聚醚裝置80立軟泡反應釜設計

張海勝（聚源化學工業股份有限公司，吉林 吉林 132000）

聚醚裝置80立軟泡反應釜設計

張海勝（聚源化學工業股份有限公司，吉林 吉林 132000）

國內鋼鐵制造工藝的發展，使原來化學工業中高價位、多進口、傳熱差的釜類設備向低價位、國產化、傳熱效率高轉變成為可能；尤其是采用先進的復合板制造技術制造的聚醚反應釜，替代了聚醚工業初級階段的純進口設備，并在聚醚裝置中應用，大大節省了企業生產成本，更重要的是提高了工藝生產中的傳熱效率.

聚醚；反應釜；設計；80立方米

工藝設計給定了軟泡聚醚反應釜的容積為80m3，操作壓力為-0.098～0.883MPa.反應溫度30～130℃，釜體材質為復合板06Cr18Ni10/Q345R.內盤管最高工作壓力0.5MPa，外半管最高工作壓力0.5MPa.內盤管及外半管換熱面積分別為147㎡和7㎡.

1 反應釜高徑比的確定

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

常用攪拌容器設計的裝液高徑比

種類一般攪拌罐發酵罐類釜內物料的類型液-固相或液-液相氣-液相H/Di 1～1．3 1～2 1．7～2．5

分析聚醚生產過程，釜內有一定量水需要經過真空機組抽出，而釜溫是在100℃以上變化，也就是說水以氣態被真空機組抽出，此時釜內是氣液相并存，且在釜內達到一定絕壓后由釜底通入鼓泡氮氣，此時也是氣液相并存，所以我們以反應釜、分散槽來選擇HL/D的系數，考慮到HL/D越大對傳質傳熱有利，并減小攪拌功率，取HL/D系數為1.75.

橢圓封頭常用在中低壓的情況，根據工藝給定設計壓力-0.098～0.883MPa，反應釜選用橢圓封頭。

對于橢圓形封頭，不能直接計算出筒體的內徑和高度，在此假設成平底直立封頭，通過公式計算出直徑Di

根據橢圓形封頭JB1154-73，向下圓整為公稱直徑3800mm

根據H/D=1.75，計算H=6650

此時反應釜容積為V=H*1/4*π*D*D+Vd=83m3

復核之后容積偏大，不符合要求。

取H=6400，此時，復核V=80.2符合要求。

公稱直徑3800mm的標準橢圓封頭容積為7.75m3

復核高徑比：i=H/D=1.68，復核1～2范圍。

由此確定直筒高H=6400mm，D=3800mm

2 釜體筒體壁厚的設計

反應釜上裝有安全閥，取設計壓力P=1.1Pw=1.1×[0.883－(－0.098)]=1.08，圓整取P=1.1MPa，則公稱壓力為1.6MPa

取計算壓力Pc=P=1.1MPa，根據規定負偏差小于0.3mm，這里取C1=0.25mm，帶夾套的反應釜雙面腐蝕，腐蝕裕量C2= 2mm，查數據表Q345R彈性模量為2.09×105N/mm2，許用應力值為[σ]t=163MPa，取焊縫系數φ=,0.85，

同時驗證取[σ]t=163MPa正確。

綜上，Q345R筒體厚度為18mm.

3 封頭的計算

4 夾套的設計：半管夾套傳熱效率高，內筒承受外壓小，使用起來更經濟，所以一般選用半管夾套設計

根據《HG20582-1998鋼制化工容器強度計算規定》中半圓管夾套容器設計的要求，“半圓管夾套限定使用外徑為60、89、114的無縫鋼管制成；當使用板材沖壓時，限定沖壓成相當于同尺寸的半圓管，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，其節距可根據傳熱工藝需要和焊接工藝需要確定，和殼體強度、剛度設計無關”

根據工藝給定條件，外半管換熱面積為F=7㎡，依據慣例采用外徑89的沖壓半管，厚度4.5mm，則半管長度為L=87500mm；根據工藝傳熱描述，反應初首先提高溫度，在反應過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 內盤管設計

反應釜內盤管設計主要有螺旋盤管和豎式蛇管結構，采用螺旋盤管時一般在釜內設置內擋板，而對稱布置的機組豎式蛇管本能起到擋板的作用.本設計考慮釜內豎式蛇管結構，對稱共4組布置.

首先取內盤管為DN50的無縫鋼管，材質與釜內壁相同，同為S30408，規格為φ57×3.5mm.

根據工藝換熱面積為147㎡，可以算出釜內換熱管長度：

6 確定復合板

復合板材采用S30408，工藝介質腐蝕性低，根據市場及復合板制造工藝，選用厚度為3mm的S30408板材.

7 結語

綜合以上設計可得公稱容積80m3的反應釜經設計后外形尺寸為：

直筒高H=6400mm，公稱直徑D=3800mm，壁厚δ=18mm，外半管為φ89mm，長度為L1=87500mm，內盤管為φ57mm，長度為L2=821320mm，復合板為：復層是3mm的S30408板材和基層18mm的Q345R板材.

從以上全文可以看出，反應釜的設計是一個以標準為基礎，依據經驗系數，并不斷校核，圓整的過程.整個過程中經驗系數和流體動力模擬是十分重要的方面。復合板反應釜與純不銹鋼板反應釜相比，造價低、利于傳熱，但制造技術包括焊接、板材復合技術要求高，在制造加工技術發展成熟的條件下，選用復合板反應釜具有很高的性價比.

[1]標準GB150-2011《固定式壓力容器》.

[2]《攪拌與混合設備選用手冊》，陳志平等編著.

[3]TSG_R0004-2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》.