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發布時間:2020-10-27 16:53  





不銹鋼反應釜具有耐高溫、耐腐蝕、生產能力強,使用周期長等優點,廣泛用于石油、化工、橡膠、、染料、、食品等用來完成硫化、硝化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過程的壓力容器。它是融合了反應容器,反應條件控制系統,原料進料、產品導出系統的一類生產或實驗器械。同時,由于在原粉處理中需要使用大量的乙醇,因而對設備的防燃防爆性要求極高,使得原粉反應設備臺套數多、結構復雜、產品成本高。能夠以較高的自動化程度完成預先設定好的反應步驟,對反應過程中的溫度、壓力、力學控制(攪拌、鼓風等)、反應物/產物濃度等重要參數進行嚴格的調控。
此次設計的不銹鋼反應釜是為一萬噸有機顏料車間設備改進與更新及工藝優化過程使用的。用戶在使用過程中的基本的操作參數為:釜內工作壓力:0.2MPa,工作溫度:120℃。7MPa,設計溫度為200℃,工作溫度為180℃,腐蝕余量為1mm,在筒體底部的橫截面上施加軸向固定約束,對稱面上施加對稱約束,并在筒體底部橫截面上一點(其坐標為(0,-475,513。夾套工作壓力:0.60MPa,工作溫度:164℃,介質為蒸汽。我為其設計的基本構造為全封閉式結構包括釜體(上下標準壓力容器橢圓封頭、筒體構成)、夾套、攪拌器、傳動裝置、軸封裝置、支承等結構。
根據現場場地布置,并結合參考了化工設備標準反應釜尺寸,選取其內徑Di1=Φ1800mm,按充裝系數0.85 計算, 實際容積為V=6/0.85=7.05m3。按GB/T25198-2010《壓力容器封頭》選取橢圓形封頭,查其容積V=0.827m3 , 形狀系數K=1 。基于304不銹鋼不能保證反應釜長期實際使用的事實,而雙相不銹鋼又對含Cl-等介質具有良好的耐蝕性能,故擬選擇2205雙相不銹鋼作為反應釜釜體的主要材質。則筒體高度為:h=(7.05-0.827x2)/ (πx0.92)=2.12m。夾套選取Di2=Φ2000mm。通過用戶提供的工況,在參照GB150-1998《鋼制壓力容器》確定釜體內設計壓力位工作壓力的1.1 倍,即設計壓力Pc1 為0.2x1.1=0.22MPa 設計溫度依據夾套選取了t1=164℃,夾套依據用戶使用過程中的蒸汽的溫度查閱在相應溫度下的飽和蒸汽壓為0.6 MPa,故我選取了夾套設計壓力為Pc2=0.6MPa,設計溫度為t2=164℃,焊接接頭系數Φ取0.85。
由于用戶單位提供的介質具有腐蝕性,通過與用戶溝通介質的腐蝕性及對材質的焊接性的把握, 選取了釜體結構采用00Cr17Ni14Mo2,厚度負偏差C2=0.8mm,腐蝕余量C1=0mm。通過查詢GB150-1998《鋼制壓力容器》中材料的設計溫度下許用應力與其試驗溫度許用應力通過插值法可以算00Cr17Ni14Mo2 材質試驗溫度許用應力[σ]=118MPa,設計溫度許用應力 [σ]t=114.48MPa,試驗溫度下屈服點 σs=177 MPa,夾套采用Q235-B 材質,厚度負偏差C2 =0.8mm,腐蝕余量C1=1mm。試驗期間,分為兩班作業,根據試驗記錄統計,設備運行792h,累計投料304次,得成品粉58t。其試驗溫度許用應力 [σ]=113MPa,設計溫度許用應力[σ]t=110.76 MPa,試驗溫度下屈服點σs =235MPa。
可以看出, 對應不同的位置, 起控制作用的應力是不同的, 所以在強度評定時不能單純控制一個方向的應力來滿足強度要求。開孔邊緣沿接管環向各向薄膜、彎曲應力加薄膜應力及總應力的變化情況內貫線上徑向、經向和環向應力的薄膜應力、薄膜應力加彎曲應力和總應力的分布曲線。造成反應釜腐蝕的根源可歸結為一點,即物料中含有一定量的Cl-,特別是含有HCl。三種組合曲線的變化趨勢是一致的, 薄膜應力加彎曲應力和總應力的分布曲線基本重合, 說明峰值應力很小, 可以忽略不計。經向和環向應力的薄膜應力分布曲線與薄膜應力加彎曲應力和總應力的分布曲線, 同一橫坐標下的應力相差很小, 部分位置甚至重合, 這說明彎曲應力也不大, 不是主要控制對象。可見薄膜應力是主要控制對象。
人造板廠制膠反應釜的生產工藝因膠粘劑品種不同而不同, 如脲醛甙膠的工藝曲線[ 2] 如圖2 .圖2 中,AB 段、CD 段和EF 段為升溫階段, BC 段、DE 段和FG 段是恒溫階段, GH 段是降溫階段.根據上述情況在實踐中比較了多種控制算法, 對制膠反應釜溫度控制, 采用模糊控制較為合適如.反應釜內反應液溫度設定值, 溫度控制系統采用了三輸入單輸出模糊控制系統.
由于熱量從夾套傳到反應釜內的反應液有一定的滯后 , 故將夾套內的溫度與反應釜內反應液溫度設定值變化率作為其中的一個輸入. 整個系統的軟件采用模塊化結構, 由C 語言編寫, 主要由初始化程序、參數設置程序、線性化程序、模糊推理程序等組成, 采用模糊控制對某人造板制膠反應釜的溫度控制系統進行了改造, 在生產脲醛甙膠時, 溫度誤差控制在±0 .5 ℃內, 超調量小于0 .5 %, 取得較好的效果, 受到用戶好評.特別是采用夾套溫度變化率作為模糊控制的輸入量, 有效地克服了外部干擾對反應釜內溫度的擾動, 值得推廣.