Pengenalan: Peralatan kimia—bukan sains pemilihan “beli yang besar bukan yang kecil”
Pemilihan peralatan kilang cat kimia—sering dipermudahkan sebagai “setahun perlu berapa tan—peralatan beli saiz apa—pasang sahaja” ini mudah menyebabkan “kuda besar tarik kereta kecil” (tangki reaksi > 3 kali ganda diperlukan—kecekapan kacau rendah—penyejukan/pemanasan penggunaan tenaga tinggi—antara kelompok lambat—keekonomian lemah—peralatan besar—pelaburan—lebih mahal” kapasiti—ialah spesifikasi—pilih terlalu besar = bazir kos dan tenaga”)—atau “kuda kecil tarik kereta besar” (pengisar pasir > hasil diperlukan—pemprosesan lambat—menjadi bottleneck “ketat kapasiti”—lewat penghantaran” peralatan pilih terlalu kecil—rugi pesanan”)” pemilihan peralatan” perlu berasaskan “jumlah permintaan tahunan/jam operasi tahunan/bilangan kelompok—masa pemprosesan setiap proses setiap kelompok”
—pengiraan tepat “kapasiti padanan setiap peralatan dalam setiap proses” “tidak besarkan—tidak kecilkan—’aliran air’ kapasiti—kadar alir setiap peralatan seragam—tiada bottleneck—tiada lebihan”.
Pemilihan dan pengiraan peralatan cat kimia adalah berdasarkan data proses (pengeluaran tahunan Q/bilangan kelompok N/isi padu setiap kelompok V_batch/kelekitan η/suhu T/sasaran kehalusan) — melalui formula kejuruteraan seperti pemindahan haba (Q=U·A·ΔT), kuasa kacau (P=Nₚₚ·ρ·N³·D⁵), pengisaran (kadar pengisian media/kelajuan linear/input tenaga) dan kadar pengisian (ketepatan/anti-letupan) — bagi memilih spesifikasi dan bilangan peralatan untuk setiap bahagian pengeluaran (sintesis/pra-campur/pengisaran/pencairan/pengisian) — supaya seluruh peralatan kilang dalam jam operasi tahunan (>5000-7000j/tahun) — padanan kapasiti 100% — tiada kesesakan — tiada masa lapang — mencapai pengecilan kos pelaburan/kos operasi.
I. Gambaran Keseluruhan Parameter Pemilihan Empat Peralatan Teras Utama
| Peralatan | Parameter teras | Formula pengiraan | Sempadan kejuruteraan utama |
|---|---|---|---|
| Kelalang tindak balas | Isipadu V/Luas pertukaran haba A/Kuasa kacau P(kW) | A=Q/(U×ΔT)——P=Nₚₚ·ρ·N³·D⁵ | Pekali pengisian 0.7/U≤300W/m²·K/wap——>5bar/jaket separuh paip——paling ekonomik |
| Mesin serakan berkelajuan tinggi | Kuasa P(kW)/Cakera gigi D(mm)/Kelajuan N(rpm) | P≈0.5-1kW/10L larutan——Kelajuan linear=πDN/60>15m/s | D/diameter tangki≈0.3-0.4——Nyahlilik vakum untuk UV berasaskan air——sangat diperlukan |
| Mesin kilang pasir | Isipadu ruang pengisaran V(L)/Kadar pengisian media/Kelajuan linear(m/s)/Kuasa(kW) | Hasil=V_L/s×bilangan kitaran——Kuasa≈0.1kW/L | Media>0.3-2.0mm——Pemisah dinamik>0.1mm——Suhu<60°C——air penyejuk |
| Mesin pengisian | Ketepatan pengisian(±g)/Kadar(bekas/h)/Julat bekas(L) | Ketepatan=sesor berat±0.05%——Kadar=bilangan muncung×kadar satu muncung | Anti-letupan(Zone 1)——Tutup buka tutup automatik”tidak berbenang——tidak menitis” |
Soalan Lazim
Q1：Bagaimanakah mengira “kawasan pertukaran haba” untuk tangki reaksi——mengapa jaket separuh paip lebih baik daripada gegelung dalaman?
Tangki reaksi——resin sintetik (180-250°C/poliesterifikasi/alkid)——perlu pemanasan dan penyejukanKelajuan pemanasan (>1-2°C/min——berkait dengan pengeluaran——kawasan pertukaran haba besar——pemanasan cepat——setiap tahun——hasilkan lebih banyak kelompok
“Kawasan pertukaran haba=kapasiti pengeluaran”). Kawasan pertukaran haba A——ditentukan oleh jumlah haba dipindahkan Q=U·A·ΔTlog——U (pekali pemindahan haba keseluruhan)——untuk jaket separuh paip (paip separuh bulat dikimpal di luar tangki”tiada halangan dalaman tambahan——senang dibersihkan——untuk kelikatan tinggi——berminyak——sedikit melekat dinding——U>250-400W/m²·K”)——gegelung dalaman (rasuk paip di dalam tangki”melekat dinding——sukar dibersihkan——menurunkan U (“penyusutan”ketebalan melekat 1mm>U perlu separuh”)). Jaket separuh paip”U tinggi——tidak ambil ruang dalam tangki——tidak perlu bersih setiap kelompok (kerana tidak bersentuhan dengan bahan tindak balas——hanya bersentuhan dinding luar)——ialah”bentuk jaket air pertukaran haba pilihan utama”. Spesifikasi separuh paip——diameter paip DN40/DN50——lingkaran badan tangki——kimpalan——>tahan tekan 5bar——boleh pemanasan stim (250°C——minyak)”poliester suhu tinggi——>250°C——mesti minyak pembawa haba——stim tidak boleh”.
Q2: Nisbah “diameter cakera gigi/diameter tangki” mesin serak — mengapa 0.3-0.4 — lebih besar atau lebih kecil — kesannya menjadi teruk?
Serak berkelajuan tinggi — cakera gigi “membuang bahan + ricih” cakera gigi D — diameter tangki T — D/T=0.3-0.4 — (1) D/T>0.4(<0.5) "dinding tong memberi kesan pada cakera gigi — bahan tidak dapat dibuang keluar — bahan berputar secara keseluruhan — pusaran putaran terbentuk dalam tong — pusaran menyedut udara ke dalam pes — menghasilkan buih yang banyak — membazir kuasa" "tidak ricih — hanya memercik air"; (2) D/T<0.3 "cakera gigi terlalu kecil — jauh dari dinding tong — kawasan berhampiran cakera gigi ada ricih — bahan di jauh tidak bergerak — tidak seragam" sekeliling tong tidak bergerak — perlu digabung dengan pengikis dinding — "berpelukkan cakera gigi" pengikis dinding kelajuan rendah — menolak bahan di jauh ke kawasan cakera gigi — gabungan — dwi-paksi "(cakera gigi berkelajuan tinggi + pengikis dinding kelajuan rendah)". D/T≈0.3-0.4 adalah "julat optimum" paksi tunggal, dwi-paksi pula — cakera gigi berkelajuan tinggi dan sauh kelajuan rendah — bekerjasama — mengikis dinding — dapat memaksa bahan masuk ke zon berkelajuan tinggi — "lebih seragam + tiada sudut mati" ini adalah konfigurasi standard mesin serak pra-campur cat masa kini "dwi-paksi — cakera gigi berkelajuan tinggi + sauh kelajuan rendah".
Q3：Pemilihan “media pengisaran” untuk mesin pengisar pasir — zirkonia (ZrO₂) — zirkon silikat — kaca — bebola keluli — pertimbangan empat bahan?
(1)Bebola zirkonia (Y-TZP — ketumpatan 6.0 — kekenyalan tinggi — tahan haus — kehilangan <0.01%/j — ketekalan baik — disyorkan 0.3-1.2mm — boleh buat nano (ZrO₂ — tidak boleh kisar pigmen ZrO₂ — pengisaran sendiri”);(2)Zirkon silikat (ketumpatan 4.6 — harga 50% “nisbah aluminium — kekerasan lebih rendah daripada zirkonium — haus >0.05%/j — digunakan untuk — pigmen biasa <5μm — ekonomi";(3)Bebola kaca (ketumpatan rendah — kaca bebas plumbum "ringan — tenaga yang dihasilkan rendah — hanya untuk — pigmen lembut — atau 0.1%/j — berkarat — tidak boleh digunakan untuk air — hanya jenis pelarut — tetapi pencemaran karat — hampir tidak digunakan “pengisaran pasir — jangan guna bebola keluli”.
Q4: Mengapa “pemisah” mesin pengisar pasir tidak boleh terlalu kecil — 0.1mm adalah had bawah?
Bahan celup selepas pengisaran pasir — dipisahkan daripada medium pengisaran — pemisah — (1) statik (skrin/celah — 0.2-0.5mm — murah — tetapi mudah tersumbat — kelikatan tinggi/kandungan pepejal tinggi — tersumbat — perlu dibersihkan kerap — henti operasi — kehilangan kapasiti); (2) dinamik (berputar — celah — 0.1mm — daya sentrifugal — menghalang medium “tidak tersumbat + kapasiti tinggi — pelaburan meningkat 30-50% — auto pulih medium — limpahan”. Mengapa tidak boleh 0.5mm boleh dipisahkan 100% sepenuhnya — tetapi celah kecil akan tersumbat oleh bola medium 0.1mm — tahan haus — karbida tungsten — celah.
Q5: “Kalis letupan” (Zone 1/2) untuk mesin pengisian — mengapa ia keperluan keselamatan pertama untuk pengisian cat?
Pengisian cat — wap pelarut — bercampur dengan udara — mudah terbakar “muncung pengisian — elektrik statik” berus “mengeluarkan percikan — menyalakan wap — letupan — perlu kalis letupan — ATEX/IECEx/GB 3836 — (1) Zon pengisian — Zone 1 (semasa operasi normal mungkin ada gas letupan “wap pelarut” zon 1 — keperluan — II 2G — Ex d atau e — pam/solenoid — perumah kalis letupan); (2) Muncung pengisian — pembumian elektrik statik — bahan pengalir — rintangan pengoksidaan monomer — perlindungan nitrogen — juga kalis letupan “penutup nitrogen + kalis letupan — perlindungan berganda”. Pensijilan kalis letupan “tiada sijil = biro keselamatan — digantung — pengeluaran dihentikan — peralatan tidak boleh beroperasi”.
Q6: Apakah matriks peralatan untuk kilang tiga skala (1000/5000/20000 tan/tahun)?
1000t/t (kilang kecil——pengeluaran kelompok >0.5-2t——peralatan——1 buah reaktor 2000L——2 buah——serakan——1 buah pengisar pasir——menegak——>pelaburan rendah 3-5t——3 buah periuk 5000L——pes warna “guna beberapa pengisar pasir mendatar (500 ribu——pengisian separa automatik “PLC——automasi bersegmen”); 20000t (kilang besar——kelompok >10-15t——6-8 buah periuk 10000-20000L——beroperasi sepanjang hari——>7000j “pengisar pasir >10 buah——setiap warna——satu unit bebas——penyediaan bahan automatik (AGV——automatik——paip——tiada tambah bahan manual) “pengisian/kod/balut filem automatik sepenuhnya——>300 tong/j “kawalan MES digital——jumlah pelaburan peralatan >50 juta ” “kilang cat besar——bil elektrik setahun >5-10 juta”).“Skala menentukan tahap automasi——bukan saiz peralatan sama” “1000 tan——manusia——20000 tan——mesin”
.
Q7: Pengiraan kuasa kacau—P=Nₚₚ·ρ·N³·D⁵”kenapa D berkuasa lima”?
Persamaan ini—(turbin Rushton—aliran bergelora—kuasa kacau—Nₚₚ—nombor kuasa (>4-6—bilah Rushton—piawai—Re>10⁴). P∝D⁵—diameter impeller berganda (2 kali)—kuasa meningkat—2⁵=32 kali—>(1) reaktor—kacau>5-7kW/tan—dalam reaktor>20m³—motor>100kW—(2) kelajuan putaran N∝N³ (2 kali kelajuan→8 kali kuasa—’pantas=mahal’—kelajuan tinggi—bukan tanpa kos—elektrik—salah satu kos operasi utama. kacau”masa pencampuran—>—N dinaikkan—N minimum—penjanaan haba—’>N minimum sudah cukup—>diameter impeller>D—kuasa>—tidak cukup baru tambah kelajuan’”.
Q8: Mengapa “aliran bahan” dalam pengeluaran cat perlu dari aras atas (kuali tindak balas) + aliran bawah sendiri ke pengisian akhir—aliran sehala tanpa persilangan—tidak boleh balik?
Kilang berbilang tingkat tradisional—aras atas—kuali tindak balas (bahan mentah—pam ke)—sintesis—bergantung pada graviti (aliran sendiri) masuk ke aras tengah—serakan/pengisaran pasir
—graviti lagi—aras bawah pencairan/pengisian
“Bahan dari atas ke bawah—sehala—tidak bersilang—bersih—cekap“pemindahan graviti—sifar pam—jimat tenaga—paip pendek—senang dibersihkan—risiko pencemaran rendah—pertukaran antara kelompok—pantas”
—ini adalah “susun atur menegak klasik” kilang cat dan prinsip “aliran sehala tahap GMP—tiada jalan undur”. Persilangan—(aliran balik—paip—perlu dibersih—pembaziran + pencemaran—elakkan sama sekali—”paip—sehala—selepas guna—bilas dengan pelarut—pembersihan paip—pengesahan—bersih—baru boleh hasilkan produk seterusnya”)”Pembersihan paip antara kelompok—adalah “langkah mutlak” kilang cat untuk mencegah pencemaran silang warna/produk—tidak boleh ditinggalkan”.
Q9：Sistem minyak pembawa haba—mengapa perbezaan suhu antara “suhu minyak” dan “suhu periuk” dalam reaktor poliester tidak melebihi 30°C—untuk mencegah terlalu panas setempat?
Sintesis poliester—peringkat akhir—pengesteran—ester + air—>240°C—wap air—teruap keluar—hingga titik akhir. Pemanasan minyak pembawa haba—suhu minyak >280°C—suhu dinding periuk >260-270°C—(1)Jika suhu minyak – suhu periuk >30°C—dinding periuk <<terlalu panas—resin—"karbonisasi" pada dinding membentuk kerak karbon—kekonduksian haba lapisan karbon—sangat teruk (0.1 meningkatkan rintangan haba 50k/batch + henti operasi cuci kerak karbon >3 hari”—oleh itu—minyak pembawa haba dan suhu periuk—mesti <30°C—melalui kawalan program—pemanasan seragam—pastikan "dinding tidak hangus".
Q10：Keperluan mekanik bendalir bagi reka bentuk muncung isian untuk “tidak melekat—tidak menitis”?
Cat adalah bendalir viskoelastik (larutan polimer/ampai pewarna “viskoelastik—pemotongan tinggi—pencairan—pemotongan rendah—pemulihan elastik” muncung “pemotongan aliran—cat ‘bersambung benang/menarik benang’ menitis—mengotorkan penutup botol/tebing tong—masalah penampilan dan kedap” tidak menitis tidak menarik”“sedut balik” (suck-back) muncung isian—selepas muncung ditutup—sedutan balik songsang segera—cecair baki di hujung mulut—disedut balik—tiub kapilari—aras cecair surut—tidak menitis
—Ini memerlukan (1) kelajuan—<0.1s—sedutan balik pantas—(2) injap (plunger—magnetoestrik)—gerakan tepat (±0.5mm—kawal isipadu sedutan balik=0.05ml); (3) reka bentuk hujung mulut—tiub kapilari—hujung tajam—kawal "salutan dinding dalam—tenaga permukaan rendah—sukar dibasahi—tinta tidak merayap" tidak menitis—tidak merayap—tidak bersambung benang" inilah "seni mekanik bendalir muncung isian yang sempurna".
Bacaan berkaitan
Ringkasan
Empat peralatan kimia teras utama bagi cat (kuali tindak balas——pengadukan/pemindahan haba——pengisar pasir——media pengisaran——serakan——pengisian) pemilihan mestilah berdasarkan pengiraan kejuruteraan data proses——bukan pengalaman “besar saiz satu nombor sudah betul” jika tidak akan menyebabkan “kesesakan leher botol” (kapasiti terhad——kelewatan penghantaran) atau “kuda besar tarik kereta kecil” (pembaziran pelaburan dan tenaga). Besar (20000t/tahun) “automasi diutamakan” kecil (1000t/tahun) “buruh dipermudahkan” matriks peralatan——mestilah dengan perbezaan ketinggian kilang——aliran “bahan” sehala——tiada persilangan——menjamin “kebersihan—kualiti”. Kexin New Materials boleh menyediakan untuk kilang cat yang sedang dibina “senarai peralatan+bajet pelaburan+susun atur pelan+laporan pengiraan pemilihan kejuruteraan”
“dari proses ke peralatan——dari lukisan ke pentauliahan” perkhidmatan EPC sehenti.