酯化反应釜用全自动分水器的特点及设计原理

http://www.chem.hc360.com2016年04月07日08:10 来源:涂料工业T|T

    慧聪化工网讯:涂料树脂的生产装置除了反应釜填料柱、冷凝器以外,还有分水器。在溶剂法酯化反应中,分水器的作用是将共沸脱水的溶剂和反应生成的水进行沉降分离,溶剂回流入釜,通过计量分离出来的水判断酯化反应终点。分水器往往不被重视,不少单位还在使用手动排水计量的老式分水罐。其实,早在20世纪70年代就有文献报导了连续的自

    动分水器,其优点显而易见,但这种分水器的排水装置设在外面,结构比较复杂。本研究根据分水器原理设计了一种内置式的自动分水器,其结构简单,和普通分水器相比,只是多了一根排水管。

    1全自动油水分离器的特点

    图1为自动油水分离器示意图。由图1可知,该自动油水分离器和常规的分水器

    相比有2个特点。第1个特点是将分水罐分成2个区———缓冲区和分离区,由挡板隔开,油水混合物在缓冲区进行缓冲,再在挡板的上延口平稳地扩散进入分离区进行沉降分离。这减轻了混合液对罐内分离区液体的扰动,减小油水的返混。设计中将挡板的上沿与油、水的界面保持一致,最大限度地利用了分水器的分离高度,提高了油水分离的效率和质量。第2个特点是利用油、水的密度差设计确定了恒定油水界面,从而做到水多了排水,油多了排油,实现溶剂自动回流和自动排水的功能。自动油水分离器还增加出水称量和报警装置,给操作人员提供判断反应釜酯化反应终点的依据,有利于酯化反应的进程和操作,能缩短反应时间,降低能耗,从而有利于提高树脂生产装置的自动化水平。

图1实现反应终点提示的全自动油水分离器

图1实现反应终点提示的全自动油水分离器

    2分水器自动排水的设计原理

    分水器自动排水的设计原理是回流、排水时界面处出水管内、外的静压强相等,这也就是所谓的液体静力学原理。出水管和分水罐可视作一个连通器,如果里面只是一种介质,出水管内和分水器的液面应该是一致的。但本设计中出水管一侧是水,分水器一侧上层是溶剂,下层是水。由于液体两相界面以下出水管的内外都是水,密度相同,其产生的静压强也相同,所以可以不作考虑。但界面以上,出水管管内是水,而管外界面以上是溶剂,密度不同,根据静力学原理,就会有不同的液柱高度。也就是说,出水管内外的液面高度不一致,而且有恒定的差值,从而实现油多出油,水多出水的功能。其技术原理如式(1)所示。

    h2ρ水=(h1+h2)ρ油

    式(1)中ρ油、ρ水分别是油、水的密度;h1是溶剂和水出口液面的高度差;h2是油水的界面到水出口液面的高度。

    不同容积的反应釜使用大小和高度不一的分水罐,对于筒体高度为1000mm的分水罐来说,如果将界面设定在分水罐的中间(可以根据分离的需要人为地进行设定,如果强调油中的含水量,界面可以偏下;如强调水中的含油量,则界面可以偏上),考虑到

    上管口(溶剂出口)焊接的需要(距封头焊缝100mm)则h1+h2=400mm。

    为便于说明,取水的密度为1g/mL,油的密度为0.85g/mL,则通过计算可以知道:

    h2=400×ρ油=340mm

    h1=400×(1-ρ油)=60mm

    据此,可以根据分水器的规格要求和溶剂的密度差别,进行自动分水器的设计。

    3注意事项

    如图1所示,为提高分水效率,缓冲区的挡板可位于筒体直径1/3处,其高度可在筒体中间略低一些的位置。溶剂和水的混合液的插入管可插到筒体3/4的位置,坡口宜面向筒壁。

    溶剂的出口布置在缓冲区的对面,这一切措施都是为了实现最佳的分离效果。排水管口可以在溶剂出口一侧,可适当偏转一个角度。

    分水器出水的管道要注意防止虹吸现象的发生,避免分水器内不该排的溶剂排出。为了解决虹吸的问题,可以在出水管的上部加一个破虹吸的放空阀,最简单的办法还是将排水管的直径放大一个规格等级。

    值得指出的是,根据上述原理,出油、出水管口在立面上的相对位置有比较严格的要求,影响很大,可以根据不同的油、水密度按式(1)进行计算。如果不注意就会造成排水口既能排水又会排油。按本研究假定的溶剂密度,如果出油、出水管口的相对位置由

    60mm扩大到135mm,则溶剂和水的界面就会在筒体以下,溶剂就会在排水管内走掉。可见油水分离器的灵敏度十分高,但是这种误差造成的错误在设计和制造中是完全可以避免的。图1中的尺寸位置是以油、水出口的下沿为标准的;此外,出水管在罐内的下口必须在界面以下,深度越大操作弹性越大,水中的含油量也会越低。实际上,设备本身具有的操作弹性完全可以满足生产的需要。

    首次操作只需在分水器内注入一定量的水到达予定的界面处即可,无太严格的规定。此后就可不必处置,长期使用。

    有必要指出的是,酯化反应的脱水过程常常还会在减压状态下进行。这样,仅有一个全自动的油水分离器还不够,需要一个组合系统。图2所示的是一个适合于常减压操作状态下使用的分离系统。

图2全自动油水分离系统

图2全自动油水分离系统

    该系统配置了反应生成水受槽和回收溶剂受槽,它们和油水分离器一起通过平衡管与反应装置相连,处于等压状态,全部液体依靠重力自流。反应生成水通过真空或其他办法进一步处置后进入污水生化处理系统。最后蒸出的溶剂既可以进入反应系统使用,也可以装桶回收。

    4结语

    设计的自动分水器具有结构简单、分水效率高、全自动、免维护的特点,可以加快酯化反应速度,缩短反应周期,从而降低能耗,提高劳动生产率。特别是结合自控仪表设计增加了出水称量显示、记录和报警装置,给操作人员提供了判断反应釜酯化反应进程、速度和终点的依据。有利于优化工艺操作参数,提高整个树脂生产装置的自动化水平,实现树脂生产的编程控制和标准化生产。

责任编辑:叶丹

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