【正文】 第 4章 設(shè)備工藝設(shè)計(jì) ?本階段工作通常在工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算及熱量衡算工作完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行。但有時(shí)需和物料衡算及熱量衡算聯(lián)合計(jì)算。 ?設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)包括定型設(shè)備（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備）和非定型設(shè)備（非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備）兩大類(lèi)。定型設(shè)備通過(guò)選型計(jì)算確定規(guī)格、型號(hào)，非定型設(shè)備則通過(guò)設(shè)計(jì)與計(jì)算，確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工藝尺寸。 ?定型設(shè)備最多的是流體動(dòng)力過(guò)程、冷凍操作和機(jī)械操作中的設(shè)備，其他單元過(guò)程亦有可供選用，如不銹鋼反應(yīng)罐、搪玻璃反應(yīng)罐及貯罐、冷凝器、離心機(jī)等都廣泛用于復(fù)合材料產(chǎn)品的生產(chǎn)中。 ?在選擇時(shí)，必須充分考慮工藝上的要求和各種定型設(shè)備的規(guī)格、性能、技術(shù)特性與使用條件的適應(yīng)。在選擇設(shè)備時(shí)一般先確定設(shè)備的類(lèi)型，然后確定其規(guī)格。 物料輸送泵 ?（ 1）選擇泵型 泵型的選擇一般從以下幾方面考慮：物料狀態(tài)（如含固量、含氣量、壓力及溫度等）；物料性質(zhì)（如腐蝕性、毒性、易燃易爆等）泵的安裝位臵情況（包括環(huán)境溫度、海拔高度、裝臵平立面、布臵要求等）。 ?（ 2）確定流量和揚(yáng)程 流量按最大流量或正常流量的 ～ ，所需揚(yáng)程（或壓差）按泵的布臵情況利用柏努利方程求出，再根據(jù)工藝過(guò)程情況采用 ～ 。 ?（ 3）選擇泵的型號(hào) 根據(jù)流量和揚(yáng)程按選定的泵型從樣本手冊(cè)和說(shuō)明書(shū)確定具體型號(hào)，并列出該泵的技術(shù)特性數(shù)據(jù)和安裝尺寸以便定貨及車(chē)間布臵設(shè)計(jì)后序工作。 真空泵選擇 ?（ 1）按真空泵的特性和系統(tǒng)的特性要求及有關(guān)環(huán)境選定合適的泵型，真空泵的特性見(jiàn)表 41。 ?（ 2）估算被抽真空系統(tǒng)空氣泄露量。 ?（ 3）按系統(tǒng)泄露量，由產(chǎn)品樣本或有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)選定真空泵的具體型號(hào)，并列出技術(shù)特性數(shù)據(jù)和安裝尺寸，以便定貨及后序設(shè)計(jì)工作。 表 4１常用真空泵的特性 真空泵類(lèi)型 特 性 活塞泵 抽氣量大，適于真空度較高、含水蒸汽少的場(chǎng)合。 水環(huán)泵 抽氣量小，極限真空度較低，適合于排水蒸汽的場(chǎng)合。 旋片泵 抽氣量小，極限真空度高，適合于水蒸汽少的場(chǎng)合。 水噴射泵 抽氣量一般，極限真空度較低。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，安裝、操作、管理都方便。廣泛用于真空要求不高、有水蒸氣或腐蝕氣體及毒性氣體存在的場(chǎng)合。 蒸氣噴射泵 抽氣量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，不需電動(dòng)力，由一級(jí)到多級(jí)可適合各種場(chǎng)合，缺點(diǎn)是消耗水蒸氣和水量大。 ?（一）管殼式換熱器 ?（二）塔設(shè)備 ?（三）攪拌反應(yīng)釜裝臵 ?（四）加熱設(shè)備 攪拌反應(yīng)釜裝臵 ?復(fù)合材料中所用樹(shù)脂生產(chǎn)的核心裝臵是攪拌反應(yīng)釜。間歇式生產(chǎn)工藝的反應(yīng)裝臵包括配有攪拌器的反應(yīng)釜和相應(yīng)的加料、冷凝回流裝臵等，根據(jù)生產(chǎn)品種不同，在裝臵形式和包含內(nèi)容上略有差別。 下圖為溶劑法醇酸樹(shù)脂的反應(yīng)裝臵。 溶劑法醇酸樹(shù)脂裝置示意圖 １－反應(yīng)釜；２－冷凝器；３－分水器；４－高位槽；５－溫度計(jì)； ６－視鏡；７－回流管；８－排水閥 反應(yīng)釜的種類(lèi) ?反應(yīng)釜是反應(yīng)裝臵的主體設(shè)備。對(duì)反應(yīng)釜有不同的分類(lèi)命名方法。如前所述，反應(yīng)釜按生產(chǎn)產(chǎn)品不同，可命名為醇酸樹(shù)脂反應(yīng)釜、不飽和聚酯樹(shù)脂反應(yīng)釜、乳液反應(yīng)釜等?？砂此M(jìn)行的反應(yīng)，稱(chēng)為醇解釜、酯化釜、聚合釜等。也可按反應(yīng)溫度的高低，稱(chēng)為高溫樹(shù)脂反應(yīng)釜（ 150— 300℃ ）和低溫樹(shù)脂反應(yīng)釜（ 60— 150℃ ）。有的按反應(yīng)釜加熱的方式，稱(chēng)為直接火加熱反應(yīng)釜、電阻遠(yuǎn)紅外加熱反應(yīng)釜、工頻電感加熱反應(yīng)釜等。 習(xí)慣上多從制造材質(zhì)上進(jìn)行分類(lèi)命名，主要有碳鋼反應(yīng)釜、復(fù)合鋼板反應(yīng)釜、不銹鋼反應(yīng)釜和搪玻璃反應(yīng)釜等４類(lèi) 。 碳鋼反應(yīng)釜 ?碳鋼反應(yīng)釜由于易生銹和不耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕，又有使反應(yīng)物顏色加深的弊病，現(xiàn)在基本上已很少使用。復(fù)合鋼板反應(yīng)釜所用復(fù)合鋼板是由一層不銹鋼板熱扎而成，它主要用在采用工頻電感應(yīng)加熱的場(chǎng)合，與物料接觸的是不銹鋼，碳鋼層主要用于電感應(yīng)加熱。 ?現(xiàn)在使用最廣的是不銹鋼反應(yīng)釜和搪玻璃反應(yīng)釜。 不銹鋼反應(yīng)釜 不銹鋼反應(yīng)釜具有以下特點(diǎn) : 不銹鋼材質(zhì)具有優(yōu)良的機(jī)械性能，反應(yīng)釜設(shè)計(jì)得當(dāng)，可承受較高的工作壓力，也可承受塊狀固體物料加料時(shí)的沖擊。 耐熱性能好，工作溫度范圍很廣（－１９６～６００ ℃ ） ,在較高溫度下不會(huì)氧化起皮，可用于直接火加熱。 具有高的腐蝕性能，無(wú)生銹現(xiàn)象。 傳熱效果比搪玻璃反應(yīng)釜好，升溫和降溫速度較快。 有優(yōu)良的加工性能，可按工藝要求，制成各種不同形狀和結(jié)構(gòu)的反應(yīng)釜，還可以打磨拋光。但是用不銹鋼材制造的造價(jià)較高，比搪玻璃反應(yīng)釜要貴好幾倍。 接觸鹵族元素（氟、氯、溴等）時(shí)會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕，因此，不銹鋼反應(yīng)釜不能在有鹵族元素介質(zhì)存在的情況下工作。 搪玻璃反應(yīng)釜 ?搪玻璃反應(yīng)釜又稱(chēng)搪瓷反應(yīng)釜，是將含有二氧化硅的玻璃質(zhì)釉涂于低碳鋼制成的容器表面，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。形成的搪玻璃襯里耐腐蝕性能好，能耐一般無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、弱堿液（ t≤ ６０ ℃ ，pＨ ≤ １２）、有機(jī)溶劑等介質(zhì)的腐蝕，但不耐氫氟酸、強(qiáng)堿及溫度高于１８０ ℃ 的濃磷酸的腐蝕。此外，搪玻璃襯里表面光滑，物料粘附少，容易清洗。因此，搪玻璃反應(yīng)釜可以用作樹(shù)脂生產(chǎn)的反應(yīng)釜。 ?但它畢竟是用兩種不同物理性能的材料復(fù)合而成，而且玻璃釉質(zhì)脆性大，因此它在耐壓、耐溫、抗機(jī)械沖擊等方面還是有許多不足之處。 ? ① 允許工作壓力有限制。一般釜內(nèi)為０ .３９ＭＰ a，夾套內(nèi)為０ .５９ＭＰ a。由于搪玻璃設(shè)備的法蘭密封及軸封的嚴(yán)密程度要比非搪玻璃設(shè)備差（燒結(jié)時(shí)變形所致），所以它不宜用于真空度大于８０ kＰ a的工作場(chǎng)合。 ? ② 允許工作溫度有限制。一般只能在２００ ℃ 以下使用。 ? ③ 溫度急劇變化時(shí)，瓷釉容易出現(xiàn)破損。 ? ④ 搪玻璃層脆，抗機(jī)械沖擊能力很低。 ? ⑤ 傳熱較慢，而且導(dǎo)電性差。由于導(dǎo)電性差，物料在釜內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)容易產(chǎn)生靜電荷的積聚。因此，必須采取防靜電措施。 ? 由于以上原因，搪玻璃反應(yīng)釜主要適用于較低溫度下反應(yīng)的樹(shù)脂生產(chǎn)，如用作生產(chǎn)不飽和聚酯樹(shù)脂稀釋釜、乳液等的反應(yīng)釜。 ? 反應(yīng)釜從形式上有敞開(kāi)式和密封式之分。在樹(shù)脂生產(chǎn)中，除個(gè)別品種外，現(xiàn)在廣泛使用密封式反應(yīng)釜。 反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu) ?間歇式反應(yīng)釜通常為圓筒形立式反應(yīng)器，同時(shí)作為傳熱容器，一般由容器、釜內(nèi)和釜外傳熱裝臵、攪拌裝臵和相應(yīng)的傳動(dòng)、密封裝臵以及其他附件組成。它根據(jù)釜體的結(jié)構(gòu)、傳熱裝臵和攪拌器形式而有多種不同型式。 ?敞開(kāi)式反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，由筒體和筒底（下封頭）組成，一般裝有活動(dòng)釜蓋，傳動(dòng)和攪拌