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搪玻璃产品的选用

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搪玻璃产品的选用

发布日期:2015-11-10 作者: 点击:

一、搪玻璃产品的特性

搪玻璃产品被广泛的应用于化工、医药、农药、染料、轻工、食品、冶金和国防工业系统,在国民经济建设中发挥出巨大的作用。为什么诸多工业选用搪玻璃产品?首先该从搪玻璃产品所具备的特性展开讨论。

目前,世界科学技术迅速发展,新材料不断涌现,而搪玻璃未能被新材料所取代反而在持续发展,其理由是搪玻璃材料具备五大特性。

1.       耐腐蚀性

以二氧化硅为主体的玻璃质釉经高温烧成的玻璃层,其化学稳定性很强,能耐各种浓度的盐酸、有机酸、无机酸、弱碱和有机溶剂的腐蚀(氢氟酸和含氟离子介质及180℃以上热磷酸和50℃以上的强碱溶液不适合)。

特别是化工医药行业常用的不锈钢材料,不耐盐酸的腐蚀,致使使用盐酸生产场合,成为搪玻璃产品的用武之地。

(1)         搪玻璃层的耐酸性能,因为瓷釉配方组成成分不同而不同,且搪烧控制温度也不同。一般的说,含二氧化硅较高的瓷釉,搪烧温度略高,玻璃层耐酸性能也会较好。但凡是耐酸性能较好的玻璃层则耐酸性能会较弱。在化工过程中,往往会出现酸碱交替场合,所以,对搪玻璃产品的选用,要考虑耐腐蚀的综合性能。

国标GB25025-2010规定的搪玻璃层的理化性能指标见表1-1

表1-1                搪玻璃试件搪玻璃层的理化性能指标

项 目

CH

WCH

试验方法

通用性

耐酸性

耐碱性

耐20%沸腾盐酸168h腐蚀性/【g/(m2.d)】

≤1.2

≤0。5

≤3.0

--

GB/T7989

耐0.1mol/L,80℃氢氧化钠24h腐蚀性/【g/(m2.d)】

≤5.0

≤8.0

≤2.0

--

GB/T7988

耐沸腾水336h腐蚀性能/【g/(m2.d)】

≤0。5

--

--

--

HG/T2377

耐温差急变性/℃

≥200

≥180

≥180

≥200

GB/T7987

耐机械冲击性/ J

≥220x10-3

≥220x10-3

≥220x10-3

≥220x10-3

GB/T7990

 

 

(2)     国外同行对搪玻璃层的耐腐蚀性能有较深入的研究,可作参考。

如神钢环境技术股份有限公司的新型玻璃9000型,其耐腐蚀性能见图1-1,图1-2,图1-3,图1-4和图1-5.


 

表1-2                      543-7搪玻璃釉耐腐蚀性能

介质

浓度%

温度℃

腐蚀速度mm/a

瓷面现象观察

盐酸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

溴氢酸 HBr

20

100

<0.125

微失光

磷酸  H3PO4

98

100

>1。25

腐蚀严重

20

100

<0.125

微失光

碳酸钠Na2CO3

20

75

0.125~0.5

失光,但可使用

苛性钠NaOH

4

75

>1.25

腐蚀严重

磷酸钠Na2PO4

20

100

0。125~0。5

失光,但可使用

 

(3)         国内的543-7的搪玻璃釉,在耐腐蚀、抗械冲击、耐磨损及耐温差急变性能方面,具有较好的综合能力,见1-2。

2。       不粘性

玻璃层表面光滑,少死角,则不容易粘附物料,容易清洗,某些生产工艺很需要。

在药品生产过程中,药用设备要求符合GMP要求(即药品生产质量管理规范)。GMP要求对盛装药品的设备(容器),结构简单,表面光滑,少死角,易清洗。这是药品生产的特殊需要,也是药品保证纯度,不污染细菌的必需条件。所以,在原料生产中,会大量选用搪玻璃设备。总之,或需要有系统清洗的场合,由于玻璃表面不容易粘附物料的特性,搪玻璃设备成了设计者选用的对象,玻璃表面不粘性可与聚四氟乙烯相比美。

3.       隔离性

设备内表面涂搪玻璃层后,会使介质与含铁的钢体不会直接接触。在生产过程中,介质不可能溶入铁离子,这对药品,染料等生产尤为重要,药典对药品含铁量有严格要求,在染料工业中,若染料溶入铁离子,色度将受影响。

4。       绝缘性

玻璃层绝缘性能良好,在真空试验条件下0.4mm玻璃层能耐20KW高电压的冲击。因此,搪玻璃产品适用于介质带电荷操作的工艺过程,以及生产中会产生电荷的工艺场合,有的化学过程,物料需要外加电荷,促使过程加快,玻璃层的绝缘性正适合了这种场合。

5.       保险性

玻璃分子结构稳定,不渗透,不溶解。它对液体食品,酿造制品,饮料产品具备很好的保险性能,能长久地保持其物品的真实香味。市场上酒类饮品大都用玻璃瓶盛装,主要是利用玻璃的保险性。

二、搪玻璃产品选用注意事项

化工过程千变万化,工业物料种类繁多,何种物料选用搪玻璃产品很难简而言之,但应遵守以下选用注意事项:

1.其物料及要求应符合玻璃衬里的五大特性。

2。 搪玻璃设备耐温差急变性能是指产品的搪玻璃面或其反侧金属基体经受突然温度急变的性能,应控制冷急变温度110℃,热急变温度120℃。对生产中温度急变频繁,且急变温度临近极限值时,不宜选用。

3. 玻璃层的最低使用温度可达-40℃,最高使用温度可达300℃,在此范围内玻璃层结构能保持稳定。但金属基体材料应符合有关设计规定。

4.         玻璃层是非金属材料,属于脆性材料,玻璃面不能承受固体物料的直接撞击,对容器口直接投入固体物料者不宜选用。

5。         工艺过程介质会产生固体硬结晶颗粒,宜选用耐磨性能较佳的微晶搪瓷。

三、搪玻璃产品选用指南

1.       搪玻璃搅拌器的选用

(1)     锚式(框式)搅拌器的作用

搪玻璃锚式、框式搅拌器属于同一类型的搅拌器,只能认为框式是锚式的加强型。

该形式搅拌器适应于高粘度物料的搅拌,能使容器内整体物料搅动而小有死角,搅拌器对流体的主要功能是剪切,由于搅拌锚、框直径较大,锚、框外侧靠近容器内壁,回转时有相似于括壁的作用,能减薄容器内壁的液体层流边界层,有利于提高夹套传热效果。

该型式搅拌器一般设计成低速搅拌,转速小于等于80转/分,器内液体处于层流状态,属于温和型搅拌。用于粗结晶工艺,有利于晶粒长大,提高下道工艺过滤时结晶体的收得率。同时它适用于传热的操作,一定程度能提高物料与容器之间的给热系数(a2),对夜夜分散操作,选用该形式的搅拌器较为合适。

(2)     叶轮式(三叶后掠式)搅拌器的作用

搪玻璃标准称叶轮式搅拌器(国际上通称三叶后掠式),特点是:结构简单,输出性能强,消耗动力小,适应范围广,能保证容器内流体整体循环(又称体积循环)是目前对中、低粘度物料比较合适的搅拌器形式。

该搅拌器是使流体在叶片推动下,产生轴向运动,并使流体在叶片剪切作用下,促进气泡和液滴的细化、混合、扩大二者接触面,加快传热,传质过程。

旋转时,叶片头部对液体会产生离心力,将液体排放至容器壁,形成向上、向下的循环液流,并提高液体与夹套壁的给热系数a2。

叶轮式搅拌器,当转速在130转/分时,循环量最大而所消耗单位功率最小,适应范围很广,主要适用于非牛顿型流体的搅拌(即介质在操作过程中粘度发生变化的流体)。

叶轮式搅拌器配上适当的折流挡板,适用于混合、导热、聚合、乳化、气体吸收及悬浮等工艺操作,能以最小的动力达到最有效的搅拌效果。在反应进行中,物料粘度会较快上升,而搅拌动力的增加比较小,因此适用于聚合的进行粘度上升的场合。该搅拌对液体在容器内产生上、下循环特别显著,使其混合均匀,且单位动力的排放量大,使液体有较大的体积循坏速率及湍流强度,适用于要求强烈紊流搅拌的场合。

总之,搪玻璃叶轮式搅拌器对均相混合、固液悬浮、气液混合、非均相分散等操作都有较好效果,它的特点是:能形成较大的体积循环,有一定的剪切作用的强烈型搅拌。

(3)     桨式搅拌器的作用

搪玻璃标准桨式搅拌器为二档直叶或折叶,桨叶数为4,属径流式搅拌。直叶对容器内液体形成径向流动效果,若是折叶,会使容器内液体形成以径向流为主伴有轴向流动的效果。

搅拌器转速一般为80转/分、125转/分,属于慢速型搅拌,桨式搅拌主要对容器内液体产生较大的剪切。如果配以合适的挡板,会获得一定程度的液体向上下排放的效果。但该搅拌液体对流循环性较差,一般适用于低粘度物料的分散结晶操作。

(4)     轴流式搅拌器的作用

该形式搪玻璃搅拌器未列入搪玻璃产品标准,近年来使用者显著增加。由于化工医药的发展,用户对搅拌器的搅拌效果及节能十分重视,这种形式的搅拌器最大的特点是容器内液体体积循环速率大,单位容积物料所耗电能小,是目前搪玻璃产品中一种新型的搅拌器。

该搅拌器主要用于固体颗粒悬浮,固体的溶解,气体在液体中的分散和气体被液体吸收,不互溶解液体的混合,液体乳化,悬浮聚合,液体混合等工艺过程,特别是用于固液悬浮操作时,消耗功率最小。

轴流式搅拌器的搅拌液流属大体积循环,带有分布均匀且温和的切剪功能。桨叶的泵送能力较强,能产生均匀的轴向液体,对较快消除容器内二种或几种物料的浓度与温度的不均匀性迅速达到均匀的目的。

2。       搪玻璃换热容器选用

(1)     汽液相传热

物料为蒸汽冷凝操作,选用碟片式冷凝器。

(2)     液液相传热

物料为液体,且冷却或加热介质为液体,选用套筒式换热器。

(3)     列管式换热器

适用戒指快速传热且传热面积较大的工艺操作。

(4)     套管式换热器

对需要调整进罐物料的温度,减少物料对罐内瓷层的温差急变,一般在进料口加装套管式换热器,以提高或降低物料温度。

3。       搪玻璃贮存容器选用

卧式贮存容器能降低设备的重心,特别适用于地震多发地区以及厂房高度有限的场所。

4.       搪玻璃容器各种配套零部件的选用

(1)     传动装置选用

①   根据工艺物料的特性和生产安全规范,正确选用一般电机或防爆电动机。

②   圆弧齿减速机承载能力大,能承受一定的过载,运转稳定,传动效率高。适用于工艺过程中粘度变化的物料。

③   摆线针轮减速机,变比范围小,噪音小,传动效率高,结构紧凑,但过载能力小。

(2)     温度计套选用

①   叶轮式搅拌器,应该选用板式温度计套,挡板效果好,加快容器内物料反应速度。

②   对要求及时把握物料反应温度的操作,而且物料对温度敏感的场合,应选用快速测温装置,其温度测定滞后时间能缩短到最小。

(3)     放料阀选用

生产过程中,会产生结晶物沉淀的场合及粘度较高的物料,宜选用上展式放料阀。

(4)     轴密封装置选用

①   对轴密封要求很严的场合(有毒,易燃,易爆和特殊气味),宜选用221型搪玻璃专用机械密封。

②   一般性质物料,容器压力小于0.4MPa,可选用121型搪玻璃专用机械密封。

③   容器内物料蒸汽温度大于80℃者,机械密封均应配搪玻璃冷却水套。

④   填料箱适合用于常压,介质无毒,非易燃,易爆物料。

(5)     夹套液体喷嘴的选用

夹套采用液体作传热介质者,应配置液体喷嘴(又称水力喷嘴或夹套喷嘴),能提高传热系数1。3倍左右。搪玻璃搅拌容器液体喷嘴计算详见第四章。

(6)     搪玻璃设备瓷层损坏报警仪的选用

为及时发现容器玻璃层损坏,应安装设备瓷层损坏报警仪。但必要条件是:其容器内物料为导电介质,对易燃,易爆和防爆车间选用要谨慎。

四、 搪玻璃产品存在的不足

为使搪玻璃产品能在各个工业领域中发挥更大的作用,除了要充分应用搪玻璃的五大特性外,更重要的是应满足用户对产品技术性能的要求。使产品被更多用户所接受。一台优秀的搪玻璃设备,应该具备安全可靠,使用、维护、安装方便,运行稳定,在特定工况下,能发挥其技术功能,在工业生产中实现其应有的价值。

目前,服役在化工、制药、轻工等行业的搪玻璃产品,主要使用于混合、分散、传质、聚合、结晶、悬浮、乳化、传热、贮存等工艺过程,不用的工艺,对设备有不同的要求。因此,设计、制造一台优秀的搪玻璃产品,是一个系统性工程,各个环节、各种零部件功能都要正确设计匹配,同时,还要十分遵守国家各种规范、标准、安全的规定。设计人员、制造工程师要充分发挥天才和创造性,努力实现用户所需的、结合生产实际,设计并制造出具有优良功能的产品。综合上述,对照目前市场流通的搪玻璃产品,目前亦有以下几方面欠缺,有待改正。如搅拌效率不高,传热性能不佳,设备密封欠缺,测温滞后严重,设备大型化问题,外观不美,缺乏多种瓷釉的选用,产品玻璃层容易损坏等等。行业同仁,应重视产品存在的欠缺,认真研究,精心设计,采用先进制造技术,提高中国搪玻璃产品质量和技术性能。


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