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高效節(jié)能環(huán)保型聚四氟乙烯加熱器

文檔作者：趙永鎬趙煒陳國龍文檔來源：溫州趙氟隆有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月29日
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第39卷第2期
2010年4月
當(dāng) 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
Vo1．39．No．2
April，2010
高效節(jié)能環(huán)保型聚四氟乙烯加熱器術(shù)
趙永鎬，趙 煒，陳國龍
(溫州趙氟隆有限公司，浙江溫州325016)
摘 要： 化工企業(yè)生產(chǎn)中使用的反應(yīng)釜都是用鋼殼外壁上的夾套來加熱釜內(nèi)介質(zhì)，由于其熱傳遞過程
長，熱阻大，而導(dǎo)致介質(zhì)加熱速度慢，時(shí)間長，高溫上不去，熱效率低等結(jié)果。針對(duì)上述問題，發(fā)明了一種高效、
節(jié)能與環(huán)保型的聚四氟乙烯加熱器，直接置于反應(yīng)釜內(nèi)加熱介質(zhì)，改變了原有的生產(chǎn)模式，從而達(dá)到了顯著
的節(jié)能、減排與增產(chǎn)的效果。
關(guān)鍵詞： 反應(yīng)釜；加熱；高效；節(jié)能；減排
中圖分類號(hào)： TQ 051．5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671—0460(2010)02—0115—05
化工生產(chǎn)歸根結(jié)底就是將一種或多種原有物
質(zhì)加熱到所需溫度進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)， 以獲得新的產(chǎn)
物，大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)都是在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行『l-21，諸
如制藥、農(nóng)藥、染化、有機(jī)合成、精細(xì)化工以及各種
中間體的生產(chǎn)等等。可見反應(yīng)釜是化工企業(yè)中的重
要生產(chǎn)裝備。多年來，國內(nèi)外所用的反應(yīng)釜，其加熱
方法不外于以下兩種，一種是用鋼殼外壁上的夾套
來加熱釜內(nèi)的物料，另一種是用盤管(蛇管)放到釜
內(nèi)加熱介質(zhì)。盤管一般都用銅、鋼或其它金屬制作，
并固定在反應(yīng)釜封頭上，懸掛在釜內(nèi)介質(zhì)中。夾套
或盤管管子內(nèi)的熱載體(加熱劑)一般都是用電熱
棒加熱的高溫導(dǎo)熱油(或用高壓蒸汽)。在反應(yīng)釜內(nèi)
反應(yīng)的介質(zhì)，基本上都帶有一定的腐蝕性，有的甚
至相當(dāng)歷害，于是，反應(yīng)釜內(nèi)壁與盤管外壁還需要
用防腐材料襯里或包敷。如搪瓷、搪玻璃、塑料，涂
料，甚至高級(jí)金屬或合金，如鈦、鋯等材料，(目前，
性能最好的是用聚四氟乙烯(簡(jiǎn)稱PTFE或F4)襯
里的反應(yīng)釜)。因而，現(xiàn)有的反應(yīng)釜加熱情況存在著
以下諸多問題：
(1)用夾套加熱釜內(nèi)介質(zhì)，熱傳遞的過程長，熱
阻大，效果差，釜內(nèi)介質(zhì)的升溫速度慢，加熱時(shí)間
長，生產(chǎn)發(fā)展受到抑制；
(2)熱源(加熱劑)與反應(yīng)釜內(nèi)介質(zhì)的溫差大，
釜內(nèi)介質(zhì)高溫上不去(很難達(dá)到200℃以上)，致使
許多高溫強(qiáng)腐蝕的生產(chǎn)無法進(jìn)行；
(3)對(duì)于在化工生產(chǎn)中用得最普遍的搪瓷(或
搪玻璃)反應(yīng)釜不能用于較高溫度，冷熱交替，或驟
冷驟熱條件尤甚，否則就會(huì)爆瓷；
(4)熱效率(熱利用率)低，一般僅為60％左右，
熱損失大，因?yàn)樗挥幸幻婕訜幔硪幻嬖谏幔?
(5)就盤管而言，除上述缺陷外，且加熱面積小，
還存在體積大，重量重，安裝又不甚方便等等。
(6)用高溫導(dǎo)熱油作熱載體，揮發(fā)出的油煙相
當(dāng)歷害，嚴(yán)重污染了環(huán)境，影響了員工的身體健康。
1 新產(chǎn)品特點(diǎn)
作者認(rèn)為，要解決上述問題，最根本的是要將
熱傳遞的過程縮短，也就是說，要將電熱元件與被
加熱的介質(zhì)直接接觸，要達(dá)到上述要求，必需研制
出一種能放在反應(yīng)釜內(nèi)直接加熱腐蝕性介質(zhì)的加
熱器。電熱元件(電熱絲或扁帶)為金屬材料，不能
直接放在介質(zhì)中通電加熱，需要有一種材料包敷絕
緣它。這種材料除絕緣性能與介電性能好外，還需
耐高溫，抗腐蝕，且加工性能也要滿足要求。作者對(duì)
氟塑料性能及加工技術(shù)有充分的了解，發(fā)現(xiàn)在已知
的所有材料中，只有聚四氟乙烯塑料能滿足以上要
求。① 它是當(dāng)今世界最耐腐蝕的材料之一；② 可在
250～260℃高溫長期穩(wěn)定使用(F4加工溫度為380
℃)，③絕緣性能與介電性能又極佳(其表面電阻高
達(dá)l0 n，介電常數(shù)為2．1(頻率6周／s至3 000兆
周／s不會(huì)漏電) ，此外，它還不粘附其它任何物
質(zhì)，耐老化性能又很好，是獨(dú)一無二的制造加熱器
的理想材料，作者將加熱器的電熱元件(電熱絲或
扁帶)，用特殊技術(shù)將其埋放到F4薄層(3～4 mil1)
收稿日期：2010-O1—26
作者簡(jiǎn)介：趙永鎬(1927-)，男，浙江溫州人，教授級(jí)高級(jí)工程師，1954年畢業(yè)于華東化工學(xué)院電化學(xué)專業(yè)，終身享受國務(wù)院特殊津貼，現(xiàn)
為溫州趙氟隆有限公司董事長，《當(dāng)代化工》雜志編委，長期從事氟塑料防腐技術(shù)研究及新產(chǎn)品研發(fā)與制造工作，獲中、美、歐
等國多項(xiàng)發(fā)明專利，國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)，世界尤里卡金獎(jiǎng)，比利時(shí)國王授予“騎士勛章”等殊榮，已發(fā)表論文40多篇。電話：
0577—86130200，E—mail：ZYG@126．eom。
l16 當(dāng) 代 化 工 第39卷第2期
內(nèi)部【5- 0](絕對(duì)密封，不會(huì)氧化)，制造出“圓筒薄壁整
體型F4加熱器”與“多層立體裝配型F4加熱器”兩
種新產(chǎn)品，可將它放到釜內(nèi)腐蝕性介質(zhì)中，直接加
熱介質(zhì)。F4在此既作為電熱元件的絕緣層，又作為
熱載體，將電熱元件放出的熱傳遞給周圍的介質(zhì)
(這是熱傳遞的最短途徑)。
作者查閱了大量國內(nèi)外有關(guān)的專利及技術(shù)資
料，均未發(fā)現(xiàn)有與本專利產(chǎn)品相似的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其
加工技術(shù)?s，?，F(xiàn)將新產(chǎn)品的優(yōu)異性能歸納于下：
(1)熱傳遞的過程最短，而且是多面加熱，熱損
失最小，熱效率(利用率)很高，達(dá)90％以上；
(2)介質(zhì)升溫高，電熱元件最高設(shè)計(jì)溫度為250
℃，而介質(zhì)可加熱到245℃，兩者相差僅5℃左右
(而夾套或盤管加熱至少在40～50℃以上，相差甚
遠(yuǎn))，使許多高溫(245℃以下)強(qiáng)腐蝕的生產(chǎn)得以順
利進(jìn)行；
(3)介質(zhì)升溫快，加熱時(shí)間短，使企業(yè)大幅增產(chǎn)
超值；
(4)不產(chǎn)生任何腐蝕產(chǎn)物，不粘附其它任何物
質(zhì)，也不會(huì)污染釜內(nèi)介質(zhì)，長期運(yùn)轉(zhuǎn)，也不增加熱
阻，永保良好的加熱效果。
(5)電熱元件產(chǎn)生的熱，直接傳遞給周圍介質(zhì)，
不需要高溫導(dǎo)熱油作熱載體，這就消除了高溫油揮
發(fā)造成的環(huán)境污染。
(6)安裝使用方便，不易損壞，使用壽命長，能
達(dá)到顯著的節(jié)能、環(huán)保與增產(chǎn)效果。
特別要提到的是，搪瓷反應(yīng)釜在化工生產(chǎn)中用
得十分普遍，因?yàn)樗苣鸵话憬橘|(zhì)的腐蝕，且價(jià)格
又較低廉，但它的缺點(diǎn)是，使用溫度不高，否則會(huì)爆
瓷。因?yàn)楝F(xiàn)有的夾套反應(yīng)釜，熱是由外向內(nèi)傳(用紅
外線加熱的反應(yīng)釜也如此)，搪瓷受到的溫度要比
釜內(nèi)介質(zhì)溫度高得多。本加熱器是放在釜內(nèi)介質(zhì)中
加熱，熱是由內(nèi)向外傳，釜壁上搪瓷的溫度要比反
應(yīng)釜內(nèi)介質(zhì)的溫度要低好幾十度，因而，搪瓷釜就
可在高溫(200℃左右)反應(yīng)條件下安全操作而不會(huì)
爆瓷。
2 結(jié)構(gòu)型式
2．1 圓筒薄壁整體型F4加熱器
它是將電熱元件埋在整個(gè)簡(jiǎn)體的F4薄壁內(nèi)，
如圖1所示，簡(jiǎn)體上端F4翻邊，懸掛在反應(yīng)釜簡(jiǎn)體
法蘭上，如圖2所示，F(xiàn)4翻邊中的電熱元件4由此
引出與電源連接。筒壁上開有通透槽(或圓孔)9，便
于介質(zhì)流通，此結(jié)構(gòu)因面積所限，F(xiàn)4層中不能放太
多的電熱元件，因而功率較小，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，
安裝較方便。
圖1 圓筒薄壁整體型F4加熱器示意圖
Fig．1 PTFE Heater ofcylinlinder monolitlzic construction
圖2 圓筒薄壁整體型F4加熱器在反應(yīng)釜中的示意圖
Fig．2 PTFE Heater in the reaction still
l—F4加熱器基體；2一F4加熱器翻邊；3一電熱元件；4-電熱元
件電源接頭；5一加熱器底部缺口(介質(zhì)流通)；6-鋼外殼；7一反應(yīng)
釜上封頭；8-待加熱介質(zhì)；9一通透槽(介質(zhì)流通)。
2．2 多層立體裝配型F4加熱器
此結(jié)構(gòu)如圖3所示，它是先將電熱元件(電熱
絲或扁帶)埋放在F4層中，加工成厚約3 mill，寬約
30IIUTI的F4電熱帶，然后將此帶盤插在由F4各部
件裝配而成的框架內(nèi)的每層F4連接鏈5上，成為
“多層立體裝配型F4加熱器”。每層為一個(gè)電熱單
元，層數(shù)越多，功率越大。其功率可大到200 kW 以
上，加熱快，升溫高，此加熱器在釜內(nèi)的固定方法是
擺放在反應(yīng)釜下底上的支撐架9上。
每層的電熱帶由上頂板6與釜壁之間的間隙
穿出，直至反應(yīng)釜筒體上法蘭面引出與電源連接。
每臺(tái)加熱器都帶有一臺(tái)電控裝置(配電柜)自
動(dòng)控制電熱帶的溫度與釜內(nèi)介質(zhì)的溫度，并能隨時(shí)
觀察到釜內(nèi)介質(zhì)的升、降溫情況，以及安全使用控
制系統(tǒng)，使用起來十分方便，且安全可靠。
一臺(tái)加熱器使用多年后，如發(fā)現(xiàn)某條F4電熱
帶內(nèi)的電熱元件斷了，可換上一條新的，操作很方
便，這樣整臺(tái)的加熱器使用壽命會(huì)大大延長。
如釜內(nèi)介質(zhì)加熱反應(yīng)后，需要冷卻，可在鋼殼
趙永鎬，等：高效節(jié)能環(huán)保型聚四氟乙烯加熱器 117
外做上夾套，冷卻時(shí)，可通冷卻水。
本加熱器已獲中國專利(專利號(hào)：ZL2007 20114
2．3 產(chǎn)品實(shí)物照片
988．X)，并已申請(qǐng)美國專利(申請(qǐng)?zhí)枺篣P12042331)
與歐洲專利(申請(qǐng)?zhí)枺篍P08164659．8)。
圖3 多層立體裝配型F4加熱器在反應(yīng)釜中的示意圖
Fig-3 Multichamber prefabricated PTFE heater in reaction still
1一立柱；2一螺母；3一底板；4一套管；5一連接鍵；6一頂板；7-F4電熱帶；8一鋼外殼；9一支撐架
圖4 圓筒薄壁整體型F4加熱器
Fig．4 PTFE Heater products of cylinder monolithic construction
圖5 多層立體裝配型F4加熱器
Fig．5 PTFE Heater products of multichamber prefabricated
3 性能測(cè)試
3．1 釜內(nèi)介質(zhì)最高加熱溫度測(cè)試
3．1．1 試驗(yàn)條件
(1)試驗(yàn)裝置： 300 1Tlin F4襯里反應(yīng)釜，釜內(nèi)
介質(zhì)為高溫導(dǎo)熱油，內(nèi)褂 250mrn×300mm的圓
筒薄壁整體型F4加熱器(如圖2所示)，電功率為4
kW(電流l8A，電壓220V)；
(2)試驗(yàn)?zāi)康模河^察F4層中電熱元件與釜內(nèi)被
加熱的介質(zhì)升溫情況及最小溫差；
(3)釜內(nèi)介質(zhì)：20L320高溫導(dǎo)熱油(內(nèi)有攪拌)。
3．1．2 試驗(yàn)紀(jì)錄
介質(zhì)最高加熱溫度測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。
表1 介質(zhì)最高加熱溫度測(cè)試數(shù)據(jù)
Table 1 Test data ofmedium heating highest temporature
3．1-3 結(jié)果討論
從表1看出，電熱元件最高設(shè)計(jì)溫度為250
℃，通電40 min后，電熱元件實(shí)測(cè)從11℃迅速上升
到250℃，以后在(250±2)℃ 自動(dòng)調(diào)節(jié)，釜內(nèi)介質(zhì)
當(dāng) 代 化 工 第39卷第2期
從l0℃迅速上升至195℃ ，然后緩慢上升，兩者溫
差越來越小，到110 min時(shí)，升至245℃ ，不再上升，
兩者相差僅5℃ ，由此可見，用此加熱器放在介質(zhì)
中直接加熱介質(zhì)，可將介質(zhì)加熱到245℃，與電熱
元件250℃相比，僅差5℃，如此高效，無其它任何
加熱方法可比。能很好地解決了原有夾套反應(yīng)釜升
溫不高的難題，使多年來一直無法解決的高溫、強(qiáng)
腐蝕的高效新工藝項(xiàng)目因此而順利上馬。
3．2 熱效率試驗(yàn)
3．2．1 試驗(yàn)條件
(1)試驗(yàn)裝置：1 000 L鋼襯F4反應(yīng)釜，內(nèi)用外
包F4的攪拌槳攪拌。釜內(nèi)介質(zhì)為自來水，用“多層
立體裝配型F4電加熱器”加熱升溫，加熱器在釜內(nèi)
放置如圖3所示，電功率為53 kW，用電度表計(jì)算用
電量。
(2)試驗(yàn)?zāi)康模河^察該結(jié)構(gòu)F4加熱器的熱效
率。
(3)釜內(nèi)介質(zhì)：1 177．5立升的自來水。
3．2．2 試驗(yàn)紀(jì)錄
PTFE加熱器熱效率測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。
表2 PTFE加熱器熱效率測(cè)試數(shù)據(jù)
Table 2 Test data ofPTFE heater heat efficiency
3．2．3 結(jié)果討論
本試驗(yàn)總共通電加熱163 min(2．72 h)，電能輸
入943．4—815．0=128．4 kW·h。F4加熱器(電熱帶)
最高設(shè)計(jì)溫度為250℃ ，實(shí)測(cè)溫度從17℃升到143
℃(不再上升)，水溫從11℃升到99℃不再上升，
共升溫99—11=88℃ ，現(xiàn)將水溫升到99℃ 時(shí)，熱效
率計(jì)算如下：
(1)水升溫吸熱為88×1 177．5 L=433836．22 kJ；
(2)電能輸入量為943．4—815．0=148．4 kW·h，
根據(jù)焦?fàn)柪愦味?q=o．24 )，每1 kW·h可產(chǎn)
生3．60 l(J熱量，148．4 X 860=462．3210，熱效率=103
620÷1 10 424=93．8％，由上述公式同樣計(jì)算出各不
同溫度段的熱效率(從1l℃開始至其它各溫度如
40℃為99．8％，67℃為95．3％等)，計(jì)算結(jié)果列于表
2，從上表中數(shù)據(jù)看到，隨著水溫上升，水的蒸發(fā)及
反應(yīng)釜釜體的吸熱、散熱越來越大，到99℃時(shí)，還
有93．8％。從l1℃到99℃平均熱效率為96．9％，這
與夾套加熱相比，熱效率提高了30％以上，具有明
顯的節(jié)能效果。
4 結(jié)束語
(1)高效、節(jié)能、環(huán)保型聚四氟乙烯加熱器的研
發(fā)與制造成功，填補(bǔ)了國際空白，是反應(yīng)釜加熱方
式的一大創(chuàng)新，它將改變?cè)蟹磻?yīng)釜加熱速度慢，
高溫上不去，熱效率低等缺陷。
(2)新產(chǎn)品是由全F4材料制作，是放在釜內(nèi)直
接加熱任何強(qiáng)腐蝕性化學(xué)介質(zhì)，不粘附其它任何物
質(zhì)，也不會(huì)污染釜內(nèi)反應(yīng)物，且永保其加熱效果。
(3)本加熱器最高設(shè)計(jì)溫度為250℃，而可將
釜內(nèi)介質(zhì)加熱到245℃高溫，兩者相差僅5℃，如
此高效，無其它任何加熱方法可比，能滿足化工生
產(chǎn)中的各種高溫反應(yīng)。
(4)熱效率可達(dá)到90％以上，與夾套加熱相比，
其熱效率提高了30％以上，節(jié)能效果顯著。
2010年4月 趙永鎬，等：高效節(jié)能環(huán)保型聚四氟乙烯加熱器 l19
(5)本產(chǎn)品不需高溫導(dǎo)熱油作熱載體，無高溫
油煙揮發(fā)排放，符合環(huán)保要求。
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PTFE Heater W ith High Efi ciency Energy Conservation
and Enviconmental Protcetion
ZHAO Yong-gao，ZHA0 W ，CHEN Guo-long
(Wenzhou Zhaoflon Co．，Ltd．，Zhejiang Wenzhou 3250 1 6，China)
Abstract：The reaction stills in the chemical industry usually used jacket over the steel shell to heat the medium in
the heater stil1．Because of the long process of the temperature conduct and big thermal resistance，the speed of the
heating process of the medium is quite slow and the time is very long．High temperature can hardly be reached，and
the thermal efi ciency is rather low．In order to solve these problems，a kind ofPTFE heater with high efi ciency an d
energy conserv~ion was invented ，which can be put into the heating medium in the stil1．The problems were solved
quite well，the efect of energy conservation，environmental protection and production increase was gained．
Key words：Reaction stills；Heating；High efi ciency；Energg conservation；Environmental protection
中海油謀建海南碼頭為南海油田開發(fā)配套
中海油南海西部油田海南碼頭項(xiàng)目轉(zhuǎn)讓簽約儀式2010年4月26日在?？谂e行。中海油有限公司總裁楊華在儀式上透露，
今年該公司在南海的產(chǎn)能為1200萬方油當(dāng)量，下一步目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)3000萬方油當(dāng)量的產(chǎn)能。
根據(jù)協(xié)議，中海油受讓原海口市轄下的馬村港區(qū)3．5萬噸碼頭及該港區(qū)正在擴(kuò)建的1O萬噸泊位碼頭，由其建立中海油南
海西部油田海南碼頭。
據(jù)悉，該碼頭是一個(gè)現(xiàn)代化、功能齊全的碼頭，可為油氣田生產(chǎn)、船舶物資補(bǔ)給、貨物裝卸及油田生產(chǎn)設(shè)備檢測(cè)、保養(yǎng)、維修
等提供服務(wù)，為海上其他工程作業(yè)提供泊位和為物資堆放提供場(chǎng)地，并為海上作業(yè)提供應(yīng)急支持，為油氣勘探平臺(tái)和船舶?？?、
維修等提供支持。
馬村港新擴(kuò)建的一期工程建設(shè)規(guī)模為5個(gè)2萬噸級(jí)泊位，設(shè)計(jì)年通過能力275萬噸，投資估算逾9億元人民幣，建設(shè)工程
三年。項(xiàng)目已于2007年底開工，今年6月碼頭主體完工，明年上半年建成投入使用。
楊華稱，中海油將把海南碼頭建設(shè)成為滿足南海西部海域油氣資源勘探、開發(fā)、生產(chǎn)的后勤支持中心碼頭。
海南省方和中海油都十分重視該項(xiàng)目的轉(zhuǎn)讓，中共海南省委書記衛(wèi)留成、中海油總公司傅成玉均出席當(dāng)天的簽字儀式。
楊華表示，中海油迄今在海南的投資已達(dá)300億元，涉及石油化工、新能源、化肥、風(fēng)力發(fā)電、生物發(fā)電等多個(gè)領(lǐng)域。

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