第31章 放大效應
解決工程方面的實際問題,理論固然重要,但經(jīng)驗也很關(guān)鍵,二者缺一不可,只有將理論和經(jīng)驗集合起來,才能成為專家,陳耀華既具有扎實的理論基礎,又有豐富的實踐經(jīng)驗,每當遇到棘手的工程問題,他總能找到解決辦法,雖然有些辦法可能是臨時性的,卻保證了工作進度不被耽誤。 面對材料合成反應釜的密封問題,陳耀華提出了自己的解決方案,幾位助手聽了后覺得豁然開朗,紛紛表示方案可行。陳耀華告誡他們,該方案僅僅指出了解決問題的大方向,具體如何實施,還希望助手們發(fā)揮各自的聰明才智。 具體實施過程中,涉及三方面問題,其一,tsm材料如何熔化;第二,涂布方法;第三,對單片石棉墊圈涂布,還是數(shù)層墊圈疊在一起涂布?哪種形式密封性能更好?這些問題都需要逐個得到解決。 幾位助手各抒己見,每個人都提出了自己的建議,陳耀華沒有評論孰優(yōu)孰劣,他強調(diào),沒有克服不了的困難,關(guān)鍵是腳踏實地的行動。 這就是陳耀華培養(yǎng)鍛煉年輕人的方法,讓他們大膽設想,大膽實踐,不怕犯錯,勇于探索。這一過程也許會耗費一點原材料,或者耽誤一點時間,但通過這樣的過程不僅使年輕人得到鍛煉成長,而且也在探索實踐中解決了實際問題。事實證明,這是一套行之有效的辦法,綜合效益很顯著。 誰都知道用加熱的方法可以使tsm材料融化,但實踐過程中發(fā)現(xiàn),隨著加熱溫度的升高,tsm材料在熔化時,顏色逐漸加深,陳耀華跟助手們分析判斷,這是tsm材料被高溫氧化的結(jié)果,這樣的材料涂布于石棉墊圈表面,不僅沒有彈性,失去了密封作用,而且性能變脆,根本沒有實用價值。 “高溫氧化,看來這是必須解決的問題,否則,tsm作為密封材料,將來在加工成型過程中,將會受到極大限制?!敝謧兿嗷タ粗?,自言自語道。 陳耀華若有所思地說:“高溫氧化,在材料合成過程中沒有發(fā)生這種現(xiàn)象,......,嗯,對了,材料合成時,反應釜內(nèi)除了各種原料液體,就是各種原料的蒸汽,整個體系實際上處于跟空氣隔絕的狀態(tài),如果在熔化過程中,也讓體系跟空氣隔絕呢?” “還真是這個原因??墒牵刍痶sm的過程,怎么才能使體系跟空氣處于隔絕狀態(tài)?”助手們紛紛問道。 “用惰性氣體保護,就可以達到這個目的。”陳耀華顯得胸有成竹。 “惰性氣體保護,好主意!還是主任有辦法。但是采用哪種惰性氣體呢?氮氣還是二氧化碳?”對于這位領(lǐng)導和老師,助手們從內(nèi)心佩服。 “我認為氮氣的保護效果更好,畢竟二氧化碳在高溫條件下,其活潑性也在增加,雖然氮氣的成本更高一些?!?/br> 在接下來的熔化過程中,采用了氮氣保護工藝,出現(xiàn)了立竿見影的效果,tsm熔化的難題迎刃而解。正是陳耀華想到的這套方案,成了tsm材料多個型號在將來加工成型工藝中的標準方法。 至于涂布方式,雖然陳耀華和他的助手們想出了多種方案,因為當時條件的限制,都一一作罷,最終選擇了非常原始的手工刷涂方法。盡管這種cao作方式速度慢,涂布厚度不好掌握,但卻簡單實用,隨著cao作工人的經(jīng)驗積累,速度和涂布質(zhì)量也得到了穩(wěn)步提高。 為了增加密封墊圈的可靠性和耐用性,他們決定先對單層石棉墊片進行涂布,再將數(shù)層墊片摞在一起進行整體涂布,這樣處理后,既能保證密封墊圈的強度,又可以增強墊圈的密封性能。 不要小看這一系列臨時舉措,這些突發(fā)奇想似的暫時性方法,都是tsm材料實際應用的雛形,為tsm材料的加工和向各應用領(lǐng)域大規(guī)模推廣打下了方向性基礎。 因為設備的密封墊圈事關(guān)試驗cao作的安全風險,在頭幾批試驗中,從上午八點開始投料,到晚上十一點左右合成反應結(jié)束,一連數(shù)天,陳耀華全程不離現(xiàn)場,試驗過程中他密切關(guān)注設備墊圈在高溫高壓下的表現(xiàn)情況。 結(jié)果出人意料,試驗過程中密封墊圈不僅經(jīng)受住了高溫高壓的考驗,沒有出現(xiàn)泄露現(xiàn)象,而且可以多次重復使用,這不僅證明了這種涂布密封方式的可行性,更說明了tsm材料具有優(yōu)異的耐溫耐壓性能。 但是,這種密封方式畢竟沒有經(jīng)過有關(guān)專業(yè)部門的正式檢驗,陳耀華告誡助手們,為了保險起見,一旦發(fā)現(xiàn)密封墊圈的表面涂層失去彈性,就要毫不猶豫地更換新墊圈。 解決了密封問題,陳耀華和助手們在工業(yè)化試驗設備上,一一驗證了小試期間的各種試驗條件,并對其進行修正。總體而言,工業(yè)化試驗取得的結(jié)果,跟實驗室的結(jié)果在趨勢上是基本吻合的,但也有幾方面問題存在較大差距,需要進一步用試驗確認最終的工藝條件。 首先,如果按照小試過程中引發(fā)劑的用量,在工業(yè)化試驗裝置中得到的試驗結(jié)果,不僅產(chǎn)品收率有所減少,而且?guī)醉椥阅苤笜艘灿胁煌潭鹊慕档汀?/br> 另外,材料合成時間普遍延長,如果按照小試所用的反應時間,原料的轉(zhuǎn)化根本到不了終點。 陳耀華認為,在工業(yè)化實驗裝置中出現(xiàn)這些現(xiàn)象不難理解,因為裝置體積擴大數(shù)倍,引發(fā)劑跟其他原料的混合程度不可能像小設備里面那么均勻,如果增加一定的引發(fā)劑用量,也許可以克服引發(fā)劑局部不均的問題。 合成反應時間延長,也跟裝置體積擴大有關(guān),其根源還是因為原料濃度局部不均。 這就是所謂的放大效應,如果將實驗室成果直接應用于工業(yè)生產(chǎn),幾乎都會因為放大效應出現(xiàn)意想不到的各種問題,進行工業(yè)化試驗的目的,就是要在介于小試規(guī)模和工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模之間進行試驗驗證,從而發(fā)現(xiàn)問題,解決問題,在設備和工藝上提出更接近于工業(yè)化大生產(chǎn)的條件。 助手們按照陳耀華的建議,將引發(fā)劑用量在原有基礎上增加百分之三十,在此條件下進行試驗,產(chǎn)品收率倒是有所提升,但得到的樣品色澤卻有所加深,檢測結(jié)果顯示,性能不僅沒有得到提高,其柔韌性(彈性)甚至還有所下降。 “這是什么原因呢?”面對很不理想的實驗結(jié)果,陳耀華也非常困惑。 “主任,樣品顏色加深和彈性降低,可能跟引發(fā)劑用量增加,發(fā)生局部過度聚合有關(guān)?!敝苡衩鲗W的是高分子材料,他從專業(yè)角度分析道。 521工程匯聚了多個專業(yè)的技術(shù)精英,陳耀華的原則就是廣泛聽取各種意見,最大限度吸收集體智慧,所以,他歷來鼓勵和重視助手們的觀點和建議。 “嗯,有可能發(fā)生了局部過度聚合?!标愐A贊同周玉明的分析。 “增加引發(fā)劑用量,容易發(fā)生過度聚合,問題是不增加引發(fā)劑用量,怎么保證原料的全部轉(zhuǎn)化呢?”田海濤也是陳耀華的得力助手,他學的是有機專業(yè),很重視原料轉(zhuǎn)化率。 “是啊,既要關(guān)注原料轉(zhuǎn)化率,更要重視產(chǎn)品質(zhì)量?!标愐A認為助手們提出的問題都很重要,他思索一番后繼續(xù)說道:“也許,小試過程中的引發(fā)劑用量原本沒有問題,只不過咱們在工業(yè)化試驗中的具體cao作方式存在不當之處。” “哦,主任,能詳細解釋一下你的觀點嗎?”幾位助手一起看向陳耀華,就像在大學課堂跟老師討論問題一樣,異口同聲地問道。 “從理論上講,引發(fā)劑用量跟設備大小應該沒有關(guān)系,所以,小試期間經(jīng)過反復試驗,確定的引發(fā)劑用量是合適的,否則,當時就會發(fā)現(xiàn)問題。為什么我說咱們現(xiàn)在有可能存在cao作不當呢?既然按照小試確定的引發(fā)劑用量沒有問題,而試驗結(jié)果卻不盡人意,我覺得還是因為設備體積放大后,存在引發(fā)劑跟原料混合不均勻的弊端?!标愐A分析道。 “歸根到底,還是放大效應引起的問題。隨著合成反應的開始,生成物濃度越來越高,設備內(nèi)物料的粘度將越來越大,如果混合不均勻,即使按照小試確定的引發(fā)劑用量,也有可能出現(xiàn)局部過度聚合的現(xiàn)象?!敝苡衩魈嵝训?。 “現(xiàn)在看來,在工業(yè)化試驗中,原料混合倒成了一個難題,這有點出乎預料,要想解決這個問題,難道要在合成反應器中增加攪拌設備?”這是許巍的一種建議。 “加裝攪拌設備,倒是解決問題的一種方法,但攪拌軸在高溫高壓下的密封問題怎么解決呢?”唐建林雖然學的是無機專業(yè),但作為陳耀華的助手,同樣喜歡分析問題。 “在現(xiàn)有設備上加裝攪拌裝置是不可能的,一方面攪拌軸的密封無法解決,另外現(xiàn)有設備的結(jié)構(gòu)也不允許那么做?!标愐A思慮片刻,繼續(xù)說道:“其實,要解決這個問題也不難,如果各種原料在進入合成釜之前,讓他們先在另一臺設備里混合均勻,一樣可以達到這個目的?!?/br> “主任的意思,加裝一臺預混合設備?”許巍反應很快。 “對,就是這個意思,加裝一臺預混合設備,先把包括引發(fā)劑在內(nèi)的各種原料全部加入預混合設備,在常溫常壓下混合均勻,然后再進入合成釜?!标愐A解釋道。 “這是個好辦法!對現(xiàn)有設備和管路不進行任何改動,只在旁邊增加一臺帶攪拌的容器即可?!敝謧兗娂娰澩?。 陳耀華跟幾名助手一致認為,一旦解決了原料混合問題,出現(xiàn)在工業(yè)化試驗中的兩種不利情況,都能得到克服。他當即對下一步工作做了詳細部署,試驗暫停,由他親自聯(lián)系預混合設備,周玉明負責聯(lián)系具體施工事宜。 “主任,負責521工程工業(yè)化試驗項目安裝施工的單位早就撤走了,就這么點小事,也沒法把他們再找回來呀!”