【正文】 所需反應(yīng)器的容積為：VR=τVO == m（6）計(jì)算管長(zhǎng)由文獻(xiàn)可知，考慮催化劑填層的空隙率對(duì)氣體空塔速度的影響，取流動(dòng)速度為μ=，則反應(yīng)管的長(zhǎng)度為：l=τu=3600=根據(jù)GB151推薦的換熱管長(zhǎng)度，取管長(zhǎng)l=3m。反應(yīng)器內(nèi)的實(shí)際氣速為：u==（7）計(jì)算反應(yīng)熱甲醇制氫的反應(yīng)實(shí)際為兩個(gè)反應(yīng)的疊合，即CH3OH=CO+CO+H2O=CO2+H2+ 反應(yīng)過(guò)程中的一氧化碳全部由甲醇分解而得，由化學(xué)反應(yīng)式可知，每轉(zhuǎn)化1kmol的甲醇就可生成1kmol的一氧化碳。，轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量為：= kmol/h一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為：xCO=則反應(yīng)過(guò)程中所需向反應(yīng)器內(nèi)供給的熱量為：Q=1010=10kJ/h（8）確定所需的換熱面積假定選用的管子內(nèi)徑為d，壁厚為t，則其外徑為d+2t，管子數(shù)量為n根。反應(yīng)過(guò)程中所需的熱量由導(dǎo)熱油供給，反應(yīng)器同時(shí)作為換熱器使用，根據(jù)GB151，320oC時(shí)鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為λ=（mOC），管外油側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)為αo=300W/（m2OC），管內(nèi)側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)為αi=80 W/（m2OC），根據(jù)表52所列的壁面污垢系數(shù)查得，反應(yīng)管內(nèi)、 m2OC/W m2OC/W總污垢系數(shù)為Rf=+= m2OC/W根據(jù)傳熱學(xué)，反應(yīng)器的傳熱系數(shù)為：K=1/（+++Rf）由于的值接近于1，對(duì)K帶來(lái)的誤差小于1%；鋼管的傳熱很快，對(duì)K的影響也很小，故可將上式簡(jiǎn)化為：K=1/（++Rf）= W/（ m2OC）=(hmOC)由于反應(yīng)器所需的換熱面積為：F==m（9）計(jì)算管子的內(nèi)徑反應(yīng)器需要的換熱面積為：F=nπdl反應(yīng)器內(nèi)氣體的體積流量為：VO=nu聯(lián)立上述兩式，并將l= 6m，u= (m/s) ，F(xiàn)= (m) VO= (m/s) 代入，即可得所需管子的內(nèi)徑為：d=。根據(jù)計(jì)算所得的管子內(nèi)徑，按前述換熱設(shè)備設(shè)計(jì)選擇合適的管子型號(hào)和所需的管數(shù)及布管方式。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源結(jié)果備注管程 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)換熱管材料選用碳鋼無(wú)縫鋼管Φ252換熱管內(nèi)徑、外徑di。dm。換熱管管長(zhǎng)Lm選用3m標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)換熱管根數(shù)n325(圓整)管程數(shù)Ni根據(jù)管內(nèi)流體流速范圍選定1管程進(jìn)出口接管尺寸(外徑*壁厚)djt*Sjtm按接管內(nèi)流體流速合理選取Φ60管程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)殼程數(shù)Ns1換熱管排列形式正三角形排列正三角形排列換熱管中心距SmS=分程隔板槽兩側(cè)中心距Sn按標(biāo)準(zhǔn)管束中心排管數(shù)nc（外加六根拉桿）21殼體內(nèi)徑DimDi=S(Nc1)+(1~2)d0．7換熱器長(zhǎng)徑比L/ DiL/ Di合理實(shí)排熱管根數(shù)n作圖351折流板形式選定單弓形折流板折流板外直徑Dbm按GB1511999折流板缺口弦離hm取h=折流板間距Bm取B=(～1)Di折流板數(shù)NbNb=L/B18殼程進(jìn)出口接管尺寸djs*Sjs合理選取Φ1142選取 外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照GB1501998《鋼制壓力容器》進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。 筒體(1) 筒體內(nèi)徑:700mm設(shè)計(jì)壓力：P== 設(shè)計(jì)溫度取350176。 C筒體材料：16MnR 焊接接頭系數(shù) Φ=鋼板厚度負(fù)偏差C1=0,腐蝕裕量C2=,厚度附加量C= C1+ C2=.筒體的計(jì)算厚度計(jì)算δ = =mm考慮厚度附加量并圓整至鋼板厚度系列，得材料名義厚度dn = 強(qiáng)度校核 有效厚度de =dn C1 C2=5mmst = = MPa [s] f=134 MPa符合強(qiáng)度要求。（2）根據(jù)筒徑選用非金屬軟墊片： 墊片厚度：3 墊片外徑:765 墊片內(nèi)徑：715根據(jù)筒體名義厚度選用乙型平焊法蘭（JB4702） 法蘭材料：16MnR DN法蘭外徑中心孔直徑法蘭厚度螺栓孔直徑螺紋規(guī)格螺栓數(shù)量7008608154627M2424表32 筒體法蘭數(shù)據(jù) 封頭（1）封頭內(nèi)徑：700mm設(shè)計(jì)壓力：P= 設(shè)計(jì)溫度取300176。 C封頭材料：16MnR 焊接接頭系數(shù) Φ=鋼板厚度負(fù)偏差C1=0,腐蝕裕量C2=,厚度附加量C= C1+ C2=.封頭的計(jì)算厚度計(jì)算選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，K=d = =考慮厚度附加量并圓整至鋼板厚度系列，取封頭名義厚度與筒體厚度相同，得材料名義厚度dn = 6mm.強(qiáng)度校核 有效厚度de =dn C1 C2=7mmst = =MPa[s] f=144MPa符合強(qiáng)度要求。根據(jù)筒徑選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭直邊高：25 曲邊高：200 壁厚：6換熱管（GB1511999）管子材料：16MnR 根據(jù)上節(jié)中計(jì)算的管子內(nèi)徑選用尺寸：φ252 管長(zhǎng)：3000 根數(shù)：345實(shí)排根數(shù)：351（外加6根拉桿） 排列形式：正三角形 中心距：32 管束中心排管數(shù)：21 長(zhǎng)徑比： 管程數(shù)據(jù)管程數(shù)：1 管程氣體流速：8m/s 進(jìn)出口接管尺寸：φ60 接管材料：16Mn法蘭類型：板式平焊法蘭（HG2059397） 法蘭材料：20R DN法蘭外徑中心孔直徑法蘭厚度法蘭內(nèi)徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)螺紋規(guī)格501401101659144M12 表33 管程法蘭數(shù)據(jù)殼程數(shù)據(jù)殼程數(shù)：1 殼程液體流速：進(jìn)出口接管尺寸：φ1142 接管材料：16Mn法蘭類型：板式平焊法蘭（HG2059397） 法蘭材料：16MnR DN法蘭外徑中心孔直徑法蘭厚度法蘭內(nèi)徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)螺紋規(guī)格10021017018116184M16 表34 殼程法蘭數(shù)據(jù)1折流板（GB1511999）材料：16MnR 形式：?jiǎn)喂? 外直徑： 管孔直徑：缺口弦高：140 間距：330 板數(shù)：8 厚度：61拉桿（GB1511999）直徑：16 螺紋規(guī)格：M16 根數(shù)；61耳座（JB/T472592）（7）耳式支座選用及驗(yàn)算 由于該吸收塔相對(duì)結(jié)構(gòu)較小，故選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的耳式支座。根據(jù)JB/T4732－92 選用支座：JB/T4732－92，耳座A3，其允許載荷[Q]=30Kn,適用公徑DN 700～1400，支座處許用彎矩[M]=*m。支座材料Q235－A*F。1) 支座承受的實(shí)際載荷計(jì)算 水平地震載荷為：p＝ 為地震系數(shù)，地震設(shè)計(jì)烈度為7時(shí)，＝ 為設(shè)備總質(zhì)量經(jīng)計(jì)算該反應(yīng)器的＝1119kg水平地震載荷為：p＝＝1119＝水平風(fēng)載荷為：p＝55034001500＝3366N偏心載荷G＝0 N偏心距S＝0 mm其中f為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按設(shè)備質(zhì)心所在高度。q為基本風(fēng)壓，假設(shè)該填料塔安裝在南京地區(qū)，南京地區(qū)的q＝550N/m。f風(fēng)壓高度系數(shù)見參考資料。水平力取p與 p兩者的大值，即P＝Pe+=+*3366=支座安裝尺寸為D：D= 式中，為耳式支座側(cè)板厚度；為耳式支座襯板厚度。支座承受的實(shí)際載荷為Q：Q＝10＝＝30 KN 式中，G為偏心載荷；S為偏心距。 滿足支座本體允許載荷的要求。2) 支座處圓筒所受的支座彎矩M計(jì)算 M＝因此，開始選用的2A3支座滿足要求。形式：A3型高度：200 底板：L1:125 b1:80 δ1：8 s1:40筋板：L2:100 b2:100 δ2：5 墊板：L3：20 b3:160 δ3：6 e:24地角螺栓規(guī)格：M24 螺栓孔直徑：271管板材料：16MnR 換熱管管孔直徑：25 拉桿管孔直徑：18 厚度：50 外徑：860 SW6校核內(nèi)筒體內(nèi)壓計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc MPa設(shè)計(jì)溫度 t 176。 C內(nèi)徑 Di mm材料 16MnR(正火) ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss MPa鋼板負(fù)偏差 C1 mm腐蝕裕量 C2 mm焊接接頭系數(shù) f 厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = mm有效厚度 de =dn C1 C2= mm名義厚度 dn = mm重量 Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = = (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 [s]T[s]T163。 ss = MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = MPa校核條件 sT163。 [s]T校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 [Pw]= = MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = MPa[s]tf MPa校核條件[s]tf ≥st結(jié)論 合格內(nèi)壓橢圓封頭校核計(jì)算單位 南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc MPa設(shè)計(jì)溫度 t 176。 C內(nèi)徑 Di mm曲面高度 hi mm材料 16MnR(熱軋) (板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t M