大型搪玻璃攪拌容器基本結(jié)構(gòu)尺寸的建議

厲益駿

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

我國搪玻璃容器標準HG/T 2036-2005“搪玻璃容器參數(shù)”[1]和GB/T 25026-2010“搪玻璃閉式攪拌容器”[2]二項標準所列容器基本結(jié)構(gòu)尺寸，系列最大公稱容積為40 m3。那么：大于40 m3的搪玻璃攪拌容器的基本結(jié)構(gòu)尺寸是什么？如何確定較為合理？這已經(jīng)是擺在我們行業(yè)面前必須考慮的問題。

隨著我國改革開放的深入，各類工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，裝備大型化已勢在必行。為了滿足用戶的需求，國內(nèi)規(guī)模較大的搪玻璃容器制造企業(yè)已經(jīng)或正在建造大型的搪玻璃容器搪燒爐窯。如北京華騰大唐設(shè)備有限公司已建成80 m3爐窯，淄博太極工業(yè)搪瓷有限公司已建成100 m3爐窯。江蘇工搪化工設(shè)備有限公司計劃建造100 m3爐窯，溧陽云龍化工設(shè)備有限公司已建成125 m3爐窯，江蘇揚陽化工設(shè)備制造有限公司已建成150 m3爐窯。搪燒爐是制造搪玻璃容器的核心裝置，國內(nèi)大型搪燒爐窯的建成，充分體現(xiàn)了國家工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，促進了大型搪玻璃產(chǎn)品的誕生。

目前，國內(nèi)化工、醫(yī)藥企業(yè)的大型化，生產(chǎn)的發(fā)展需要有大型的搪玻璃攪拌容器。從用戶向搪玻璃工廠訂貨情況得知，50 m3至80 m3的搪玻璃容器用戶訂貨已漸成批量。江蘇揚陽公司已拿到150 m3搪玻璃攪拌容器的訂單。所以，提出大型搪玻璃攪拌容器基本結(jié)構(gòu)尺寸的建議能適應國家工業(yè)發(fā)展的需要，將為用戶對大型搪玻璃容器的選用和制造廠對產(chǎn)品的選項提供參考價值。

1 大型容器公稱容積的確定

我國搪玻璃容器標準的公稱容積系列，原則上遵循優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系[3]，R10一組數(shù)列進行排列。這是一組十分先進的數(shù)系，該優(yōu)先數(shù)列是由公比的項值中含有10的整數(shù)冪的理論等比數(shù)列導出的一組近似等比數(shù)列，它的公比數(shù)為1.25。因此，按其數(shù)列排列，40 m3之后，應該是50 m3、63 m3、80 m3、100 m3、125 m3、160 m3、200 m3。這七種容積系列的排列能做到同一系列中任意相鄰兩優(yōu)先數(shù)常用值的相對差近似不變，即優(yōu)先數(shù)理論值對數(shù)值構(gòu)成一個等差數(shù)列。對工業(yè)產(chǎn)品而言，當參數(shù)值從最小到最大，具有很寬的數(shù)值范圍時，按等比數(shù)系分級，能以較少的品種規(guī)格，經(jīng)濟合理地滿足用戶的全部需要。

以上七種公稱容積的搪玻璃攪拌容器，它們對應的公稱直徑，筒體長度的結(jié)構(gòu)尺寸以及攪拌容器安裝形式是什么？國外未找到相應的參數(shù)資料。

中國是世界搪玻璃大國，這個課題還是應該由我們自己來解決。因此，根據(jù)我國搪玻璃容器制造的特點及爐窯結(jié)構(gòu)的實際情況，密切結(jié)合攪拌學對攪拌容器設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸確定的條件要求以及結(jié)合對搪玻璃攪拌容器設(shè)計的經(jīng)驗，經(jīng)綜合計算、比較，現(xiàn)提出以下七種大型搪玻璃攪拌容積基本結(jié)構(gòu)尺寸的建議。

2 基本結(jié)構(gòu)尺寸確定的原則和假設(shè)條件

搪玻璃容器是化工通用設(shè)備，它會在不同介質(zhì)、不同的工況條件下設(shè)計、計算、使用，確定基本結(jié)構(gòu)尺寸時必須設(shè)定相關(guān)的依據(jù)條件，選取某種攪拌槳形式，對其進行有針對性的設(shè)計，然后再兼顧其他工況和攪拌形式的需求，否則無法進行設(shè)計計算，更不可能確定其基本結(jié)構(gòu)尺寸。

2.1 條件設(shè)定及說明[4]：

（1）物料比重為1。

（2）物料黏度為 500 cP（1 cP=10-3Pa · s）（屬于低粘度的物料）。

（3）攪拌槳為葉輪式（即三葉后掠式），其槳葉回轉(zhuǎn)直徑為0.5倍容器直徑。轉(zhuǎn)速130 r/min，從理論推導，此時槳葉回轉(zhuǎn)對容器內(nèi)物料有效作用高度為槳葉回轉(zhuǎn)直徑的1.5至1.8倍。

（4）攪拌器安裝形式

攪拌器對容器的安裝形式可分上入式、側(cè)入式及下入式。搪玻璃設(shè)備40 m3及以下容積為上入式安裝（因我國已有標準產(chǎn)品）見圖1。因此建議50 m3及以上容積采用下入式攪拌器，見圖2。

日本神鋼汎公司的樣本顯示，從15 m3容積開始，要求采用下入式攪拌器，他們的容積系列由15 m3至80 m3，全為下入式攪拌器。

隨著產(chǎn)品公稱容積的增大，容器直徑及長度將增加，上入式攪拌器軸長度必須增長，軸變粗。由于目前搪玻璃容器還不能在容器內(nèi)對攪拌軸設(shè)置中間軸承或底軸承的結(jié)構(gòu)，為了控制軸的下端在運轉(zhuǎn)時的偏擺量，確保軸上端密封不漏及保證攪拌軸的強度和剛度，計算后的攪拌軸徑會很粗、很重，且安裝也很困難。這種越來越粗大的攪拌器上入式結(jié)構(gòu)，對大型容器是不合理的，應該變更。改為下入式攪拌器。下入式攪拌器攪拌軸將會很短，重量輕，軸端攪拌器運行時偏擺量大為減少。但下端的軸封，保證運轉(zhuǎn)時不漏液，有一定技術(shù)難度。

2.2 容器高徑比的計算和確定[5]

高徑比的計算與確定，是容器結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計的核心。

（1）必須考慮攪拌槳對物料的作用高度

搪玻璃閉式攪拌容器高徑比的確定，首先是攪拌槳葉回轉(zhuǎn)時對物料作用的液柱高度，配置葉輪式攪拌器的容器，如上設(shè)定，其攪拌槳葉對物料的作用高度，原則上以裝料容積液柱高度的0.5 ～ 0.6比值范圍為合適，攪拌的有效性能得以實現(xiàn)。

容器高徑比大，且結(jié)構(gòu)細長，其上述比值在0.5或以下，攪拌時，會出現(xiàn)一部分遠離攪拌槳葉的液體處于靜止狀態(tài)，化工反應受到影響。

當容器高徑比過小，且結(jié)構(gòu)矮胖，其上述比值大于0.60或以上，在攪拌時，會出現(xiàn)整個容積的物料過于強烈循環(huán)，在擋板條件較差的搪玻璃容器內(nèi)，液面中間會產(chǎn)生凹坑，并可能吸入空氣（氣蝕現(xiàn)象）會影響攪拌效果。

（2）必須與搪燒爐窯的結(jié)構(gòu)相吻合

中國的大型搪燒爐窯，多數(shù)是電加熱的臥式側(cè)開門的馬弗爐，每一容積檔次的馬弗爐，其設(shè)計的長、寬、高都有一定的比值。我們設(shè)計的容器要適應在中國的搪燒爐中搪燒，其高徑比過大與過小都是欠缺的。

（3）吊燒和燒架支撐搪燒對容器高徑比的要求

高徑比過大，容器結(jié)構(gòu)細長，燒成時，兩支點距離大，高溫時，容器剛度大幅下降，筒體容易產(chǎn)生過大的繞度和變形，對產(chǎn)品是不允許的。

2.3 設(shè)計計算系數(shù)的確定

（1）容積系數(shù)：取0.95，即公稱容器除以0.95，得到全容積。

（2）裝料容積：取0.9，即全容積乘以0.9得到裝料容積。

3 大型搪玻璃閉式攪拌容器基本結(jié)構(gòu)尺寸的建議

大型搪玻璃閉式攪拌容器的簡圖見圖1與圖2，尺寸見表1。

圖1 上入式大型搪玻璃閉式攪拌容器Fig. 1 Large fi berglass closed mixing vessel with top inserted agitator

表1 大型搪玻璃閉式攪拌容器基本結(jié)構(gòu)尺寸的建議Table. 1 Recommendation of basic structural size for large fi berglass closed mixing vessel

圖2 下入式大型搪玻璃閉式攪拌容器Fig. 2 Large fi berglass closed mixing vessel with bottom inserted agitator

4 搪玻璃容器下入式攪拌器

我國大型鋼制容器下入式攪拌器的使用已大量應用。搪玻璃容器由于制造和結(jié)構(gòu)的特殊性，其下入式攪拌器的結(jié)構(gòu)要比鋼制容器的結(jié)構(gòu)復雜，且技術(shù)難度較高。

淄博三田化工裝備有限公司在搪玻璃容器下入式攪拌器制造技術(shù)上已經(jīng)先行了一步。已為山東淄博市某大型化工廠制造了8臺16 m3的搪玻璃容器下入式攪拌器，使用18個月不滲漏，不更換，一直保持正常運轉(zhuǎn)，也為博興縣某大型化工廠制造了16臺30 m3的搪玻璃容器下入式攪拌器，已使用2年2個月不滲漏，只有部分部件經(jīng)一次維修，其他一直保持正常運轉(zhuǎn)。

這套由填料密封加徑向雙端面機械密封所組成的復合件，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不滲漏，維修量小，攪拌器穩(wěn)定性高，經(jīng)走訪用戶與使用現(xiàn)場，認為這是一套成功的搪玻璃下入式攪拌器裝置，目前，淄博三田化工裝備有限公司已經(jīng)申報技術(shù)專利。

[1] HG/T 2036搪玻璃容器參數(shù)[S].

[2] GB/T 25026搪玻璃閉式攪拌容器[S].

[3] GB 321優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系[S].

[4] 搪瓷與搪玻璃[M].北京：輕工業(yè)出版社.

[5] 化工工藝設(shè)計手冊[M].北京：化工工業(yè)出版社.