浅谈干式电石反应器的设计与研究

（新疆天业天辰化工有限公司，石河子市，832000） 张林英

在电石法制聚氯乙稀系统中，电石反应器的结构选择对PVC生产有着至关重要的影响。传统的电石反应器在目前节能降耗等方面出现很大的局限性，不能满足现有的生产情况对各方面的要求，随着科学技术的进一步发展，电石法生产工艺得到了突飞猛进的发展。在2007年5月被国家环保总局列入《国家先进污染防治示范技术名录》和《国家鼓励发展的环境保护技术目录》的干法电石法制乙炔装置中，干式电石反应器有着非常明显的优点，其中该设备占地较少，单台发生器的产能大，电石分解效率高以及废渣采用水泥处理难度小、能耗低都是新型电石反应器最为突出特点。本文将对干式的电石反应器进行详细的结构以及运行情况的介绍。

1 传统电石反应器与干式的电石反应器构造对比

干式的电石反应器具有反应时间短、收率高、输出气稳定等优点，但是从外部结构来看，新式的电石反应器与传统的电石反应器区别不大，采用的都是非标准件的制作构架，都不属于压力容器范畴，外部构建所采用的材料都是以Q235材质为主，甚至在外形的尺寸方面都比较相近。

在PVC行业中，传统的电石反应器进料方式常用三级料斗入料，保证生产正常，三级料斗往往常用循序置换法进行安全置换，以供反应器的正常安全使用。而新式反应器采用一级储斗进行安全的连续入料，具有较强的反应控制能力，可以根据不同的工艺参数调节反应量。

图1 传统反应器

图2 干式反应器

上述的两幅电石反应器的外部构造图，能够形象的表述二者之间的差距。首先显著的区别在于传动方式的安装位置，因传统反应器在搅拌时需要的扭力很高，需要以两面固定的方式对传动轴进行加固，保证设备传动需要的扭力；而干式反应器在进行搅拌时需要的扭力较低，所以采用的是单悬轴进行传动。其次的区别是反应器的入料方式，传统的反应器入料采用大物料经过置换后直接通过振动器进入反应器；干式的反应器则采用称量输送器将反应物料连续稳定的输送至反应器。最后还存在一些比如出气口的位置、排渣口的角度等等一些区别，这些都是建立在前面两点的基础之上的差异，本身没有特别的意义。

电石反应器在PVC行业中采取的高温低压的生产方式，这样使得乙炔损耗小、安全性能高。干式的反应器不仅具备这两种传统反应器的优点，还具有低能耗、低水耗的特点，图2中我们看出，干式反应器的搅拌方式为单悬轴，扭力较小，所以我们采用22KW的电机（M）来做功，而传统的反应器仅此一项需要45KW（M）的传动来做功。对于低水耗而言，干式反应器加料方式采用连续稳定可计量的小物料入料，这样我们针对干式反应器的特殊性，通过可控注水，投入参与反应适量的水即可，不需要投入过量水来电石反应。

2 干式反应器反应盘的构造特点

电石反应属于剧烈的放热反应，反应的释放的热量如下：

CaC2+2H2O——Ca(OH)2+C2H2↑+31千卡/克分子

从上述反应式中我们可以看出，电石的释放的热量非常高。在PVC生产安全中，乙炔气的温度达到550℃时，乙炔气会发生剧烈的爆炸反应（1），因此及时的移走反应产生的热量是反应器设计最为关键的部分。

图3 反应盘

传统电石反应器采用大量的水进行换热，虽然在效果上来讲，非常明显，另一方面却造成水资源的大量浪费，就算是采用废水回收项目，成本也是非常昂贵。新式的电石反应器则采用“即反应即移走”的设计原理来对电石反应的剩余物进行移热处理。

图3中我们可以看出，耙齿跟随着轴的转动而进行传动，耙齿在转动的过程中将反应过后的电石推至下一层，也就是在电石反应过后，将含有热量的电石渣推至下一层，防止热量在第一层进行聚集而发生危险。但是电石在与水反应存在完全水解时间，不同粒度的电石在反应时需要的时间也各不一样，也就是说，耙齿再做传动推动的时候，会有可能出现电石未反应完全，便将其推至下一层，这样会出现电石浪费现象。解决这个问题，需要对不同粒度的电石进行分析研究，以下是不同粒度电石的水解时间：

表1 不同电石粒度水解度

从表1我们可以看出，当电石的粒度小于15mm以下，完全水解时间均小于2分钟，那么我们在设计电石反应盘时将电石在盘上的停留时间控制在2分钟，这样既能保证电石的水解完全，又能保证反应热的及时移走。保证物料在反应盘上停留的时间控制为2分钟，我们可以通过两个方面来实现：一方面是控制传动轴的转速，来达到控制停留时间。另一方面是设计好耙齿的分流角度，来达到时间的控制。

3 反应器的部分构件的材质分析

反应器本体不属于压力容器范畴，通常采用Q235材质进行制作，但是部分的内部构件因为本身的特殊性，需要采用不同的材质进行制作处理。

3.1 耙齿的齿板

电石中的主要成分为钙化物，但是还有2%的硅铁等杂质存在，对主要受力部件的磨损非常严重。耙齿的齿板采用普通Q235材料制作时，使用寿命仅为3个月，所以在这个部位采用耐磨高锰钢板进行制作加工，能够很好的解决现有的问题。

3.2 反应器底部侧壁

电石经过反应后产生的电石渣（Ca(OH)2）具有很强的黏附性，非常容易在反应器的底部出现电石渣板结现象，解决这一问题，一些厂家采用的是物理刮料器，但是也有采用特殊的材质进行解决该问题的方法，譬如使用高分子聚乙烯衬在反应器内壁来防止结垢，也有采用钛材进行衬底处理等等，都是一些通过改进材料来解决问题的优秀方案。

3.3 反应器的水喷头

传统反应器直接采用水管进行大量的注水，但是新式反应器的反应需要通过准确控制水量来达到控制反应的目的，所以新式反应器的注水喷头必须非常均匀的进行布水，但是普通碳钢材质的喷头极易发生斑锈，堵塞喷头，造成不同程度的水不均匀的现象。所以我们在选择喷头的材质上一般选择高质量的不锈钢，来满足生产上得需要。

3.4 反应器传动轴

反应器传动轴直线度允差为0.4mm，调热度处理硬度HB>250，这样才能满足耙齿的稳定准确的转动，材质选择也因此不能选择容易变形的Q235钢来制作，所以传动轴也是选择45#圆钢来进行制作，保证传动过程的扭矩以及同心度，满足耙齿的稳定运行。

上述的一些材料选择，都是建立在生产运行经验上得出分析，反应器还有一些问题需要更好的材质或者方案进一步解决，比如反应器出现出料不畅等现象，都需要在以后的生产过程中进一步的考虑更优异实用的材质来解决。

4 干式反应器在国内PVC行业中的应用情况

新式电石反应器的技术与2005年进入PVC行业中，进行相关的试验生产，取得代表性的技术成果的有北京瑞思达技术、浙江的贯恒通技术。在近年来，通过PVC行业交流，新式反应器技术迅速完善，较之传统的反应器，具有节能、安全等技术优点。2007年进入PVC行业中大型生产中。

目前采用新式反应器的PVC的企业有甘肃新希望有限公司、河南连冠有限公司、重庆寿光聚丁烯生产公司等等大型企业。据了解，干式反应器的运行情况较为稳定，能够保证生产的连续运行，但是在连续的生产过程中，仍存在一些技术问题，需要进一步解决。

通过行业的反馈程度来说，虽然干式反应器有着节能等多方面的优点，但是在生产运行中，还有一些薄弱环节，比如设备磨损、反应的控制难度等等，都需要在以后的生产经验摸索过程中进行进一步的改造，以达到连续稳定的生产目的。

[1]何衍庆，黄海燕等.《化工生产与安全》.2005

[2]李耀文.氯碱知识论文集《干法乙炔工艺简介》，.2006

[3]陶珍东，郑少华.工程学《粉体工程与设备》，2003