【正文】 成塔，這種合成塔的溫度幾乎是恒定的，反應(yīng)溫度恒定的好處一是有效抑制了副反應(yīng)；二是催化劑的使用壽命長(zhǎng)。流化床反應(yīng)器特點(diǎn)是流程復(fù)雜，在床內(nèi)由于返混反應(yīng)器內(nèi)徑向比較均一，和同樣內(nèi)徑、長(zhǎng)度的固定床相比，空速相同時(shí)、流化床反應(yīng)器內(nèi)壓降更小，向反應(yīng)器內(nèi)補(bǔ)充催化劑無(wú)需停產(chǎn)，但工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備多，投資大，對(duì)催化劑要求苛刻。綜上所述，在考慮了技術(shù)、成本、工藝后，選擇列管式恒溫固定床反應(yīng)器。表51 反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù)及任務(wù)進(jìn)料甲醇進(jìn)料氧氣 kmol/h進(jìn)料水 kmol/h進(jìn)料氮?dú)?kmol/h50級(jí)甲醛產(chǎn)量16萬(wàn)噸/年催化劑鐵鉬催化劑（Fe2OMoO3）年工作時(shí)間8000h體積空速80000L/h反應(yīng)溫度350℃反應(yīng)壓力~原料配比甲醇：氧氣：水：氮?dú)?：：：由于本設(shè)計(jì)進(jìn)料量較大，所以我選擇兩個(gè)反應(yīng)器并聯(lián)操作，單個(gè)反應(yīng)器產(chǎn)能為8萬(wàn)噸/年，以分擔(dān)采用單個(gè)反應(yīng)器的負(fù)荷，提高反應(yīng)器的穩(wěn)定性和安全性。在工程上要確定反應(yīng)器的幾何尺寸，首先得確定一定生產(chǎn)能力下所需的催化劑容積，再根據(jù)工程實(shí)驗(yàn)所提供的反應(yīng)器資料最后確定出反應(yīng)器的幾何尺寸。 催化劑的填充量根據(jù)參考文獻(xiàn)，甲醇催化反應(yīng)的催化劑顆?？账俜秶鸀?0000~180000L/h，能得到滿意的產(chǎn)率。W越大，原料氣沒(méi)有充分發(fā)生反應(yīng)，W越小，副反應(yīng)增多，都會(huì)使產(chǎn)率降低，單耗增加。因此，為了得到最好的產(chǎn)率，一般要求在一范圍內(nèi)，則使空速達(dá)到最大，才能得到最大的產(chǎn)量[5，10]。本設(shè)計(jì)的催化劑粒度空速取80000L/h。根據(jù)空速算得催化劑的填充量為：——催化劑的填充量，m179?！響B(tài)下原料氣氣體積流量——體積空速，h1q——進(jìn)料氣速，m179。/h所以：反應(yīng)采用的催化劑為鐵鉬催化劑：~，催化劑成圓環(huán)狀，堆密度為。故反應(yīng)器裝填催化劑的質(zhì)量為：設(shè)催化劑的有效率為85%，則單塔的催化劑用量為 反應(yīng)管長(zhǎng)度的計(jì)算，則床層截面積為：則催化劑床層高度為：根據(jù)《化學(xué)反應(yīng)工程》，則反應(yīng)管長(zhǎng)為: 管束尺寸和反應(yīng)管的排列選取工業(yè)上所用的的列管，則單管催化劑體積為：則管數(shù)為：則每個(gè)反應(yīng)器管數(shù)為4045根，每個(gè)反應(yīng)器采用正三角形排列采用正三角形排列。由公式：式中：D—?dú)んw內(nèi)徑，mm； t—管中心距，mm； —橫過(guò)管束中心線的管束 b39?！?一般取，mm，管子采用正三角形排列，圓整為83根。故帶入公式得：取整后D=2700 mm對(duì)該反應(yīng)器：，單管長(zhǎng)徑比為：因此，所設(shè)計(jì)的反應(yīng)器符合實(shí)際情況。式中：p——壓力，Pa；fm——修正的摩擦系數(shù)；——流體密度，kg/m3；u0——空塔線速，m/s；dp——催化劑顆粒直徑，m；——床層空隙率；H——床層高度，m；——流體的絕對(duì)黏度，；a、b——系數(shù)，采用Ergun提出的數(shù)值，a＝，b＝150。而取 機(jī)械強(qiáng)度的計(jì)算和校核 設(shè)計(jì)的選材考慮到使用溫度、需用應(yīng)力、價(jià)格、供貨情況及材料的焊接性能等，在設(shè)計(jì)中選?。簹んw、列管、管板、封頭、法蘭、支座、折流板材料為0Cr18Ni10T。 板厚的計(jì)算根據(jù)流體進(jìn)出口溫度，選擇流體的設(shè)計(jì)溫度為455，設(shè)計(jì)壓力為由于本操作是在高溫下進(jìn)行，所選材料為耐高溫材料0Cr18Ni10Ti[13]。焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭，100%無(wú)損探傷，故焊接系數(shù)；根據(jù)GB6654《壓力容器用鋼板》和GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定可知對(duì)OCr18Ni9鋼板，材料的許用應(yīng)力（260mm）則厚度按下式計(jì)算：，圓整后取厚度為32mm。 氣壓試驗(yàn)0Cr18Ni10Ti的屈服極限為氣壓試驗(yàn)：，兩者之間取較大值，所以氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核滿足公式：，則，所以氣壓試驗(yàn)滿足強(qiáng)度要求。取反應(yīng)器筒體內(nèi)徑為2700mm,厚度為32mm。 氣體分布板的形式工業(yè)應(yīng)用的氣體分布板形式很多，主要有直流式、側(cè)流式、填充式、短管以及無(wú)分布板的漩流式等。此反應(yīng)器選用側(cè)縫式錐帽分布板。 分布板的壓降式中u——操作孔速，；α——分布板的開(kāi)孔率；ε——分布板的阻力系數(shù)，～，對(duì)于側(cè)縫帽分布板為2?！?dú)怏w密度。理想的氣體分布板壓降必然是同時(shí)滿足均勻布?xì)夂途哂辛己梅€(wěn)定性這兩個(gè)條件的最小壓降。 均勻布?xì)鈮航礡ichardson建議分布板的阻力至少應(yīng)是氣流阻力的100倍，即： 穩(wěn)定性壓降A(chǔ)garwal等指出，穩(wěn)定性壓降應(yīng)不小于列管式固定床層壓降的10％，即并且在任何情況下，其最小值約為3500Pa。由此，分布板的最小壓降可表示為：這里，均勻布?xì)鈮航稻统蔀榇我獑?wèn)題，只考慮穩(wěn)定性壓降就可以了。所以：因?yàn)?，所以取所?折流板厚取板厚10mm。 管口設(shè)計(jì) 反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器進(jìn)口總流量為，選進(jìn)入反應(yīng)器之前總管道運(yùn)輸速度為25m/s時(shí)，符合化工經(jīng)驗(yàn)值并聯(lián)總管的直徑為：，采用DN=1000的管道校核：根據(jù)選取的公稱直徑為1000，則速度為：每個(gè)反應(yīng)器選氣體進(jìn)口速度為25m/s，則進(jìn)口管直徑為：，先圓整為400mm，但校正不合格；圓整用DN=500的壓力管口（根據(jù)GB/T10571995）校核：，在1530m/s范圍內(nèi)，可以選取。經(jīng)估算，所以本設(shè)計(jì)原料氣采用下進(jìn)上出操作。 出口管設(shè)計(jì)反應(yīng)器出口流量為，因?yàn)閮蓚€(gè)反應(yīng)器并聯(lián)，所以每個(gè)反應(yīng)器出口管流量為，取出口管速度為，30m/s則出口管直徑為：圓整后選取DN=600的壓力管口（根據(jù)GB/T10571995）校核：根據(jù)選取的鋼管內(nèi)徑為600mm，則：，不在1530m/s范圍內(nèi)；當(dāng)鋼管內(nèi)徑取400mm可以選取，在1530m/s范圍內(nèi)。取出口管總管運(yùn)輸速度為25m/s，則總管直徑為：，取DN=800的壓力鋼管（根據(jù)GB/T10571995）校核：，滿足標(biāo)準(zhǔn)，可以選取。選擇折流板為圓缺形折流板，板厚10mm。折流板材料為Q235。 封頭的設(shè)計(jì)選用橢圓形封頭，取形狀系數(shù)K=1，則其深度為574mm，壁厚為反應(yīng)器厚度32mm，查表得直邊高度為。 反應(yīng)器設(shè)計(jì)結(jié)果表52 反應(yīng)器設(shè)計(jì)結(jié)果項(xiàng)目參數(shù)反應(yīng)溫度（℃）350反應(yīng)壓力（Mpa）設(shè)計(jì)溫度（℃）455設(shè)計(jì)壓力（Mpa）反應(yīng)器類型列管式恒溫固定床反應(yīng)器催化劑類型鐵鉬催化劑體積空速(L/h)80000催化劑填充量（m3/h）催化劑填充高度（m）反應(yīng)管長(zhǎng)長(zhǎng)度（m）尺寸Φ38材料0Cr18Ni10Ti個(gè)數(shù)（根）5662排列等腰三角形封頭形狀標(biāo)準(zhǔn)橢圓形材料0Cr18Ni10Ti厚度（mm）32深度（mm）574直邊高度（mm）40焊接系數(shù)1質(zhì)量（kg）筒體材料0Cr18Ni10Ti內(nèi)徑（mm）2700外徑（mm）2764高度（m）壁厚（mm）32焊接系數(shù)1總高度（m）6 設(shè)計(jì)體會(huì)本次化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì)主要做了包括緒論、工藝概述及選擇、原輔材料及產(chǎn)品規(guī)格、甲醇反應(yīng)器工藝計(jì)算和反應(yīng)器尺寸設(shè)計(jì)五章主要內(nèi)容，此外加了CAD反應(yīng)器裝配圖、摘要、前言、附錄和參考文獻(xiàn)，其中課程的核心在反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。收到老師的設(shè)計(jì)任務(wù)后，先了解了老師對(duì)此次課程設(shè)計(jì)要求，后面用了一天的時(shí)間查找參考文獻(xiàn)和學(xué)習(xí)老師給的設(shè)計(jì)參考，發(fā)現(xiàn)了師兄們課程設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題，在參考之余我加了些自己的章節(jié)，設(shè)計(jì)中有些地方采用參考文獻(xiàn)上的條件，存在偷懶和不足的地方。對(duì)于此次設(shè)計(jì)，我有三點(diǎn)體會(huì)。一是做事的心態(tài)要擺正。剛收到老師任務(wù)時(shí)，沒(méi)有怎么抓緊時(shí)間，心里還是有我做過(guò)“三井杯”和“挑戰(zhàn)杯”的心態(tài)，后來(lái)時(shí)間緊迫讓我一次一次嘗到了熬夜的滋味。二是做事的方法問(wèn)題。大的方面，自己做事首先要知道我要干什么，帶著問(wèn)題去找答案——我該怎么做，不論競(jìng)賽設(shè)計(jì)還是課程設(shè)計(jì)，每件事情要有屬于自己大的和小的框架，起碼這樣方向不會(huì)錯(cuò)。即使偶爾出錯(cuò)，那也是局部小問(wèn)題，走彎路比走回頭好，也能節(jié)約時(shí)間。至于小問(wèn)題出錯(cuò)那是自己學(xué)科素養(yǎng)及常識(shí)不夠，只有日積月累。最后一點(diǎn)是關(guān)于反應(yīng)過(guò)程課程以及CAD等軟件應(yīng)用問(wèn)題。課程本身我自認(rèn)為學(xué)的不好，課程開(kāi)始后，課后沒(méi)能復(fù)習(xí)，直到動(dòng)工設(shè)計(jì)的前一天我才把課本看完一遍，前面主要是關(guān)于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程和反應(yīng)速率，看的相對(duì)詳細(xì)些，后面第四、五、六章有關(guān)非理想狀態(tài)下的操作和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)看得相對(duì)粗略，實(shí)際上，我們現(xiàn)在做的課程設(shè)計(jì)很多時(shí)候通過(guò)查閱文獻(xiàn)或者根據(jù)老師傳授的經(jīng)驗(yàn)值來(lái)作為設(shè)計(jì)的條件，設(shè)計(jì)太過(guò)理想化，設(shè)計(jì)結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用中的反應(yīng)器沒(méi)法比，一方面是我們學(xué)的太少，另一方面我們現(xiàn)在只是嘗一下反應(yīng)過(guò)程課程設(shè)計(jì)的“味道”。跟著老師做了兩次競(jìng)賽，表面的成績(jī)不讓人滿意，但就辦公軟件應(yīng)用和化工知識(shí)來(lái)說(shuō)還可以聊以自慰。前幾天我看見(jiàn)了自己化工原理的課程設(shè)計(jì)，對(duì)比現(xiàn)在的word文字處理，我確實(shí)進(jìn)步了；excel是個(gè)好東西，這學(xué)期的設(shè)計(jì)我都用了excel來(lái)處理數(shù)據(jù)，不論是重復(fù)性計(jì)算，還是aspen模擬結(jié)果保留位數(shù)，還是試差等問(wèn)題，excel幫我節(jié)約了好些數(shù)據(jù)處理上的時(shí)間，這是方式方法問(wèn)題和聯(lián)想問(wèn)題，只要我能想到可做的方法，我就可以摸索自己的路子，很多時(shí)候有想法和有問(wèn)題不可怕。由于今年CAD用得少，這次做CAD圖，折磨了我好些時(shí)間，此刻心里終于平坦了許多。此刻，化學(xué)反應(yīng)工程過(guò)程設(shè)計(jì)告于段落，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，鍛煉了我的設(shè)計(jì)能力和各種技巧，使我的化工知識(shí)和自我認(rèn)識(shí)得到了提高，我想我離我的化工理想又邁進(jìn)了一步。在以后的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我要更細(xì)心和更努力地去學(xué)習(xí)，以逐步促使自己進(jìn)步。最后，感謝老師近來(lái)的教導(dǎo)和在本次設(shè)計(jì)中對(duì)我的指導(dǎo)，讓我完成了這次課程設(shè)計(jì)。反應(yīng)器裝配圖參考文獻(xiàn)[1] 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