一、前言
放料閥是反應(yīng)釜構(gòu)造中的一個重要部件，它起到控制化學(xué)液體在反應(yīng)釜中進(jìn)行密閉加壓反應(yīng)以及在反應(yīng)結(jié)束后的正確打開放料口排放料液的作用，且不影響反應(yīng)釜內(nèi)料液的完全混合和完全反應(yīng)，放料閥構(gòu)造和性能的優(yōu)劣，不只影響到反應(yīng)釜的操作性能，還直接影響到化學(xué)反應(yīng)的效率和化工產(chǎn)品質(zhì)量等。隨著有機(jī)化工和精細(xì)化工的高速發(fā)展，提出了對反應(yīng)釜放料閥的更高要求，為此本文對反應(yīng)釜放料閥的現(xiàn)狀進(jìn)行了探討，并提出了一種新構(gòu)造的放料閥——球式放料閥。
二、反應(yīng)釜放料閥的應(yīng)用現(xiàn)狀
目前反應(yīng)釜所配用的放料閥有多種形式，歸納起來主要分以下四種類型。
1．截止型放料閥
截止型放料閥是目前的4準(zhǔn)放料閥，1967年起編入化工部部頒標(biāo)準(zhǔn)，它是直接安裝于反應(yīng)釜底部的專用放料閥門，其關(guān)閉件一一閥瓣是沿放料口通道中心線作上下移動的，按其開啟時的閥瓣運動方向不同，分為上展式和下展式二種，不論是上展式或下展式，在關(guān)閉狀態(tài)時，都能使閥瓣頂面與釜底面大致吻合，不存在沉積料液的死角。圖1為下展式放料閥的裝配簡圖，此類放料閥按化工部標(biāo)準(zhǔn)，閥體可采用鑄鐵、鑄鋼和耐酸不銹鋼三種材質(zhì)，其中耐酸不銹鋼放料閻按制造工藝又分成鑄造閥休和焊接閥體兩種形式。上述主要型式的標(biāo)準(zhǔn)號性能參數(shù)見表1。
由此可見標(biāo)準(zhǔn)放料閥只能適用于低壓反應(yīng)釜。
2．放料口加短管法蘭裝通用型閥門為放料閥
此形式是標(biāo)準(zhǔn)放料閥的性能不能滿足要求時的常用方式，可任意選用材-料相性能規(guī)格能滿足要求的通用型截止閥、閘閥或球閥等作為放料閥。近廿余年來由于球閻的迅猛發(fā)展，球閥具有流阻小、體積小，重量輕、操作靈便、不易積料等優(yōu)良性能，當(dāng)前大多都選用通用球閥安裝于放料的短管下作放料閥，如圖2所示。由于球閥有低壓和中壓多種壓力等級可選用，故此種形式在低鹺和中壓反應(yīng)釜上都可適用。
3．釜底放料口貼焊法蘭裝通用球閥為放料閥
此形式是由上一形式改進(jìn)而成的，由于在操作實踐中發(fā)現(xiàn)釜底短管中的料液往往不易均勻混和及達(dá)到完全反應(yīng)，成為死料，影響到化工產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，取消短管，將法蘭緊貼于釜底焊接，法蘭孔改為螺紋孔，裝雙頭螺栓再與球閥連接，如圖3所示，這樣可以縮小球釜體到底面的高度，使引成死料的容積減小，此形式能用于低壓反應(yīng)釜和中壓反應(yīng)釜。
4．其他專用放料閥門，是指為特殊要求專門設(shè)計制造的反應(yīng)釜放料閥，構(gòu)造形式主要有針形閥式、滑塞閥、翻板閥等多種多樣形式，但由于生產(chǎn)批量小，價格昂貴，使用較少，本文不作論述和比較。
三、常用放料閥形式的比較
標(biāo)準(zhǔn)放料閥在關(guān)閉時閥瓣頂面與釜底相平，不會有沉積死料現(xiàn)象，能滿足化學(xué)液反應(yīng)過程的要求。其缺點是只能適用于低壓反應(yīng)釜，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，價格較高。其構(gòu)造上存在的缺點是：貫穿在出料通道內(nèi)的閥桿及閥瓣容易積料，不易清掃；閥桿填料函成倒置方式使閥桿間隙的積料易引起閥桿腐蝕和泄漏，由于啟閉力較大，采用了旋轉(zhuǎn)螺母傳動升降閥桿和閥瓣、機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，擐作較費力}反應(yīng)釜反應(yīng)溫度的變化會引起閥桿熱應(yīng)力的變化，而閣桿的熱應(yīng)力則可能與關(guān)閉力同方向也可髓反方向，因而可能會破壞密封比壓而引起在反應(yīng)過程中的泄漏。
第二和第三種方式屬于同一類型，目前第三種方式應(yīng)用愈來愈多，有取代第二種方式的趨勢，其特點是低壓、中壓都很適用，操作特性上勝過標(biāo)準(zhǔn)放料閥。其缺點是反應(yīng)釜底面到球體之間仍有一小段管狀通道沉積死料成為死角，其中部分料液可能不完全混和不完全反應(yīng)，影響化學(xué)反應(yīng)效率和直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。有些場合不得不在拯作上補(bǔ)救，如先開一下放料閥，將閥口的料液作為不合格料先排出，再放出其余的料為成品料。這種撼作法雖能保證質(zhì)量，但使生產(chǎn)得率大大下降了。
四、球式放料閥的構(gòu)造
根據(jù)反應(yīng)釜放料閥的應(yīng)用現(xiàn)狀，研究設(shè)計了一種新穎的球式放料閥，它兼?zhèn)淞松鲜鰞煞N形式的優(yōu)點，減少了弊病，新穎的球式放料閥具有推廣應(yīng)用價值。
球式殷料閥是在浮動球球閥構(gòu)造的基礎(chǔ)上，結(jié)合反應(yīng)釜使用性能的操作條件進(jìn)行設(shè)計而成的。圖4為球式放料閥的剖面圖，其特點是關(guān)閉件為一帶孔球體4繞通路的垂線作90。旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到開啟或關(guān)閉的目的，球體兩端各有一個塑性材料制成的球面密封圈3，也稱之閥座。上密封圈裝在反應(yīng)釜底部放料口下側(cè)凹槽內(nèi)，這樣可使球體緊貼在反應(yīng)釜的底部，盡量減少球體上的死角容積?？紤]到制造上的分工及裝配的方便，將釜底的放料口設(shè)計成一個特殊的凸緣盤，它作為球式放料閥的上段另件，稱為上體1，其上表面按反應(yīng)釜底面的要求加工成凸球面狀，球面曲率與反應(yīng)釜封頭大致一樣，上體中心放料孔與凹球面的交接處加工成大弧形的過渡面使放料口成為一向上的喇叭口，上體的下面則按球閥裝配要求加工，放料口外為裝配密封圈的環(huán)形槽，其外圈是連接閥體5時的定凸臺和閥體密封面，安裝有調(diào)節(jié)墊片。再外面有均勻分布的螺紋孔，以裝入雙頭螺栓與閥體連接。上體2必須先裝配鑲焊于反應(yīng)釜的底部，成為反應(yīng)釜的一部分，打磨內(nèi)表面焊縫，探傷合格后才能裝上閥體、球體．部件。閥體內(nèi)的其他另件基本與通用球閥一致。這種構(gòu)造的放料閥在關(guān)閉狀態(tài)時部分球體凸出在放料口中，，t訇喇叭口之間雖還留有一圈凹槽，有可能成為沉積死料的死角，但由予并不太深，槽的上口很寬大，料液容易受攪拌漿作用而翻起混合，也就可以避免料液的不完全反應(yīng)現(xiàn)象。
由于球式放料閥總是豎向安裝于反應(yīng)釜的底部，為使操作方便和操縱桿不受反應(yīng)釜夾套的阻擋，球式放料閥改變球閥慣用的0°～90°的操作死點，而是將操縱桿設(shè)計成由右45°向左450轉(zhuǎn)動為關(guān)閉，由左45°向右45°轉(zhuǎn)動為開啟，這種操縱桿啟閉終點角度更適合于樓上加料，樓下放料操作的反應(yīng)釜安裝方式。操縱桿手柄高度保持在同一水平上，非常方便。同時這種角度使操縱桿能與水平安裝的液壓或氣壓缸聯(lián)接，實現(xiàn)啟閉自動。虹體支座，不需固定在釜底，只要將固定支耳安裝在支腿上即可。重要的是缸體不必占用反應(yīng)釜下部可貴的操作空間，如圖5所示。
五、球式放料閥的特點
1．性能范圍較寬，可設(shè)計成低壓，中壓三個系列，滿足各種性能規(guī)格的反應(yīng)釜配套要求。技術(shù)參數(shù)列于表2
2．技術(shù)成熟可靠，并保持了球閥的優(yōu)點。流阻小、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、撮作靈便、開啟迅速、球體下密封圈間的密封比壓隨反應(yīng)釜內(nèi)的操作壓力升高而增長，密封性能可靠。
3．閥體材質(zhì)可分為碳鋼和耐酸不銹鋼兩類，一般采用鑄鋼件閥體，小口徑高壓球式放料閥也可采用鑄件制造，但不能采用鑄鐵件。
4．球體處于開啟或關(guān)閉時，球體和密封圈的封面始終緊貼在一起，與介質(zhì)完全隔離，密封面不易受化學(xué)液體的沖刷和侵蝕，因而可有較長的使用壽命。
5．球體呈關(guān)閉狀態(tài)時，球面與上體喇叭口間仍有一環(huán)形凹槽但不太深，一般料液都能受攪拌流動的液體作用而翻起達(dá)到均勻混合和完全反應(yīng)。
6．球體呈開啟狀態(tài)時，放料通道為一直管狀，排料爽，積料少，易掃，有利于反應(yīng)釜效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
7．操縱桿的啟閉死點為右45°到左45°，手動操作方便，也便于液動或氣動驅(qū)功時缸體的安裝，不占操作空間。
8．球式放料閥存在的缺點是，聚四氟乙烯的密封圈耐溫度性能稍低，較高使用溫度應(yīng)小于200℃，雖能滿足大部分反應(yīng)釜的需用，但此性能低于標(biāo)準(zhǔn)放料閥，有待改進(jìn)密封圈的耐溫性能以擴(kuò)大球式放料閥的適用范圍。
六、氣動球式放料閥安裝實例
圖5為氣動球式放料閥在反應(yīng)釜上的安裝實例示意圖，圖中表明了氣缸2呈水平狀安裝于球式放料閥的一側(cè)，活塞桿與殊式放料閥的氣動搖臂3的一端采用絞接方式。氣缸2的固定端則以支耳絞接形式懸掛在固定支耳1上，固定支耳1則可固定安裝在反應(yīng)釜的支腿上或其他穩(wěn)定性好的任何混凝土構(gòu)件上。
由于球式放料閥只要求開啟和關(guān)閉二位動作，不適宜亦無必要調(diào)節(jié)，因此氣動控制系統(tǒng)中，一般只要聯(lián)結(jié)兩個二位三通氣動電磁閥即可實現(xiàn)遙控操作。為了保持氣缸的可靠性和氣缸的壽命，氣源管路中應(yīng)裝上氣動組合三大件。其三個功能既可對管路中的壓縮空氣中的水分和固體雜質(zhì)進(jìn)行過濾，又能調(diào)節(jié)'管道中壓縮空氣的壓力，使其保持恒壓。還可產(chǎn)生油霧，它隨工作氣流輸入到氣缸壁和活塞桿，保持了氣缸運動另件與密封圈間的潤滑和良好的密封、可提高氣缸的工作可靠性和工作壽命。
