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      某石化腈綸廠聚合反應釜的改進方案

      發布日期:[ 2016年3月10日 ] 共閱[ 4978 ]次

      某石化公司腈綸聚合裝置具有日產200t聚合物的4臺釜和2條原液生產線;在工藝上采用了美國氰胺公司2步法水相懸浮聚合工藝,整個工藝流程均由計算機控制,生產原料以丙烯腈為第一單體,醋酸乙烯酯為第2單體,氧化還原體系為引發劑,巰基乙醇為鏈轉移劑,上述物料經聚合、終止、脫單、水洗、混合、脫水、漿化、溶解、過濾、脫泡等工序制成合格原液,供紡絲生產。4臺聚合反應釜是聚合生產關鍵設備,其中聚合反應釜攪拌運行的狀態,直接影響到平穩生產。

      1反應釜采用純鋁材質

      采用鋁材制造聚合反應釜,是因為鋁具有較高的電極電位,其標準平衡電位為-1.67V,并且是兩性金屬,在60℃的聚合反應溫度下,可以產生氧化膜,起到鈍化作用,具有較好的耐蝕性能。由于鋁釜在生產過程中,介質中會含有其它雜質(如鐵、銅等)。這些雜質與鋁的電極電位不同,會產生一個微電池,降低鋁的耐蝕性。由于pH值為1.9,聚合反應釜內筒體存在微電池腐蝕,在釜壁上不斷溶出鋁離子(Al3+),使鋁釜帶上負電荷,而聚丙烯腈顆粒表面帶負電,根據同性相斥的原理,聚合物顆粒不易粘附在聚合反應釜上,從而達到抗疤的目的。因此為了避免釜內結疤,與物料接觸的零部件進料采用純鋁制造。

      2改造原因

      聚合裝置共有4臺聚合反應釜,聚合反應釜減速器型號為A12A,日本3菱公司制造,電機功率為75kW電機,電機轉速為980r/min。攪拌轉速為190r/min,減速比為5.17。經過多年使用,影響腈綸反應釜長周期運行的主要原因有2個。

      (1)腈綸反應釜采用上部進料,為保護3股進料管并防止結疤,在3股進料管外套一根進料護管,進料護管一直伸到聚合反應釜下部,見圖1。在聚合反應釜檢修時,發現釜內的進料護管周圍結疤嚴重,結疤的主要原因是由于進料護管一直伸到聚合反應釜下部,在聚合反應釜進料護管與釜壁間形成死角,影響到物料的流動,由于進料護管的存在使物料流動不規則,形成紊流,對攪拌槳葉沖刷和腐蝕較為嚴重,造成攪拌軸和槳葉擺動,從而造成機封磨損、損壞,降低了聚合反應釜的運行時間,增加了檢維修工作的工作量。

      (2)自1988年開工以來,聚合反應釜電機與減速器一直采用鏈條聯軸器,鏈條聯軸器是利用公用的鏈條,同時與2個齒數相同的并列鏈輪嚙合,進行傳動。鏈條聯軸器具有結構簡單,裝拆方便,拆卸時不用移動被聯接的兩軸,尺寸緊湊,質量輕,有一定補償能力的特點。鏈輪、鏈條傳動,但隨著設備運轉時間的增長,各攪拌運轉狀態明顯下降,這種鏈輪、鏈條的傳動方式主要有4個缺點:

      ①采用鏈條聯軸器,攪拌與電機不好找正,找正精度不易保證。

      ②鏈輪、鏈條運轉時間長容易發生磨損,平均每3個月需要更換1次,增加維修成本及鉗工的勞動強度。

      ③由于二十幾年的連續運轉,對輪罩等部件磨損,密封性不好,潤滑脂容易流失,需要定期加油。

      ④由于電機轉速為980r/min。攪拌轉速為190r/min,減速比較大,在攪拌啟動的瞬間對減速器、電機及鏈輪等部件產生較大沖擊,影響設備使用壽命。

      3改造方案

      (1)通過論證研究,該石化公司聚合車間提出在聚合反應釜底部開1孔(位置在原3股進料出口處),在聚合反應釜外通過法蘭可以用3根金屬軟管與原有進料線連接,3股進料線在釜外,將進料護管取消,消除了釜內的死角,改善聚合反應釜內結疤狀況,減少了疤塊的產生,延長了聚合反應釜的運轉周期,提高了檢維修效率。由于取消了進料套管,在負荷未增加的前題下使釜內有效容積增加了0.2m3,有利于聚丙烯睛的聚合反應,該項改造在國內同類腈綸行業為首創,改造后的結構見圖2。該石化公司聚合車間對聚合反應釜進料方式進行了改造,運行47d,拆檢發現,聚合反應釜內結疤明顯較少,由于取消了進料護管,釜內無死角,沒有明顯的大疤塊存在,減少了鉗工清疤工作量,提高了檢維修效率,延長了聚合反應釜的運轉周期,增加了產值,產生巨大的經濟效益。
      圖1 上部進料
      圖2 聚合釜底部進料

      (2)為解決腈綸反應釜聯軸器使用時間短,根據現場實際情況,考慮使用柔性聯軸器,經過多方對比,決定在聚合反應釜攪拌上試用鏈條式聯軸器,廠家到現場實際測繪安裝尺寸,進行加工制作,基本結構見圖3。
      圖3 反應釜聯軸器

      通過觀察對比,總結出輪胎式聯軸器與原有聯軸器聯軸器相比主要有5個優點:

      ①柔性、阻尼大、補償量大,吸振效果好。輪胎聯軸器具有優良的吸震減震和良好的的軸間偏移補償性能,適用于工作溫度-20~80℃,轉遞轉矩10~20000N·m,適用于潮濕、多塵、有沖擊、振動、正反轉多變和起動頻繁的工作環境件。輪胎式聯軸器是依靠橡膠實現彈性連接,可以充分地吸收因找正對中不好而產生的振動,噪聲低,設備運行平穩。另外,由于振動較小,電機的工作電流也低,電機發熱少,能夠優化電機的工作條件。

      ②對攪拌及減速器具有保護作用,由于采用橡膠胎式連接,當扭矩過大時,實際扭矩超過輪胎環的額定扭矩時,輪胎環先破裂,使電機與攪拌連接斷開,避免由于過載等原因損壞減速器。

      ③結構簡單,裝配容易,要換輪胎體時無需軸向移動聯軸節。

      ④對找正精度要求低。一般的非彈性聯軸器對找正的精度要求達到軸向跳動不超過0.06mm,徑向跳動不超過0.08mm,而這種輪胎柔性聯軸器的軸向和徑向偏差只要不超過1mm,就可以正常工作。對于那些條件苛刻,不好找正的地方,這種聯軸器特別適用。

      ⑤適用范圍廣。輪胎柔性聯軸器的橡膠部分是可更換的??筛鶕D動設備所需的扭矩的大小而安裝不同的輪胎環。既適合高轉速,又適合低轉速,既適合于大扭矩,又適合于小扭矩的工作條件。在各種狀態下工作都比較平穩,使用奉命也長,可避免因檢修而造成的備件費、人工費以及生產停車的各種經濟損失。

      4改造效果

      實施技術方案效果顯著,改造前后檢測數據對比見表1。
      表1 改造前后檢測數據對比

      5經濟效益分析

      輪胎柔性聯軸器連續無故障平均使用時間為5a,每1套聯軸器價格為2000元左右,而且屬于一次性投資,維修只需更換橡膠環。改造后大大降低了聚合反應釜非計劃停車次數,而且聚合反應釜每次停車后的物料可以得到回收,避免了物料浪費,經測算非計劃停車需要放掉的聚合物1.96t、單體0.3t,僅是物料價值4萬元,經統計每臺聚合反應釜每年可以減少非計劃停車4次,僅這一項就降低物料損失:4×4=16萬元,大大降低了生產成本。鏈條聯軸器平均使用時間為3個月,每一對鏈輪和鏈條的價格約為1500元,一臺攪拌5a更換總費用為:1500×12/4×5=22500元,而且每次更換需要3h左右,影響生產。

      僅此2項改造年節約成本為16.5萬元。改造后縮短了聚合反應釜檢修時間,減少了停車后的物料損耗,減輕了由于物料排放對環境的污染,而且設備的運行狀態明顯提高,延長了設備使用壽命。改善了工人的勞動環境、減輕了工人的勞動強度,具有廣泛的社會效益。

      6結束語

      通過改造聚合反應釜非計劃停車次數明顯減少,減少了操作工人的工作量,并且通過測試數據對比,更換輪胎型柔性聯軸器后,攪拌運行狀態明顯提高。由于可拆式聯軸器可以較好地吸收振動,運行狀態良好,可以提高設備的可靠度,不需要潤滑,減少了維修人員的工作量,減少了對環境的污染,成功地解決了腈綸聚合反應釜運行時間短的難題。

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