【正文】 （358）q≤[σ]tt =111= 合格結(jié)論:第二種計(jì)算工況全部應(yīng)力合格. 第三種計(jì)算工況（管程壓力作用下無溫差的工況）：Ps= Pt= 不記入熱膨脹差。記入熱膨脹差.設(shè)定換熱器組裝溫度為20℃換熱管在金屬溫度下的熱脹系數(shù) αt=17106mm/(mm 第一種計(jì)算工況（殼程壓力作用下無溫差的工況）：Ps= Pt= 不記入熱膨脹差。 綜上所述，法蘭校核滿足要求。b. 徑向應(yīng)力： 法蘭有效厚度：， （339） 滿足要求。且由JB/T47032000取螺栓規(guī)格為，伸出長度為，其具體尺寸按零件圖中規(guī)定。如圖34 墊片接觸寬度為: （39）圖34墊片的校核A墊片有效寬度: （310） 墊片有效密封寬度: （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。根據(jù)反應(yīng)器法蘭的結(jié)構(gòu)需要，選取纏繞墊與法蘭、緊固件選配表見表32表32 墊片、法蘭、緊固件選配表墊片型式使用壓力密封面型式密封面表面粗糙度法蘭型式最高使用溫度緊固件型式緊固件材料牌號纏繞墊凹面帶頸平焊法蘭， 650雙頭螺柱25Cr2MoNA墊片采用JB/4702—92 石棉纏繞片。 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。本設(shè)計(jì)考慮到反應(yīng)器的密封性能要求較高且管板要承受管束振動及疲勞載荷的作用，因此采用脹焊結(jié)合的連接結(jié)構(gòu)，先進(jìn)行強(qiáng)度焊后加貼脹。 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?？蛇x取的法蘭標(biāo)準(zhǔn)見表31 由=，可選取的法蘭標(biāo)準(zhǔn)見表31表31 法蘭標(biāo)準(zhǔn)DND12001395134012981278127584hadR185482130152232 管板與殼體、管箱、反應(yīng)管的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 殼體與管板的連接結(jié)構(gòu)殼體與管板的連接形式，分為兩類：一是不可拆式，如固定式管板換熱器，管板與殼體是用焊接連接；一是可拆式，管板本身與殼體不直接焊接，而通過殼體上法蘭和管箱法蘭夾持固定。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。法蘭的結(jié)構(gòu)形式和密封面形式可根據(jù)使用介質(zhì)，設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度和公稱直徑等因素來確定。 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 。檢查, 沒有變化, 故名義厚度12mm合適取C1=0筒體有效厚度： = C1 == mm設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力 = (32)= MPa []t=861=86 MPa MPa86 MPa 故滿足要求 管箱壁厚的計(jì)算管箱材料選擇選用任用20R（物質(zhì)特殊要求，尿素腐蝕性）[1]筒體厚度計(jì)算式為： 根據(jù)鋼管標(biāo)準(zhǔn)GB13296，GB/T14976：[5] 厚度≤18mm 取許用應(yīng)力 =1 (33)= 管箱筒體的設(shè)計(jì)厚度為 = = += mm 取筒體名義厚度為10 mm.檢查沒有變化，故名義厚度10mm合適筒體有效厚度： = = 10–0–= mm 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力： == MPa=861=86 MPa MPa86 MPa 故滿足要求 管箱封頭的厚度計(jì)算封頭是壓力容器中主要承壓零部件，其質(zhì)量對壓力容器的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。 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，力爭做到結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)。s【25】來估算殼程進(jìn)出口處的流速，將 = 1850 kg/ m代入上式得到 m/s,故取 = m/s，于是 = 1850 = 2035 kg/m殼程流體的質(zhì)量流速 ： = = 1850 = kg/mh℃ ?！?= kJ/ mh； 熱導(dǎo)率 = kcal/ m℃= KJ/kg℃) = kJ/kg℃) 床層壓降的計(jì)算根據(jù)中試實(shí)驗(yàn)，本反應(yīng)器采用的催化劑為，載體為粗孔不規(guī)則硅膠 ,活性組分為活性炭，采用噴涂法制備。 床層對壁給熱系數(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)床層對壁給熱系數(shù)由以下公式求得： a= （215） = kJ/( m為滿足要求實(shí)際取列管數(shù)為n =701根。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。即以均四甲苯為原料采用空氣催化氧化法制得PMDA。本設(shè)計(jì)是根據(jù)南京紫金化工廠的生產(chǎn)工藝來設(shè)計(jì)的氧化反應(yīng)器。 工藝流程概述 均苯四甲酸二酐的化學(xué)名稱為 1 ,2 ,4 ,5 —苯甲酸二酐 ，簡稱 PMDA，是一種重要的化工原料，用途極其廣泛。但是，如果反應(yīng)的催化劑必須在反應(yīng)器內(nèi)再生時，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，300 0C，70bar(7000kPa)2. 再生時，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)過程有最大收益。雖然設(shè)計(jì)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。錯流型反應(yīng)器管間流動分布設(shè)計(jì)，提出解決錯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)隙開孔設(shè)計(jì)計(jì)算方法。如何保證管間充分均勻的熱傳遞是列管式固定床反應(yīng)器均布設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，這也是一個與載熱體流體力學(xué)密切相關(guān)的技術(shù)問題，為此，根據(jù)反應(yīng)器管外流動特點(diǎn)和管內(nèi)反應(yīng)的要求，對反應(yīng)器的設(shè)計(jì)采取以下幾個方法:環(huán)形通道的開孔設(shè)計(jì)，給出環(huán)形通道等量分流或等量合流時側(cè)壁開孔的規(guī)律和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。見圖12。 列管式固定床反應(yīng)器管外流體流動的主要要求是:反應(yīng)器的綜合性能要保持單管的水平，并且能迅速導(dǎo)出反應(yīng)管內(nèi)產(chǎn)生的反應(yīng)熱，以保證管間載熱體沿徑向的溫差盡可能小，使各反應(yīng)管處在相同的介質(zhì)溫度下運(yùn)行。反應(yīng)溫度過高，發(fā)生過氧化反應(yīng)。徑向溫差過大，會使反應(yīng)選擇性下降，增加單耗和能耗，催化劑局部結(jié)焦嚴(yán)重，影響產(chǎn)品質(zhì)量。與國外相比，我國自行設(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，其問題之一是:規(guī)模較小且存在著徑向溫差。[26]對于反應(yīng)熱效率大、收率對溫度敏感、又要求高轉(zhuǎn)化率和高選擇性的反應(yīng)過程，列管式固定床反應(yīng)器是可供選用的比較理想的反應(yīng)設(shè)備，目前在苯醉、順瞥、乙二醇、醋酸乙烯、異丁醛氧化等生產(chǎn)過程中都有應(yīng)用。由于該反應(yīng)在反應(yīng)過程中大量放熱，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還需要將氧化反應(yīng)產(chǎn)生的多余的熱量及時地移走，因此需要帶有傳熱的反應(yīng)器，應(yīng)為這個反應(yīng)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(xì)加以控制。所以取管程的設(shè)計(jì)壓力為MPa，設(shè)計(jì)溫度400℃；殼程的設(shè)計(jì)壓力為 MPa，設(shè)計(jì)溫度400℃。，并且不會導(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))。當(dāng)然，相計(jì)算相數(shù)時，固體催化劑不應(yīng)算為一相。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。假如反應(yīng)器內(nèi)部各點(diǎn)溫度都是不變的，而且不隨時間而變化，則反應(yīng)器稱為非恒溫的。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才設(shè)計(jì)間斷操作的反應(yīng)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(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。，則為流化床反應(yīng)器。本書不討論這種類型的反應(yīng)器，因?yàn)樗鼈冊谠S多方面與固定床反應(yīng)器類似。也可以有均相塞流管式反應(yīng)器和均相連續(xù)攪拌罐式反應(yīng)器。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。圖11反應(yīng)器簡圖 反應(yīng)器的分類[19]反應(yīng)器的化學(xué)反應(yīng)多數(shù)都是伴隨有催化劑的，按照催化作用則反應(yīng)器可分為均相反應(yīng)器和非均相反應(yīng)器。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。 反應(yīng)器簡介反應(yīng)器是一個在其中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的容器或罐。第四章為反應(yīng)器各部件的制造工藝及組裝程序介紹。第二章為反應(yīng)器的工藝計(jì)算。 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、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(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)過程編寫而來的。 Structural design。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；均酐裝置全套圖紙加153893706AbstractChemical