離子交換樹脂反應器支撐結構設計

王巍（中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設計院吉林 吉林132002）

1 反應器簡介

某化工裝置中有一臺酯化反應器，為固定床式，填料段為離子交換樹脂層，混合液體和甲醇在離子交換樹脂表面反應生成酯類。設備直徑為DN3500 mm，總高約11 m，設計溫度為100℃，設計壓力為1.0 MPa，設備材質為S316。(如圖1所示)

2 技術分析

離子交換樹脂在操作工況下會產生膨脹，因此在設計時殼體、封頭的厚度考慮膨脹的因素取1.5倍計算厚度，經計算殼體和封頭采用復合鋼板：Q345R+S316。

離子交換樹脂在操作過程中會膨脹，因此離子交換樹脂層的支承和壓板結構應滿足混合液體反應的過程需要和強度支撐的需要。

通常的設計是將用型鋼做支承梁，上面鋪滿分塊的支承格柵，經過計算，樹脂層下部的支承和上部的壓板分別為2噸和1.3噸。本酯化反應器介質易產生聚合，所以采用型鋼和格柵結構都不利于清除聚合物。因此，應該對離子交換樹脂層的支承和壓板結構設計進行優化，以滿足使用需要。

3 優化設計

經過比較，采用板梁、筋板、多孔板結合的支撐結構更節省材料，零部件形狀也更為簡單，不易產生聚合。經過設計計算，該結構形式的支承和壓板重量為別為1.8噸和0.8噸。以支承結構為例，設計內容如下：

（1）縱向和橫向支承梁采用300x12的鋼板，間距575，所有支承梁上焊接100x12的支承板；縱向支承梁之間等間距加兩道25x3加強筋板；

（2）支承板上平鋪12塊多孔板，多孔板板厚3mm，上面開10mm圓孔，孔間距20，孔板上開適量20mm圓孔與支承板塞焊；

（3）孔板上鋪4層金屬絲網，用墊圈、螺栓和螺母固定在孔板上；

（4）在多孔板和金屬絲網之間用軟繩纏繞螺栓，起到密封和緊固的作用。（如圖1、2所示）

壓板的結構與此同理，板厚12mm的都降為6mm，方向倒置。

4 優化設計的效果

（1）該結構優化后減輕了支承的重量，節省材料，減少焊接量。

（2）結構的簡化可以減少介質的聚合，減少停車清理聚合物的頻次。

5 結論

該優化設計可以滿足工藝要求，實際工程應用效果好，是一種可供壓力容器設計人員參考利用的有效結構形式。

[1]GB150-2011，壓力容器[S].