【正文】 摘 要化學反應器是化工生產過程中一系列設備中的核心設備?；ぜ夹g過程開發(fā)的成功與否很大程度上取決于反應器內流體的溫度、濃度、停留時間及溫度分布、停留時間分布的控制水平和控制能力。化工生產的工藝過程決定了反應器的結構型式，反應器的結構型式對工藝過程又有一個促進和完善的作用，同時反應器的結構型式在某種程度上也決定著產品的質量和性能。因此，化學反應器的選型、設計計算和選擇最優(yōu)化的操作條件是化工生產中極為重要的課題。本課題根據已知的均四甲苯催化氧化法制取均酐的最佳工藝參數，對其核心設備氧化反應器進行了結構選型和較為詳細的結構設計計算，并對反應器的制造工藝進行了詳細的說明，對反應器的制造、組裝、檢驗及使用進行了說明。最終確定的反應器設備在滿足結構合理性的基礎上，實現了溫度分布、濃度分布及反應時間等化工工藝參數的控制要求，使得產品質量和性能得以保證。關鍵詞：反應器；結構設計；列管式固定床反應器；均酐裝置AbstractChemical Reactors is the core equipment of a series of equipment in the course of chemical production. Chemical technology process development depends largely on the success of the fluid reactor temperature, concentration, residence time and temperature distribution, residence time distribution of the control level and control The chemical production process determines the structure of the reactor, the structure of the reactor also have a role of promoting and improving the process,at the same time the structure of the reactor to some extent also determines the quality and performance of products. Therefore, the selection of chemical reactors, design calculations and choosing the most optimal operating conditions are extremely important subject in chemical production. This topic made a selection and a more detailed design calculation for the Oxide reactor according to the known technical parameters, which is the core equipment for symTetramethyl benzene catalyzed oxidated to Pyromellitic Dianhydride, and made a detailed description about the manufacturing process of the reactor，Of the reactor for the manufacture, assembly, testing and use are described。On the basis of the rational structure, the reactor meets the control requirements of chemical processing parameters including the distribution of temperature, the distribution of concentration and the reaction time, that makes the quality and performance of products be ensured.Key words: Reactor。 Structural design。 Tube fixedbed reactor 。 Equipments for Pyromellitic Dianhy65目 錄摘 要 IAbstract II第一章 緒 論 ………………………………..……………………..……………………….1 前言 2 2 2 4 ……………………………...………………………………….…...4………………………………………...……………………........5……………………………………...………………………....5…………………………………………………….………………………..7第二章反應器的工藝計算………………………………………………..…………………...8 8 9 9 床層體積的確定 10 反應列管管長、管徑、管數的確定 10 反應管排列方式及管間距的確定 11 床層壓降的計算 12 12 13 14 15第三章 反應器的結構設計及強度計算 17 概述 17 殼體、管箱、封頭厚度的確定及強度校核 17 17 18 19 20 21 21 管板與殼體、管箱、反應管的連接結構設計 22 殼體與管板的連接結構 22 管箱與管板的連接結構 22 反應管與管板的連接結構 22 23 23 等頭雙頭螺栓的選型 ………………………………………………………25 25 30 42 42 膨脹節(jié)的設計計算及強度校核 44 48 催化劑支撐件的設計 48 48 復合彈簧的強度校核 49 ………………………………………….49 支座的選用及其載荷計算 49 支座強度校核……………………………………………………..……….50 其他零部件結構設計 51 51 上、下分布板的結構設計 52第四章 反應器的制造、組裝、檢驗及使用 53 材料選擇說明 53 主要受壓元件 53 焊接材料 53 主要制造工藝 53 主要零部件的制造 53 55 焊接工藝說明 55………………………………...……………….………..56……………………………………...……….……………..57設計小結 58致謝 62參考文獻……………………………………………………………….……………………..63附錄……………………………………………………………………….………………… .65第一章 緒 論本設計書是在均四甲苯空氣氣相氧化法制取PMDA的工藝基礎上，根據畢業(yè)設計課題“氧化反應器結構設計”的整體設計過程編寫而來的。全設計書共分為四章：第一章為前言部分對反應器作了簡單的介紹。第二章為反應器的工藝計算。第三章為反應器的結構設計，主要對反應器內各受壓元件進行了詳細的強度設計及校核。第四章為反應器各部件的制造工藝及組裝程序介紹。本設計中各部分嚴格按照各種規(guī)范及標準進行，在保證反應器結構合理的基礎上，進一步確保產品的質量和性能。 反應器簡介反應器是一個在其中發(fā)生化學反應的容器或罐。它是化工生產過程中一系列設備中的核心設備，反應器的型式、尺寸大小等，在很大程度上決定著產量和質量，因此化學反應器的選型，設計計算和選擇最優(yōu)化的操作條件是化工生產中極為重要的課題。反應器可由各種材料制成，這取決于所用反應所需催化劑的種類以及反應物和產物的物理特性。反應器的簡圖如圖11。圖11反應器簡圖 反應器的分類[19]反應器的化學反應多數都是伴隨有催化劑的，按照催化作用則反應器可分為均相反應器和非均相反應器。 均相催化反應器可以與非催化作用的反應器相似地進行分類。一種標準是存在的相數，另一種標準是返混程度。因此，可有均相氣相反應器、均相液相反應器和均相氣一掖相反應器。也可以有均相塞流管式反應器和均相連續(xù)攪拌罐式反應器。 對裝有非均相固體催化劑的反應器，一種分類標準是根據在反應器中的催化劑顆粒是否移動，以此為根據，可以規(guī)定有下列類型: ，則為固定床反應器.，排出某些結垢的顆粒并加入某些新鮮的顆粒，則為移動床反應器。本書不討論這種類型的反應器，因為它們在許多方面與固定床反應器類似。但是，移動床反應器在催化劑結垢和再生方式方面與固定床反應器有根本的區(qū)別。，則為流化床反應器。如前言中舉出的理由，這類反應器在本書中不加討論.，則為懸浮床反應器。 懸浮床反應器可再細分為下列幾類: （1）..如果催化劑懸浮在機械攪拌的液體中，則為連續(xù)攪拌罐式反應器。（2）.如果催化劑是用上升的氣泡維持懸浮在液體中，則為鼓泡反應器或淤漿反應器。 （3）.如果催化劑是懸浮在向上流動的液體中，則為沸騰床反應器。 （4）.如果催化劑懸浮在液流或氣流中，而液流和氣流強大到足以在反應系統(tǒng)中攜帶這些催化劑，則為三相傳遞式反應器，劃分均相和非均相反應器的另外一個標準是它們的操作方式，即是間斷、半連續(xù)或連續(xù)式操作。但是，大多數重要的工業(yè)操作都為連續(xù)運轉，而僅僅在間斷式操作有特別充足的理由時才設計間斷操作的反應器。 另外一種普遍適用的反應器分類標準是反應器內部的溫度分布。假如反應器內部各點溫度都是不變的，而且不隨時間而變化，則反應器稱為非恒溫的。 還有另外一種反應器分類標準是反應器和器外部之間的換熱程度。如果不換熱，反應器稱為絕熱反應器，而如果有某種程度的換熱，則稱為非絕熱反應器。 還有另一種反應器分類標準是反應中包括的相數。當然，相計算相數時，固體催化劑不應算為一相。只處理氣體的反應器叫做氣相反應器，而那些處理兩相反應的叫做氣一液相反應器， 我們可用上述幾種分類標準把非均相反應器劃分為下列幾類:固定床反應器固定床氣相反應器恒溫反應器絕熱反應器非恒溫非絕熱固定床反應器 固定床氣液相反應器 滴流床反應器 固定床鼓泡反應器懸浮床反應器. 連續(xù)攪拌罐式反應器 淤漿反應器沸騰床反應器 三相傳遞式反應器 設計定義反應器的設計包括:(工藝設計)。，并且不會導致反應失去控制(穩(wěn)定性研究).、壁厚和內件，以便反應器的結構強度能經得住反應條件以及反應混合物的腐蝕作用(機械設計)。 相關工藝參數設計參數：名 稱管程操作壓力MPa管程操作溫度℃殼程操作壓力MPa殼程操作溫度 ℃換熱面積 m氧化反應器250375380385165～；設計溫度是反應器的設計的最高溫度，工作溫度一定小于設計溫度。所以取管程的設計壓力為MPa，設計溫度400℃；殼程的設計壓力為 MPa，設計溫度400℃。 反應器型式的選擇本次設計的反應器主要用于均四甲苯催化氧化制取均苯四甲酸二酐，生產能力為100T/a。由于該反應在反應過程中大量放熱，反應的熱點溫度為435～445℃，為了保證反應在最適宜的溫度下進行，在保證床層溫度的同時還需要將氧化反應產生的多余的熱量及時地移走，因此需要帶有傳熱的反應器，應為這個反應大量放熱，為了避開完全氧化作用成為占統(tǒng)治的溫度范圍，所以必須仔細加以控制。因此需本設計采用列管式固定床反應器。[26]對于反應熱效率大、收率對溫度敏感、又要求高轉化率和高選擇性的反應過程，列管式固定床反應器是可供選用的比較理想的反應設備，目前在苯醉、順瞥、乙二醇、醋酸乙烯、異丁醛氧化等生產過程中都有應用。我國已有的和在建的大型列管式固定床反應器基本上都是引進的，它們都采用全焊結構，從國外制造后整體運進現場，無法了解反應器內部結構及其設計方法。與國外相比，我國自行設計的列管式固定床反應器在工藝水平和規(guī)模上都有較大的差距，其問題之一是:規(guī)模較小且存在著徑向溫差。國外的同類反應器直徑可達6m以上，但徑向溫差小于3 0C。徑向溫差過大，會使反應選擇性下降，增加單耗和能耗，催化劑局部結焦嚴重，影響產品質量。以苯醉生產過程為例，反應溫度過低，反應不完全。反應溫度過高，發(fā)生過氧化反應。兩者均使產品收率降低。 列管式固定床反應器管外流體流動的主要要求是:反應器的綜合性能要保持單管的水平，并且能迅速導出反應管內產生的反應熱，以保證管間載熱體沿徑向的溫差盡可能小，使各反應管處在相同的介質溫度下運行。反應器按殼程流體流動方式可分為平行流和錯流兩種式型。見圖12。圖12列管式固定床反應器的流動型式示意圖對15000根反應管以下的反應器一般采用平行流型，而對于1500020000根以上的反應器采用傳熱效果較好的錯流型，但熔鹽泵的能耗相應也增大。如何保證管間充分均勻的熱傳遞是列管式固定床反應器均布設計的關鍵，這也是一個與載熱體流體力學密切相關的技術問題，為此，根據反應器管外流動特點和管內反應的要求，對反應器的設計采取以下幾個方法:環(huán)形通道的開孔設計，給出環(huán)形通道等量分流或等量合流時側壁開孔的規(guī)律和設計計算方法。平行流反應器管間流動設計，提出平行流固定床反應器管間載熱體流動的數學模型，據此來設計工業(yè)反應器的分布板，在板上合理開設環(huán)隙孔或附加開孔，實現管間的均勻傳熱。錯流型反應器管間流動分布設計，提出解決錯流列管式固定床反應器傳熱不均的途徑，并在此基礎上給出圓盤一圓環(huán)形折流擋板環(huán)隙開孔設計計算方法。 操作考慮工藝設計師和機械設計師都必須牢記反應器的操作方法。雖然設計總是以最佳穩(wěn)態(tài)操作條件為目的，但也必須能夠滿足開工和停工條件，特別是意外情況下的開、停工。如果必須按反應器內再生來設計固定床反應器，一個芳烴