反應(yīng)設(shè)備使用歷史悠久, 應(yīng)用廣泛, 由于在多功能反應(yīng)釜使用過程中涉及反應(yīng), 所以對(duì)反應(yīng)設(shè)備本身安全要求較高。我國《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》從管理及安全的角度出發(fā)對(duì)壓力容器進(jìn)行分類時(shí), 把反應(yīng)容器提高了一個(gè)等級(jí), 把中壓、介質(zhì)為或毒性程度為危害介質(zhì)、PV≥10 MPa· m3 的反應(yīng)容器劃分為三類壓力容器, 而且把低壓、介質(zhì)毒性為極度和高度危害、PV≥0.2 MPa· m3 的容器也劃分為三類容器。三類容器在設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和使用管理方面提出嚴(yán)格要求, 以防止意外事故的發(fā)生。文中所介紹的反應(yīng)釜屬于三類容器, 其反應(yīng)介質(zhì)之一為, 工作壓力為0.7 MPa, 工作溫度接近180 ℃。無色有毒, 極其(在空氣中含3% ～ 100%均可), 屬高度危害介質(zhì)。如何保證安全, 防止泄漏, 是設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)解決的問題。目前,國內(nèi)外的植物膠反應(yīng)設(shè)備,均是對(duì)植物膠原粉進(jìn)行反應(yīng)加工,設(shè)備產(chǎn)量低,產(chǎn)品質(zhì)量不易保證。而密封難點(diǎn)集中反映在頂蓋與筒體相連接的部位, 主要是因?yàn)槠涿芊饷娣e大、密封不易保證造成的。

由于多功能反應(yīng)釜攪拌器組件由多點(diǎn)支撐, 而且在常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了機(jī)架、減速機(jī)和電機(jī)共同作用在頂蓋上壓力的影響和局部開孔的影響, 對(duì)封頭進(jìn)行了整體補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì), 所以有限元建模時(shí), 為了簡化分析, 不考慮它們的影響, 只考慮跨頂蓋和筒體開人孔的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性, 所以取其1/2 作為研究對(duì)象。筒體與接管長度的取值都大于2.5 RT(R為接管與筒體半徑, T為接管與筒體的厚度), 筒體和封頭的厚度取值為13.4 mm(封頭成型后的實(shí)際厚度減去腐蝕裕量), 接管厚度為9 mm。從實(shí)際應(yīng)用的效果來說，使用自適應(yīng)模糊PID控制器，對(duì)反應(yīng)釜溫度實(shí)施控制，可依據(jù)系統(tǒng)偏差以及偏差變化率的實(shí)際變化情況，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，不僅適應(yīng)性好，而且魯棒性較好，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)反應(yīng)釜溫度的把控。材料特性人孔接管、筒體和封頭的材質(zhì)均為0Cr18Ni9,設(shè)計(jì)壓力為0.8 MPa, 工作壓力為0.7MPa, 設(shè)計(jì)溫度為200 ℃, 工作溫度為180 ℃,腐蝕余量為1 mm，在筒體底部的橫截面上施加軸向固定約束，對(duì)稱面上施加對(duì)稱約束, 并在筒體底部橫截面上一點(diǎn)(其坐標(biāo)為(0, -475, 513.4))約束X方向的位移, 以防模型發(fā)生該方向的剛體運(yùn)動(dòng)。在封頭、筒體及人孔筒節(jié)的內(nèi)表面上施加內(nèi)壓載荷0.8MPa, 在人孔筒節(jié)的外端面上施加等效應(yīng)力9.1MPa

開孔邊緣沿接管環(huán)向各向總應(yīng)力及應(yīng)力強(qiáng)度的變化情況可以看出:

1)內(nèi)外壁相貫線應(yīng)力強(qiáng)度沿橫坐標(biāo)的變化趨勢基本相似, 且內(nèi)部相貫線的應(yīng)力強(qiáng)度值要比外部的大得多, 應(yīng)力強(qiáng)度值大約在接管環(huán)向90°附近(該位置為封頭沒有開孔時(shí)環(huán)向應(yīng)力為零的位置);

2)應(yīng)力強(qiáng)度出現(xiàn)極值的位置與圖5徑向、經(jīng)向與環(huán)向總應(yīng)力出現(xiàn)極值的位置基本一致。在0°～ 45°范圍, 隨著環(huán)向應(yīng)力的減小, 應(yīng)力強(qiáng)度也在逐漸減小, 在0°附近環(huán)向應(yīng)力達(dá)到負(fù)的值, 應(yīng)力強(qiáng)度出現(xiàn)了一個(gè)極大值,而其余兩個(gè)應(yīng)力幾乎保持不變或者發(fā)生緩慢的變化;在45°～ 90°范圍內(nèi), 隨著徑向和經(jīng)向應(yīng)力快速增加, 并達(dá)到值, 應(yīng)力強(qiáng)度在此范圍內(nèi)也快速增加, 在90°附近, 隨著這兩個(gè)應(yīng)力達(dá)到值, 應(yīng)力強(qiáng)度也出現(xiàn)了值, 此時(shí)環(huán)向應(yīng)力幾乎保持不變;在90°～ 125°范圍, 徑向與經(jīng)向應(yīng)力快速下降, 應(yīng)力強(qiáng)度也隨著快速減小且達(dá)到一個(gè)值, 在該范圍環(huán)向應(yīng)力同樣幾乎保持不變;在125°～ 180°范圍內(nèi), 徑向與經(jīng)向應(yīng)力基本保持不變, 而環(huán)向應(yīng)力的快速增加, 在180°出現(xiàn)一個(gè)極大值, 而應(yīng)力強(qiáng)度也繼續(xù)增加, 在180°相應(yīng)地出現(xiàn)了一個(gè)極大值。按GB/T25198-2010《壓力容器封頭》選取橢圓形封頭，查其容積V=0。

可以看出, 對(duì)應(yīng)不同的位置, 起控制作用的應(yīng)力是不同的, 所以在強(qiáng)度評(píng)定時(shí)不能單純控制一個(gè)方向的應(yīng)力來滿足強(qiáng)度要求。開孔邊緣沿接管環(huán)向各向薄膜、彎曲應(yīng)力加薄膜應(yīng)力及總應(yīng)力的變化情況內(nèi)貫線上徑向、經(jīng)向和環(huán)向應(yīng)力的薄膜應(yīng)力、薄膜應(yīng)力加彎曲應(yīng)力和總應(yīng)力的分布曲線。三種組合曲線的變化趨勢是一致的, 薄膜應(yīng)力加彎曲應(yīng)力和總應(yīng)力的分布曲線基本重合, 說明峰值應(yīng)力很小, 可以忽略不計(jì)。經(jīng)向和環(huán)向應(yīng)力的薄膜應(yīng)力分布曲線與薄膜應(yīng)力加彎曲應(yīng)力和總應(yīng)力的分布曲線, 同一橫坐標(biāo)下的應(yīng)力相差很小, 部分位置甚至重合, 這說明彎曲應(yīng)力也不大, 不是主要控制對(duì)象。常采用的辦法是將夾套做成外蛇管式結(jié)構(gòu),在夾套中裝設(shè)導(dǎo)流板或擾流噴嘴?？梢姳∧?yīng)力是主要控制對(duì)象。