固定床列管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)03決賽國(guó)學(xué)改

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1、D&C Chemical Co., Ltd. 達(dá)純化工有眼司 D&C Chemical CoM Ltd. D&C Chemical Co., Ltd. D&C Chemical Co., Ltd. 疋床刖管貳反應(yīng)器 D&C Chemical Co., Ltd. 設(shè)計(jì)說朋 目錄 固定床列管式反應(yīng)器1的設(shè)計(jì)： 一.反應(yīng)器選擇及操作條件說明 3 二工藝計(jì)算 5 2.1催化劑用量 5 2.2 站器列管數(shù) 6 2. 3換熱面積 6 三設(shè)備尺寸計(jì)算 7 3.1反應(yīng)器筒體直徑 7 3?2反應(yīng)器高度 8 !1! 3. 3筒體和封頭厚度 8

2、 接' 4.1進(jìn)料管 9 4?2出料管 10 4?3熔鹽進(jìn)出口 10 4. 4安全閥 10 4.5溫度計(jì)接管 11 4. 6 孔 11 五設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 12 D&C Chemicals Co.f Ltd. 六參考文獻(xiàn): 13 固定床列管式反應(yīng)器1的設(shè)計(jì)： 一、反應(yīng)器選擇及操作條件說明 14 二工藝計(jì)算 16 2.1催化劑用量 16 2.2 站器列管數(shù) 17 2?3換熱面積 17 三設(shè)備尺寸計(jì)算 18 3?1反應(yīng)器筒體直徑 18 3?2反應(yīng)器高度 19 3?3筒體和封頭厚度 19 四接管零部件尺寸計(jì)算 20 4.1進(jìn)料管 20 4. 2出料 21

3、 4?3熔鹽進(jìn)出口 21 4. 4安全閥 22 4.5鞍計(jì)接管 22 4. 6 孔 22 五設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 23 六參考文獻(xiàn)： 24 D&C Chemical Co., Ltd. 固定床列管式反應(yīng)器1的設(shè)計(jì) 一、反應(yīng)器選擇及操作條件說明 A反應(yīng)器選擇： 本工藝反應(yīng)為氣固相反應(yīng)，返混程度不高，為了很好的控制溫度，使傳熱的面積更人， 我們選擇了列管式固定床形式。它的優(yōu)點(diǎn)有：①返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，當(dāng)反應(yīng) 伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)町得較高選擇性；②催化劑機(jī)械損耗??；③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。它的投資和操作費(fèi)用介 于絕熱固定床和流化味之仙，氣相兩步氧化法生產(chǎn)內(nèi)烯酸比較理想的反應(yīng)設(shè)備。

4、 B操作條件說明： 1.反應(yīng)方程式：CH2CHCH3+02-*CH2CHCH0 該步驟中會(huì)有副反應(yīng)發(fā)生，副反應(yīng)產(chǎn)物為乙酸和丙酸等。 進(jìn)料狀態(tài)： 丙烯是液態(tài)進(jìn)料，經(jīng)過丙烯蒸發(fā)器后變?yōu)闅怏w進(jìn)入預(yù)混合器，空氣經(jīng)過空氣斥縮機(jī)進(jìn) 入預(yù)混合器，水直接以液態(tài)水形式進(jìn)入預(yù)混合器。 2?工藝條件確定：使用Mo-Bi系列催化劑。在溫度為325°C時(shí)候單程的丙烯醛收率為 90.2%，丙烯酸的收率為6.0%，總收率為96.2%c原料組成反應(yīng)器一的物料衡算表格可 以確定。反應(yīng)溫度控制在320°C左右，出料溫度為25O°C,該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生 的熱量要及時(shí)通過熔鹽經(jīng)熔鹽換熱器帶走。 ?反應(yīng)溫度 反

5、應(yīng)溫度對(duì)選擇性、空時(shí)收率及出口氣中各組分氣體含量有一定關(guān)系。當(dāng)選擇操作溫 度比較低時(shí)，反應(yīng)的選擇性較好，但空時(shí)收率較低；隨著溫度的升高，反應(yīng)選擇性略有下 降，與此同時(shí)空時(shí)收率在逐漸提高。溫度繼續(xù)升高，由于完全氧化副反應(yīng)的加劇，使得反 應(yīng)選擇性明顯下降，而且因?yàn)榇罅康难鯕獗幌脑谕耆趸狈磻?yīng)上，使得反應(yīng)器岀口氣 屮氧氣的含量大幅度地減少，并有一定量的一氧化碳生成，而一氧化碳的存在可使催化劑 3 D&C Chemical Co., Ltd. 的活性減退，這樣必然使得空時(shí)收率產(chǎn)生明顯下降。因此，丙烯酸合成過程存在著一個(gè)最 適宜的操作溫度范圍，并且隨著使用催化劑活性的不斷下降，需要相

6、應(yīng)地將操作溫度逐漸 提高。 ?反應(yīng)壓力 在丙烯酸地合成過程中，由丁?原料的單程轉(zhuǎn)化率較低，丙烯的單程轉(zhuǎn)化率一般較低。 因此，需要有大最的氣體物料在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。丙烯酸合成反應(yīng)屬于分子數(shù)減少的反應(yīng)，增 加壓力有利于反應(yīng)向生成丙烯醛和丙烯酸方向進(jìn)行，同時(shí)加圧使反應(yīng)物的濃度提高，有助 于反應(yīng)速度的加快，這樣就使得反應(yīng)的空時(shí)收率能有所提高。因此，提高壓力不僅可使空 時(shí)收率提高，而且有利于反應(yīng)選擇性的改善。但是，當(dāng)斥力過大時(shí)容易有二聚體的出現(xiàn)， 不利于得到所盂產(chǎn)品。當(dāng)然壓力的提高要受到設(shè)備條件的約朿，設(shè)備的投資費(fèi)用隨著壓力 的升高而提高。 3.已知物性參數(shù) 由物料衡算得到如下表格:  物料名

7、稱 流 量 摩爾流量 質(zhì)量 物料名稱 流 量 摩爾流量 質(zhì)量 (kg/h) kmol/h 組成 (kg/h) kmol/h 組成 其中進(jìn)料的總質(zhì)最流最為25617.8 kg/h,縻爾流最為887.732kmol/h. 出料的總質(zhì)量流最為25617.8 kg/h, 摩爾流量為88,2834kmol/h. 二工藝計(jì)算 2.1催化劑用量 此工藝采用列管式固定床反應(yīng)器, 催化劑填充丁?反應(yīng)器的列管當(dāng)中。催化劑為鉗- 鈕催化劑,圓形,粒度為。5?2±0.5血, 催化劑的空速為95^lo下面是反應(yīng)方程式: CH2CHCH5+02-CH2CHCH0 由《物料衡算》中可得，原料進(jìn)料

8、總的質(zhì)最流量為25617. 8kg/h,在該條件下進(jìn)料的半 均密度為6. 25kg/m5 由公式: V 上式中: 為催化劑床層體積，單位為才: D&C Chemical Co., Ltd. Vf為原料氣體體積流量，單位為必 V為催化劑空速，單位為臚。 故得： 25617.8 95x6.25 = 43.15(m3) # D&C Chemical Co., Ltd. # D&C Chemical Co., Ltd. 2. 2反應(yīng)器列管數(shù) 給定管子為O30mX2.5m,故內(nèi)徑&為0.02加，催化劑填充高度為3.5m。故

9、列管數(shù) 兀 4 =25128(+8；) x (0.025)2 # D&C Chemical Co., Ltd. # D&C Chemical Co., Ltd. 列管采用正三角形排列，實(shí)際取的管數(shù)為25200根。 2. 3換熱面積 2. 3. 1熱量衡算：由aspen模擬可得: 對(duì)于該反應(yīng)，反應(yīng)吸收的總熱量為：10993817KJ/h;反應(yīng)放出的總熱最為:17299022KJ/h. 因此對(duì)于該反應(yīng)實(shí)際放熱量為：17299022-10993817=6305205KJ/h 反應(yīng)的傳熱系數(shù)為K二130. 5 2. 3. 2核算換熱面積 熔鹽

10、進(jìn)口溫度325°C出口溫度為250°C,整個(gè)床層近似地看成等溫為330°C, 故傳 熱推動(dòng)力為: At (330-250) + (330 - 325) = 42 化 需要傳熱而積為: KAt m 6305205 130.5x42.5 =1136.85m2 實(shí)際傳熱面積為： 役=MltLn = 3.14x 0.025 x 3.5 x 25200 = 6923.70nr AQA需，能滿足傳熱要求。 三設(shè)備尺寸計(jì)算 3.1反應(yīng)器筒體直徑 列管式反應(yīng)器殼體直徑用下式計(jì)算： D=t (b-l)+2e 上式中： t——列管管間距，對(duì)于正三角形排列t=l. 368d

11、0, d。為列管外徑; b- —最外層六邊形對(duì)角線上的管數(shù)，b=2a+l, a為八邊形層數(shù)， a = ^(12n-3)^-i n 為列管數(shù)； 6 2 e-—最外層列管到殼體距離,e=(ri.5)d0o 列管為30mm X 2. 5mm,共25200根。所以 t = l. 368X0. 025=0. 0342 (m) a = -x（12x25200-3）^-- = 91（層） 6 2 b=2X91+l=183（根） 7 D&C Chemicals Co.f Ltd. e = l. 5X0. 025=0. 0375(m) D=0. 0342(183- 1)+2

12、X0. 0375=6. 299(m) 取反應(yīng)器殼體直徑 P=6. 3m 3. 2反應(yīng)器高度 列管長(zhǎng)度：由工藝計(jì)算中可知，列管長(zhǎng)度Z=4. 55〃/； 筒體頂部空間：根據(jù)《床力容器手冊(cè)》，從二1加； 筒體底部空間：根據(jù)《圧力容器手冊(cè)》，仏二2加； 封頭高度：采用EHA橢圓形封頭，根據(jù)JB/T 4746-2002可得，曲面高度 爐1000〃〃〃, 直邊高度仏=50血,則封頭高度 爐2X (1.0+0.05) =2. Im.由于反應(yīng)器下部用于 對(duì)反應(yīng)出料的降溫，根據(jù)西安華威公司提供的相關(guān)材料可知?dú)庥糜诮禍夭糠值拈L(zhǎng)度為 2. 2m。 由以上可得： 反應(yīng)器高度H二L+Ha+Hb+Hc+

13、U =4. 5+1. 0+2. 0+2.1+2. 2 =11. 8m 3. 3筒體和封頭厚度 化工生產(chǎn)中的容器壁厚可根據(jù)下式計(jì)算： s_ Ppi 2[b]。一 p 式中: D&C Chemicals Co” Ltd. S一一容器計(jì)算厚度，mm： P—一設(shè)計(jì)壓力，MPa： Dx 筒體內(nèi)直徑，mm： [a]——材料的許用壓力，MPa： 0~焊縫系數(shù)。 本反應(yīng)器材質(zhì)選擇不銹鋼0Crl8Ni9,査GB150可知，材料的許用床力為82.6MPa： 采用雙而焊對(duì)接焊縫，焊縫系數(shù)取0.85： 由工藝計(jì)算中可知，反應(yīng)器設(shè)計(jì)壓力為0. 4MPa,筒體內(nèi)直徑為6300mm。

14、所以 筒體的計(jì)算厚度s = =13.48mm 0.3x 6300 2x82.6x0.85-0.3 査GB708可知，厚度負(fù)偏差C產(chǎn)0.22mm，腐蝕裕ft C2=2mm,故 筒體的名義厚度6二S+G+G =13. 48+0. 22+2=15. 7mm 取圓整后，則筒體的名義厚度為16mm。 封頭厚度與筒體厚度等同。 接管零部件尺寸計(jì)算 4.1進(jìn)料管 由《物料衡算》中可知，進(jìn)料流量% = 3.685m3/s .根據(jù)《常用化工單元設(shè)計(jì)》 書中Pd常壓操作時(shí)，町取12-20m/s：絕對(duì)圧力為6000?14000pa時(shí)，町取30“50m/s；絕對(duì) 壓小丁 6000pa時(shí)，nJ取

15、50^70m/So山丁?進(jìn)料部位的氣體密度較小設(shè)進(jìn)料流速為30m/s。 則進(jìn)料管直徑d =0.396m /4Vf _ /4x 3.685 寸 TZUf _ V 3.14x30 由以上計(jì)算，選取公稱直徑400mm, 0 426mm X 8mm的進(jìn)料管。管法蘭選用 PL400(B) -0. 25RF,外加補(bǔ)強(qiáng)圈,型號(hào)為 DN200x 6-Q235-B JB/T4736。 4. 2出料管 由《物料衡算》中可知，出料流量Vf = 6.775m' / s,管流速u f同樣取3om/s, 則出料管直徑 # D&C Chemicals Co” Ltd.

16、 # D&C Chemicals Co” Ltd. 由以上計(jì)算，選取公稱直徑550mm, 0 569mmX9. 5mm的出料管。管法蘭選用PL400 (B) -0. 25RF,外加補(bǔ)強(qiáng)圈,型號(hào)為 DN200X6-B-Q235-B JB/T4736。 4. 3熔鹽進(jìn)出口 最大撤熱暈為：27.22MW 同4.1、4.2,熔鹽流量Vf =0.23m'/s ,管流速Uf = 2m/s,熔鹽進(jìn)出口直徑 由以上計(jì)算，選取公稱直徑400mm, 0 426mm X 8mm的接管。管法蘭選用 PL400(B)-0. 25RF,外加補(bǔ)強(qiáng)圈，型號(hào)為 DN200X6-B-Q235

17、-B JB/T4736。 4.4安全閥 由本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)壓力為180Kpa,額定排放壓力為180KPa,參考化工設(shè)計(jì)手冊(cè)，選公稱 11 D&C Chemicals Co.f Ltd. 直徑為100mm, e 108nunX4mm的接管，接管距軸500mm。管法蘭選用PL100 (B) -0?25RF- 査法蘭標(biāo)準(zhǔn)：D二210mm, C=18nun。故 取管 1 = J(0.9045 x 2000 +100 + 4尸 一 395? - 0.6545 x 2000 -0.5x J(1000 + 4)? - 500, +18 =145.46mm 長(zhǎng) L 為 150mm。 4

18、. 5溫度計(jì)接管 采用外用接管，內(nèi)用無縫鋼管，參照化工設(shè)計(jì)手冊(cè)，外接管為e45mmX3.5min, L=137mm,無縫鋼管為e 32mmX3. 5mm,長(zhǎng)度 L=163Ctomo 4.6孔 工作壓力為0.18MPa ,工作溫度為325°C,筒體內(nèi)徑為6300 mm,大于900mm, 故選用人孔III (A ? G) A450-0. 6 HG21516-95,法蘭選用 PL450 (B) -0. 25RF,同時(shí)采用 補(bǔ)強(qiáng)圈DN450X6-B-Q235-B JB/T4736,厚度與筒體相同。  五設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 項(xiàng)目 數(shù)值及運(yùn)算 列管規(guī)格 e 30mmX2. 5mm,長(zhǎng) 4.5

19、5m 鐵鈕催化劑規(guī)格 圓形，4)5. 2±0.5nm,填充 3. -5m 列管數(shù) 25200,正三角形排列 換熱面積 1136.85 m2 筒體直徑 6. 3m 筒體高度 7.5m 封頭高度 1050mm 反應(yīng)器髙度 11.8m 筒體壁厚 16mm 封頭壁厚 16mm 進(jìn)料管 e 426mmX 9mm 出料管 0 569mmX9. 5mm 熔鹽進(jìn)出口 ① 426mmX9mm 安全閥接管 0 108mm X 4mm，長(zhǎng) 150mm D&CChemiglCj Ltd. 六參考文獻(xiàn)： ? 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)第2章列管式換熱器的

20、選型，陳英南、劉玉蘭主編，華東理工大學(xué)出版 社。 ? 化工原理第三版第1章流體流動(dòng)、第4章傳熱及換熱器，化學(xué)工業(yè)出版社，管國(guó)鋒、趙汝溥主 編。 ? 化工原理修訂版上冊(cè)第1章流體流動(dòng)、第4章傳熱，天津人學(xué)出版社，夏清、陳常貴主編。 ? 列管式固定床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)探討，北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，趙增慧、夏麗。 ? 壯相氧化按基化合成碳酸二甲酯工藝的模擬研究，南京工業(yè)人學(xué)，張宗飛。 西安華威公司年產(chǎn)三萬噸丙烯酸反應(yīng)器制造方案。 13 D&C Chemical Co?, Ltd. 固定床列管式反應(yīng)器2的設(shè)計(jì) 一、反應(yīng)器選擇及操作條件說明 A反應(yīng)器選擇： 本工藝反應(yīng)為氣固相反應(yīng)，

21、返混程度不高，為了很好的控制溫度，使傳熱的面積更大， 我們選擇了列管式固定床形式。它的優(yōu)點(diǎn)有：①返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接 觸，當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性；②催化劑機(jī)械損耗?。孩劢Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 它的投資和操作費(fèi)用介于絕熱固定床利流化床之間，氣相兩步氧化法生產(chǎn)丙烯酸比較理想 的反應(yīng)設(shè)備。 B操作條件說： 1?反應(yīng)方程式：2 CHzCHCHOO：^ 2CH2CHC00H 該步驟中會(huì)有副反應(yīng)發(fā)生，副反應(yīng)產(chǎn)物為甲醛、乙醛、二氧化碳、一氧化碳等。 進(jìn)料狀態(tài):丙烯醛液態(tài)進(jìn)料，空氣一部分氣壓縮機(jī)進(jìn)入反應(yīng)器，另一部分經(jīng)循環(huán)進(jìn)入反 應(yīng)器。 2.工藝條件確定：使用Mo-V列催化劑。在溫度為

22、325°C時(shí)候單程的丙烯醛的轉(zhuǎn)化率為 98.65%丙烯酸的收率為88. 1%原料組成反應(yīng)器一的物料衡算表格可以確定。反應(yīng)溫度控 制在300°C,出料溫度為250°C,該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量要及時(shí)通過熔鹽經(jīng) 熔鹽換熱器帶走。 ?反應(yīng)溫度 反應(yīng)溫度對(duì)選擇性、空時(shí)收率及出口氣中各組分氣體含量有一定關(guān)系。當(dāng)選擇操作溫 度比較低時(shí)，反應(yīng)的選擇性較好，但空時(shí)收率較低；隨著溫度的升高，反應(yīng)選擇性略有下 降，與此同時(shí)空時(shí)收率在逐漸提高。溫度繼續(xù)升高，由于完全氧化副反應(yīng)的加劇，使得反 應(yīng)選擇性明顯下降，而且因?yàn)榇罅康难鯕獗幌脑谕耆趸狈磻?yīng)上，使得反應(yīng)器出口氣 中氧氣的含最大幅度地減少，并有一定

23、量的一氧化碳生成，而一氧化碳的存在可使催化劑 的活性減退，這樣必然使得空時(shí)收率產(chǎn)生明顯下降。因此，內(nèi)烯酸合成過程存在著一個(gè)最 適宜的操作溫度范圍，并且隨著使用催化劑活性的不斷下降，盂要相應(yīng)地將操作溫度逐漸 提高。 ?反應(yīng)壓力 在丙烯酸地合成過程中，由于原料的單程轉(zhuǎn)化率較低，丙烯醛的單程轉(zhuǎn)化率一般較低。 因此，需要有大量的氣體物料在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。丙烯酸合成反應(yīng)屬于分子數(shù)減少的反應(yīng)，增 加床力有利于反應(yīng)向生成丙烯酸方向進(jìn)行，同時(shí)加床使反應(yīng)物的濃度提高，有助于反應(yīng)速 度的加快，這樣就使得反應(yīng)的空時(shí)收率能有所提高。因此，提奇壓力不僅可使空時(shí)收率提 高，而且有利于反應(yīng)選擇性的改善。但是，當(dāng)壓力過大時(shí)容

24、易有二聚體的出現(xiàn)，不利于得 到所需產(chǎn)品。當(dāng)然斥力的提高要受到設(shè)備條件的約束，設(shè)備的投資費(fèi)用隨著床力的升高而 提高。 3?已知物性參數(shù) 有物料衡算得到如卜?表?yè){： RST0IC2  第二反應(yīng)器物料平衡表 物料名稱 質(zhì)童流童 摩爾流童 質(zhì)童 物料名稱 質(zhì)童流 摩爾流童 質(zhì)童 kmol/h 量 kmol/h (kg/h) 組成 (kg/h) 組成 。2 2437.29 76.16817 0.079 O2 1032.433 32.26475 0.034 n2 20868.31 744.938 0.68 N2 2086831

25、 744.938 0.68 h2o 276836 153.6673 0.09 h2o 2994.72 166.2322 0.098 ch2chch. 3843605 0.9133904 1.25E-03 ch2chch. 3843605 0.9133904 1.25E-03 F9 CH2CHCHO 3307.233 58.99015 0.108 Fll CH2CHCHO 9.9217 0.1769705 3?23E?04 輸 AA 641.7295 8.905048 0.021 輸 AA 4382.645 60.81638 0

26、.143 入 ch3cooh 154.6309 2.574926 5.04E-03 出 CHjCOOH 154.6309 2.574926 5?04E?03 co2 335.9718 7.634022 0.011 CO2 764.3356 17.3674 0.0249 co 118353 4.225324 3.86E-03 CO 390.9887 13.9587 0.013 HCHO 8.266586 0.2753117 2?69E?04 HCHO 33.06415 1.101174 1.08E-03 CH3CHO 3.012

27、952 0.0683935 9.82E-05 CH3CHO 12.10841 0.2748591 3.95E-04 C7H8 0 0 0 C7H8 0 0 0 DAA 0 0 0 DAA 0 0 0 總計(jì) 30681.594 1058.36 1 總計(jì) 30681.594 1040.6188 1 二工藝計(jì)算 2.1催化劑用量 此工藝采用列管式固定床反應(yīng)器，催化劑填充于反應(yīng)器的列管當(dāng)中。催化劑為鉗-銳催 化劑，圓形，粒度為05. 2±0.5顧催化劑的空速為114臚。下面是反應(yīng)方程式：CH2CHCH3+02 CH：CHCHO

28、 由《物料衡算》中可得，原料進(jìn)料總的質(zhì)最流最為25617. 8kg/h,在該條件下進(jìn)料的平 均密度為7. 106kg/m5 M3 17 D&C Chemical Co., Ltd. V =3 由公式：R — v 上式中: %為催化劑床層體積，單位為加［ D&C Chemical Co., Ltd. D&C Chemical Co., Ltd. Vf為原料氣體體積流量，單位為應(yīng)刑； V為催化劑空速，單位為力T。 故得: 30481.594 =3? 114x7.106 2. 2反應(yīng)器列管數(shù) 給定管子為。30血X2.

29、5m,故內(nèi)徑占為0.02刃，催化劑填充高度為3.0。故列管數(shù) 37.63 X (O.O25)2 =255<55(+bi) 列管采用正三角形排列，實(shí)際取的管數(shù)為25600根。 2. 3換熱面積 2. 3.1熱量衡算：由aspen模擬可得： 對(duì)于該反應(yīng)，反應(yīng)吸收的總熱最為：5. 88X10；KJ/h總熱最為:6. 92X10:KJ/h 因此對(duì)于該反應(yīng)實(shí)際放熱量為：6. 92X10?-5. 88X 107=l. 04X10?KJ/h 反應(yīng)的傳熱系數(shù)為K=200. 3 D&C Chemical Co., Ltd. 2. 3. 2核算換熱面積 熔鹽進(jìn)口溫度325°C出口

30、溫度為250°C,整個(gè)床層近似地看成等溫，為310°C,故傳 熱推動(dòng)力為： At (310—250) + (310 — 300) = 3yc 2 _ 需要傳熱面枳為: KAtm =s&=1483-49m? 實(shí)際傳熱面枳為: 爲(wèi):=^dtLn = 3.14x 0.025 x 3.0 x 25600 = 6028.8m' AQA爲(wèi)，能滿足傳熱要求。 三設(shè)備尺寸計(jì)算 3.1反應(yīng)器筒體直徑 列管式反應(yīng)器殼體直徑用下式計(jì)算： P=t(b-l)+2e 上式中： t ——列管管間距，對(duì)于正三角形排列t = l. 368do, d。為列管外徑; b— —最外層六邊形對(duì)角線

31、上的管數(shù)，b=2a+l, a為六邊形層數(shù)， a = -(12n-3)^-^-, n 為列管數(shù)； 6 2 e - —最外層列管到殼體距離，e=(Tl. 5)doo 列管為①30mm X 2. 5mm,共25200根。所以 t = l. 368X0. 025=0. 0342 (m) a = -x(12x 25600—3)% - — = 92(層) 6 2 b=2X921 = 185 根) e = l. 5X0. 025=0. 0375 (m) D=Q. 0342(185-1)+2X0. 0375=6. 3678m 取反應(yīng)器殼體直徑 D=6. 4m 3.2反應(yīng)器高度 列管長(zhǎng)

32、度：由工藝計(jì)算中可知，列管長(zhǎng)度Z=3. 4m 筒體頂部空間：根據(jù)《圧力容器手冊(cè)》，HEi； 筒體底部空間：根據(jù)《壓力容器手冊(cè)》，仏二2加 封頭高度：采用EHA橢圓形封頭，根據(jù)JB/T 4746-2002可得，曲面高度侏1000〃如, 百邊高度“=50頤 則封頭高度 Hf2 X (1. 0+0. 05)二2. Into 由以上可得： 反應(yīng)器高度H二L+Ha+Hb十He =3. 4+1+2. 0+2.1 二8. 5m 3. 3筒體和封頭厚度 化工生產(chǎn)中的容器壁厚可根據(jù)下式計(jì)算: s = —PB— 2Q]e- p 式中： S——容器計(jì)算厚度，mm； P—一設(shè)計(jì)壓力，MP

33、a； Di 筒體內(nèi)直徑，mm； [a]一一材料的許用壓力，MPa： 卩——焊縫系數(shù)。 本反應(yīng)器材質(zhì)選擇不銹鋼0Crl8Ni9, GB150可知，材料的許用床力為82.6MPa； 采用雙而焊對(duì)接焊縫，焊縫系數(shù)取0.85： 由工藝計(jì)算中可知，反應(yīng)器設(shè)計(jì)壓力為0. IMPa,筒體內(nèi)直徑為6300mm。所以 筒體的計(jì)算厚度s = 0.3x6400 2x82.6x0.85-0.3 =13.70mm 查GB708可知，厚度負(fù)偏差G二0.22mm,腐蝕裕雖Q二2mm,故 筒體的名義厚度6二S+G+Q 二13. 70+0. 22+2=15. 92mm 取圓整后，則筒體的名義厚度為

34、16mm。 封頭厚度與筒體厚度等同。 4.1進(jìn)料管 由《物料衡算》中可知，進(jìn)料流最Vf = 7.764m3/s.根據(jù)《常用化工單兀設(shè)備設(shè) 計(jì)》書中Pq 常壓操作時(shí)，可取12-20m/s；絕對(duì)樂力為6000-14000pa時(shí)，町取30-50m/s： 絕對(duì)壓小j 6000pa時(shí).可取50〃70m/s。由于進(jìn)料部位的氣體密度較小設(shè)進(jìn)料流速為30m/s<> 則進(jìn)料管直徑d = 〔4x7.764 V 3.14x30 =0.574m 21 D&C Chemical Co., Ltd. 由以上計(jì)算，選取公稱直徑600mm, 0 619mmX9. 5mm的出料管。管法

35、蘭選用PL600-0. 25RF, 外加補(bǔ)強(qiáng)圈，型號(hào)為 DN200X6-B-Q235-B JB/T4736。 4. 2出料 出料管; 由《物料衡算》中可知，出料流量Vf =7.181m3/s,管流速Uf同樣取3伽人, 則出料管直徑 竺= 4x7.181 _O 552m TZUf V 3.14x 30 由以上計(jì)算，選取公稱直徑550mm, 0 569mm X 9. 5mm的出料管。管法蘭選用 PL550-0.25RF,外加補(bǔ)強(qiáng)圈，型號(hào)為 DN200X6-B-Q235-B JB/T4736。 4. 3熔鹽進(jìn)出口 最人撤熱量為：16.19MW 同4.1、4.2,熔鹽流量V

36、f = 0.64m3 /s ,管流速uf = 4m/s，熔鹽進(jìn)出口 直徑 # D&C Chemical Co., Ltd. # D&C Chemical Co., Ltd. 由以上計(jì)第選取公稱直450mm, 468mm X 9mm的接管。管法蘭選用PL450(B) -0?25RF, # D&C Chemical Co., Ltd. 外加補(bǔ)強(qiáng)圈，型號(hào)為 DN200X6-B-Q235-B JB/T4736。 4. 4安全閥 由本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)壓力為175Kpa,額定排放壓力為175KPa,參考化工設(shè)計(jì)手冊(cè)，選公稱 直徑為100mm, 0

37、108mmX4mm的接管，接管距軸500mm。管法蘭選用PL100 (B) -0. 25RF。 查法蘭標(biāo)準(zhǔn)：D二210mm, C=18mmo故 取管 1 = J(0.9045 x 2000 +100 + 4尸 一 395? - 0.6545 x 2000 -0.5x J(1000+ 4尸 - 500’ +18 =145.46mm 長(zhǎng) L 為 150mm。 4. 5溫度計(jì)接管 采用外用接管，內(nèi)用無縫鋼管，參照化工設(shè)計(jì)手冊(cè)，外接管為e45mmX3.5mm, L二 137mm,無縫鋼管為0 32mmX3. 5mm? 長(zhǎng)度 L=1630mm。 4.6孔 工作壓力為°?18MPa,工作溫

38、度為325°C,筒體內(nèi)徑為6300 mm,大于900mm, 故選用人孔III (A - G) A450-0. 6 HG21516-95,法蘭選用 PL450 (B) -0. 25RF,同時(shí)采用 補(bǔ)強(qiáng)圈DN450X6-B-Q235-B JB/T4736,厚度與筒體相同。 23 D&C Chemical Co., Ltd. # D&C Chemical Co., Ltd. 五設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 項(xiàng)目 數(shù)值及運(yùn)算 列管規(guī)格 ① 30mmX2. 5mm,長(zhǎng) 3. 4m 鐵鉗催化劑規(guī)格 圓形，①5. 2±0.5nm,填充3. 0m 列管數(shù)

39、25600正三角形排列 換熱面積 1483. 49m2 筒體直徑 6. 4m 筒體高度 6. 4m 封頭高度 1050mm 反應(yīng)器高度 8. 5m 筒體壁厚 16mm 封頭壁厚 16mm 進(jìn)料管 O 619mmX9. 5mm 出料管 e 569mmX9. 5mm 熔鹽進(jìn)出口 ① 468mmX9mm 安全閥接管 ① 108mmX4mm 25

40、 D&C Chemical Co., Ltd. 六參考文獻(xiàn)： ? 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)第2章列管式換熱器的選型，陳英南、劉玉蘭主編，華東理工人學(xué)出版 社。 ? 化工原理第三版第1章流體流動(dòng)、第4章傳熱及換熱器，化學(xué)工業(yè)出版社，管國(guó)鋒、趙汝溥主 編。 ? 化工原理修訂版上冊(cè)第1章流體流動(dòng)、第4章傳熱，天津人學(xué)出版社，夏清、陳常貴主編。 ? 列管式固定床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)探討，北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，趙增慧、夏麗。 ? 氣相氧化撥基化合成碳酸二甲酯工藝的模擬研究，南京工業(yè)大學(xué)，張宗飛。 西安華威公司年產(chǎn)三萬噸丙烯酸反應(yīng)器制造方案。 #