【正文】 力??t? =144MPa。 折流板的厚度 折流板的厚度與殼體直徑、換熱管無支承長度有關(guān)，選取折流板的厚度6?? mm。為方便選材，可選折流板的材料為Q235B。在弓形折流板中，流體在板間錯流沖刷管子，而流經(jīng)折流板弓形缺口時是順流經(jīng)過管子后進入下一板間，改變方向，流動中死區(qū)較少，比較優(yōu)越，結(jié)構(gòu)比較簡單，一般標準 換熱器中只采用這種。 4 管式反應(yīng)器筒體直徑的確定 筒體內(nèi)徑可由下式計算： ( 1)iD a b l? ? ? 式中 a———— 換熱器管間距，由上知 a＝ 57mm； b———— 位于管束中心線上的管數(shù)，管子按正三角形排列時， 3 ??? n l — — — — 最 外 層 管 子 的 中 心 到 殼 壁 邊 緣 的 距 離 ， 取 02 2 45 90ld? ? ? ?mm 所以 ? ?57 12 .7 8 1 90 76 1. 46iD ? ? ? ? ?mm 取筒體內(nèi)徑 800iD? mm。 3 管子排列方式，管間距 的確定 換熱管 在管板上的排列有 正 三角形、正方形和 同心圓排列三種方式 ，如 下 圖所示。本次畢業(yè)設(shè)計將通過列管式反應(yīng)器的設(shè)計： （ 1）、掌握管式 反應(yīng)器機械設(shè)計的一般方法和步驟； （ 2）、熟悉和了解化工設(shè)備相關(guān)設(shè)計標準和規(guī)范； （ 3）、掌握化工設(shè)備通用零部件的選用方法； （ 4）、培養(yǎng)綜合運用所學知識分析、解決工程實際問題的能力。目前世界上生產(chǎn)磷酸銨最簡捷、能耗最低的流程是西班牙 Aspindesa 公司開發(fā)的生產(chǎn)粉狀 MAP 的管式反應(yīng)器噴霧流程。因此，對管式反應(yīng)器的研究具有深遠的意義。 tube plate。 管式反應(yīng)器是一種適用于強放熱反應(yīng)的反應(yīng)設(shè)備。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 ) 管式反應(yīng)器設(shè)計 Design of Tubular Reactor 學 院 ： 機械工程學院 專業(yè)班級 ： 過程裝備與控制工程 學生姓名 ： 學 號： 指導教師 ： 2021 年 6 月 畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要 管式反應(yīng)器設(shè)計 摘 要： 這篇論文主要介紹管式反應(yīng)器機械計算等相關(guān)的設(shè)計過程。 設(shè)計的內(nèi)容主要是：根據(jù)給出的工藝參數(shù)選擇合適的結(jié)構(gòu)類型，然后根據(jù)已經(jīng)選定的型式按照國家標準和行業(yè)標準對設(shè)備的換熱管 、折流板、定距管、管箱等零部件進行設(shè)計，該設(shè)備主要由 筒體、管箱、支座、換熱管、折流板、管板及接管、法蘭等組成。 Flange。 ；；；；；；；；；；； 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢 我國自 20 世紀 80 年代引進這一先進技術(shù)后，由上?；ぱ芯吭?、南華集團設(shè)計院和鄭州工業(yè)大學在“七五”期間 承擔了管式反應(yīng)器的國家攻關(guān)項目，四川大學在“八五”、“九五”、“十五”期間也承擔了管式反應(yīng)器的國家攻關(guān)項目和有關(guān)基礎(chǔ)研究工作。如今的管式反應(yīng)器的開發(fā)已擴展到磷酸銨以外的許多化肥生產(chǎn)領(lǐng)域，如硫基復(fù)合肥的中和段采用了短管型管式反應(yīng)器，并且在擴大段形成了一個內(nèi)循環(huán)反應(yīng)過程以延長停留時間。 畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容和要求 原始數(shù)據(jù)見下表 淮海工學院二○一三屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁 共 41 頁 表 1 設(shè)計數(shù)據(jù)表 表 2 管口表 設(shè)計要求 在給定條件下完成反應(yīng)器的機械設(shè)計，具體要求包括： 確定換熱管根數(shù)；確定殼體直徑； 確定折流板形式及數(shù)目； 管束設(shè)計； 選擇材料； 確定殼體（筒體、封頭）壁厚； 法蘭選擇或設(shè)計； 選取并核算標準件； 開孔補強計算； 繪制設(shè)備圖紙； 1編寫設(shè)計計算說明書。 各自特點：正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高；正方形排列：易清洗，但給熱效果較差；同心圓排列：可以提高給熱系數(shù)。 淮海工學院二○一三屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 共 41 頁 5 確定折流板形式和數(shù)目 折流板的形式及材料 該管式反應(yīng)器的殼程流體流通截面積大，在殼程流體屬對流傳熱條件時，為增大殼程流體的流速，加強其湍動程度，提高其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需要設(shè)置折流板。盤環(huán)形折流板制造不方便，流體在管束中為軸向流動，效率較低。 折流板的主要幾何參數(shù) 弓形折流板圓缺大小用切去弓弦高占圓筒內(nèi)直徑的百分比來確定，單弓形折流板缺口弦高 h 值，宜取 倍的圓筒內(nèi)直徑 ,取系數(shù)為 ，切去圓缺高度 h 0 .2 5 8 0 0 2 0 0? ? ?mm。 折流板的數(shù)目 取折流板間距 B=200（ iiD B D??） 折流板數(shù)目 ： 35001 1 1 7200B LN B? ? ? ? ?， 考慮到上下管箱和管板及排布 的原因，取折流板數(shù) 14BN ? 。焊接系數(shù) ?? 。 所以 ? ? ? ? ? ? ? ?T1 .1 8 0 .0 3 1 8 8 0 0 6 .4 7 6 .3 42 2 6 .4T L i eeP P D ?? ??? ??? ? ??MPa 式中： 61 10 31 80 10 0. 03 18Lp gH? ?? ? ? ? ? ?MPa 0. 9 0. 9 0. 85 34 5 26 3. 93s?? ? ? ? ?MPa 淮海工學院二○一三屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 共 41 頁 因為 ?? ?sT ? 所以水壓試驗的應(yīng)力校核滿足要求。 （ 1）、 A 型（平蓋管箱）如圖（ a）裝有管箱平蓋（或稱盲板），清洗管程時只要拆開盲板即可，而不必拆卸整個管箱和與管箱相連的管路，缺點是盲板結(jié)構(gòu)用材多，且尺寸較大是得用鍛件，耗費大量 機加工時，提高制造成本，并增加一道密封的泄漏可能。 A型管箱 B型管箱 C型管箱 D型管箱 圖 2 管箱形式 設(shè)計計算上部管箱 （ 1）根據(jù)已知條件，綜合考慮上管箱選 A 型，材料為 GB1501998和 GB1511999 有，管箱的圓筒厚度 ? ? 8 8 0 0 2 2 . 6 82 1 4 4 1 82 cit cpD p? ?? ?? ? ?? ? ??mm 設(shè)計厚度： 2 2 2 .8 6 3 2 5 .8 6d C??? ? ? ? ?mm 名義厚度： 1 2 5 .8 6 0 .6 3 0nd C??? ? ? ? ? ? ? ? ?mm 淮海工學院二○一三屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 共 41 頁 有效厚度： 21 30 3 CC??? ? ? ? ? ? ?mm （ 2）容器法蘭的設(shè)計 法蘭的基本結(jié)構(gòu)形式按組成法蘭的圓筒、法蘭環(huán)及錐頸三部分的整體性程度可分為松式法蘭、整體法蘭、任意式法蘭三種。 性能從好到差：整體法蘭 任意式法蘭 松式法蘭 所以選整體法蘭形式比較好，已知管程的設(shè)計壓力為 ，設(shè)計溫度為300℃ ，選用長頸對焊法蘭，材料為 16Mn，為了保護焊縫，采用襯環(huán)凹凸面密封，材料為 00Cr17Ni14Mo2。 ??2 螺栓 1 螺栓的布置 ??a 法蘭徑向尺寸 LL eA? 及螺栓間距 L__ 的最小值，按 GB1501998 表 93選取有 42Bd ?mm， 62AL?mm ， 42eL?mm， L__ =90mm。 (a)軸向應(yīng)力 902 2H11 1 . 4 1 0 1 6 8 . 31 . 1 3 0 8 1 6ifM D?? ? ??? ? ???MPa (b)徑向應(yīng)力 ? ? 902 20 .9 51 .3 3 1 5 8 11 .3 3 18 0 0 3 0 1 .4 1 01 .1 1 5 8 8 1 6fRife MD??????? ? ???????? ? ? ??? = (c)環(huán)向應(yīng)力 92 2T6 . 3 5 1 . 4 1 0 3 . 3 1 1 8 . 41 5 8 8 1 6O RifY ZMD ?? ? ??? ? ? ? ?? = 式中： f———— 整體法蘭頸部應(yīng)力校正系數(shù)（法蘭頸部小端應(yīng)力與大端應(yīng)力的比值），當 f1 時，取 f=1 ? ———— 系數(shù)， ??? ?? ， 130800 T ??????? Tf??? k———— 法蘭外徑與內(nèi)徑的比值， 816111 60 ??? DD ik 查 GB1501998 表 95有： T=,Z=， Y=,U= 淮海工學院二○一三屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 共 41 頁 圖 4 f值圖 2 剪應(yīng)力 (a)剪切載荷 預(yù)緊狀態(tài)的剪切載荷 ? ? 1 0 3 8 8 . 62mbG bW AAF ??? ? ?KN 操作狀態(tài)的剪切載荷 5 0 0 9 .1 3pW W??KN (b)剪切面積 23 .1 4 3 .1 4 1 1 1 6 3 6 1 2 6 1 5 2 .6 4A m mlD??? ? ? ? ? 式中： A? ———— 剪切面積， 2mm D? ———— 剪切面計算直徑，取圓筒外徑， mm l————— 剪切面計算高度， mm (c)剪應(yīng)力 淮海工學院二○一三屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 共 41 頁 預(yù)緊時的剪應(yīng)力 W 1 0 3 8 8 6 0 0 8 2 .31 2 6 1 5 2 .6 4A ?? ? ? ?MPa 操作時的剪應(yīng)力 5009130 3 9 .71 2 6 1 5 2 .6 4WA ?? ? ? ?MPa 3 應(yīng)力校核 (a)軸向應(yīng)力 根據(jù)要求： ? ??? tfH ?與 ? ??t之小值 ? ?f1 .5 1 .5 1 4 4 2 1 6t? ? ? ?MPa ? ?2 .5 2 .5 1 4 4 3 6 0tn? ? ? ?MPa M P aM P aH 2 1 ???，所以符合要求。 (e)剪應(yīng)力 預(yù)緊時： 82 .3 17 0 13 6MPa? ? ? ? ?MPa 操作時： 39 .7 0. 8 14 4 11 5. 2MPa? ? ? ? ?MPa 符合要求。 7 選取標準件 選取接管 接管的一般要求 （ 1）接管應(yīng)與殼體內(nèi)表面平齊； （ 2）必要是可設(shè)置溫度計接口、壓力表及液面計接口； （ 3）接管與外部管線可采用焊接連接； （ 4）設(shè)計溫度在 300℃以上時，必須采用整體法蘭 。 選取接管法蘭 （ 1） 選取進料口接管（ DN80）法蘭 選用帶頸凹面對焊法蘭，相關(guān)尺寸根據(jù) HG2059297 查得 法蘭外徑（ mm） 螺栓孔中心圓直徑（ mm） 螺栓孔直徑（ mm） 螺栓孔數(shù)量 190 150 18 4 淮海工學院二○一三屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 共 41 頁 螺紋 法蘭內(nèi)徑（ mm） 法蘭厚度（ mm） 法蘭重量（ Kg） M16 94 18 （ 2） 選取安全閥口、出料口、泄壓口接管（ DN50）法蘭 選用板式突面平焊法蘭，相關(guān)尺寸根據(jù) HG2059297 查得 法蘭外徑（ mm） 螺栓孔中心圓直徑（ mm） 螺栓孔