离子交换树脂反应器支撑结构设计

王巍（中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院吉林 吉林132002）

1 反应器简介

某化工装置中有一台酯化反应器，为固定床式，填料段为离子交换树脂层，混合液体和甲醇在离子交换树脂表面反应生成酯类。设备直径为DN3500 mm，总高约11 m，设计温度为100℃，设计压力为1.0 MPa，设备材质为S316。(如图1所示)

2 技术分析

离子交换树脂在操作工况下会产生膨胀，因此在设计时壳体、封头的厚度考虑膨胀的因素取1.5倍计算厚度，经计算壳体和封头采用复合钢板：Q345R+S316。

离子交换树脂在操作过程中会膨胀，因此离子交换树脂层的支承和压板结构应满足混合液体反应的过程需要和强度支撑的需要。

通常的设计是将用型钢做支承梁，上面铺满分块的支承格栅，经过计算，树脂层下部的支承和上部的压板分别为2吨和1.3吨。本酯化反应器介质易产生聚合，所以采用型钢和格栅结构都不利于清除聚合物。因此，应该对离子交换树脂层的支承和压板结构设计进行优化，以满足使用需要。

3 优化设计

经过比较，采用板梁、筋板、多孔板结合的支撑结构更节省材料，零部件形状也更为简单，不易产生聚合。经过设计计算，该结构形式的支承和压板重量为别为1.8吨和0.8吨。以支承结构为例，设计内容如下：

（1）纵向和横向支承梁采用300x12的钢板，间距575，所有支承梁上焊接100x12的支承板；纵向支承梁之间等间距加两道25x3加强筋板；

（2）支承板上平铺12块多孔板，多孔板板厚3mm，上面开10mm圆孔，孔间距20，孔板上开适量20mm圆孔与支承板塞焊；

（3）孔板上铺4层金属丝网，用垫圈、螺栓和螺母固定在孔板上；

（4）在多孔板和金属丝网之间用软绳缠绕螺栓，起到密封和紧固的作用。（如图1、2所示）

压板的结构与此同理，板厚12mm的都降为6mm，方向倒置。

4 优化设计的效果

（1）该结构优化后减轻了支承的重量，节省材料，减少焊接量。

（2）结构的简化可以减少介质的聚合，减少停车清理聚合物的频次。

5 结论

该优化设计可以满足工艺要求，实际工程应用效果好，是一种可供压力容器设计人员参考利用的有效结构形式。

[1]GB150-2011，压力容器[S].