承重的作用也要承擔換熱的功能，由于內壁較厚其換熱能力較低；釜內換熱夾套方式制造技術要求高，釜自身和反應物料的重量由釜外殼來承擔，釜內壁只是起到隔絕冷卻介質和換熱的功能，可以很大程度地減少釜內壁的厚度，提高傳熱系數(shù)，提高聚合釜的生產強度。</p><p>　　上海森松和北京化二對于聚合釜換熱方式進行了研究。針對夾套的方式進行了比較，認為使用釜內夾套應用于懸浮法聚氯乙烯聚合釜是可行的。</p>

12、<p>　　對外夾套結構而言，釜體壁厚是影響傳熱的主要部分，占總熱阻的56%以上，因此減少金屬壁厚的熱阻是提高聚合釜傳熱效率的主要方向，但釜體壁厚受壓力和材料強度的制約，無法進一步減薄。</p><p>　　100m3聚合釜采用不銹鋼復合鋼板內夾套結構的聚合釜型，可以同時解決聚合釜強度和傳熱的問題。使得夾套內的冷卻水與釜內的介質僅隔幾毫米厚度，金屬壁厚的熱阻大大下降，提高了釜的傳熱系數(shù)。另外，全流通螺旋

13、夾套結構傳熱面積達到最大化。</p><p>　　上海森松和北京化二的技術人員對于夾套的方式進行比較，重點對以下4種換熱內夾套的方式進行了研究，圖1為螺旋導流板全流通夾套結構，圖2為半圓管夾套結構，圖3為角鋼全流通內夾套結構，圖4為半管層疊焊接全流通內夾套結構。</p><p>　　通過對于聚合釜夾套方式的研究，認為圖4半管層疊焊接全流通內夾套結構是最為理想的釜內換熱夾套結構，其換熱面積最

14、大、傳熱系數(shù)最高，但制造水平要求高，制造成本較高，與之配套的防黏釜技術水平較為困難，存在一定的風險。100m3聚合釜采用圖1和圖3為120mm條型復合鋼板（3+8mm）焊接而成為全流通結構或角鋼全流通內夾套結構，設計的傳熱系數(shù)均可以達到1074kcal/m2??h?℃，是釜外夾套的1.4倍，其綜合性能最佳，解決了諸多技術難點,比較適合目前我國的現(xiàn)狀，應用前景廣闊。</p><p>　　1.3攪拌器和內冷擋板的選擇

15、</p><p>　?。?）攪拌器的作用。到目前還沒有1個理論公式可完全精確地描述攪拌流場的狀況。攪拌流場是決定PVC樹脂性能的主要因素。攪拌流場是由循環(huán)流量和剪切強度組成。循環(huán)流量可以使用軸向循環(huán)次數(shù)和徑向循環(huán)次數(shù)來表征。實驗中可以用示蹤粒子的徑向軸向運行軌跡的循環(huán)次數(shù)統(tǒng)計規(guī)律來定量，循環(huán)量是比較數(shù)據(jù)，很難用絕對的數(shù)值來表示循環(huán)流量對于傳熱和水油的分散與混合起著重要的作用；剪切強度主要由攪拌器和釜擋板的相互作用

16、提供，為懸浮液中的物質之間提供傳質并且使懸浮VCM液滴提供破碎和聚集的能量。釜內擋板起到了破壞和改變流場狀況，強化剪切強度和提高流場的剪切性能的作用。剪切強度一般使用單位體積的攪拌功率來表征。</p><p>　　單位體積的攪拌功率越大，剪切力越強，分散劑使用量相對減少，配方中的分散劑使用與攪拌形式密切相關。分散劑的品種和使用量必須與攪拌器的型式匹配一致，才能生產出優(yōu)質的產品。</p><p&

17、gt;　?。?）攪拌漿安裝位置。攪拌形式按其安裝位置分為頂伸式攪拌器和底伸攪拌器。頂伸式攪拌器是普遍采用的攪拌形式，由于攪拌軸較長，軸的底部設有固定軸瓦，容易產生塑化皮子。大型反應釜一般采用底伸式攪拌器，與頂伸式攪拌比較，攪拌軸短而細，一般只有頂伸式的1/3，可以節(jié)約電能，但其制造水平要求高，尤其是攪拌軸密封系統(tǒng)要有不間斷的水沖洗，防止物料沉積。100m3聚合釜的設計采用底伸式攪拌形式，采用雙端面平衡型機械密封，密封環(huán)隙處配置注水系統(tǒng)，

18、可以有效地防止懸浮物的沉積。</p><p>　?。?）漿葉形式。采用何種形式的攪拌葉要根據(jù)釜形狀、長徑比、擋板形式等因素考慮。在聚合反應中,攪拌葉對懸浮物料起著混合和分散的作用，直接關系到顆粒的形態(tài)、產品質量、分散劑的用量、傳熱效果等。攪拌器性能和效果主要決定于攪拌轉速、幾何尺寸和形狀等。100m3聚合釜的設計采用單層四葉渦輪平漿葉。</p><p>　　（4）攪拌速度。攪拌的轉速對于懸

19、浮液的流場的狀態(tài)起到至關重要的作用，攪拌轉速越高，流場的混合和剪切就越強，但轉速太高將會導致電力浪費。懸浮液體系隨著聚合反應階段的不同，黏度逐漸變大，所需要的攪拌強度也應該逐步加強。根據(jù)反應原理，選用變頻器控制攪拌的轉速，在不同反應階段，控制不同的攪拌轉速，達到聚合反應的最佳效果。</p><p>　?。?）變頻器。變頻器技術是集電力技術、微電子技術、控制技術為一體的先進、成熟、可靠的自動化技術。變頻器的工作原理

20、是通過微電子器件、電力電子器件和控制技術，將供給電機定子的工頻交流電源經過二極管整流成直流電，再由GTR、IGBT等逆變?yōu)轭l率可以調節(jié)的交流電源，此電源驅動電動機。采用變頻調節(jié)技術后，電機定子電流下降，電源頻率下降，電機運轉狀況明顯改善，延長了使用壽命，降低了設備的維修費用，轉距大、啟動電流小，軟啟動和停止時對于電網(wǎng)無沖擊。$</p><p>　　現(xiàn)有70m3聚合釜攪拌電機功率為160kW ，實際輸出功率為80~

21、100kW，隨著轉化率的提高，體系黏度的上升，攪拌功率呈上升趨勢，一般不會超過100kW; 105m3聚合釜攪拌電機功率為315kW，而105m3聚合釜的最大實際輸出功率不超過210kW，127m3聚合釜電機功率為310kW,135m3聚合釜電機功率為335kW,通過對100m3聚合釜的攪拌軸功率計算與實際的經驗相結合，將電機功率選定在250~280kW較為合理。</p><p>　　100m3聚合釜的設計增加了

22、變頻器，可以將攪拌轉速控制在30~65r/min。</p><p>　?。?）內冷擋板。釜內擋板的設計原則主要從3個方面考慮。a.從傳熱角度考慮，內冷擋板（管型）越多，傳熱面積越大，對于聚合的傳熱越有力，反應時間越短；b.從攪拌功能角度考慮，適度的安裝檔板，可以改變流體的狀況，增加剪切強度，有利于懸浮液的分散和混合;c.從聚合反應防黏釜角度考慮，內冷擋板越少越好，最好不設內冷擋板，釜內結構越簡單越好。</p

23、><p>　　100m3聚合釜經過攪拌模擬試驗和參考實際的生產經驗，綜合多種因素，選定在釜內設有2塊三角型內冷擋板，由于其換熱面積只有4 m3，換熱效果可以忽略不計，擋板與釜壁聯(lián)結在一起，沒有任何死角，釜內平滑通暢，可以很好地滿足氯乙烯懸浮聚合反應的混合、剪切和循環(huán)的要求，在保持釜內物料呈良好的懸浮狀態(tài)的同時，又可以兼顧防黏釜的問題。</p><p><b>　　1.4釜頂冷凝器&l

24、t;/b></p><p>　　使用大型聚合釜，可以采用微機控制，批次之間樹脂質量穩(wěn)定，且消耗定額低。但采用大聚合釜技術后，聚合釜的除熱問題一直沒有徹底解決。為獲得最佳熱平衡，國外在聚合釜外增加了回流冷凝器，顯著提高了聚合釜的除熱能力。對釜頂回流冷凝器有2種不同的觀點。一種觀點認為冷凝器導致了物料凝膠量增加。冷凝器通常是多管型的，安裝在聚合釜頂部，含有氯乙烯單體的蒸汽從反應混合物中升入冷凝器，冷凝成液態(tài)，在

25、沒有保護膠的情況下，落入聚合釜中，會增加樹脂中的凝膠量；另一種相反的觀點則認為回流冷凝器對氯乙烯單體與水的共沸混合物的除熱是非常有效的，這些冷凝液滴落到聚合釜中以后，在有攪拌的條件下，不會影響聚氯乙烯樹脂的質量。</p><p>　　100m3聚合釜釜頂冷凝器的面積根據(jù)循環(huán)水冷卻水的溫度不同而異，一般設計為140~200m2。同時采用回流冷凝器時，將體系內的氮氣和不凝性氣體排凈，防止惰性氣體聚集在冷凝器的頂部，影

26、響冷凝效果的發(fā)揮。在配方設計中盡量不使用帶有揮發(fā)性的引發(fā)劑或溶劑，防止釜內霧沫夾帶而使冷凝器堵塞。為防止在冷凝器內產生黏壁物，提高換熱速度，凈化由回流冷凝器凈化的部分冷卻的單體和蒸汽，在轉化率達40%~70%時，為儲存冷凝氯乙烯單體提供了回收槽。另外將回流冷凝器的溫度要控制在比聚合釜低10~15℃，以防止回流冷凝器和聚合釜的聯(lián)接處產生結垢物。</p><p>　　1.5釜上關鍵配件的選擇</p>&

27、lt;p>　　100m3聚合釜設計采用電動驅動的噴淋閥和專用柱塞式出料閥。</p><p>　　噴淋閥有氣動和電動2種驅動，目前電動驅動基本上取代了氣動驅動。電動驅動的特點是工作平穩(wěn)、準確，可進行微機程控遠距離控制；噴淋閥配有過載、短路、斷路等保護裝置，使用的安全可靠性大大加強；噴淋閥絲杠處安裝了防止操作人員誤操作造成超行程的防鎖死裝置，問題處理完畢后，打開防鎖裝置可繼續(xù)使用，不影響生產。</p>

28、;<p>　　目前專為聚合釜配套的柱塞式出料閥有氣動和電動2種形式，大部分用戶采用電機驅動。電機裝置同時配備“短路”、“斷路”、“過載”等，綜合保護器可調節(jié)，性能安全可靠。由于采用柱塞式結構，所以在開閉過程中運行平穩(wěn)，密封性能好，阻力小，同時柱塞與釜口平齊，不會留下死角，避免對樹脂質量造成影響。</p><p>　　電動專用柱塞式出料閥是手動出料閥的替代產品，它通過電力控制，電機帶動減速機內的蝸輪和

29、蝸桿及閥桿的旋轉，使閥門中的柱塞做上下往復直線運動，通過行程開關控制柱塞移動的距離，達到閥開、閥關的目的。</p><p><b>　　2 技術設計</b></p><p>　　2.1 生產單元的劃分</p><p>　　100m3聚合釜生產裝置的界區(qū)范圍，包括從單體儲存、配料、聚合、汽提和干燥至成品的包裝。當建設規(guī)模為10萬~12萬t/a

30、聚合裝置時，配料系統(tǒng)、聚合、汽提系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)建設為1條生產線，當建設規(guī)模為20萬t/a聚合裝置時，一般采用5臺聚合釜組成1條生產線、2條汽提和2條干燥生產線，整個工藝流程按功能劃分為以下單元。</p><p>　　A單元：單體裝卸和貯存單元；</p><p>　　B單元：氯乙烯單體和無離子水儲存加料單元；</p><p>　　C單元：分散劑、引發(fā)劑及其他化學助劑的

31、配制，貯存和加料單元；</p><p>　　D單元：防黏釜劑的配置、涂布、廢水處理及高壓水清釜；</p><p><b>　　E單元：聚合；</b></p><p>　　F單元：氯乙烯單體的加收；</p><p>　　G單元：尾氣處理單元；</p><p><b>　　H單元：離心脫水；

32、</b></p><p><b>　　I單元：成品干燥；</b></p><p>　　K單元：成品包裝。</p><p><b>　　2.2聚合周期</b></p><p>　　聚合周期也稱為聚合批次時間，它是標志聚合生產技術的一個重要指標，由聚合反應時間和聚合輔助時間構成。一般將聚合

33、周期分為3個階段6個步驟。（1）入料前的檢查和涂壁；（2）加料；（3）冷攪和升溫；（4）聚合反應；（5）終止反應和出料；（6）回收排氣。100m3聚合釜的聚合反應周期的設計值為6.5h以內，每臺釜每天至少可以生產3.75個批次。</p><p><b>　　2.3 配方設計</b></p><p>　　適宜的生產配方不僅保證聚合反應的正常進行與獲得質量優(yōu)良的產品，而

34、且也是降低消耗定額和降低成本的手段之一。</p><p>　　懸浮法聚合配方的內容主要包括：（1）填料系數(shù)；（2）單體與水的比例；（3）分散劑用量；（4）引發(fā)劑用量；（5）終止劑用量；（6）其他助劑用量（如鏈轉移劑、抗靜電劑、緩沖劑，消泡劑，潤滑劑等）。</p><p>　　聚合釜內所有加入物料的體積之和與釜的有效容積的比值稱為填料系數(shù)。一般懸浮法聚氯乙烯生產的釜的填料系數(shù)設計值在百分之八

35、十左右。</p><p>　　水油比是配方設計中需要研究的一個重要因素，水油比是初始加入無離子水的體積與加入VCM的體積之比。水油比從最初的2:1改進到1:1。一般大釜比小釜的水油比低。</p><p><b>　　2.4 生產強度</b></p><p>　　生產強度是單位體積的聚合釜在單位時間內生產的樹脂量，是一個綜合性的技術指標，體現(xiàn)了

36、生產技術的水平。目前國外最高的聚合生產技術可以達到每年600t/ m3pvc樹脂，國內70m3聚合釜生產強度一般可達到280t/(m3·a),若采用的較低循環(huán)水溫度(例如不高于5℃循環(huán)水），生產強度可以達到350t/(m3·a)。70m3聚合釜設計的生產強度為400t/ m3。</p><p>　　2.5 反應中途注水</p><p>　　反應中途注水的工藝是根據(jù)反應

37、狀況在反應過程的某一階段用泵向釜內注入一定量的水，以保持物料體積恒定。</p><p>　　反應中途注水技術已經是懸浮法聚氯乙烯生產中不可缺少的生產環(huán)節(jié)，經過多年的生產實踐和實際經驗的積累，已經成為聚氯乙烯生產通用技術。但對于注水量、注水起止時間的控制仍然需要根據(jù)具體情況進行調節(jié)，以滿足生產的實際需要達到最佳效果。</p><p>　　聚合轉化率是指聚合反應中生成的聚合物占所加入單體質量的

38、百分比。綜合多種因素考慮，一般將轉化率控制在85%~90%比較適宜。實際生產中可以根據(jù)反應熱放出量的多少，計算聚合轉化率。當聚合轉化率達到80%以后，聚合釜的反應壓力將會逐步降低，根據(jù)反應壓力的變化可以推算出轉化率。實際生產中壓力降達到0.05MPa時，即可終止聚合反應。</p><p><b>　　二、 機械設計</b></p><p>　　在化工生產中，帶攪拌的

39、反應釜具有廣泛應用。根據(jù)國家“剛制壓力容器”——GB150—89標準，結合生產實例，對低壓、夾套式的雙層攪拌反應釜和攪拌功率設計計算示例如下，以供參考。</p><p>　　釜內：物料比重ρ，黏度μ，溫度t，壓力P</p><p>　　夾套：水蒸氣溫度T，壓力P</p><p>　　釜容積Vg，傳熱面積S</p><p><b>　

40、?、鸥w設計：</b></p><p><b>　　估算內徑：</b></p><p><b>　　確定筒體高度：</b></p><p><b>　　封頭設計：</b></p><p>　　封頭選取與筒體相同的內徑，下封頭即承受內壓又承受外壓，上封頭僅承受內壓，考

41、慮受力合理和制造方便，選用標準橢圓形封頭，材料也為A3R。</p><p><b>　　⑵夾套的設計：</b></p><p>　　夾套用熱蒸汽加熱，無腐蝕性，與釜體選同一材料A3R，剛材的準備和焊接皆方便。</p><p>　　H夾由傳熱面積來決定，夾套高一般不低于料液高，以保證充分的熱交換。</p><p><

42、b>　　校核傳熱面積</b></p><p><b>　　夾套直徑的確定</b></p><p><b>　　夾套筒體的壁厚</b></p><p><b>　　夾套封頭的壁厚</b></p><p><b>　?、菙嚢杵鞯脑O計：</b>

43、</p><p><b>　　攪拌類型選擇</b></p><p>　　由反應的機理可知，低黏度均相混合物的反應，適合與于選用推進式、渦輪式，液面較高時可選用雙層攪拌，下層用推進式，上層可用開啟式折葉渦輪，使液體在釜內獲得良好的混合效果。</p><p>　　推進式攪拌器直徑和反應釜直徑比為1：（3~4）。其中直徑為D，攪拌器距釜低距離C。&l

44、t;/p><p>　　采用多層攪拌，各層漿葉間的距離為（1~1.5）D，如距離遠則各層漿葉之間的作用場可能有未受到攪拌區(qū)，距離近則來自相鄰漿葉的液流可能速度相近也混合不好，選擇間距c</p><p>　　推進式攪拌器常用轉速為100~500rPm。開啟式折葉渦輪攪拌器</p><p><b>　　攪拌功率的計算</b></p><

45、;p>　　推進式攪拌器的攪拌功率：</p><p>　　開啟式折葉渦輪的攪拌功率</p><p><b>　?、?總功率的計算</b></p><p>　　由于釜內存有各種管件起到擋板作用，其影響系數(shù)如下：</p><p><b>　?、让芊饨Y構的設計:</b></p><

46、p>　　設計高速壓力反應釜攪拌軸微納米磁性流體密封結構需考慮以下 3 個問題:</p><p>　　由于反應釜攪拌軸轉速較高 ,在離心力的作用下會使磁性流體沿徑向發(fā)生位移 ,攪拌軸表面上磁性流體密封環(huán)截面邊界的距離減小 ,兩分界面上的磁感應強度下降。</p><p>　　由于反應釜攪拌軸長徑比較大 ,其轉動時的擺動比其它傳動軸要大得多 ,使磁性流體沿徑向移動 ,導致磁性流體密封能力下

47、降。</p><p>　　反應釜內的壓力作用使磁性流體沿軸向移動 ,導致磁性流體密封能力下降。</p><p>　　基于上述 3 個問題 ,該課題采用機械填料與微納米磁性流體聯(lián)合密封方案 ,來解決其密封泄漏問題 ,結構如圖 2 所示。用電磁線圈代替環(huán)形永久磁鐵 ,使電流增大 ,密封壓差提高;在磁性極靴表面開設若干矩形齒結構 ,在外磁場的作用下 ,使微納米磁性流體穩(wěn)定在矩形齒下端 ,組成多級

48、密封;在密封槽內填充非磁性材料 ,使微納米磁性流體邊界上的磁感應壓差在離心力的作用下增加 ,減小由于攪拌軸轉動時的擺動而使磁性流體產生的徑向移動 ,減小對密封壓差的影響。密封結構如圖 3所示。</p><p>　　根據(jù)設計要求 ,攪拌軸半徑不變 ,微納米磁性流體飽和磁化 ,相對磁場力 ,重力忽略不計 ,因此 ,密封壓差的一般公式可近似表達為: [3]</p><p>　　Δ(p)≈Ms（B

49、2 – B1）3</p><p>　　式中:B1 ,B2———磁性流體與被密封介質的分界面內表面上的磁感應強度;</p><p>　　M s———磁性流體的飽和磁化強度。</p><p>　　圖3所示攪拌軸密封結構技術指標如表2所示,齒槽尺寸如表 3 所示。</p><p>　?。?）電磁線圈的磁感應強度 B 和磁場強度 H :</p&

50、gt;<p>　　選取導磁材料為坡莫合金,磁導率μ= 0.025 H/ m,單位長度線圈匝數(shù) n = 15,電流 I = 2 A,則:</p><p>　　B =μnI = 0.025 ×15 ×2 = 0.75 T</p><p>　　H = nI = 30 A/ m</p><p>　　(3)根據(jù)磁場強度的分布,按數(shù)值方法計算出

51、每極磁感應強度差值為:</p><p>　　ΔB = B2 - B1 = 0.64 - 0.13 = 0.51 T</p><p>　　(4)選用碳氫化合物作基液的納米磁性流體,飽和磁化強度為:</p><p>　　M s = 48 367 A/ m即0.06 T</p><p>　　(5)按公式 1 可得單極密封壓差為:</p>

52、<p>　　Δp = Ms( B2 - B1)= 0.024 7 MPa</p><p>　　密封裝置采用多個兩極密封串聯(lián)而構成兩極 - 多級密封,</p><p>　　取每個磁極的級數(shù) n = 30,兩極密封的計算密封壓差為: </p><p>　　Δp = 2n Ms( B2 - B1) = 1.48 MPa</p><p>

53、;　　取兩極密封的恢復壓差為:</p><p>　　0.8Δp = 1.18 Mpa</p><p>　　(6)兩極密封的個數(shù)為:</p><p>　　兩極密封裝置有3個磁極,第一極和第三極的極數(shù)為30,第二極的級數(shù)為 60。</p><p>　　(7)總的計算密封壓差ΔPa= 1.48 ×2 = 2.96 MPa; 實際密封壓差Δ

54、Pa= 2 ×1.18 = 2.36 MPa。實際密封壓差小于計算密封壓差,微納米磁性流體密封可靠,因此,設計的攪拌軸密封結構理論上滿足設計要求。</p><p>　　三、 經濟比較和發(fā)展前景</p><p>　　2003年以來，國內聚氯乙烯行業(yè)由于除了石油路線外，還有電石路線，因此更成為投資的熱門，出現(xiàn)了多原料路線齊上的熱潮。行業(yè)內競爭日趨激烈，競爭優(yōu)勢更多地體現(xiàn)為規(guī)模優(yōu)勢。

55、采用100m3聚合釜及成套工藝技術，在目前國內聚氯乙烯生產企業(yè)建設大規(guī)模生產裝置（20萬t/a以上）中具有較好的綜合經濟效益。以某企業(yè)建設40萬t/a聚氯乙烯生產裝置為例，采用70m3聚合釜，需要20臺（每臺價約為270萬元），而采用100m3聚合釜，只需要10臺（每臺價格約為400萬元），可節(jié)省設備投資約1400萬元，同時聚合釜上的安全閥等配件也相應減少。更重要的是，40萬t/a聚氯乙烯生產裝置，采用70m3聚合釜需要同時重復建設4條

56、生產線，而采用100m3 聚合釜，只需要2條生產線，不但節(jié)約了建設投資，而且給操作控制上帶來了方便，減少了生產運行的費用。同時對產品質量上的控制也提供了更好的保證。采用100m3聚合釜可以生產產品質量穩(wěn)定的聚氯乙烯高型號樹脂，更好地滿足下游加工企業(yè)的需要。</p><p>　　隨著國內聚氯乙烯行業(yè)的競爭越來越激烈，小規(guī)模聚氯乙烯生產裝置將越來越表現(xiàn)出不經濟性，考慮到今后國內新建聚氯乙烯生產裝置規(guī)模至少將在20萬t

57、/a以上，100m3 聚合釜及其成套工藝技術具有極大的推廣應用前景。由于引進國外100m3以上聚合釜及成套工藝技術設備費用和技術費用相當昂貴，在今后較長一段時期內，國產化100m3聚合釜及其成套工藝技術將是企業(yè)的理想選擇。</p><p><b>　　四 結論</b></p><p>　　聚合釜的大型化，每釜的產量大，克服了小釜生產出的聚氯乙烯樹脂質量不穩(wěn)定的缺

58、陷，大釜比小釜的產量批次較少，樹脂之間的差異減小，質量更加均勻和穩(wěn)定。同樣規(guī)模的裝置，采用大型釜，較容易實現(xiàn)DCS控制。鑒于當前國內聚氯乙烯行業(yè)發(fā)展的情況，采用100m3聚合釜，可以節(jié)省設備投資和建設投資，減少生產運營費用，有效降低產品生產成本，可以大大提高國內聚氯乙烯生產企業(yè)的市場競爭能力，為國內聚氯乙烯生產企業(yè)擴大產品規(guī)模、調整產品結構等創(chuàng)造了有利的條件。100m3聚合釜的研制和成套工藝技術的開發(fā)，在國內聚氯乙烯生產史上具有劃時代的

59、歷史意義和深遠影響，將極大地推動國內PVC行業(yè)的技術進步和長遠發(fā)展。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]刁玉瑋，王立業(yè).化工設備機械基礎.大連：大連理工大學出版社.1983[2]湯善甫，朱思明.化工設備機械基礎.上海：華東理工大學出版社.1991[3]蔡紀寧，張秋翔.化工設備機械基礎課程設計指導書.北京：化學工業(yè)出社.2000

60、[4]李紅，孫虹雁，高德玉.化工機械應用基礎.北京：化學工業(yè)出版社.2004[5]王紹良.化工設備基礎.北京：化學工業(yè)出版社.2002[6]陳立德.機械設計基礎.北京：高等教育出版社.2004[7]胡建生.機械制圖.北京：機械工業(yè)出版社.2003[8]許德珠.機械工程材料.北京：高等教育出版社.2001[9]陳立德.機械設計基礎課程設計指導書.北京：高等教育出版社.2004[10]王凱，虞軍.攪拌設備.北京：化學工業(yè)出版社

61、.2003[11]徐灝.機械設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社.1991[12]何七榮.機械制造工藝與工裝. 北京：高等教育出版社.2003[13]楊老記，董曉英.AutoCAD2002工程制圖實用教程. 北京：高等教育出社.2003[14]王威廉.機械加工工藝手冊.北京：航空工業(yè)出版社.1987</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文

62、從擬定題目到定稿，過程艱難。在本論文完成之際，首先要向我的導師*老師致以誠摯的謝意。在論文的寫作過程中，給了我許許多多的幫助和關懷。*老師學識淵博、治學嚴謹，待人平易近人，在他們的悉心指導下，我不僅學到了扎實的專業(yè)知識，也在怎樣處人處事等方面收益很多；同時他們對工作的積極熱情、認真負責、有條不紊、實事求是的態(tài)度，給我留下了深刻的印象，使我受益非淺。在此我謹向xx老師表示衷心的感謝和深深的敬意。</p><p>　

63、　同時，我要感謝我們系給我們授課的各位老師，正是由于他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學到了專業(yè)知識，并從他們身上學到了如何求知治學、如何為人處事。我也要感謝我的母校****學院，是她提供了良好的學習環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的大學生活豐富多姿，為我的人生留下精彩的一筆。</p><p>　　另外，衷心感謝我的同窗同學們和機電系的師兄師姐們，在我畢業(yè)論文寫作中，與他們的探討交流使我受益頗多；同時，他們也給了我很多無私的幫助和