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    搪玻璃產品的選用

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    搪玻璃產品的選用

    發布日期:2015-11-10 作者: 點擊:

    一、搪玻璃產品的特性

    搪玻璃產品被廣泛的應用于化工、醫藥、農藥、染料、輕工、食品、冶金和國防工業系統,在國民經濟建設中發揮出巨大的作用。為什么諸多工業選用搪玻璃產品?首先該從搪玻璃產品所具備的特性展開討論。

    目前,世界科學技術迅速發展,新材料不斷涌現,而搪玻璃未能被新材料所取代反而在持續發展,其理由是搪玻璃材料具備五大特性。

    1.       耐腐蝕性

    以二氧化硅為主體的玻璃質釉經高溫燒成的玻璃層,其化學穩定性很強,能耐各種濃度的鹽酸、有機酸、無機酸、弱堿和有機溶劑的腐蝕(氫氟酸和含氟離子介質及180℃以上熱磷酸和50℃以上的強堿溶液不適合)。

    特別是化工醫藥行業常用的不銹鋼材料,不耐鹽酸的腐蝕,致使使用鹽酸生產場合,成為搪玻璃產品的用武之地。

    (1)         搪玻璃層的耐酸性能,因為瓷釉配方組成成分不同而不同,且搪燒控制溫度也不同。一般的說,含二氧化硅較高的瓷釉,搪燒溫度略高,玻璃層耐酸性能也會較好。但凡是耐酸性能較好的玻璃層則耐酸性能會較弱。在化工過程中,往往會出現酸堿交替場合,所以,對搪玻璃產品的選用,要考慮耐腐蝕的綜合性能。

    國標GB25025-2010規定的搪玻璃層的理化性能指標見表1-1

    表1-1                搪玻璃試件搪玻璃層的理化性能指標

    項 目

    CH

    WCH

    試驗方法

    通用性

    耐酸性

    耐堿性

    耐20%沸騰鹽酸168h腐蝕性/【g/(m2.d)】

    ≤1.2

    ≤0.5

    ≤3.0

    --

    GB/T7989

    耐0.1mol/L,80℃氫氧化鈉24h腐蝕性/【g/(m2.d)】

    ≤5.0

    ≤8.0

    ≤2.0

    --

    GB/T7988

    耐沸騰水336h腐蝕性能/【g/(m2.d)】

    ≤0.5

    --

    --

    --

    HG/T2377

    耐溫差急變性/℃

    ≥200

    ≥180

    ≥180

    ≥200

    GB/T7987

    耐機械沖擊性/ J

    ≥220x10-3

    ≥220x10-3

    ≥220x10-3

    ≥220x10-3

    GB/T7990

     

     

    (2)     國外同行對搪玻璃層的耐腐蝕性能有較深入的研究,可作參考。

    如神鋼環境技術股份有限公司的新型玻璃9000型,其耐腐蝕性能見圖1-1,圖1-2,圖1-3,圖1-4和圖1-5.


     

    表1-2                      543-7搪玻璃釉耐腐蝕性能

    介質

    濃度%

    溫度℃

    腐蝕速度mm/a

    瓷面現象觀察

    鹽酸HCL

    5

    100

    <0.125

    微失光

    10

    100

    <0.125

    微失光

    20

    100

    <0.125

    微失光

    36

    100

    <0.125

    微失光

    硫酸 H2SO4

    20

    100

    <0.125

    微失光

    50

    100

    <0.125

    微失光

    硝酸 HNO3

    20

    100

    <0.125

    微失光

    溴氫酸 HBr

    20

    100

    <0.125

    微失光

    磷酸  H3PO4

    98

    100

    >1.25

    腐蝕嚴重

    20

    100

    <0.125

    微失光

    碳酸鈉Na2CO3

    20

    75

    0.125~0.5

    失光,但可使用

    苛性鈉NaOH

    4

    75

    >1.25

    腐蝕嚴重

    磷酸鈉Na2PO4

    20

    100

    0.125~0.5

    失光,但可使用

     

    (3)         國內的543-7的搪玻璃釉,在耐腐蝕、抗械沖擊、耐磨損及耐溫差急變性能方面,具有較好的綜合能力,見1-2。

    2.       不粘性

    玻璃層表面光滑,少死角,則不容易粘附物料,容易清洗,某些生產工藝很需要。

    在藥品生產過程中,藥用設備要求符合GMP要求(即藥品生產質量管理規范)。GMP要求對盛裝藥品的設備(容器),結構簡單,表面光滑,少死角,易清洗。這是藥品生產的特殊需要,也是藥品保證純度,不污染細菌的必需條件。所以,在原料生產中,會大量選用搪玻璃設備??傊?,或需要有系統清洗的場合,由于玻璃表面不容易粘附物料的特性,搪玻璃設備成了設計者選用的對象,玻璃表面不粘性可與聚四氟乙烯相比美。

    3.       隔離性

    設備內表面涂搪玻璃層后,會使介質與含鐵的鋼體不會直接接觸。在生產過程中,介質不可能溶入鐵離子,這對藥品,染料等生產尤為重要,藥典對藥品含鐵量有嚴格要求,在染料工業中,若染料溶入鐵離子,色度將受影響。

    4.       絕緣性

    玻璃層絕緣性能良好,在真空試驗條件下0.4mm玻璃層能耐20KW高電壓的沖擊。因此,搪玻璃產品適用于介質帶電荷操作的工藝過程,以及生產中會產生電荷的工藝場合,有的化學過程,物料需要外加電荷,促使過程加快,玻璃層的絕緣性正適合了這種場合。

    5.       保險性

    玻璃分子結構穩定,不滲透,不溶解。它對液體食品,釀造制品,飲料產品具備很好的保險性能,能長久地保持其物品的真實香味。市場上酒類飲品大都用玻璃瓶盛裝,主要是利用玻璃的保險性。

    二、搪玻璃產品選用注意事項

    化工過程千變萬化,工業物料種類繁多,何種物料選用搪玻璃產品很難簡而言之,但應遵守以下選用注意事項:

    1.其物料及要求應符合玻璃襯里的五大特性。

    2. 搪玻璃設備耐溫差急變性能是指產品的搪玻璃面或其反側金屬基體經受突然溫度急變的性能,應控制冷急變溫度110℃,熱急變溫度120℃。對生產中溫度急變頻繁,且急變溫度臨近極限值時,不宜選用。

    3. 玻璃層的較低使用溫度可達-40℃,較高使用溫度可達300℃,在此范圍內玻璃層結構能保持穩定。但金屬基體材料應符合有關設計規定。

    4.         玻璃層是非金屬材料,屬于脆性材料,玻璃面不能承受固體物料的直接撞擊,對容器口直接投入固體物料者不宜選用。

    5.         工藝過程介質會產生固體硬結晶顆粒,宜選用耐磨性能較佳的微晶搪瓷。

    三、搪玻璃產品選用指南

    1.       搪玻璃攪拌器的選用

    (1)     錨式(框式)攪拌器的作用

    搪玻璃錨式、框式攪拌器屬于同一類型的攪拌器,只能認為框式是錨式的加強型。

    該形式攪拌器適應于高粘度物料的攪拌,能使容器內整體物料攪動而小有死角,攪拌器對流體的主要功能是剪切,由于攪拌錨、框直徑較大,錨、框外側靠近容器內壁,回轉時有相似于括壁的作用,能減薄容器內壁的液體層流邊界層,有利于提高夾套傳熱效果。

    該型式攪拌器一般設計成低速攪拌,轉速小于等于80轉/分,器內液體處于層流狀態,屬于溫和型攪拌。用于粗結晶工藝,有利于晶粒長大,提高下道工藝過濾時結晶體的收得率。同時它適用于傳熱的操作,一定程度能提高物料與容器之間的給熱系數(a2),對夜夜分散操作,選用該形式的攪拌器較為合適。

    (2)     葉輪式(三葉后掠式)攪拌器的作用

    搪玻璃標準稱葉輪式攪拌器(國際上通稱三葉后掠式),特點是:結構簡單,輸出性能強,消耗動力小,適應范圍廣,能保證容器內流體整體循環(又稱體積循環)是目前對中、低粘度物料比較合適的攪拌器形式。

    該攪拌器是使流體在葉片推動下,產生軸向運動,并使流體在葉片剪切作用下,促進氣泡和液滴的細化、混合、擴大二者接觸面,加快傳熱,傳質過程。

    旋轉時,葉片頭部對液體會產生離心力,將液體排放至容器壁,形成向上、向下的循環液流,并提高液體與夾套壁的給熱系數a2。

    葉輪式攪拌器,當轉速在130轉/分時,循環量較大而所消耗單位功率較小,適應范圍很廣,主要適用于非牛頓型流體的攪拌(即介質在操作過程中粘度發生變化的流體)。

    葉輪式攪拌器配上適當的折流擋板,適用于混合、導熱、聚合、乳化、氣體吸收及懸浮等工藝操作,能以較小的動力達到較有效的攪拌效果。在反應進行中,物料粘度會較快上升,而攪拌動力的增加比較小,因此適用于聚合的進行粘度上升的場合。該攪拌對液體在容器內產生上、下循環特別顯著,使其混合均勻,且單位動力的排放量大,使液體有較大的體積循壞速率及湍流強度,適用于要求強烈紊流攪拌的場合。

    總之,搪玻璃葉輪式攪拌器對均相混合、固液懸浮、氣液混合、非均相分散等操作都有較好效果,它的特點是:能形成較大的體積循環,有一定的剪切作用的強烈型攪拌。

    (3)     槳式攪拌器的作用

    搪玻璃標準槳式攪拌器為二檔直葉或折葉,槳葉數為4,屬徑流式攪拌。直葉對容器內液體形成徑向流動效果,若是折葉,會使容器內液體形成以徑向流為主伴有軸向流動的效果。

    攪拌器轉速一般為80轉/分、125轉/分,屬于慢速型攪拌,槳式攪拌主要對容器內液體產生較大的剪切。如果配以合適的擋板,會獲得一定程度的液體向上下排放的效果。但該攪拌液體對流循環性較差,一般適用于低粘度物料的分散結晶操作。

    (4)     軸流式攪拌器的作用

    該形式搪玻璃攪拌器未列入搪玻璃產品標準,近年來使用者顯著增加。由于化工醫藥的發展,用戶對攪拌器的攪拌效果及節能十分重視,這種形式的攪拌器較大的特點是容器內液體體積循環速率大,單位容積物料所耗電能小,是目前搪玻璃產品中一種新型的攪拌器。

    該攪拌器主要用于固體顆粒懸浮,固體的溶解,氣體在液體中的分散和氣體被液體吸收,不互溶解液體的混合,液體乳化,懸浮聚合,液體混合等工藝過程,特別是用于固液懸浮操作時,消耗功率較小。

    軸流式攪拌器的攪拌液流屬大體積循環,帶有分布均勻且溫和的切剪功能。槳葉的泵送能力較強,能產生均勻的軸向液體,對較快消除容器內二種或幾種物料的濃度與溫度的不均勻性迅速達到均勻的目的。

    2.       搪玻璃換熱容器選用

    (1)     汽液相傳熱

    物料為蒸汽冷凝操作,選用碟片式冷凝器。

    (2)     液液相傳熱

    物料為液體,且冷卻或加熱介質為液體,選用套筒式換熱器。

    (3)     列管式換熱器

    適用戒指快速傳熱且傳熱面積較大的工藝操作。

    (4)     套管式換熱器

    對需要調整進罐物料的溫度,減少物料對罐內瓷層的溫差急變,一般在進料口加裝套管式換熱器,以提高或降低物料溫度。

    3.       搪玻璃貯存容器選用

    臥式貯存容器能降低設備的重心,特別適用于地震多發地區以及廠房高度有限的場所。

    4.       搪玻璃容器各種配套零部件的選用

    (1)     傳動裝置選用

    ①   根據工藝物料的特性和生產安全規范,正確選用一般電機或防爆電動機。

    ②   圓弧齒減速機承載能力大,能承受一定的過載,運轉穩定,傳動效率高。適用于工藝過程中粘度變化的物料。

    ③   擺線針輪減速機,變比范圍小,噪音小,傳動效率高,結構緊湊,但過載能力小。

    (2)     溫度計套選用

    ①   葉輪式攪拌器,應該選用板式溫度計套,擋板效果好,加快容器內物料反應速度。

    ②   對要求及時把握物料反應溫度的操作,而且物料對溫度敏感的場合,應選用快速測溫裝置,其溫度測定滯后時間能縮短到較小。

    (3)     放料閥選用

    生產過程中,會產生結晶物沉淀的場合及粘度較高的物料,宜選用上展式放料閥。

    (4)     軸密封裝置選用

    ①   對軸密封要求很嚴的場合(有毒,易燃,易爆和特殊氣味),宜選用221型搪玻璃專用機械密封。

    ②   一般性質物料,容器壓力小于0.4MPa,可選用121型搪玻璃專用機械密封。

    ③   容器內物料蒸汽溫度大于80℃者,機械密封均應配搪玻璃冷卻水套。

    ④   填料箱適合用于常壓,介質無毒,非易燃,易爆物料。

    (5)     夾套液體噴嘴的選用

    夾套采用液體作傳熱介質者,應配置液體噴嘴(又稱水力噴嘴或夾套噴嘴),能提高傳熱系數1.3倍左右。搪玻璃攪拌容器液體噴嘴計算詳見第四章。

    (6)     搪玻璃設備瓷層損壞報警儀的選用

    為及時發現容器玻璃層損壞,應安裝設備瓷層損壞報警儀。但必要條件是:其容器內物料為導電介質,對易燃,易爆和防爆車間選用要謹慎。

    四、 搪玻璃產品存在的不足

    為使搪玻璃產品能在各個工業領域中發揮更大的作用,除了要充分應用搪玻璃的五大特性外,更重要的是應滿足用戶對產品技術性能的要求。使產品被更多用戶所接受。一臺優良的搪玻璃設備,應該具備安全可靠,使用、維護、安裝方便,運行穩定,在特定工況下,能發揮其技術功能,在工業生產中實現其應有的價值。

    目前,服役在化工、制藥、輕工等行業的搪玻璃產品,主要使用于混合、分散、傳質、聚合、結晶、懸浮、乳化、傳熱、貯存等工藝過程,不用的工藝,對設備有不同的要求。因此,設計、制造一臺優良的搪玻璃產品,是一個系統性工程,各個環節、各種零部件功能都要正確設計匹配,同時,還要十分遵守國家各種規范、標準、安全的規定。設計人員、制造工程師要充分發揮天才和創造性,努力實現用戶所需的、結合生產實際,設計并制造出具有優良功能的產品。綜合上述,對照目前市場流通的搪玻璃產品,目前亦有以下幾方面欠缺,有待改正。如攪拌效率不高,傳熱性能不佳,設備密封欠缺,測溫滯后嚴重,設備大型化問題,外觀不美,缺乏多種瓷釉的選用,產品玻璃層容易損壞等等。行業同仁,應重視產品存在的欠缺,認真研究,精心設計,采用先進制造技術,提高中國搪玻璃產品質量和技術性能。


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