反應(yīng)容器簡介

反應(yīng)容器是指用來進(jìn)行物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)的一類容器設(shè)備，常見的有反應(yīng)器，發(fā)生器，反應(yīng)釜，分解塔，合成塔，聚合釜等反應(yīng)。容器內(nèi)的大多數(shù)反應(yīng)是在高溫、高壓，甚至超高壓條件下進(jìn)行，參與反應(yīng)的原料以及催化劑多為易燃、易爆的物質(zhì)，反應(yīng)過程中稍有不慎就會(huì)引發(fā)火災(zāi)和爆炸，事故發(fā)生率高。反應(yīng)容器爆炸所產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊波和有毒、易燃、易爆物料泄漏而引起的火災(zāi)易導(dǎo)致建筑物倒塌、人員大量傷亡，有的甚至引起連鎖爆炸，將整個(gè)車間、廠區(qū)夷為平地。加強(qiáng)對反應(yīng)容器火災(zāi)爆炸事故的研究，預(yù)防此類事故的發(fā)生十分重要。

1、可直接加熱

（1）試管

主要用途：①常溫或加熱條件下，用作少量試劑的反應(yīng)容器。

②收集少量氣體和氣體的驗(yàn)純。③盛放少量藥品。

使用方法及注意事項(xiàng)：

①可直接加熱，用試管夾夾住距試管口1/3 處，從下往上套（防止污染藥品）。

②試管的規(guī)格有大有小。不加熱時(shí)，試管內(nèi)盛放的液體不超過容積1/2 ，加熱時(shí)不超過1/3。

③加熱前外壁應(yīng)無水滴；加熱后不能驟冷，以防止試管破裂。

④加熱時(shí)，先使試管均勻受熱，再集中加熱，試管口不應(yīng)對著任何人。給固體加熱時(shí)，試管要橫放，管口略向下傾斜，固體要平鋪于試管底部。給液體加熱時(shí)，試管口向，試管與桌面成45°角

⑤不能用試管加熱熔融NaOH等強(qiáng)堿性物質(zhì)。

（2）蒸發(fā)皿

主要用途：①溶液的蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶。②干燥固體物質(zhì)。

使用方法及注意事項(xiàng)：

①盛液量不超過容積的2/3，要用玻璃棒不斷攪拌液體，以免液體飛濺 。

②可直接加熱，受熱后不能驟冷。

③應(yīng)使用坩堝鉗取放蒸發(fā)皿，放在三腳架上。

（3）坩堝

主要用途：用于固體物質(zhì)的高溫灼燒。

使用方法及注意事項(xiàng)：

①把坩堝放在三腳架上的泥三角上直接加熱，應(yīng)避免聚冷。

②取放坩堝或坩堝蓋時(shí)應(yīng)用坩堝鉗。

③加熱后可放在干燥器中或石棉網(wǎng)上冷卻。

④應(yīng)根據(jù)加熱物質(zhì)的性質(zhì)不同，選用不同材料的坩堝，瓷坩堝易被熱的強(qiáng)堿腐蝕，熔融NaOH等強(qiáng)堿性物質(zhì)時(shí)用鐵坩堝。

2、墊石棉網(wǎng)可加熱

（1）燒杯

主要用途：①用作固體物質(zhì)溶解、液體稀釋的容器。

②用作較大量試劑發(fā)生反應(yīng)的容器。

③用于過濾、滲析、噴泉等實(shí)驗(yàn)，用于氣密性檢驗(yàn)、尾氣吸收裝置、水浴加熱等。

④冷的干燥的燒杯可用來檢驗(yàn)氣體燃燒有無水生成；涂有澄清石灰水的燒杯可用來檢驗(yàn)氣體。

使用方法及注意事項(xiàng)：

①常用規(guī)格有50mL、100mL、250mL等，但不用燒杯量取液體。

②應(yīng)放在石棉網(wǎng)上加熱，或用水浴加熱，使其受熱均勻；加熱時(shí)，燒杯外壁應(yīng)無水滴，不可把液體蒸干，熱的燒杯不可驟冷。

③盛液體加熱時(shí)，不要超過燒杯容積的2/3為宜。

④溶解或稀釋過程中，用玻璃棒攪拌時(shí)，不要觸及杯底或杯壁。

（2）燒瓶

主要用途：①可用作試劑量較大而有液體參加的反應(yīng)容器，常用于各種氣體的發(fā)生裝置中。

②蒸餾燒瓶用于分離互溶的、沸點(diǎn)相差較大的液體。

③圓底燒瓶還可用于噴泉實(shí)驗(yàn)。

④用作配制、濃縮、稀釋溶液。也可用作反應(yīng)器和給試管水浴加熱等。

使用方法及注意事項(xiàng)：

①圓底燒瓶應(yīng)放在石棉網(wǎng)上加熱，使其受熱均勻；加熱時(shí)，燒瓶外壁應(yīng)無水滴，或用水浴加熱，不可把液體蒸干，熱的燒瓶不可驟冷，不要超過燒杯容積的1/2。

②平底燒瓶不能長時(shí)間用來加熱，當(dāng)瓶內(nèi)液體過少時(shí)，加熱容易使之破裂。

③不加熱時(shí)，若用平底燒瓶作反應(yīng)容器，無需用鐵架臺固定。

④加碎瓷片防暴沸，蒸（分）餾時(shí)溫度計(jì)水銀球宜在支管口處

（3）錐形瓶

主要用途：①可用作中和滴定的反應(yīng)器，滴定時(shí)液體不超過容積的1/2。

②代替試管、燒瓶等作氣體發(fā)生的反應(yīng)器

③在蒸餾實(shí)驗(yàn)中，用作液體接受器，接受餾分。

使用方法及注意事項(xiàng)：①滴定時(shí)，只振蕩不攪拌。②加熱時(shí)，需墊石棉網(wǎng)。

3、不能加熱

（1）集氣瓶（瓶口邊緣磨砂）

主要用途：①與毛玻璃片配合，可用于收集和暫時(shí)存放氣體。

②用作物質(zhì)與氣體間反應(yīng)的反應(yīng)容器。

使用方法及注意事項(xiàng)：

①不能加熱。

②上口為平面磨砂，內(nèi)側(cè)不磨砂，將瓶口與毛玻璃片涂抹一層薄凡士林，以利氣密。

③進(jìn)行固體在氣體中燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)，有時(shí)需要在瓶底放少量水或細(xì)沙。

④盛不同密度的氣體放置時(shí)瓶口方向不同。

（2）廣口瓶、細(xì)口瓶（瓶頸內(nèi)側(cè)磨砂，且與瓶塞一一對應(yīng)，切不可蓋錯(cuò)）

主要用途：①廣口瓶用于存放固體藥品，也可用來裝配氣體發(fā)生器（不需要加熱）。

②細(xì)口瓶用于存放液體藥品。

使用方法及注意事項(xiàng)：

①一般不能加熱。

②酸性藥品、具有氧化性的藥品、有機(jī)溶劑，要用玻璃塞；堿性試劑要用橡膠塞。

③對見光易變質(zhì)的要用棕色瓶。

（3）滴瓶

主要用途：用于存放少量液體，其特點(diǎn)是使用方便

使用方法及注意事項(xiàng)：

①滴管不能平放或倒立，以防液體流入膠頭。

②盛堿性溶液時(shí)改用軟木塞或橡膠塞。

③不能長期存放堿性試劑。

（4）啟普發(fā)生器

主要用途：固—液不加熱制氣體反應(yīng)的反應(yīng)器。

使用方法及注意事項(xiàng)：不可加熱，也不能用于劇烈放熱的反應(yīng)。

1）反應(yīng)失控引起火災(zāi)爆炸

許多化學(xué)反應(yīng)如硝化、磺化、氧化、氯化、聚合等反應(yīng)都是放熱量較大的反應(yīng)。在反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，若正常的反應(yīng)過程失控，反應(yīng)熱蓄積，反應(yīng)體系的溫度隨之升高，反應(yīng)速度加快.體系內(nèi)壓力增大，當(dāng)內(nèi)壓急劇上升超過容器的耐壓能力時(shí)，容器破裂，高壓物料從破裂處噴出。由于溫度的升高，反應(yīng)物料還可能發(fā)生分解、燃燒，引發(fā)反應(yīng)失控火災(zāi)爆炸事故。導(dǎo)致反應(yīng)失控的原因有：反應(yīng)熱未能及時(shí)移出，反應(yīng)物不能均勻分散和操作失誤等。冷卻劑選擇不當(dāng)，換熱設(shè)備不能及時(shí)導(dǎo)出反應(yīng)器中過多的熱量，因器壁結(jié)垢傳熱效果變差，冷卻劑供給設(shè)備發(fā)生故障、換熱系統(tǒng)堵塞等原因，都可能導(dǎo)致反應(yīng)熱未能及時(shí)移出。停電、攪拌系統(tǒng)故障、槳葉損壞、轉(zhuǎn)速不夠、槳葉形式不當(dāng)、物料粉碎度不夠等則會(huì)使反應(yīng)物料在器內(nèi)分散不均勻，造成散熱不良或局部反應(yīng)過于劇烈而發(fā)生危險(xiǎn)。違反生產(chǎn)操作規(guī)程，物料超裝，催化劑加入過多，原料配比，投料次序和時(shí)間不當(dāng)，冷卻劑閥門開關(guān)失誤，升溫速度過快，溫度壓力讀錯(cuò)，計(jì)量儀器儀表有故障等原因均可引起物料化學(xué)反應(yīng)的異常。許多化學(xué)反應(yīng)，還會(huì)因物料中存在危險(xiǎn)雜質(zhì)而導(dǎo)致劇烈的副反應(yīng)、過反應(yīng)，甚至使反應(yīng)異乎尋常加快導(dǎo)致反應(yīng)失控。

2）反應(yīng)容器內(nèi)形成爆炸性混合物

有些氣態(tài)反應(yīng)的原料混合氣，其原料配比處在爆炸極限范圍之內(nèi)而具有爆炸性。例如：丙烯氨氧化反應(yīng)的丙烯與空氣在原料總體積中分別占6.16%和677%，丙烯濃度已在爆炸極限之內(nèi)（其爆炸極限為2%一11%）；苯醉生產(chǎn)中蔡與空氣的重量比為1：9左右，萘蒸氣在空氣中的體積濃度為2.25%（蔡蒸氣爆炸極限為0.88%-5.9%）。反應(yīng)容器內(nèi)可燃?xì)怏w或易燃液體蒸氣未置換或置換不徹底，也是形成爆炸性混合物的重要原因。

3）反應(yīng)容器密封不嚴(yán)，物料泄漏引起燃燒爆炸

反應(yīng)容器密封不嚴(yán)，物料沖出，遇明火燃燒爆炸。

4）反應(yīng)容器因設(shè)計(jì)制造缺陷引起爆炸

反應(yīng)容器設(shè)計(jì)不合理，結(jié)構(gòu)形狀不連續(xù)，焊縫布置不當(dāng)?shù)纫饝?yīng)力集中；設(shè)備材質(zhì)選擇不當(dāng)，制造容器時(shí)焊接質(zhì)量不合要求及熱處理不當(dāng)?shù)仁共牧享g性降低；容器殼體受到腐蝕介質(zhì)的腐蝕，強(qiáng)度降低等可能使容器在生產(chǎn)過程中發(fā)生爆炸。

5）反應(yīng)容器中高壓物料竄入低壓系統(tǒng)

與反應(yīng)容器相連的常壓或低壓容器、儲(chǔ)柜，由于反應(yīng)容器中高壓物料的竄入，發(fā)生爆炸。

6）水蒸氣或水漏入反應(yīng)容器發(fā)生危險(xiǎn)

采用水蒸汽加熱或水冷卻的反應(yīng)容器，若水蒸汽或冷卻水漏入容器內(nèi)，容器內(nèi)物料遇水分解放熱，溫度、壓力急劇上升，造成沖料，發(fā)生火災(zāi)。如硝化反應(yīng)，當(dāng)硝化劑中進(jìn)有水會(huì)促使其大量分解和蒸發(fā)，強(qiáng)烈腐蝕設(shè)備，還會(huì)造成爆炸。水通過設(shè)備蛇管和殼體不嚴(yán)密處滲進(jìn)硝化物料時(shí)，會(huì)引起液態(tài)物料溫度和氣壓上升。

7）反應(yīng)容器泄放系統(tǒng)不合理引起事故

在物料泄放時(shí)，泄放口位置、高度未按要求設(shè)置，排出的物料飄散流入室內(nèi)，遇明火燃燒爆炸。

8）反應(yīng)容器進(jìn)出物料不當(dāng)引起事故

大多數(shù)烴類物料屬絕緣物質(zhì)，其導(dǎo)電性較差，進(jìn)出反應(yīng)容器時(shí)，物料高速流動(dòng)，靜電積累放電引起燃燒爆炸。反應(yīng)容器采用加壓卸料，易使容器內(nèi)氣體或蒸氣逸出泄入廠房，形成爆炸性混合氣體

9）反應(yīng)容器受熱引起爆炸

由于外部可燃物起火，輻射熱引起反應(yīng)容器內(nèi)溫度急劇上升，蒸氣壓增大，發(fā)生沖料或爆炸

10）火災(zāi)爆炸事故連續(xù)發(fā)生

反應(yīng)容器由于反應(yīng)失控，外部火焰作用或設(shè)備缺陷發(fā)生泄漏破壞時(shí)，因其內(nèi)部壓力往往高于大氣壓，有的可達(dá)3.0MPa-10.0MPa或更高，器內(nèi)液體呈過熱狀態(tài)，容器爆裂導(dǎo)致物料蒸氣壓的平衡狀態(tài)被破壞，發(fā)生不穩(wěn)定的過熱液體而引起的二次爆炸（稱為蒸氣爆炸）；噴出來的反應(yīng)物料迅速擴(kuò)散，容器周圍空間則被可燃液體的霧滴或蒸氣所籠罩，如遇火源，會(huì)發(fā)生第三次爆炸（混合氣體爆炸）。這三次爆炸往往在瞬間即可完成，但卻是性質(zhì)有所不同的相繼出現(xiàn)的三種爆炸。

1）嚴(yán)格按照安全規(guī)程生產(chǎn)

反應(yīng)容器的工藝規(guī)程需經(jīng)專門的科研和設(shè)計(jì)單位審定，沒有這些部門的相應(yīng)鑒定，不允許改變生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)操作人員必須熟悉生產(chǎn)工藝規(guī)程，操作條件，原材料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)物的反應(yīng)放熱性和火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性質(zhì)，杜絕操作失誤。

2）維護(hù)容器的耐壓強(qiáng)度

反應(yīng)容器作為一種承壓設(shè)備，應(yīng)嚴(yán)格按照壓力容器的設(shè)計(jì)、制造工藝進(jìn)行，消除焊接等質(zhì)量上的缺陷。容器在使用過程中要防止由于腐蝕等原因造成器壁變薄，耐壓強(qiáng)度降低。因此，容器要定期進(jìn)行探檢、維修、進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，確保容器的耐壓強(qiáng)度。

3）防止反應(yīng)失控發(fā)生

按規(guī)定嚴(yán)格監(jiān)測和控制反應(yīng)容器內(nèi)的溫度、壓力、物料組成和投料順序等，以使反應(yīng)保持正常。列管式固定床氧化反應(yīng)器防止失控的措施有：在原料氣中加入微量抑制劑，使催化劑部分毒化；在原料氣入口處附近的反應(yīng)管上層，放置些被惰性載體稀釋的催化劑或已部分老化的催化劑；采用分段冷卻法，提高換熱速率。流化床反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置的冷卻管要有足夠的冷卻面積，確保連續(xù)供給具有穩(wěn)定參數(shù)的冷卻劑，同時(shí)可通過原料氣的預(yù)熱溫度來微調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度。硝化反應(yīng)速度的控制要注意如下兒個(gè)方面：控制好加料速度，采用雙重閥門控制硝化劑的加料，禁止固體物料大塊投入；硝化過程中出現(xiàn)紅棕色氧化氮?dú)怏w，是溫度升高可能導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)的征兆，要立即停止加料；硝化反應(yīng)器應(yīng)配有冷卻水源備用系統(tǒng)；物料混合均勻，反應(yīng)器攪拌應(yīng)有自動(dòng)啟動(dòng)的備用電源，有保護(hù)性氣體攪拌或人工攪拌的輔助設(shè)施。

聚合反應(yīng)在開始階段或進(jìn)行過程中都有發(fā)生暴聚的可能性。反應(yīng)時(shí)應(yīng)按投料順序和投料配比準(zhǔn)確投料，總物料不應(yīng)超量。反應(yīng)前期要防止升溫過快，當(dāng)反應(yīng)加速后，放熱量逐漸增加，要及時(shí)冷卻降溫；在反應(yīng)過程中要卡分注意溫度和壓力變化聚合反應(yīng)熱較大，單靠增大反應(yīng)器尺寸以獲取較多夾套和舌管冷卻面積是不夠的，也不是最好方法。目前工藝上多利用單體或溶劑氣化回流帶出反應(yīng)熱，經(jīng)冷凝或壓縮液化后，再返回聚合釜吸熱。當(dāng)溫度大幅度上升，或發(fā)生其他危險(xiǎn)情況時(shí)，可加阻聚劑以降低引發(fā)劑的活性。同時(shí)，對于生產(chǎn)原料、中間產(chǎn)品以及成品應(yīng)有嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)制度，保證其純度和含量，清除有害性雜質(zhì)。

4）抑制物料混合氣的爆炸危險(xiǎn)性

在爆炸極限范圍之內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)，空氣或氧氣與反應(yīng)原料的混合器宜放置在反應(yīng)器進(jìn)口附近，確保原料氣混合后立即進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)，減少可能發(fā)生爆炸的空間。還可采取原料氣和氧氣或空氣分別進(jìn)料方式，以避免爆炸性混合物的形成。在接近爆炸極限條件下進(jìn)行的反應(yīng)，應(yīng)嚴(yán)格控制原料氣與空氣或氧氣的混合比例。生產(chǎn)裝置要有自動(dòng)化控制儀表、組分分析儀和安全連鎖警報(bào)裝置。如乙烯氧化的反應(yīng)系統(tǒng)中，氧含量控制在8%左右，乙烯控制在65%左右，若氧含量達(dá)到9%或乙烯含量降至60%就需要立即停車處理。通常采用三個(gè)磁氧分析儀分析氧的含量，如果有兩個(gè)指標(biāo)達(dá)到這個(gè)限量，會(huì)立即報(bào)警停車：采用兩個(gè)紅外分析儀分析乙烯的含量，如果一個(gè)指標(biāo)達(dá)到這個(gè)限量時(shí)即報(bào)警停車。對于具有可燃?xì)怏w或易燃液體蒸氣的反應(yīng)容器，進(jìn)料前必須用惰性氣體置換。反應(yīng)完畢后同樣需要用惰性氣體置換掉容器內(nèi)的可嫩氣體或蒸氣，才能放入空氣，置換必須徹底。

5）及時(shí)清理設(shè)備管路內(nèi)結(jié)焦

要定期清除設(shè)備內(nèi)的污垢、焦?fàn)钗?、聚合物，以保證設(shè)備傳熱良好，并防止其堵塞設(shè)備管道和發(fā)生自嫩。清除方法可用水沖刷器壁表面和管道，用氮?dú)饣蛩魵獯祾?，，請理時(shí)不得使用鐵質(zhì)工具或金屬條，清理出來的污物必須送至安全地點(diǎn)處理掉。

6）防止水漏入反應(yīng)容器

反應(yīng)容器的夾套和蛇管冷卻系統(tǒng)的水位和水壓應(yīng)略低于器內(nèi)的液位和液壓。為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)容器的裂紋或孔洞，在排水管可安裝自動(dòng)電導(dǎo)報(bào)誓器，當(dāng)管中漏入極少物料時(shí)，水的導(dǎo)電率會(huì)發(fā)生變化，利用這種變化進(jìn)行檢測并發(fā)出聲響警報(bào)。

7）保證反應(yīng)容器進(jìn)出物料安全

為了防止進(jìn)出物料因靜電火花發(fā)生燃燒爆炸，反應(yīng)容器、管道、器具應(yīng)采用導(dǎo)體聯(lián)成一體，再進(jìn)行接地，接地線必須連接牢靠，有足夠機(jī)械強(qiáng)度，并定期檢查。液體物料的輸送，還應(yīng)通過控制流速限制靜電的產(chǎn)生。從反應(yīng)容器中卸料時(shí)，宜采用真空卸料。裝卸料口開啟時(shí)，應(yīng)盡量采用密閉措施，如果做不到，應(yīng)安裝移動(dòng)式的排氣罩進(jìn)行通風(fēng)。

反應(yīng)容器應(yīng)設(shè)防事故自動(dòng)聯(lián)鎖系統(tǒng)，如設(shè)物料溫度與催化劑加入量的聯(lián)鎖裝置：壓力或溫度極限調(diào)節(jié)報(bào)警裝置。當(dāng)參數(shù)越出安全規(guī)定范圍，能立即進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。若調(diào)節(jié)無效能發(fā)出報(bào)警信號，通告操作人員采取緊急措施排除故障，如故障排除不當(dāng)或不及時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)能發(fā)出切換、放空、滅火等指令。危險(xiǎn)性較大者還可采用二重、三重保護(hù)。為了保證反應(yīng)容器內(nèi)壓力上升時(shí)能自動(dòng)進(jìn)行泄壓，必須在設(shè)備上安裝安全閥。對于不宜安裝安全閥或危險(xiǎn)性較大的設(shè)備，可安裝爆破片。低壓系統(tǒng)與高壓反應(yīng)器的連接處應(yīng)設(shè)單向閥，以防止高壓反應(yīng)器內(nèi)的物料竄入j氏玉系統(tǒng)發(fā)生爆炸。反應(yīng)容器應(yīng)備有事故排放罐，或供排出反應(yīng)物料的備用容器和放空管，在設(shè)備發(fā)生失控的緊急狀態(tài)下，可將器內(nèi)液體物料及時(shí)排入事故排放罐；氣態(tài)物料通過放空管排出容器，防止事故擴(kuò)大。在進(jìn)入反應(yīng)容器之前的管道上，應(yīng)安裝液封或砂封等阻火設(shè)備，以防止燃燒爆炸的蔓延擴(kuò)展。反應(yīng)生產(chǎn)崗位應(yīng)配備氮?dú)夂退羝牍潭缁鹧b置。

9）注意反應(yīng)容器的安全泄放

反應(yīng)容器的放空管一般應(yīng)安設(shè)在頂部，室內(nèi)容器安設(shè)的放空管應(yīng)引出室外。放空管應(yīng)有足夠高度，高于附近有人操作的最高設(shè)備2m以上，并保證排出的可燃?xì)怏w濃度在安全范圍內(nèi)。排放后，可能立即燃燒的可燃?xì)怏w，應(yīng)經(jīng)冷卻裝置冷卻后接至放空設(shè)施。放空管上應(yīng)安裝阻火器或其他限制火焰的設(shè)備，以防止氣體在管道出口處著火，并使火焰擴(kuò)散到工藝裝置中去。放空管應(yīng)有良好的接地，管口應(yīng)處在防雷保護(hù)范圍內(nèi)。事故儲(chǔ)槽應(yīng)設(shè)置在安全區(qū)域，廠房里的反應(yīng)容器，其內(nèi)液體應(yīng)放流到設(shè)在廠房外的地下或半地下專用事故貯槽或排放罐中。排放方式可采用氮?dú)?、水蒸氣、二氧化碳等惰性氣體壓放，可以加快排放速度，又可消除在設(shè)備中發(fā)生爆炸的可能性。事故儲(chǔ)槽要具有較大容量。

10）掌握事故處呈方法

將消防知識宣傳和教育作為崗位培訓(xùn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。尤其注意對生產(chǎn)操作人員進(jìn)行處置生產(chǎn)中緊急情況的培訓(xùn)工作，掌握事故情況下的應(yīng)急措施、滅火與疏散方法。根據(jù)已往的事故教訓(xùn)和操作經(jīng)驗(yàn)以及理論上的反應(yīng)放熱特性，提出事故的可能原因，以便于事故時(shí)能做出準(zhǔn)確的判斷和正確地采取處理辦法。 2100433B

無機(jī)光導(dǎo)纖維在通訊行業(yè)已受到廣泛應(yīng)用，其中石英系光纖以其光損耗低、適用光波范圍廣、適應(yīng)長距離通訊等優(yōu)點(diǎn)而成為無機(jī)光導(dǎo)纖維的主導(dǎo)。在制造石英系光纖預(yù)制件的方法中，有一種汽相軸向沉積法（VAD法），它采用的制造裝置包括一個(gè)帶有排氣口的反應(yīng)容器，反應(yīng)容器下部設(shè)置有一組大致朝向排氣口的噴槍，在反應(yīng)容器內(nèi)豎向設(shè)置種棒。制造光纖預(yù)制件時(shí)，將種棒豎直置于反應(yīng)容器內(nèi)與噴槍對應(yīng)，將氫氣和氧氣通入噴槍并在反應(yīng)容器內(nèi)點(diǎn)燃產(chǎn)生氫氧焰，將氣體原料SiCl₄（四氯化硅）、GeCl₄（四氯化鍺）經(jīng)噴槍送至氫氧焰中，令其發(fā)生水解反應(yīng)，生成SiO₂（二氧化硅）、GeO₂（二氧化鍺）微粒并沉積在種棒的下端，同時(shí)旋轉(zhuǎn)種棒并將其向上提升，使微粒在種棒下端沉積成內(nèi)外兩層具有不同光學(xué)折射率的圓柱形光纖預(yù)制件。這種制造方法和裝置的排氣效果差，導(dǎo)致未能沉積的SiO₂（二氧化硅）、GeO₂（二氧化鍺）微粒較多地滯留在反應(yīng)容器內(nèi)，導(dǎo)致以下缺陷：

1、SiO₂、GeO₂微粒以一定的壓力噴射至種棒上形成預(yù)制件的同時(shí)，使反應(yīng)容器內(nèi)存在一定程度的氣流紊亂，影響光纖預(yù)制件的成形；

2、隨著光纖預(yù)制件沉積長度的增加，未沉積到預(yù)制件上的剩余SiO₂、GeO₂微粒不斷地沉積在溫度較低的反應(yīng)容器壁上（尤其是排氣口上側(cè)）形成鏡面，導(dǎo)致熱量反射，反應(yīng)容器傳熱能力變化，致使反應(yīng)容器內(nèi)的溫度逐漸上升，最終導(dǎo)致沉積過程不穩(wěn)定，沉積速率波動(dòng)。

3、由于未沉積到預(yù)制件上的剩余SiO₂、GeO₂微粒也會(huì)在已沉積成形的預(yù)制件上附著以及前述在反應(yīng)容器內(nèi)壁形成鏡面的原因，造成了光纖預(yù)制件沿軸線方向生長的不均勻，比如沿軸線方向上各處的包芯比（即具有不同光學(xué)折射率的圓柱形外層與內(nèi)層直徑的比值）波動(dòng)較大等沉積質(zhì)量上的缺陷。

4、因沉積在反應(yīng)容器內(nèi)壁上的SiO₂、GeO₂微粒剝落而附著在正在沉積成形的光纖預(yù)制件的表面上，形成密度較小的區(qū)域，在后續(xù)工序中對光纖預(yù)制件進(jìn)行玻璃化時(shí)，該區(qū)域易產(chǎn)生氣泡，這樣會(huì)導(dǎo)致在光纖預(yù)制件拉制成光纖的過程中產(chǎn)生斷纖現(xiàn)象。

①環(huán)境等溫式：將反應(yīng)容器浸沒于恒溫浴中，連續(xù)監(jiān)測反應(yīng)容器內(nèi)溫度隨著滴定劑加入量的變化；②等溫式：實(shí)驗(yàn)中維持反應(yīng)容器和器內(nèi)物（即體系）的溫度恒定,并且嚴(yán)格等于其環(huán)境的溫度,同時(shí)監(jiān)測流過反應(yīng)容器的熱量變化。在滴定中，熱量變化僅僅來源于容器內(nèi)滴定劑與被滴定物的物理或化學(xué)變化。等溫法比環(huán)境等溫法優(yōu)異之處是不需要進(jìn)行體系與環(huán)境之間的熱交換改正。

滴定量熱法包含這樣的假定，即測得的數(shù)據(jù)表示量熱計(jì)系統(tǒng)既達(dá)到了熱平衡，也達(dá)到化學(xué)平衡的結(jié)果。當(dāng)然，實(shí)際上達(dá)到精確的熱平衡是十分困難的。環(huán)境等溫式滴定反應(yīng)容器已可達(dá)到的熱平衡時(shí)間約為2秒;等溫式的容器情況更好。環(huán)境等溫式滴定量熱計(jì)反應(yīng)容器的設(shè)計(jì),應(yīng)該使其與環(huán)境之間的熱交換為最小。一種典型的滴定反應(yīng)容器。由于杜瓦容器的玻璃內(nèi)壁很薄,其內(nèi)部各部件(攪拌器、熱敏電阻、加熱器等)的質(zhì)量都很小,所以這種設(shè)計(jì)有利于迅速建立熱平衡。

一種等溫滴定量熱計(jì)框圖。這種方法的原理可以簡單地歸結(jié)為：用溫差電致冷器恒速冷卻，而用一個(gè)可調(diào)加熱器的焦耳熱進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)。對于放熱反應(yīng),反應(yīng)的熱功率q等于以熱功率表示的致冷量qc與焦耳熱的熱功率qh之差;對于吸熱反應(yīng),則q為qh與qc之差。實(shí)驗(yàn)中qc的數(shù)值始終維持不變，而qh的大小則視是吸熱或放熱反應(yīng)以及反應(yīng)熱功率q的大小而不斷調(diào)節(jié)。因此，qh的變化也就是q的變化值。

利用這種方法，可使體系中附加熱效應(yīng)（如攪拌熱、熱敏電阻自熱）預(yù)先得到抵消。即在加入滴定劑的過程中，調(diào)節(jié)qh的大小，使得反應(yīng)熱效應(yīng)得到補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)過程中，始終維持體系與環(huán)境溫度嚴(yán)格相等。這種型式的量熱計(jì)中,反應(yīng)容器的溫差不超過5×10-6℃。

測溫滴定法　是以反應(yīng)熱為基礎(chǔ)的滴定方法，用于分析化學(xué)時(shí)，熱效應(yīng)的利用可分為兩種方式：①測溫焓滴定，即利用反應(yīng)熱確定反應(yīng)終點(diǎn)。在滴定過程中，試樣的溫度作為加入滴定劑體積的函數(shù)進(jìn)行測量。②直接注射法測焓技術(shù),根據(jù)反應(yīng)熱確定滴定劑的加入量,即把滴定過程的總熱量與該反應(yīng)的已知摩爾熱進(jìn)行比較。測溫滴定法已經(jīng)得到普遍應(yīng)用。無論是酸堿滴定法、沉淀滴定法、氧化還原滴定法或者絡(luò)合滴定法，只要能觀測到足夠的溫度升高，都可以應(yīng)用。另外，測溫滴定的動(dòng)力學(xué)特性也值得重視。例如，當(dāng)混合物中的兩個(gè)組分與滴定劑的反應(yīng)速率相差很大時(shí)，就有可能逐次把兩個(gè)組分滴定出來；又如，一個(gè)有催化劑與一個(gè)無催化劑的體系，滴定時(shí)是有差異的，這種差異也可資利用。 　放熱反應(yīng)的理想滴定曲線。E為滴定終點(diǎn)，DD′為溫度升高。在實(shí)際過程中，滴定曲線在終點(diǎn)附近往往會(huì)出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象。引起彎曲的原因有二:一是反應(yīng)的平衡常數(shù)K值小(K<104),反應(yīng)不完全；二是這種彎曲也可由緩慢反應(yīng)引起。如果終點(diǎn)區(qū)變彎只是由于K值小而引起的,則為了得到滴定終點(diǎn),可將曲線外延(圖6b)。不過,當(dāng)外延部分超過反應(yīng)區(qū)的一半時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)失去意義。

一種制造光纖預(yù)制件的方法及裝置專利目的

《一種制造光纖預(yù)制件的方法及裝置》要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服2003年1月前光纖預(yù)制件制造過程中所存在的技術(shù)缺陷，提供一種可以調(diào)整反應(yīng)容器內(nèi)氣流的光纖預(yù)制件的制造方法及其裝置，以保證在整個(gè)沉積過程中反應(yīng)容器內(nèi)壓力及氣流的基本穩(wěn)定，并及時(shí)向外排出未沉積成型的SiO₂、GeO₂微粒，有效減小反應(yīng)容器內(nèi)的溫度波動(dòng)、光纖預(yù)制件的生長不均等問題，并進(jìn)一步增大光纖預(yù)制件的有效長度和提高其原料利用率。

一種制造光纖預(yù)制件的方法及裝置技術(shù)方案

《一種制造光纖預(yù)制件的方法及裝置》特征是：

a、準(zhǔn)備：在側(cè)面有排氣口、下部有噴槍的球形反應(yīng)容器的上部連接法蘭管，將種棒經(jīng)法蘭管置于反應(yīng)容器內(nèi)并使其下端與噴槍相對，種棒上連接圓柱形氣流整流體，該整流體的下端鄰近種棒下端；

b、頂吹風(fēng)：從法蘭管上端向下導(dǎo)入壓力為0.5×10⁵～2.0×10⁵帕、溫度為20～600℃的整流氣流，使該整流氣流流經(jīng)氣流整流體與法蘭管之間的空隙后，再由排氣口排出；所述整流氣流為干燥空氣、氮?dú)饣蚨栊詺怏w中的一種；

c、沉積成形：先將氫氣和氧氣通入兩噴槍，在反應(yīng)容器內(nèi)產(chǎn)生氫氧焰；再將氣體原料SiCl₄、GeCl₄送入噴槍，氣體原料在氫氧焰中發(fā)生氫氧水解反應(yīng)，生成SiO₂、GeO₂微粒并沉積在種棒上逐漸形成光纖預(yù)制件，同時(shí)勻速旋轉(zhuǎn)并提升種棒；

d、待光纖預(yù)制件達(dá)到預(yù)定長度時(shí)，停止導(dǎo)入氣體原料、氫氣和氧氣以及整流氣流，將光纖預(yù)制件提升至法蘭管外；

e、在整個(gè)制造過程中，排氣口始終排氣。

一種制造光纖預(yù)制件的裝置，包括一上部接有法蘭管的反應(yīng)容器，該反應(yīng)容器下部有噴槍，其側(cè)面有排氣口，其特征是一根種棒經(jīng)所述的法蘭管置于反應(yīng)容器內(nèi)，種棒下端與噴槍相對，種棒上連接與其同軸的圓柱形氣流整流體。

所述的制造光纖預(yù)制件的裝置，其特征是所述的整流體上部形狀為空心圓柱體，下部形狀為空心錐體。

所述的制造光纖預(yù)制件的裝置，其特征是所述的氣流整流體由兩個(gè)對稱的半圓柱單元組成。

所述的制造光纖預(yù)制件的裝置，其特征是所述的半圓柱單元上端開設(shè)軸向槽。

所述的制造光纖預(yù)制件的裝置，其特征是所述的半圓柱單元上端開設(shè)“L”形槽。

一種制造光纖預(yù)制件的方法及裝置改善效果

1、按照上述方法，①消除了反應(yīng)容器內(nèi)氣流紊亂的現(xiàn)象，從反應(yīng)容器上端向下導(dǎo)入的氣流可以縮小未沉積成形而剩余的SiO₂、GeO₂微粒在反應(yīng)容器內(nèi)游動(dòng)的空間，減少微粒在反應(yīng)容器內(nèi)滯留的時(shí)間，并可以有效地將其排出反應(yīng)容器之外，而不使其附著在反應(yīng)容器內(nèi)壁上，保證反應(yīng)容器內(nèi)的溫度穩(wěn)定，減少波動(dòng)；②由于剩余的SiO₂、GeO₂微粒被盡快地排出反應(yīng)容器之外，因此其附著在已成形的光纖預(yù)制件上的機(jī)會(huì)大大減少，從而可以保證光纖預(yù)制件沿軸線方向生長均勻，尤其是外徑均勻；③由于沒有SiO₂、GeO₂微粒附著在反應(yīng)容器內(nèi)壁上，因此也不會(huì)有SiO₂、GeO₂玻璃微粒從反應(yīng)容器壁上剝落而附著在光纖預(yù)制件的表面上而形成密度不均勻的區(qū)域，從而可以防止光纖預(yù)制件在后續(xù)的玻璃化工序后產(chǎn)生氣泡；④由于導(dǎo)入的整流氣流沿法蘭管和反應(yīng)容器的內(nèi)壁向下流動(dòng)，可以有效地阻止未沉積成形而剩余的SiO₂、GeO₂微粒靠近反應(yīng)容器內(nèi)壁并沉積在其上，同時(shí)阻止導(dǎo)入的整流氣流直接流至已成形的光纖預(yù)制件上，有效避免光纖預(yù)制件表面在制造過程中開裂；⑤由于增加氣流整流體，可以保證在沉積過程中時(shí)刻以上述4條優(yōu)勢進(jìn)行沉積，有效避免沉積初期反應(yīng)容器內(nèi)氣體流場不穩(wěn)定的現(xiàn)象，節(jié)約原料、提高產(chǎn)品成品率并降低產(chǎn)品成本。

2、《一種制造光纖預(yù)制件的方法及裝置》的制造裝置，通過在反應(yīng)容器上部的法蘭管內(nèi)設(shè)置氣流整流體，進(jìn)一步地將該氣流整流體連接在種棒上，在使用過程中，氣流整流體隨著種棒的旋轉(zhuǎn)提升而上升，可以達(dá)到如下效果：①可以有效地消除反應(yīng)容器內(nèi)氣流的紊亂現(xiàn)象；②在從法蘭管上端向下導(dǎo)入氣流時(shí)，迫使氣流僅沿反應(yīng)容器內(nèi)壁向下流動(dòng)，其間，可以對整流氣流加熱，以防止冷氣流直接與玻璃微粒沉積體接觸，光纖預(yù)制件表面溫度快速下降所致的光纖預(yù)制件表面開裂現(xiàn)象的發(fā)生；③由于氣流沿反應(yīng)容器內(nèi)壁向下流動(dòng)，對反應(yīng)容器內(nèi)壁具有一定的清洗作用，阻止SiO₂、GeO₂微粒沉積在反應(yīng)容器內(nèi)壁；④氣流調(diào)整單元與玻璃微粒沉積體之間的距離可以調(diào)節(jié)，從而可以得到更好的整流效果；⑤在沉積反應(yīng)初期，光纖預(yù)制件的上端在被提升經(jīng)過法蘭管與反應(yīng)容器的結(jié)合部時(shí)，反應(yīng)容器內(nèi)氣體流場基本不受光纖預(yù)制件上部形狀變化的影響，從而節(jié)約原料、提高產(chǎn)品收率；⑥便于安裝拆卸，節(jié)約工時(shí)。