張科山

（杭州西湖搪玻璃設(shè)備有限公司，浙江 杭州 311258）

1 前言

由于氫基吡嗪分餾過程無法達(dá)到要求的純度，而使氫基吡嗪在國內(nèi)無法形成工業(yè)化生產(chǎn)。而此次氫基吡嗪精餾釜的設(shè)計(jì)，在容器內(nèi)增加了冷卻盤管，改善了攪拌系統(tǒng)，有效的提高了氫基吡嗪分餾純度。此次設(shè)計(jì)的氫基吡嗪精餾釜在客戶公司投產(chǎn)使用后，基本滿足了工藝生產(chǎn)的需要，得到了客戶的好評。

2 設(shè)計(jì)條件及要求

工作壓力：真空；工作溫度：170℃ 容積:2000L;工作介質(zhì)：氫基吡嗪、甲苯。

要求：設(shè)計(jì)一臺精餾設(shè)備滿足氫基吡嗪分餾工藝的要求，實(shí)現(xiàn)氫基吡嗪分餾純度的提高。

3 基本結(jié)構(gòu)、參數(shù)及材料的確定

3.1 內(nèi)筒尺寸確定

按要求容積2000L,精餾釜充裝系數(shù)取0.9，則容器全容積為：2000L/0.9=2222L。選取筒體直徑1300mm，長度1200mm，選用K=1標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。全容積為2230L，與要求全容積2222L相近。故確定筒體尺寸為DN1300×1200mm。

3.2 夾套壓力、尺寸確定

工作溫度要求為170℃，采用夾套結(jié)構(gòu)，夾套內(nèi)用蒸汽加熱，使內(nèi)筒溫度達(dá)到170℃，此時(shí)夾套的飽和蒸汽壓為0.7MPa，故選定夾套工作壓力為0.7MPa。按照GB150-1998《鋼制壓力容器》中的規(guī)定，設(shè)計(jì)壓力按工作壓力1.1倍選取，即為0.7x1.1=0.77MPa。

夾套筒體的尺寸為DN1450x1200mm,夾套封頭選K=1標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。

3.3 材料選取

內(nèi)筒介質(zhì)為氫基吡嗪和甲苯，對碳鋼材料有一定腐蝕，并且生產(chǎn)產(chǎn)品為藥用產(chǎn)品，對容器潔凈度有較高的要求，所以選用耐腐蝕、潔凈度高的不銹鋼材料0Cr18Ni9。夾套材料要滿足工作溫度的要求并且要與內(nèi)筒的不銹鋼材料有良好的焊接性能，選用碳鋼Q235-B即可滿足要求。

4 容器壁厚的計(jì)算及校核

4.1 容器壁厚計(jì)算

按GB150-1998《鋼制壓力容器》中規(guī)定的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，得出的計(jì)算厚度：內(nèi)筒體計(jì)算厚度為15.1mm，名義厚度為16mm。內(nèi)筒體上封頭計(jì)算厚度為3.07mm，考慮到上封頭要承載整個(gè)攪拌系統(tǒng)，需要足夠的強(qiáng)度，并且與內(nèi)筒體焊接的工藝性能，取名義厚度為14mm。內(nèi)筒體下封頭計(jì)算厚度14.2mm，由于封頭在壓制成型過程中的減薄，加上鋼板自身的負(fù)偏差，需取下封頭的名義厚度16mm。

夾套筒體計(jì)算厚度為6.03mm，名義厚度為8mm。夾套封頭計(jì)算厚度為6.02mm，名義厚度為8mm。夾套壓力試驗(yàn)時(shí)，內(nèi)筒至少需保持0.11MPa的內(nèi)壓，否則將導(dǎo)致內(nèi)筒失穩(wěn)。

4.2 內(nèi)筒體水壓試驗(yàn)的校核

壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力：[σ]T燮0.90σs=184.50MPa

滿足σT燮[σ]T的要求，所以內(nèi)筒水壓試驗(yàn)校核合格。

4.3 內(nèi)筒體外壓許用應(yīng)力的校核

外壓計(jì)算長度 L=1233mm，筒體外徑Do=Di+2δn=1332mm，得：

L/Do=0.93，Do/δe=88.21，查表[1]得 A 值為：0.0017736；B值為：77.69

計(jì)算許用外壓力得：

所以內(nèi)筒體外壓許用應(yīng)力校核合格。

4.4 內(nèi)筒上封頭外壓許用應(yīng)力的校核

上封頭名義厚度δn=14.00mm，外徑Do=Di+2δn=1328.00mm，系數(shù) K1=0.9000，得出：

4.5 內(nèi)筒下封頭外壓許用應(yīng)力的校核

下封頭名義厚度δn=16.00mm，外徑Do=Di+2δn=1332.00mm，系數(shù) K1=0.9000，得出：A=

4.6 夾套筒體水壓試驗(yàn)校核

壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力：[σ]T燮0.90σs=211.50MPa

滿足σT燮[σ]T的要求，所以夾套筒體水壓試驗(yàn)校核合格。

4.7 夾套筒體許用應(yīng)力的校核

[σ]t準(zhǔn)=92.92≥σt，所以夾套筒體許用應(yīng)力校核合格。

4.8 夾套封頭的校核

夾套封頭最大允許工作壓力 [Pw]=

大于夾套封頭的計(jì)算壓力0.77MPa，所以夾套封頭的校核合格。

5 攪拌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

攪拌裝置是氫基吡嗪精餾釜重要的組成部分，對于釜內(nèi)介質(zhì)充分的混合，強(qiáng)化傳熱起到了關(guān)鍵的作用，直接影響著分餾的效果，是決定此精餾釜設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。

5.1 攪拌器的選擇

由于釜內(nèi)介質(zhì)粘度較高，要求的傳熱效果要好，所以采用錨式攪拌器，選取錨式攪拌器直徑為DJ850。

5.2 攪拌軸的計(jì)算

5.2.1 按扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算攪拌軸的軸徑d1=

5.2.2 按強(qiáng)度計(jì)算攪拌軸的軸徑d2=

經(jīng)計(jì)算并取一定的安全系數(shù)，最后確定軸徑d為80mm。

選取5.5Kw的防爆電機(jī)，并確定減速機(jī)型號為BLB220。

5.3 密封裝置選擇

由于精餾釜內(nèi)介質(zhì)甲苯具有易燃的特性，對密封的要求較高，所以選用小彈簧，雙端面，平衡型的206機(jī)械密封，以達(dá)到良好的密封效果。

6 盤管的設(shè)計(jì)

為了更好的控制溫度，在夾套加熱的基礎(chǔ)上增加內(nèi)盤管，用來通入冷卻水?？偟膿Q熱面積確定為1.5m2，可以有效的實(shí)現(xiàn)釜內(nèi)溫度的快速升高和下降，實(shí)現(xiàn)了良好的分餾效果。

7 結(jié)束語

本次氫基吡嗪精餾釜的設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照用戶提供的技術(shù)條件，遵循國家法規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，滿足了用戶的要求。此氫基吡嗪精餾釜投入生產(chǎn)使用后，基本實(shí)現(xiàn)了用戶對分餾純度的要求，滿足了工藝生產(chǎn)的需要，得到了用戶的好評。

[1]壽比南，壓力容器設(shè)計(jì)中有關(guān)問題的討論.

[2]楊而寧，反應(yīng)釜攪拌軸總體設(shè)計(jì)與計(jì)算.

[3]董大勤等.壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊.