張海勝（聚源化學(xué)工業(yè)股份有限公司，吉林 吉林 132000）

聚醚裝置80立軟泡反應(yīng)釜設(shè)計(jì)

張海勝（聚源化學(xué)工業(yè)股份有限公司，吉林 吉林 132000）

國(guó)內(nèi)鋼鐵制造工藝的發(fā)展，使原來(lái)化學(xué)工業(yè)中高價(jià)位、多進(jìn)口、傳熱差的釜類(lèi)設(shè)備向低價(jià)位、國(guó)產(chǎn)化、傳熱效率高轉(zhuǎn)變成為可能；尤其是采用先進(jìn)的復(fù)合板制造技術(shù)制造的聚醚反應(yīng)釜，替代了聚醚工業(yè)初級(jí)階段的純進(jìn)口設(shè)備，并在聚醚裝置中應(yīng)用，大大節(jié)省了企業(yè)生產(chǎn)成本，更重要的是提高了工藝生產(chǎn)中的傳熱效率.

聚醚；反應(yīng)釜；設(shè)計(jì)；80立方米

工藝設(shè)計(jì)給定了軟泡聚醚反應(yīng)釜的容積為80m3，操作壓力為-0.098～0.883MPa.反應(yīng)溫度30～130℃，釜體材質(zhì)為復(fù)合板06Cr18Ni10/Q345R.內(nèi)盤(pán)管最高工作壓力0.5MPa，外半管最高工作壓力0.5MPa.內(nèi)盤(pán)管及外半管換熱面積分別為147㎡和7㎡.

1 反應(yīng)釜高徑比的確定

在確定了軟泡聚醚反應(yīng)釜的容積后，下面選擇合適的裝液高度與反應(yīng)釜直徑之比HL/D，從而確定筒體內(nèi)徑和高度H。

常用攪拌容器設(shè)計(jì)的裝液高徑比

種類(lèi)一般攪拌罐發(fā)酵罐類(lèi)釜內(nèi)物料的類(lèi)型液-固相或液-液相氣-液相H/Di 1～1．3 1～2 1．7～2．5

分析聚醚生產(chǎn)過(guò)程，釜內(nèi)有一定量水需要經(jīng)過(guò)真空機(jī)組抽出，而釜溫是在100℃以上變化，也就是說(shuō)水以氣態(tài)被真空機(jī)組抽出，此時(shí)釜內(nèi)是氣液相并存，且在釜內(nèi)達(dá)到一定絕壓后由釜底通入鼓泡氮?dú)猓藭r(shí)也是氣液相并存，所以我們以反應(yīng)釜、分散槽來(lái)選擇HL/D的系數(shù)，考慮到HL/D越大對(duì)傳質(zhì)傳熱有利，并減小攪拌功率，取HL/D系數(shù)為1.75.

橢圓封頭常用在中低壓的情況，根據(jù)工藝給定設(shè)計(jì)壓力-0.098～0.883MPa，反應(yīng)釜選用橢圓封頭。

對(duì)于橢圓形封頭，不能直接計(jì)算出筒體的內(nèi)徑和高度，在此假設(shè)成平底直立封頭，通過(guò)公式計(jì)算出直徑Di

根據(jù)橢圓形封頭JB1154-73，向下圓整為公稱(chēng)直徑3800mm

根據(jù)H/D=1.75，計(jì)算H=6650

此時(shí)反應(yīng)釜容積為V=H*1/4*π*D*D+Vd=83m3

復(fù)核之后容積偏大，不符合要求。

取H=6400，此時(shí)，復(fù)核V=80.2符合要求。

公稱(chēng)直徑3800mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭容積為7.75m3

復(fù)核高徑比：i=H/D=1.68，復(fù)核1～2范圍。

由此確定直筒高H=6400mm，D=3800mm

2 釜體筒體壁厚的設(shè)計(jì)

反應(yīng)釜上裝有安全閥，取設(shè)計(jì)壓力P=1.1Pw=1.1×[0.883－(－0.098)]=1.08，圓整取P=1.1MPa，則公稱(chēng)壓力為1.6MPa

取計(jì)算壓力Pc=P=1.1MPa，根據(jù)規(guī)定負(fù)偏差小于0.3mm，這里取C1=0.25mm，帶夾套的反應(yīng)釜雙面腐蝕，腐蝕裕量C2= 2mm，查數(shù)據(jù)表Q345R彈性模量為2.09×105N/mm2，許用應(yīng)力值為[σ]t=163MPa，取焊縫系數(shù)φ=,0.85，

同時(shí)驗(yàn)證取[σ]t=163MPa正確。

綜上，Q345R筒體厚度為18mm.

3 封頭的計(jì)算

4 夾套的設(shè)計(jì)：半管夾套傳熱效率高，內(nèi)筒承受外壓小，使用起來(lái)更經(jīng)濟(jì)，所以一般選用半管夾套設(shè)計(jì)

根據(jù)《HG20582-1998鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定》中半圓管夾套容器設(shè)計(jì)的要求，“半圓管夾套限定使用外徑為60、89、114的無(wú)縫鋼管制成；當(dāng)使用板材沖壓時(shí)，限定沖壓成相當(dāng)于同尺寸的半圓管，適用于容器直徑760～4300mm，圓筒或封頭厚度為4.5～50mm”“半圓管夾套在殼體上布置時(shí)，其節(jié)距可根據(jù)傳熱工藝需要和焊接工藝需要確定，和殼體強(qiáng)度、剛度設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)”

根據(jù)工藝給定條件，外半管換熱面積為F=7㎡，依據(jù)慣例采用外徑89的沖壓半管，厚度4.5mm，則半管長(zhǎng)度為L(zhǎng)=87500mm；根據(jù)工藝傳熱描述，反應(yīng)初首先提高溫度，在反應(yīng)過(guò)程中釜底熱量不斷帶走，維持熱平衡，所以釜體外半管布置本著底封頭到筒體的原則.

5 內(nèi)盤(pán)管設(shè)計(jì)

反應(yīng)釜內(nèi)盤(pán)管設(shè)計(jì)主要有螺旋盤(pán)管和豎式蛇管結(jié)構(gòu)，采用螺旋盤(pán)管時(shí)一般在釜內(nèi)設(shè)置內(nèi)擋板，而對(duì)稱(chēng)布置的機(jī)組豎式蛇管本能起到擋板的作用.本設(shè)計(jì)考慮釜內(nèi)豎式蛇管結(jié)構(gòu)，對(duì)稱(chēng)共4組布置.

首先取內(nèi)盤(pán)管為DN50的無(wú)縫鋼管，材質(zhì)與釜內(nèi)壁相同，同為S30408，規(guī)格為φ57×3.5mm.

根據(jù)工藝換熱面積為147㎡，可以算出釜內(nèi)換熱管長(zhǎng)度：

6 確定復(fù)合板

復(fù)合板材采用S30408，工藝介質(zhì)腐蝕性低，根據(jù)市場(chǎng)及復(fù)合板制造工藝，選用厚度為3mm的S30408板材.

7 結(jié)語(yǔ)

綜合以上設(shè)計(jì)可得公稱(chēng)容積80m3的反應(yīng)釜經(jīng)設(shè)計(jì)后外形尺寸為：

直筒高H=6400mm，公稱(chēng)直徑D=3800mm，壁厚δ=18mm，外半管為φ89mm，長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=87500mm，內(nèi)盤(pán)管為φ57mm，長(zhǎng)度為L(zhǎng)2=821320mm，復(fù)合板為：復(fù)層是3mm的S30408板材和基層18mm的Q345R板材.

從以上全文可以看出，反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)是一個(gè)以標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，并不斷校核，圓整的過(guò)程.整個(gè)過(guò)程中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)和流體動(dòng)力模擬是十分重要的方面。復(fù)合板反應(yīng)釜與純不銹鋼板反應(yīng)釜相比，造價(jià)低、利于傳熱，但制造技術(shù)包括焊接、板材復(fù)合技術(shù)要求高，在制造加工技術(shù)發(fā)展成熟的條件下，選用復(fù)合板反應(yīng)釜具有很高的性?xún)r(jià)比.

[1]標(biāo)準(zhǔn)GB150-2011《固定式壓力容器》.

[2]《攪拌與混合設(shè)備選用手冊(cè)》，陳志平等編著.

[3]TSG_R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》.