玻璃钢夹套罐的热平衡分析及制作技术.pdf

２０１４年第１Ｏ期玻璃钢／复合材料７５玻璃钢夹套罐的热平衡分析及制作技术程艾琳，杜惠波，张国军（连云港中复连众复合材料集团有限公司，连云港２２２００６）摘要：本文就适用于食品酿造行业的玻璃钢夹套罐的材质、耐腐蚀性、强度、温度控制等方面进行分析，提出了玻璃钢夹套罐的特殊制作技术及热分衡分析方法。关键词：玻璃钢；夹套罐；热平衡；制作——中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ文章编号：１００３－０９９９（２０１４）１０００７５０３１前言食品酿造工业在我国有着悠久的发展历史，夹套发酵罐是酿造工业中的主要设备。酿造工业的传统设备由于锈蚀等问题，正面临着被更新和替代。玻璃钢材料由于具有优异的耐腐蚀性能、安全的食品级性能，被越来越多地应用于食品工业１￣１１Ｊ。酿造技术中对物料的温度控制较为重要，由于玻璃钢导热系数不高，热量散发均匀，不会使物料局部过冷或过热，所以在酱油、醋、酱料等食品酿造行业体现了较显著的优势。本文就食品酿造工业中的玻璃钢夹套罐的设计、制作等技术进行全面阐述。２玻璃钢夹套酿造罐的要求２．１食品级材质要求随着玻璃钢制品在食品工业的广泛应用，玻璃钢罐的食品级特性已不再有技术问题，符合食品卫生标准的不饱和聚酯树脂及其玻璃钢制品已非常普遍。食品级玻璃钢罐的生产不同于普通玻璃钢制品的是：首先选用的不饱和聚酯树脂必须符合ＧＢ—１３１１５９１和ＧＢ９６８５中的有关食品卫生标准，玻璃纤维及其制品必须是经硅烷系列偶联剂处理的，固化体系和各种助剂必须是无毒或固化后不再显示其毒性，并避免使用各种添加剂。制作夹套罐的树脂必须是食品级树脂，应按照介质的温度选择合适的食品级树脂。树脂的固化体系采用过氧化甲乙酮为引发剂，环烷酸钴为促进剂。活性氧含量为（９＋０．５）％的过氧化甲乙酮用量不超过树脂量的２％，钴含量为（０．５±０．１）％的环烷酸钴用量不超过树脂量的１．５％。增强材料选用无碱玻璃纤维及织物，具有浸润性好、张力均匀、强度高、色泽一致等优点。—食品级玻璃钢制品的卫生指标须按ＧＢ１３１１７９１中规定的方法试验测试，具体如下：≤高锰酸钾消耗量（ｍｇ／Ｌ）１０℃≤蒸馏水，６Ｏ，２ｈ１０蒸发残渣（ｍｇ／Ｌ）℃≤４％乙酸，６Ｏ，２ｈ３Ｏ≤６５％乙醇，室温，２ｈ３０亚己烷，室温，２ｈ４３０重金属（以Ｐｈ计算），ｍｇ／Ｌ≤４％乙酸，６０ｃＣ，２ｈ１苯乙烯残余量（％）４０．１２．２耐腐蚀性要求玻璃钢夹套罐的腐蚀性介质主要有三种：一是产品生产过程的中间体及产品本身的腐蚀性，如醋酸及酱油中的盐类；二是工艺过程中所必须的辅料和清洗消菌用品，如各种无机酸类、碱类等；三是生产过程中的废气、废水等。玻璃钢夹套罐内壁在上述环境中不得出现任何腐蚀现象。２．３内表面要求玻璃钢夹套罐内物料在发酵过程中不得有细菌滋生，外来污染物渗入。这一方面要求设备内表面具有优异的食品级性能和抗渗性能，另一方面设备内表面光滑、易清洗，不易形成污垢。２．４强度要求玻璃钢夹套罐内罐在常压条件下工作，外罐夹—收稿日期：２０１２－ｌ１１２作者简介：程艾琳（１９７３），女，工程硕士，高级工程师，主要从事复合材料制品设计。ＦＲＰ／ＣＭ。２０１４：Ｎｏ￣１０７６玻璃钢夹套罐的热平衡分析及制作技术套有０．１ＭＰａ的循环压力，外罐需按０．１ＭＰａ设计，内罐也需考虑一定的外压。２．５温度控制要求在发酵过程中，不同发酵时期的目的不同，发酵温度的控制也因此而异。如何在一个发酵周期内提供要求的环境温度对产品的品质非常重要。对于玻璃钢夹套发酵罐的环境温度，主要是通过罐外壁的循环水对罐内进行加温或降温来实现的。所以说，玻璃钢夹套罐必须设计合理的夹套空腔体积、循环水的流量、循环水的温度等。３玻璃钢夹套罐的结构玻璃钢夹套罐的结构如图１所示。图１夹套罐Ｆｉｇ．１Ｔａｎｋｓｗｉｔｈｊａｃｋｅｔ４玻璃钢夹套罐的热力计算４．１计算说明玻璃钢夹套罐的工作原理为：通过罐外部夹套内的循环水，对罐内物料进行加热或降温，使罐内物料在恒定温度下进行发酵。夹套内循环水流动速度以及夹套罐保温层厚度的选择是夹套罐设计技术的关键。４．２夹套罐散失热量的计算４．２．１折合导热率Ａ的计算罐顶、罐底及简体的折合导热率为各层厚度和各层材料导热率在壁厚上的平均值，公式如下：Ａ＝ｔ㈩—Ａ＝—（１）。＋Ｚ。＋ｆ式中，ｔ。、ｔ：、ｔ分别为夹套罐内罐厚度、保温层厚度、外保温蒙皮的厚度；Ａ。、Ａ：、Ａ分别为夹套罐内罐导热率、保温层导热率、外保温蒙皮的导热率。ＦＲＰ／ＣＭ２０１４Ｎｏ。１０４．２．２夹套罐散失热量Ｑ的计算夹套罐各部分散失的热量按如下公式计算：ＡｘＡ×Ｔｉｍｅｘ（一）Ｑ（２）式中，Ａ为表面积；Ｔｉｍｅ为计算时间；Ｔ、Ｔ分别为罐内物料温度及罐外环境温度。４．２．３夹套补充的热量口为保持罐内物料的温度恒定，补充的热量应等于散失的热量，即：—ＱｒＱ（３）４．２．４夹套循环水温度的计算罐内补充的热量由夹套循环水提供，根据热量公式，推导出如下公式：０×／１０００’７二（４）１ｘＡｉ＇ｘＴｉｍｅＴｉｍｅＡ式中，７１为夹套平均温度。理论上夹套出水管温度近似等于罐内物料温度，最为经济。根据平均温度及出水管温度，可设计出合理的夹套进水管温度。５玻璃钢夹套罐的制作５．１筒体制作夹套罐内罐简体采用钢制模具制作。钢制模具尺寸准确，不易变形，可保证制品外观质量。在制作罐体内衬层前，先在模具表面缠绕一层聚酯薄膜，使内衬层表面光滑，并形成一层富树脂层，提高内衬层的耐腐性能。内衬层可分为两层，最里面的一层为表面层，以两层表面毡作为增强材料，树脂含量可达９０％以上，可起到防腐、防渗作用；第二层为次表层，以短切纤维喷射纱作为增强材料，树脂含量可达７０％以上，起到防腐、防渗、加强表面层的作用。结构层采用机械缠绕的方法制作。根据储罐受力情况，合理地分配环向与轴向纤维。由于外部夹套层的压力，筒体需考虑能承受一定的外压。结构层固化后外表面还需进一步修磨、喷树脂，使罐体外表面光滑，并形成一层纯树脂保护层。为了提高罐体的耐老化性能，在结构层树脂及外面喷涂的防老化树脂中加入了紫外线吸收剂。５．２夹套层的制作夹套罐筒壁间隔分布数个夹套，每个夹套由若２０１４年第１０期玻璃钢／复合材料７７干个连续的空腔组成。先按空腔形状预制模具，采用手糊成型的方法预制单个夹套板，将夹套板均布安装于罐壁上，形成连续循环的空腔。夹套的工作压力一般为０．１ＭＰａ左右的内压，在此内压作用下，极易造成夹端上、下部与罐体粘结处脱离。夹套板与罐壁粘结时，需充分加强。５．３罐底的制作罐底采用钢制模具制作。先采用手糊成型的方法制作罐外底。为了排尽罐内的物料和残渣，罐底采用２～０斜底。斜底采用特别加工的钢制模具整体制作。斜底的制作方法和铺层结构及封底相似。斜底是预制好的，然后整体吊装就位于罐底。在吊装前要在罐底表面铺一层树脂砂浆，增加斜底与罐底的粘接，斜底周围与罐体间的间隙再用树脂砂浆填实，用玻璃钢封好。用这种方法制作的斜底为整体结构，强度好，不易损坏。５．４保温层制作根据实际需要，部分夹套罐外部需做保温处理。一般保温层材料采用聚氨酯发泡，发泡层外用玻璃钢或其他材料保护保温层。５．５贮罐的食品化后处理为了保证最终产品满足国家标准中有关食品容器卫生指标的要求，用于食品酿造工业的玻璃钢夹℃套罐必须经后固化处理，后固化温度为８０，固化４ｈ，再用８０～１２０￣（２水蒸汽冲洗３ｈ。经后处理可完全达到食品级容器卫生指标的要求。使用前，还应注满清水静置２４ｈ。６结束语玻璃钢材质因具有诸多优点，被食品酿造工业广泛应用。制作玻璃钢夹套罐需注意以下几方面：（１）玻璃钢夹套罐的材料需满足食品级性能；（２）玻璃钢夹套层的设计需根据储罐物料及环境温度计算；（３）玻璃钢夹套罐需进行一定的加热后固化处理。参考文献—［１］ＨＧ／Ｔ２０６９６１９９９，玻璃钢化工设备设计规定［Ｓ］．［２］李卓球，岳红军．玻璃钢管道与容器［Ｍ］．北京：科学出版社．［３］王耀先．玻璃钢容器和贮罐设计［Ｊ］．化工腐蚀与防护，１９９０，（３）：２８－３１．［４］端木强．玻璃钢立式贮罐的设计计算［Ｊ］．化学工程师，２００２，（５）：５Ｏ一５１．［５］陈继平，玻璃钢缠绕贮罐渗漏控制［Ｊ］玻璃钢／复合材料，２００２，（１）：４２－４３．［６］朱海堂．纤维增强聚合物（ＦＲＰ）耐久性能研究进展［Ｊ］．玻璃—钢／复合材料，２００９，（２）：７８８１．［７］潘利剑．玻璃钢复合材料疲劳性能试验方法及其改进［Ｊ］．玻璃—钢／复合材料，２００９，（５）：４６４８．［８］郁成岩．纤维缠绕工艺浸胶技术研究进展［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２０１０，（５）：８４＿８８．—［９］ＧＢ１３１１５１９９１，聚酯树脂及其玻璃钢制品卫生标准［Ｓ］．—［１０］ＧＢ９６８５２００８，食品容器、包装材料用添加剂使用卫生标准［Ｓ］．［１１］林兴华．化工反应器夹套与搅拌技术的节能［Ｊ］．化工进展，２００６．ＴＨＥＲＭＡＬＥＱＵＩＬＩＢＲＩＵＭＡＮＤＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＥＴＥＣＨＮＩＣＯＦＦＲＰＴＡＮＫＳＷＩＴＨＪＡＣＫＥＴＣＨＥＮＧＡｉ－ｌｉｎ，ＤＵＨｕｉ－ｂｏ，ＺＨＡＮＧＧｕｏ－ｊｕｎ（ＬｉａｎｙｕｎｇａｎｇＺｈｏｎｇｆｕｌｉａｎｚｈｏｎｇＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ２２２００６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅＦＲＰｊａｃｋｅｔｅｄｔａｎｋｍａｔｅｒｉａｌｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｆｏｏｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｎｄｕｓｔｒｙ，ａｎｄｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅＦＲＰｊａｃｋｅｔｅｄｔａｎｋｏｆｓｐｅｃｉａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＲＰｔａｎｋｓ；ｊａｃｋｅｔ；ｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｉ固／ｃ＿２虬Ｑ．