【正文】 （311） B墊片壓緊力作用中心圓直徑:由GB15098圖91所示活套法蘭知，墊片壓緊力作用中心圓直徑即是法蘭與翻邊面的平均直徑。 管板法蘭及管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)反應(yīng)器的初步結(jié)構(gòu)確定，本設(shè)計(jì)采用固定式管板兼做法蘭。 管箱與管板的連接結(jié)構(gòu)管箱與管板的連接結(jié)構(gòu)形式較多，隨著壓力的大小、溫度的高低以及物料性質(zhì)、耐腐蝕情況不同，連接處的密封要求，法蘭形式也不同。圖32 等徑平焊鋼制法蘭根據(jù)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)需要，管箱法蘭選擇標(biāo)準(zhǔn)法蘭。 管程水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校取試驗(yàn)溫度為常溫20 ℃，由于管程屬真空容器，以內(nèi)壓代替外壓進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力取 Mpa 。 前面計(jì)算已確定殼程熔鹽的質(zhì)量流速為 = kg/s， m/s ,則殼程進(jìn)出口接管直徑可由下式求得： = = 134 mm (228)故取殼程進(jìn)出口接管公稱直徑為DN 125 mm . 第三章 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算 概 述本章詳細(xì)介紹了反應(yīng)器管殼程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程，以及各主要受力元件的強(qiáng)度校核情況，在滿足強(qiáng)度要求的條件下，力爭(zhēng)做到結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)。殼程流體的質(zhì)量流速 ： = = 1850 = kg/m℃ 。h； 熱導(dǎo)率 = kcal/ m℃) = kJ/kg 床層對(duì)壁給熱系數(shù)的計(jì)算已知反應(yīng)混合氣的體積流量為 V = 3000 m/h，管數(shù)為n = 706 根，則每根管內(nèi)氣體流量為： V= == m/h （212）則實(shí)際的空床氣體流速為： = = = m/s （213）則雷諾數(shù) Re = = = （214）反應(yīng)過(guò)程中強(qiáng)放熱，床層被殼層流體冷卻，則根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)床層對(duì)壁給熱系數(shù)由以下公式求得： a= （215） = kJ/( m在氧化工段固體原料均四甲苯經(jīng)加熱熔化、汽化后，與空氣混合預(yù)熱到一定溫度后加入到氧化反應(yīng)器中，催化氧化生成均酐及少量副產(chǎn)物，經(jīng)換熱冷卻在捕集器中凝華捕集得到均酐的粗產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)是根據(jù)南京紫金化工廠的生產(chǎn)工藝來(lái)設(shè)計(jì)的氧化反應(yīng)器。但是，如果反應(yīng)的催化劑必須在反應(yīng)器內(nèi)再生時(shí)，再生氣體(含氧0., 5呱的氮?dú)?在嚴(yán)密控制下燒焦后溫度可上升到高達(dá)550℃,如果氮?dú)庵械难踉试S超過(guò)5%，預(yù)處理器要設(shè)計(jì)得能抗住兩組操作條件:1. 操作時(shí)，300 0C，70bar(7000kPa)2. 再生時(shí)，5000 C 5bar(500kPa)第二章 反應(yīng)器的工藝計(jì)算工業(yè)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)給定的生產(chǎn)能力以及工藝參數(shù)，確定反應(yīng)器的型式和適宜的尺寸及其相應(yīng)的操作條件，使反應(yīng)過(guò)程有最大收益。錯(cuò)流型反應(yīng)器管間流動(dòng)分布設(shè)計(jì)，提出解決錯(cuò)流列管式固定床反應(yīng)器傳熱不均的途徑，并在此基礎(chǔ)上給出圓盤一圓環(huán)形折流擋板環(huán)隙開(kāi)孔設(shè)計(jì)計(jì)算方法。見(jiàn)圖12。反應(yīng)溫度過(guò)高，發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)。與國(guó)外相比，我國(guó)自行設(shè)計(jì)的列管式固定床反應(yīng)器在工藝水平和規(guī)模上都有較大的差距，其問(wèn)題之一是:規(guī)模較小且存在著徑向溫差。由于該反應(yīng)在反應(yīng)過(guò)程中大量放熱，反應(yīng)的熱點(diǎn)溫度為435～445℃，為了保證反應(yīng)在最適宜的溫度下進(jìn)行，在保證床層溫度的同時(shí)還需要將氧化反應(yīng)產(chǎn)生的多余的熱量及時(shí)地移走，因此需要帶有傳熱的反應(yīng)器，應(yīng)為這個(gè)反應(yīng)大量放熱，為了避開(kāi)完全氧化作用成為占統(tǒng)治的溫度范圍，所以必須仔細(xì)加以控制。，并且不會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)失去控制(穩(wěn)定性研究).、壁厚和內(nèi)件，以便反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能經(jīng)得住反應(yīng)條件以及反應(yīng)混合物的腐蝕作用(機(jī)械設(shè)計(jì))。如果不換熱，反應(yīng)器稱為絕熱反應(yīng)器，而如果有某種程度的換熱，則稱為非絕熱反應(yīng)器。但是，大多數(shù)重要的工業(yè)操作都為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，而僅僅在間斷式操作有特別充足的理由時(shí)才設(shè)計(jì)間斷操作的反應(yīng)器。 懸浮床反應(yīng)器可再細(xì)分為下列幾類: （1）..如果催化劑懸浮在機(jī)械攪拌的液體中，則為連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器。本書不討論這種類型的反應(yīng)器，因?yàn)樗鼈冊(cè)谠S多方面與固定床反應(yīng)器類似。一種標(biāo)準(zhǔn)是存在的相數(shù)，另一種標(biāo)準(zhǔn)是返混程度。反應(yīng)器可由各種材料制成，這取決于所用反應(yīng)所需催化劑的種類以及反應(yīng)物和產(chǎn)物的物理特性。第四章為反應(yīng)器各部件的制造工藝及組裝程序介紹。 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(yīng)器的工藝計(jì)算………………………………………………..…………………...8 8 9 9 床層體積的確定 10 反應(yīng)列管管長(zhǎng)、管徑、管數(shù)的確定 10 反應(yīng)管排列方式及管間距的確定 11 床層壓降的計(jì)算 12 12 13 14 15第三章 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算 17 概述 17 殼體、管箱、封頭厚度的確定及強(qiáng)度校核 17 17 18 19 20 21 21 管板與殼體、管箱、反應(yīng)管的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 殼體與管板的連接結(jié)構(gòu) 22 管箱與管板的連接結(jié)構(gòu) 22 反應(yīng)管與管板的連接結(jié)構(gòu) 22 23 23 等頭雙頭螺栓的選型 ………………………………………………………25 25 30 42 42 膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核 44 48 催化劑支撐件的設(shè)計(jì) 48 48 復(fù)合彈簧的強(qiáng)度校核 49 ………………………………………….49 支座的選用及其載荷計(jì)算 49 支座強(qiáng)度校核……………………………………………………..……….50 其他零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 51 51 上、下分布板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 52第四章 反應(yīng)器的制造、組裝、檢驗(yàn)及使用 53 材料選擇說(shuō)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(shuō)明 55………………………………...……………….………..56……………………………………...……….……………..57設(shè)計(jì)小結(jié) 58致謝 62參考文獻(xiàn)……………………………………………………………….……………………..63附錄……………………………………………………………………….………………… .65第一章 緒 論本設(shè)計(jì)書是在均四甲苯空氣氣相氧化法制取PMDA的工藝基礎(chǔ)上，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題“氧化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的整體設(shè)計(jì)過(guò)程編寫而來(lái)的。關(guān)鍵詞：反應(yīng)器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；列管式固定床反應(yīng)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?；どa(chǎn)的工藝過(guò)程決定了反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式對(duì)工藝過(guò)程又有一個(gè)促進(jìn)和完善的作用，同時(shí)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式在某種程度上也決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。化工技術(shù)過(guò)程開(kāi)發(fā)的成功與否很大程度上取決于反應(yīng)器內(nèi)流體的溫度、濃度、停留時(shí)間及溫度分布、停留時(shí)間分布的控制水平和控制能力。最終確定的反應(yīng)器設(shè)備在滿足結(jié)構(gòu)合理性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了溫度分布、濃度分布及反應(yīng)時(shí)間等化工工藝參數(shù)的控制要求，使得產(chǎn)品質(zhì)量和性能得以保證。 Tube fixedbed reactor 。第三章為反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要對(duì)反應(yīng)器內(nèi)各受壓元件進(jìn)行了詳細(xì)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核。它是化工生產(chǎn)過(guò)程中一系列設(shè)備中的核心設(shè)備，反應(yīng)器的型式、尺寸大小等，在很大程度上決定著產(chǎn)量和質(zhì)量，因此化學(xué)反應(yīng)器的選型，設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇最優(yōu)化的操作條件是化工生產(chǎn)中極為重要的課題。 均相催化反應(yīng)器可以與非催化作用的反應(yīng)器相似地進(jìn)行分類。 對(duì)裝有非均相固體催化劑的反應(yīng)器，一種分類標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)在反應(yīng)器中的催化劑顆粒是否移動(dòng)，以此為根據(jù)，可以規(guī)定有下列類型: ，則為固定床反應(yīng)器.，排出某些結(jié)垢的顆粒并加入某些新鮮的顆粒，則為移動(dòng)床反應(yīng)器。如前言中舉出的理由，這類反應(yīng)器在本書中不加討論.，則為懸浮床反應(yīng)器。 （4）.如果催化劑懸浮在液流或氣流中，而液流和氣流強(qiáng)大到足以在反應(yīng)系統(tǒng)中攜帶這些催化劑，則為三相傳遞式反應(yīng)器，劃分均相和非均相反應(yīng)器的另外一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是它們的操作方式，即是間斷、半連續(xù)或連續(xù)式操作。 還有另外一種反應(yīng)器分類標(biāo)準(zhǔn)是反應(yīng)器和器外部之間的換熱程度。只處理氣體的反應(yīng)器叫做氣相反應(yīng)器，而那些處理兩相反應(yīng)的叫做氣一液相反應(yīng)器， 我們可用上述幾種分類標(biāo)準(zhǔn)把非均相反應(yīng)器劃分為下列幾類:固定床反應(yīng)器固定床氣相反應(yīng)器恒溫反應(yīng)器絕熱反應(yīng)器非恒溫非絕熱固定床反應(yīng)器 固定床氣液相反應(yīng)器 滴流床反應(yīng)器 固定床鼓泡反應(yīng)器懸浮床反應(yīng)器. 連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器 淤漿反應(yīng)器沸騰床反應(yīng)器 三相傳遞式反應(yīng)器 設(shè)計(jì)定義反應(yīng)器的設(shè)計(jì)包括:(工藝設(shè)計(jì))。 反應(yīng)器型式的選擇本次設(shè)計(jì)的反應(yīng)器主要用于均四甲苯催化氧化制取均苯四甲酸二酐，生產(chǎn)能力為100T/a。我國(guó)已有的和在建的大型列管式固定床反應(yīng)器基本上都是引進(jìn)的，它們都采用全焊結(jié)構(gòu)，從國(guó)外制造后整體運(yùn)進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)法了解反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法。以苯醉生產(chǎn)過(guò)程為例，反應(yīng)溫度過(guò)低，反應(yīng)不完全。反應(yīng)器按殼程流體流動(dòng)方式可分為平行流和錯(cuò)流兩種式型。平行流反應(yīng)器管間流動(dòng)設(shè)計(jì)，提出平行流固定床反應(yīng)器管間載熱體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，據(jù)此來(lái)設(shè)計(jì)工業(yè)反應(yīng)器的分布板，在板上合理開(kāi)設(shè)環(huán)隙孔或附加開(kāi)孔，實(shí)現(xiàn)管間的均勻傳熱。如果必須按反應(yīng)器內(nèi)再生來(lái)設(shè)計(jì)固定床反應(yīng)器，一個(gè)芳烴預(yù)處理反應(yīng)器，裝滿擔(dān)體為氧化鋁的鉆鋁催化劑，當(dāng)物流處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，可在加200250℃和4060bar ( 40006000k Pa)壓力下操作。均苯四甲酸二酐的生產(chǎn)方法較多，由于采用原料不同，選擇的工藝路線也不一樣，即使同一中原料其生產(chǎn)工藝也有多種。其主要反應(yīng)為：均四甲苯催化氧化法制取PMDA的工藝過(guò)程包括氧化，水解，精制及干燥四個(gè)工段，氧化反應(yīng)器即是氧化工段的核心設(shè)備。參考文獻(xiàn)，取30，材料為20號(hào)鋼 反應(yīng)管排列方式及管間距的確定[21]考慮到反應(yīng)器殼程介質(zhì)干凈，管外無(wú)需清洗，按照《化工容器手冊(cè)》取管間距 a = 40 mm .列管采用正三角形的排列方式，根據(jù)作圖實(shí)際排得管數(shù)為715根，除去測(cè)溫管孔6個(gè)及拉桿管孔3個(gè)，實(shí)際裝填催化劑的管數(shù)為706根，能滿足生產(chǎn)要求。催化劑的床層空隙率 = ，床層壓力降計(jì)算公式為： = = KPa （216）