【正文】 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。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?；どa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。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。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。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。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。 Tube fixedbed reactor 。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。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。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。反應器的簡圖如圖11。 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。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。 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。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。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。（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。 （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。 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。 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。 還有另一種反應器分類標準是反應中包括的相數。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)。 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。 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。因此需本設計采用列管式固定床反應器。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。國外的同類反應器直徑可達6m以上，但徑向溫差小于3 0C。以苯醉生產過程為例，反應溫度過低，反應不完全。兩者均使產品收率降低。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。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。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。 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。如果必須按反應器內再生來設計固定床反應器，一個芳烴預處理反應器，裝滿擔體為氧化鋁的鉆鋁催化劑，當物流處于穩(wěn)態(tài)時，可在加200250℃和4060bar ( 40006000k Pa)壓力下操作。本章在確定了反應器型式的基礎上，進行了必要的工藝計算，最終確定了反應器的總體結構。均苯四甲酸二酐的生產方法較多，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工藝也有多種。該廠運用的也是我國目前主要的PMDA生產方法。其主要反應為：均四甲苯催化氧化法制取PMDA的工藝過程包括氧化，水解，精制及干燥四個工段，氧化反應器即是氧化工段的核心設備。已確定本反應器的生產能力為100T/a，假設年工作7200h,根據文獻[23]中關于均四甲苯催化氧化制取均酐的中試實驗結果有如下數據：；；；反應最適宜空速為3700～4200 h；熔鹽溫度為：3803900C；催化劑復合：5060g/()；一捕入口溫度：2102200C.由生產要求，每小時需生產的均酐量為：=14 kg/h （21）理論上每小時需加入均四甲苯的量為：= kg/h （22）考慮到反應的選擇性以及原料的純度，實際需加入均四甲苯的量為： kg/h （23） 則均四的摩爾流量為：n= Kmol/h （24）由理想氣體狀態(tài)方程：PV=nRT可求得均四體積流量為：V = （25） = m/h 根據中試的實驗結果，取空氣的體積流量 m/h 則由理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT可求得空氣的摩爾流量為： N = = = Kmol/h （26） 床層體積的確定根據文獻[1]表一取反應空速 =4000 h，已確定原料混合氣總體積流量為Q = 3000m/h = m/s 反應進行的時間 = = = h (27）反應器所需的床層體積： = = = m (28) 反應列管管長、管徑、管數的確定參考有關文獻【26】，取反應氣體在床層中的流動速度為= m/s ,則所需反應管長度 L= = 3600 = m,取標準管長為L= m ,則反應氣體在床層中實際流動速度為：= = = m/s （29）根據設計要求反應器需要的傳熱面積為：F = ndL = 165 m [1] （210）反應器內氣體實際的體積流量為 ：Q= n = m （211）將已知數據L = m ，= m/s 分別代入 以上兩式中，聯立可求得：d = m,圓整后取管徑= m。參考文獻，取30，材料為20號鋼 反應管排列方式及管間距的確定[21]考慮到反應器殼程介質干凈，管外無需清洗，按照《化工容器手冊》取管間距 a = 40 mm .列管采用正三角形的排列方式，根據作圖實際排得管數為715根，除去測溫管孔6個及拉桿管孔3個，實際裝填催化劑的管數為706根，能滿足生產要求。h催化劑的床層空隙率 = ，床層壓力降計算公式為： = = KPa （216） KPa 15%設計壓力= KPa 合適其中為修正摩擦系數【20】，考慮到壁效應的影響，摩擦系數 = 由本章第一節(jié)中的物料衡算，已求得反應器進出口的物料配比情況，熱量衡算的基準溫度取反應氣體進口溫度250℃，由手冊【20】查得250℃～400℃時，各物料氣體的比熱容數據如下表：組份ON平均熱容原料氣帶入熱量Q = 0；反應后氣體帶走熱量 Q= = kJ/h （217） 反應后放出熱量Q = + = kJ/h (218)根據熱量守衡定律，傳給殼程熔鹽的熱量為：Q= Q Q + Q = kJ/h (219)假設殼程熔鹽質量流量為G kg/h , 已知熔鹽進出口溫度分別為380℃和385℃，熔鹽比熱為c= kcal/(kg℃故 G = = = kg/h (220) 反應器殼層流體對壁給熱系數的計算設計采用的熔鹽組成為： ∶ = 3 ∶2 （質量比），經計算熔鹽混合物的平均物性數據【23】如下：密度= g/ml = 1850 kg/ m ； 比熱c = kcal/kg℃； 粘度 = kg/mhh則橫過管束的最大流通截面積【15】為 ：A= = = m (221)則殼程流體的給熱系數為： a = = kJ/( m℃) (222)殼程壓降可由寇恩公式【21】得出：P= P其中P，分別表示管束、導流筒、殼程進出口管嘴處的壓降，為殼程壓降結垢校正系數。sa）殼程導流筒入口處質量流速殼程導流筒入口處質量流速取 2230 k