反應(yīng)釜的頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從安全的角度考慮, 如果把頂蓋與筒體相連接的部位設(shè)計(jì)成法蘭螺栓連接, 因其密封面大, 工作溫度高, 介質(zhì)具有腐蝕性, 密封難以保證, 會(huì)造成安全隱患;另一方面從經(jīng)濟(jì)的角度考慮, 所使用的材料為0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼, 價(jià)格昂貴, 如果增加一對(duì)容器蘭(約1 萬元), 則提高了容器的制造成本。若沒有及時(shí)排出熱量，那么會(huì)使得反應(yīng)釜內(nèi)的溫度增加，極易引發(fā)“爆聚”問題。終決定采用如圖1所示的結(jié)構(gòu), 使筒體與頂蓋采用焊接連接結(jié)構(gòu), 為了方便內(nèi)件的裝卸和檢修,在一側(cè)開了一個(gè)426 mm×10 mm的人孔?！∮捎谌丝椎闹睆捷^大, 頂蓋直徑相對(duì)較小, 且其上還開有其他接管, 開人孔時(shí), 必須同時(shí)跨頂蓋和筒體, 這對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)產(chǎn)生了新的問題———頂蓋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)如何解決。

反應(yīng)釜工作壓力為0.7 MPa, 設(shè)計(jì)壓力取0.8 MPa, 腐蝕裕量取1 mm, 鋼板負(fù)偏差取0.8 mm,材料的許用應(yīng)力為130 MPa, 按GB150— 1998《鋼制壓力容器》設(shè)計(jì)出頂蓋的厚度約為5 mm。再按照文獻(xiàn)[ 1]的設(shè)計(jì)方法, 考慮到頂蓋密集開孔的削弱和攪拌器等附件重量的影響, 對(duì)頂蓋進(jìn)行整體補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì), 終頂蓋厚度圓整到8 mm。采用雙相不銹鋼2205計(jì)算出的厚度比采用普通的不銹鋼的要小,這是因?yàn)殡p相不銹鋼力學(xué)性能優(yōu)異,強(qiáng)度高,在固溶狀態(tài)下的室溫屈服強(qiáng)度比未添加氮的標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼高兩倍多,這樣在某些應(yīng)用中就可以減小壁厚。按外壓容器設(shè)計(jì)因?yàn)榉磻?yīng)釜工作時(shí)可能出現(xiàn)負(fù)壓, 約為-0.077MPa, 設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮筒體的失穩(wěn)現(xiàn)象, 需按外壓容器設(shè)計(jì)壁厚。夾套的工作壓力為0.6 MPa, 設(shè)計(jì)外壓取為0.7 MPa。按外壓容器設(shè)計(jì)出筒體的名義厚度為14 mm, 為取材一致和開孔補(bǔ)強(qiáng), 故將頂蓋厚度取與筒體相同。同樣, 考慮頂蓋密集開孔的削弱和攪拌器等附件重量的影響, 頂蓋厚度取16 mm。根據(jù)以上分析, 頂蓋的名義厚度的設(shè)計(jì)值16mm。

造成反應(yīng)釜腐蝕的根源可歸結(jié)為一點(diǎn), 即物料中含有一定量的Cl- , 特別是含有HCl。目前來說，多采用自適應(yīng)模糊PID控制法和其他方法，能夠增強(qiáng)溫度的控制效果。含有Cl-的物料一方面會(huì)使金屬發(fā)生晶間腐蝕, 這是由于設(shè)備在制造過程中焊接及熱變形, 溫度可升到910 ℃以上, 而奧氏體不銹鋼在400 ～ 850 ℃范圍緩慢冷卻時(shí), 在晶界上有高鉻的碳化物Cr23C6 析出, 因此就出現(xiàn)了貧鉻區(qū), 含鉻低于11%的不銹鋼在腐蝕的溶液(含Cl-溶液)中是不抗腐蝕的。從表面深入到內(nèi)部, 使金屬失去了強(qiáng)度。另一方面, 含有Cl -的物料有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕(是金屬在拉應(yīng)力和腐蝕及一定的溫度的共同作用下所引起的)。

從反應(yīng)釜控制的實(shí)際來說，其具有非線性和延遲性特點(diǎn)，復(fù)雜性很強(qiáng)，增加了溫度控制的難度。特性分析如下：

①?gòu)幕瘜W(xué)反應(yīng)的實(shí)際來說，供熱系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生很多的變化，變化過程極易受外界環(huán)境因素的影響，而且化學(xué)反應(yīng)過程變化趨勢(shì)具有差異性，所以使得反應(yīng)釜成為非線性系統(tǒng)，溫度控制的難度增加。

②化工生產(chǎn)中的反應(yīng)釜不僅體積大，而且熱容量很大，實(shí)際運(yùn)行中隨時(shí)會(huì)產(chǎn)生吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)，所以進(jìn)行采集時(shí)會(huì)增加過程時(shí)間。

③反應(yīng)釜內(nèi)發(fā)生聚合反應(yīng)時(shí)，生產(chǎn)用的化工原料也會(huì)發(fā)生變化，引發(fā)過程與物質(zhì)變化，產(chǎn)生系列反應(yīng)，比如吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)等，生產(chǎn)的復(fù)雜性較強(qiáng)。