由于顶盖所受的内压(0.7 MPa)远大于其外压(0.1 MPa), 所以下面的分析只针对其承受内压的工作状态进行分析。顶盖的理论应力分析顶盖为标准椭圆型封头, 椭圆型封头的长轴a=500 mm, 短轴b=250 mm, 封头的名义厚度按照前面设计值Sn =16 mm, 按照无力矩理论给出顶盖的经向和环向应力分布曲线可以看出, 在距中心大约425 mm处,环向应力等于0, 该处是环向应力由拉应力改变为压应力的交界处, 而顶盖开人孔位置正经此处。以上应力状况是针对不开孔的封头的。造成反应釜腐蚀的根源可归结为一点,即物料中含有一定量的Cl-,特别是含有HCl。对此处曲率变化较大部位进行开孔, 必使应力复杂化。为此对按常规设计得出的顶盖的壁厚提出了质疑。
各种保护及安全信号装置反应釜的设计充分考虑了设备运行的安全性, 所有与设备安全有关、需要保护的部位均设置了信号指示和保护措施。各信号指示均安装于釜体上盖, 便于操作人员的观察监测。A27H-10 弹簧微启式安全阀, 保证釜体反应层工作压力不超过设定值。801 立式自动排气阀, 用于观测釜内物料反应程度。Y-150 压力表, 用于观测釜内物料反应压力。常采用的办法是将夹套做成外蛇管式结构,在夹套中装设导流板或扰流喷嘴。WZP-230 温度传感器,用于监控釜内物料反应温度;温度表, 用于直接观测釜内物料反应温度。 釜体反应层壁厚的设计釜体材料1Cr18Ni9Ti , 釜体材料许用应力为[ σ] t =137MPa , 筒体与封头焊接形式采用双面焊接、全焊透, 焊接接头系数为=0.85 , 腐蚀裕量C2=1.5mm , 采用局部无损检测, 钢板厚度负偏差为C1 =0.5mm , 釜体反应层内直径为Di =1100mm ,设计压力为pc =0.5MPa , 则釜体反应层计算壁厚。
反应釜结构型式的确定木材工业用合成树脂的制造过程对反应状态的要求并不很严格, 反应物粘度也不高, 因此对反应釜结构、搅拌器型式以及传热面布置的适应性较强。早期普遍采用锚式搅拌的搪玻璃反应釜; 近来随着反应釜容积的增大, 夹套传热、内蛇管冷却、复合式搅拌的不锈钢反应釜, 以及板壳式内置加热、冷却器, 推进式搅拌的不锈钢反应釜也得到广泛采用。从振动发生的原因角度来说,主要因素如下:①反应釜内负荷过大或者加料不够均匀。’这些结构不一, 搅拌型式各异的反应釜均能生产出合格的产品;
但对于油加热反应釜来说, 结构型式选择的要点在于是否适应加热介质(导热油) 的特性。比如说, 内置式板壳加热器换热效果好, 且反应釜筒体所承受外压大为降低( 如不需减压脱水, 则不承受外压), 筒体壁厚可以减小, 耗材少, 造价低, 对于以蒸汽加热的大型反应釜无疑是有其优越性的; 但用于油加热反应釜, 加热器内置就有一定的风险, 而且板壳式加热器的焊接有一定难度, 因此这种结构是不适用的。另外, 热油温度较高,材料以不锈钢为宜。双相不锈钢反应釜的结构设计与其他材料的反应釜基本相同,这里就不在详述。经综合考虑, 我们选用了夹套加热、内置蛇管冷却、复合式搅拌的结构型式。
从反应釜控制的实际来说,其具有非线性和延迟性特点,复杂性很强,增加了温度控制的难度。特性分析如下:
①从化学反应的实际来说,供热系统会产生很多的变化,变化过程极易受外界环境因素的影响,而且化学反应过程变化趋势具有差异性,所以使得反应釜成为非线性系统,温度控制的难度增加。
②化工生产中的反应釜不仅体积大,而且热容量很大,实际运行中随时会产生吸热反应与放热反应,所以进行采集时会增加过程时间。
③反应釜内发生聚合反应时,生产用的化工原料也会发生变化,引发过程与物质变化,产生系列反应,比如吸热反应和放热反应等,生产的复杂性较强。
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