СЛОИСТАЯ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩАЯ СТЕНКА ОБОЛОЧКИ, РЕАКТОРА, ЕМКОСТИ

Предлагаемое изобретение относится к области изготовления слоистых тепло-изолирующих стенок различного технологического оборудования и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известны сэндвичевые трехслойные теплоизолирующие оболочки с тонкими стеклопластиковыми обшивками, одна из которых, внутренняя, обеспечивает прочность конструкции и, как правило, является химическим защитным слоем, другая, наружная, также служит для придания конструкции прочности и защиты оболочки от механических повреждений, а между обшивками располагается теплосберегающий заполнитель (патент №45333, В32В 1/08). Стеклопластиковые обшивки выполнены из нескольких слоев стеклотканного материала, пропитанного связующим, твердеющим во времени. Внутренняя обшивка может наматываться на специальную оправку, которая одновременно выполняет функции химически стойкого слоя, а может и сниматься с оправки, в этом случае оправка используется многократно.
За прототип автором принята теплоизолирующая цилиндрическая слоистая оболочка (патент №49758, кл. В32В 1/08), содержащая последовательнее расположенные в радиальном направлении обшивки, слои тканного материала, скрепленные затвердевшим связующим, и теплосберегающий заполнитель. Слои тканного материала образуют три обшивки - наружную, внутреннюю и среднюю, между которыми расположены слои теплосберегающего заполнителя на основе базальтового волокна. Назначение известной оболочки - теплоизоляция различных емкостей, аппаратов, преимущественно изделий вращения, для которых такую оболочку легко изготавливать способом намотки.
Недостатками описанных технических решений является сложность изготовления изделий, изменение теплотехнических характеристик стенки изделия со временем, отсутствие механической связи между обшивками и слоями теплосберегающего заполнителя.
Сложность изготовления теплоизолирующих слоистых стенок изделий определяется необходимостью создания панцирей из внутренней и внешней стеклопластиковых обшивок для защиты от механических повреждений рыхлого теплосберегающего заполнителя и придания прочности всей конструкции оболочки.
Изменение теплотехнических характеристик стенок изделия определяется изменением со временем теплоизоляционных свойств теплосберегающего заполнителя на основе шлаковаты, стекловаты или базальтового волокна (см. например рекламную брошюру ООО «Дуайт», 105264, г.Москва, ул.Парковая, д.46, стр.8, 9, 11). Через несколько лет наступает даже разрушение и проседание всего столба теплосберегающего заполнителя, т.е. он практически выходит из строя, как элемент теплозащиты.
Отсутствие механической связи между элементами стенки приводит к тому, что при намотке средней обшивки в пятислойной оболочке слой теплосберегающего заполнителя прокручивается относительно внутренней обшивки. Если же сильнее производить натяжение слоев заполнителя, происходит механическое разрушение его рыхлой структуры. Поэтому заполнитель необходимо наматывать на еще не затвердевшую внутреннюю обшивку. То же самое происходит и со второй группой слоев заполнителя, наматываемого на среднюю обшивку. А соединение заполнителя с неотвердевшим связующим уменьшает слой заполнителя, так как он пропитывается связующим, и, следовательно, уменьшает его толщину и теплоизоляционные свойства. Также необходимо отметить габаритность известных теплоизолирующих слоистых стенок. Кроме того, известные оболочки не могут быть использованы из-за своей низкой механической прочности для изготовления стенок емкостей, реакторов и других аппаратов. Также надо отметить, что известные оболочки используются в качестве элементов теплозащиты для изделий вращения, т.е. цилиндрических.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции стенки изделия, не имеющей указанных недостатков, т.е. стенки изделия, простой в изготовлении, прочной, придающей прочность и надежность всей конструкции изделия при относительно низкой материалоемкости, стоимости и с более широким диапазоном применения.
Технический результат, ожидаемый от использования предлагаемого изобретения, - упрощение технологии изготовления изделий при одновременном обеспечении прочности стенки изделия, постоянства высоких теплоизоляционных качеств во времени, высокой несущей способности и надежности конструкции изделия в целом.
Решение поставленной задачи в теплоизолирующей стенке оболочки, реактора, емкости, содержащей последовательно расположенные в радиальном направлении оправку, слои тканного материала, скрепленные затвердевшим связующим, и теплосберегающий заполнитель, достигается тем, что теплосберегающий заполнитель, распределенный в связующем, расположен между слоями тканного материала.
Решение поставленной задачи дополнительно достигается тем, что теплосберегающий заполнитель, распределенный в связующем, выполнен в виде полых микросфер, например стеклянных.
Благодаря тому, что теплосберегающий заполнитель распределен в связующем между всеми слоями тканного материала, отпадает необходимость в использовании рыхлого «одеяла» из слоев теплосберегающего заполнителя, например на основе базальтового волокна, защищаемого с двух сторон обшивками. Теперь за одну технологическую операцию-намотку тканного материала с одновременным нанесением на слои связующего с заполнителем получаем цельную и жесткую конструкцию стенки изделия с высокими как прочностными, так и теплоизолирующими характеристиками. В качестве тканного материала может использоваться хлопчатобумажная, суконная или стеклоткань - это определяется температурой, при которой будет эксплуатироваться изделие. Теплосберегающим заполнителем могут быть гранулы пенопласта, с точки зрения теплоизолирующих качеств и цены - это идеальный материал, но чтобы их (гранулы) не растворяли органические компоненты связующего, приходится на них предварительно наносить специальное покрытие. В настоящее время в качестве теплосберегающего заполнителя широко применяются полые стеклянные микрокапсулы. Можно использовать мелкую фракцию керамзита, это тоже очень дешевый материал. Предлагается использовать для создания слоев тканный материал, а не гладкий, потому что связующее пронизывает поры тканного материала и после отвердения получается прочная армированная конструкция стенки, которая теперь может использоваться и для создания стенок большого ряда емкостей, реакторов и др. аппаратов, в том числе и теплозащитных оболочек. Для изготовления цилиндрических оболочек применяется способ намотки на оправку, а для нанесения теплоизоляции на торцевые или сложные поверхности применяется метод наложения выкроенных кусков
тканного материала с нанесением связующего, в котором распределен теплосберегающий заполнитель.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен продольный разрез стенки теплоизолирующей оболочки.
Оболочка состоит из химической стойкой оправки 1, на которую накладывается слой 2 связующего с теплосберегающим заполнителем, наматывается слой 3 из стеклоткани, далее в радиальном направлении от центра расположены слой 2 связующего с теплосберегающим заполнителем и поочередно слой 3 из стеклоткани, слой 2 из связующего с теплосберегающим заполнителем и т.д. Количество слоев 3 из стеклоткани и слоев 2 из связующего с теплосберегающим заполнителем определяется в основном допустимыми тепловыми потерями с поверхности оболочки по формуле (см., например, книгу «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии», авторы К.Ф.Павлов и др., издание десятое, Л. «Химия», 1987 г., стр.168):
cp
Q=К×F×Δ t, где
Q - тепловой поток с наружной поверхности оболочки;
F - площадь поверхности теплопередачи;
К - коэффициент теплопередачи;
cp
Δt - средняя разность температур горячего (внутри аппарата) и холодного (снаружи оболочки) теплоносителя.
Оправка 1 может быть принадлежностью слоистой стенки оболочки, а может оболочка выполняться съемной с оправки, в последнем случае она используется многократно. После отвердения связующего оболочка надевается на цилиндрическое изделие. Для изготовления корпуса изделия сложной конфигурации необходимо изготовить оправку из тонкого металла, а на нее уже наносятся изготовленные различными способами участки или куски тканного материала с послойным нанесением связующего с теплосберегающим заполнителем. Получается очень недорогой и химически стойкий и прочный корпус.
Вариантов исполнения изобретения может быть много, основная сущность изобретения - это вместе со связующим, между всеми слоями стенки изделия из тканного материала располагать и теплосберегающий заполнитель.
В настоящее время автором разработана теплосберегающая краска с теплоизоляционными параметрами, приближающимися к стекловате, и диапазоном рабочих
температур - 60°С÷+180°С.Как показывают эксперименты и первые разработки, она прекрасно выполняет роль связующего с теплосберегающим заполнителем.