目前，在國內(nèi)外石油、化工、醫(yī)藥等行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)裝置中，反應釜是廣泛應用的關(guān)鍵設備之一，擔負著提供化學反應場所的重要作用。在很多工況下，反應介質(zhì)具有毒性和腐蝕性等特點，一旦泄漏，不但會影響產(chǎn)品質(zhì)量，還會對操作人員和環(huán)境造成很大的危害。因此，在確保其使用安全的前提下，如何合理設計、制造反應釜具有非常重要的現(xiàn)實意義。筆者以某公司承制的鉑溶解反應釜為例，介紹同一臺反應釜中成功應用襯搪瓷與襯鉭工藝的情況。
１ 反應釜簡介
（１）分類
根據(jù)反應釜的制造結(jié)構(gòu)可分為開式平蓋式反應釜、開式對焊法蘭式反應釜和閉式反應釜３大類。根據(jù)材質(zhì)和用途又可分為不銹鋼反應釜、搪玻璃反應釜、磁力攪拌反應釜、不飽和聚酯樹脂全套設備、蒸汽反應釜、小型試驗用高壓釜和雙玻璃反應釜等。
（２）結(jié)構(gòu)形式
反應釜一般由釜體、釜蓋、夾套、攪拌器、傳動裝置、軸封裝置及支承等組成。攪拌形式又分為錨式、槳式、渦輪式、推進式或框式等，用戶可根據(jù)介質(zhì)黏度、流體流動狀態(tài)、攪拌特點等需求進行合理選型。傳動裝置一般由電動機、減速裝置、聯(lián)軸節(jié)及攪拌軸４部分組成。此外，影響設備性能好壞的一個重要組成部分就是軸封。目前，軸封主要以常用的填料密封、機械密封、迷宮密封、浮動環(huán)密封等為主。反應釜可配置的傳熱元件有夾套、內(nèi)構(gòu)件（如內(nèi)盤管）和攪拌器本身３種。加熱方式有電加熱、熱水加熱、導熱油循環(huán)加熱、遠紅外加熱以及外（內(nèi)）盤管加熱等。支座主要有支承式支座或者耳式支座等。
（３）工作原理
在進行化學反應之前，先將反應物按照一定的比例混合，然后與催化劑一同投入反應釜內(nèi)，在反應釜的夾套中加入一定量的熱載體加熱提高釜內(nèi)物料的溫度，通過攪拌器的攪拌使物料均勻并提高導熱速度，使其溫度均勻。當釜內(nèi)溫度達到預定的溫度時，保持一定時間的恒溫以使化學反應正常進行，反應結(jié)束后進行冷卻。
２ 鉑溶解反應釜設計
２．１ 設計簡介
某鉑溶解反應釜的結(jié)構(gòu)示意圖見圖１，主體為釜蓋、釜體、夾套３大部分。工作時在釜內(nèi)按王水的配制比例依次加入鹽酸、硝酸以及金屬鉑，使其在內(nèi)部進行化學反應。
為了維持反應釜內(nèi)的反應溫度，需要對其加熱。釜內(nèi)反應物料的加熱通過包圍在釜體外部密閉夾套內(nèi)的導熱油向內(nèi)壁傳熱實現(xiàn)。
該鉑溶解反應釜的設計、制造、檢驗及驗收應當符合ＧＢ?。保担埃薄保担埃?mdash;２０１１《壓力容器》以及ＧＢ?。玻担埃玻?mdash;２０１０《搪玻璃設備技術(shù)條件》的要求。設備主要受壓元件材料為Ｑ３４５Ｒ、Ｑ２４５Ｒ，襯層材料搪瓷（釜蓋）／鉭（釜體），設計溫度１２５℃（容器）／１６５℃（夾套），設計壓力０．１ＭＰａ（容器）／０．１ＭＰａ（夾套），介質(zhì)為王水、鉑（容器）／導熱油（夾套）
２．２ 設計內(nèi)容
①釜體的強度、剛度、穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)設計。②釜蓋、夾套的強度、剛度和結(jié)構(gòu)設計。③搪瓷結(jié)構(gòu)設計。④視鏡的選型。⑤法蘭、接管法蘭及開孔補強計算。⑥支座的選型及校驗。⑦焊縫的結(jié)構(gòu)及尺寸設計。⑧襯鉭結(jié)構(gòu)設計。⑨風攪拌系統(tǒng)設計。⑩溫度控制系統(tǒng)設計。輔助設備設計。
２．３ 設計重點
２．３．１ 材料選擇
鉑溶解反應釜本體采用多種制造工藝完成，釜蓋采用Ｑ２４５Ｒ襯搪瓷結(jié)構(gòu)，釜體采用Ｑ３４５Ｒ襯鉭結(jié)構(gòu)。
搪瓷（搪玻璃）是在金屬基體上通過高溫復合一層光滑、致密的特殊性能的玻璃質(zhì)材料。搪玻璃反應釜具有玻璃的穩(wěn)定性和金屬強度的雙重優(yōu)點，是一種優(yōu)良的耐腐蝕設備。鉭具有很高的抗腐蝕性能和優(yōu)異的導熱性能，但造價昂貴。兩種材料對王水都有很強的耐腐蝕性能。結(jié)合設備的結(jié)構(gòu)特點、承載介質(zhì)的液位高度以及對傳熱的要求，釜體襯層采用鉭，釜蓋襯層采用搪瓷，既可保證設備的使用要求，又能降低整臺設備的制造成本。
２．３．２ 導熱油及其用量控制
鉑溶解反應釜在操作溫度下才能正常工作，如何在安全操作的情況下更快速地提升反應釜的溫度顯得尤為重要。一般而言，在溫度要求不高的情況下，可以采取水作為加熱介質(zhì)，這種方法的局限性是升溫空間有限。如果需要更高的溫度，可以使用高壓過熱蒸汽法加熱。但采用高壓過熱蒸汽法加熱時，設備的風險系數(shù)也會相應增加。
根據(jù)鉑溶解反應釜的加熱要求和對各種熱載體的比較，采用性能穩(wěn)定、使用溫度高、加熱速度快且傳熱效率高的ＹＤ－３２０號導熱油作為加熱介質(zhì)。鉑溶解反應釜的加熱方式采用在夾套底部插入電加熱棒直接加熱導熱油，通過導熱油間接加熱釜體內(nèi)的王水，以促進鉑在王水介質(zhì)中的溶解過程。目前，國內(nèi)制造廠在使用導熱油的過程中存在密封及其它問題，如經(jīng)常遇到導熱油被氧化和酸值、黏度值偏離等，導致油品變質(zhì)失效。這其中不乏有油品性能低劣的原因，還有大部分原因是客戶在使用過程中不注意油品防護引起的。另外，導熱油的使用量也是根據(jù)理論計算或憑經(jīng)驗確定。若導熱油的注入量過多，有可能發(fā)生熱油溢出、燒傷、著火等事故，若注入量過少，會引起設備的干燒問題。針對這些可預見的隱患，鉑溶解反應釜的導熱油進口處配備一個平衡裝置。此裝置的作用：①利用平衡裝置與鉑溶解反應釜的勢能差，及時補給導熱油所需量，使夾套內(nèi)的導熱油始終處于充滿狀態(tài)，并及時將多余氣體排出。②用來容納與補償夾套內(nèi)的導熱油因溫度變化而產(chǎn)生的體積膨脹或收縮，同時隔絕高溫導熱油與空氣的直接接觸，降低油品被氧化的速度。
２．３．３ 風攪拌系統(tǒng)
與傳統(tǒng)的攪拌方式不同，鉑溶解反應釜內(nèi)攪拌方式為風攪拌。通過鼓風機將風由管道送至與設備相連的攪拌棒中，在攪拌棒接近釜底的位置開孔，攪拌棒底部用螺紋塞堵住，風吹動開孔處的介質(zhì)與周圍的鉑反應。風速大小可通過閥門自行控制。為了達到預期攪拌的效果，采用數(shù)值模擬的方法對流體流動狀態(tài)進行了模擬，結(jié)果良好。
２．３．４ 溫度控制系統(tǒng)
此鉑溶解反應釜溫度控制系統(tǒng)通過比例－積分－微分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ?。模椋妫妫澹颍澹睿簦椋幔簦椋铮?，ＰＩＤ）控制器調(diào)節(jié)釜內(nèi)溫度，利用可編程邏輯控制器（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ?。茫铮睿簦颍铮欤欤澹颍校蹋茫﹥?nèi)建的ＰＩＤ調(diào)節(jié)模塊對設定溫度和實時溫度進行調(diào)節(jié)，ＰＩＤ輸出量做為可控硅的驅(qū)動控制元件同時控制８個加熱器的加熱功率，從而調(diào)節(jié)導熱油和釜內(nèi)溫度。本系統(tǒng)并入原有可編程邏輯控制器控制系統(tǒng)，提供釜內(nèi)溫度和導熱油溫度的數(shù)字信號輸出。
由于工藝溫度在２００℃以下，所以采用ＰＴ１００鉑熱電阻做為測溫元件，釜內(nèi)測溫采用搪瓷保護套管保護測溫電阻，夾套內(nèi)采用不銹鋼保護套管進行保護。
鉑溶解反應釜溫度控制系統(tǒng)由現(xiàn)場溫度測量儀表、電加熱器和遠程操作控制柜等組成。通過ＰＴ１００熱電阻實時測量釜內(nèi)溫度，進行現(xiàn)場顯示并傳輸?shù)竭h程控制柜。在夾套內(nèi)設置ＰＴ１００熱電阻測量導熱油溫度并接入遠程控制柜，在觸摸屏上監(jiān)視溫度變化并實現(xiàn)很溫報警功能。
采用８個電加熱器（總功率２４ｋＷ）對導熱油進行加熱。通過可編程邏輯控制器內(nèi)算法對加熱功率進行實時調(diào)節(jié)，確保加熱器控溫精度。
３ 結(jié)語
根據(jù)鉑溶解反應釜的結(jié)構(gòu)特點和使用條件，突破常規(guī)設計思路，大膽采用多種材料相結(jié)合的方法，將襯搪瓷與襯鉭工藝成功應用在同一臺反應釜上。除此之外，總結(jié)了以往導熱油使用中出現(xiàn)過的問題并有針對性地采取了措施。按文中所述制造的鉑溶解反應釜已經(jīng)投入使用，使用效果良好。
