石油府學(xué)路18號國賽作品設(shè)計(jì)集43反應(yīng)器

1、目錄第一章 設(shè)計(jì)概述1第二章 R0201 異丁烯氧化.22.12.2反應(yīng)器型式選擇2反應(yīng)條件選取22.2.12.2.22.2.32.2.4溫度2異丁烯與氧氣進(jìn)料比選擇3水蒸氣進(jìn)料量選擇3壓力42.32.4反應(yīng)催化劑的選取4反應(yīng)機(jī)理52.4.1 反應(yīng)動力學(xué)方程7反應(yīng)器模擬數(shù)據(jù)8反應(yīng)器體積計(jì)算10反應(yīng)器尺寸設(shè)計(jì)122.52.62.72.7.12.7.22.7.32.7.4反應(yīng)器列度和數(shù)目計(jì)算12催化劑床層壓力降核算12反應(yīng)器多物理場耦合驗(yàn)證13反應(yīng)器內(nèi)徑及長度計(jì)算162.8.19反應(yīng)器熱量取熱介質(zhì)選擇及用量19換熱面積校核20反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)212.92.9.12.9.22.9.32.9.42.9.

2、52.9.62.9.72.9.8反應(yīng)器封頭選取21反應(yīng)器氣體分布器設(shè)計(jì)22反應(yīng)器支座設(shè)計(jì)23反應(yīng)器接管設(shè)計(jì)23反應(yīng)器拉桿設(shè)計(jì)24反應(yīng)器連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25裙座選取25保溫層252.102.112.122.13反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)匯總25強(qiáng)度校核27強(qiáng)度校核結(jié)果匯總61反應(yīng)器 R0201 條件圖61第三章 R0301 氧化酯化.623.13.23.3反應(yīng)器類型選擇63反應(yīng)動力學(xué)方程63反應(yīng)條件選取633.2.13.2.23.2.3溫度64壓力64進(jìn)料比643.33.43.5反應(yīng)催化劑的選取65反應(yīng)器模擬數(shù)據(jù)65攪拌釜反應(yīng)器詳細(xì)設(shè)計(jì)663.5.13.5.23.5.33.5.43.5.53.5.63.5.7攪

3、拌釜反應(yīng)器尺寸設(shè)計(jì)66攪拌槳形式及尺寸確定67攪拌轉(zhuǎn)速確定69通氣量的確定72攪拌功率的確定73攪拌釜配件選型74換熱方式選取77接管計(jì)算78強(qiáng)度校核78強(qiáng)度校核結(jié)果匯總89R0301 氧化酯化反應(yīng)器工藝參數(shù)匯總89第四章 R0101 水合. 914.14.34.54.4反應(yīng)器類型的選擇91反應(yīng)動力學(xué)方程91反應(yīng)催化劑的選取92反應(yīng)條件選取924.4.14.4.24.4.3溫度92壓力93進(jìn)料比選取934.54.64.74.8反應(yīng)器模擬數(shù)據(jù)94反應(yīng)器尺寸計(jì)算95壓降核算95接管尺寸96進(jìn)料管尺寸96出口管尺寸96強(qiáng)度校核964.9校核結(jié)果匯總107反應(yīng)器參數(shù)107第五章 R0102 叔丁醇脫水

4、反應(yīng)器1085.15.25.35.45.5反應(yīng)器選型108反應(yīng)機(jī)理108反應(yīng)動力學(xué)108催化劑的選取109反應(yīng)條件選取1095.5.1 溫度1095.5.2 壓力1105.5.3 進(jìn)料比1105.65.75.85.9反應(yīng)器物料表110反應(yīng)器尺寸計(jì)算111壓降核算111接管尺寸1125.9.1 進(jìn)料管1125.9.2 出料管1125.105.115.12強(qiáng)度校核112強(qiáng)度校核結(jié)果122參數(shù)匯總123第六章 T0101 異丁烯水合反應(yīng)精餾塔設(shè)計(jì)1246.1反應(yīng)精餾塔選型124反應(yīng)精餾塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)124反應(yīng)精餾塔塔板選擇124反應(yīng)動力學(xué)125反應(yīng)催化劑的選取125反應(yīng)精餾塔參數(shù)設(shè)計(jì)126反應(yīng)精餾塔設(shè)計(jì)

5、條件126反應(yīng)持液量計(jì)算127反應(yīng)精餾塔塔徑計(jì)算1286.26.36.46.56.5.16.5.2計(jì)算128計(jì)算130精餾提餾6.6反應(yīng)精餾塔塔高1316.6.16.6.26.6.36.6.46.6.56.6.6實(shí)際塔板數(shù) N131塔頂空間高 HD131塔板間距 HT131開設(shè)人孔的板間距 HT131人孔的設(shè)置131進(jìn)料段空間高度1326.6.76.6.86.6.9塔底空間高度 HB132塔筒體高度 H132裙座高度1326.6.10 封頭高度132反應(yīng)精餾塔反應(yīng)停留時間132溢流裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算1336.76.86.8.16.8.16.8.36.8.46.8.56.8.6板上溢流形式的確定13

6、3溢流堰主要尺寸133降液管133受液盤134進(jìn)口堰134降液管底隙高度1346.9浮閥塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定135浮閥閥型135浮閥排列方式1356.106.11塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)135水力學(xué)計(jì)算1366.11.16.11.26.11.36.11.4塔板壓力降136夾帶量138降液管內(nèi)液面高度140漏液的檢驗(yàn)1416.11.5 降液管液體停留時間141塔板的負(fù)荷性能圖1426.126.12.1 過量夾帶線1426.12.2 淹塔線142過量泄漏線143降液管超負(fù)荷線143液相負(fù)荷下限線1446.136.14物流表144反應(yīng)精餾塔接管計(jì)算1456.14.16.14.26.14.36.14.46.14.5

7、塔頂蒸汽出口管徑145塔頂冷凝回流口管徑146進(jìn)料管接管管徑146塔底再沸出口管徑146塔底再沸回流管徑146強(qiáng)度校核147強(qiáng)度校核結(jié)果匯總165第七章 T0103 叔丁醇脫水反應(yīng)精餾塔167反應(yīng)精餾塔形式選擇167填料選擇1677.3.填料規(guī)格的選擇1687.4 反應(yīng)動力學(xué)1697.57.6反應(yīng)催化劑的選取169反應(yīng)精餾塔參數(shù)設(shè)計(jì)1707.6.17.6.27.6.27.6.37.6.4反應(yīng)精餾塔設(shè)計(jì)條件170反應(yīng)精餾塔 T0103物流表170填料塔水力學(xué)參數(shù)171工藝尺寸概算171反應(yīng)持液量1747.6.5 反應(yīng)停留時間174接管尺寸1757.77.7.17.7.27.7.37.7.47.7

8、.5塔頂蒸汽出口管徑175塔頂冷凝回流口管徑175進(jìn)料管接管管徑175塔底再沸出口管徑176塔底再沸回流管徑1767.87.9附錄強(qiáng)度校核176強(qiáng)度校核結(jié)果190一覽表191第一章 設(shè)計(jì)概述化學(xué)反應(yīng)器是將反應(yīng)物通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的裝置，是化工生產(chǎn)及相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。由于化學(xué)反應(yīng)種類繁多，機(jī)理各異，因此，為了適應(yīng)不同反應(yīng)的需要，化學(xué)反應(yīng)器的類型和結(jié)構(gòu)也必然差異很大。反應(yīng)器的性能優(yōu)良與否，不僅直接影響化學(xué)反應(yīng)本身，而且影響原料的預(yù)處理和產(chǎn)物的分離，因而，過需要考慮的工藝和工程應(yīng)該是多方面的。本項(xiàng)目是以蘭州碳四抽余油作為原料生產(chǎn)甲基丙烯甲酯，包含異丁烯提純工段、甲基丙烯醛工段以及甲基丙烯酸

9、甲酯工段。此工藝流程簡單，無大量廢酸產(chǎn)生，原子利用率高。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的反應(yīng)器有異丁烯水合預(yù)平衡反應(yīng)器、異丁烯水合反應(yīng)精餾塔、叔丁醇脫水預(yù)平衡反應(yīng)器、叔丁醇脫水反應(yīng)精餾塔、異丁烯氧化反應(yīng)器以及甲基丙烯醛氧化酯化反應(yīng)器。下面對異丁烯氧化反應(yīng)器和甲基丙烯酸氧化酯化反應(yīng)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型并進(jìn)行詳細(xì)的工藝計(jì)算，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。對于反應(yīng)精餾塔、水合反應(yīng)器以及脫水反應(yīng)器進(jìn)行簡單設(shè)計(jì)，確定大致尺寸。1第二章 R0201 異丁烯氧化甲基丙烯酸甲酯（MMA）是重要的化工產(chǎn)品，同樣也是重要的化工原料，主要

10、用于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、涂料等生產(chǎn)，其主要的生產(chǎn)工藝有異丁烯氨氧化法、異丁烯兩步氧化法以及異丁烯直接甲基化法，與其他方法相比，異丁烯直接甲基化法具有流程簡單、分離容易、無廢酸等特點(diǎn)，因此采用異丁烯直接甲基化法生產(chǎn)。異丁烯直接甲基化法主要涉及異丁烯氧化反應(yīng)以及甲基丙烯醛氧化酯化反應(yīng)器，本項(xiàng)目對異丁烯氧化反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。2.1 反應(yīng)器型式選擇用于氣固相連續(xù)反應(yīng)的反應(yīng)器主要有固定床反應(yīng)器、移動床反應(yīng)器以及流化床反應(yīng)器等型式。不同型式的反應(yīng)器具有不同的傳遞特性，傳遞不影響化學(xué)反應(yīng)本身，但是影響濃度和溫度的分布，從而影響反應(yīng)速率和選擇性。流化床反應(yīng)器傳熱效果好，溫度均勻，便于實(shí)現(xiàn)固體的連續(xù)

11、輸入輸出，而且可以使用小顆粒的固體或催化劑。但是其缺點(diǎn)也很明顯，由于催化劑顆粒的劇烈運(yùn)動，造成固體顆粒與流體嚴(yán)混，導(dǎo)致反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率較低，而且催化劑磨損嚴(yán)重。固定床反應(yīng)器內(nèi)流體接近平推流，可以獲得較高的選擇性和轉(zhuǎn)化率，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，催化劑磨損小。對于異丁烯與氧氣反應(yīng)生成甲基丙烯醛（MAL）的過程來說，其是強(qiáng)放熱反應(yīng)，因此在反應(yīng)過，需要不斷移走反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，因此選用列管式固定床反應(yīng)器，催化劑裝填于列管中，反應(yīng)氣體通過列管進(jìn)行反應(yīng)，殼冷卻介質(zhì)移走反應(yīng)熱量。反應(yīng)條件選取溫度通過文獻(xiàn)查詢可知，異丁烯氧化反應(yīng)溫度一般在 350-370，溫度對異丁烯氧化反應(yīng)的影響如下圖所示。2圖 2-1 反應(yīng)溫度

12、對異丁烯轉(zhuǎn)換率的影響圖 2-2 反應(yīng)溫度對選擇性的影響，在 350的情況下，異丁烯具有較高的轉(zhuǎn)化率以及選擇性，因此選擇 350作為反應(yīng)溫度。2.2.2 異丁烯與氧氣進(jìn)料比選擇異丁烯是易燃易爆的化學(xué)品，本反應(yīng)是將異丁烯與空氣混合反應(yīng)，在考慮到異丁烯轉(zhuǎn)化率的同時，更應(yīng)該考慮到異丁烯極限，通過查詢可知異丁烯與空氣形成混合物，其極限為 1.7%9.0%(體積分?jǐn)?shù))，考慮到安全問題，進(jìn)料中異丁烯的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)該大于其上限，因此，本項(xiàng)目選擇異丁烯與空氣摩爾比為 1:5 進(jìn)料，確保不會發(fā)生。2.2.3 水蒸氣進(jìn)料量選擇在反應(yīng)器中通入一定量的水蒸氣有如用：3（1） 水蒸氣的存在可以促進(jìn)異丁烯在催化劑表面的吸附，

13、同時也可以加速產(chǎn)物在催化劑表面的脫附，進(jìn)而可以提高異丁烯的轉(zhuǎn)化率；（2） 水蒸氣與其他物質(zhì)相比具有較大的熱容，可以避免催化劑表面局部過熱，減少深度氧化反應(yīng)的發(fā)生，提高選擇性；（3） 可以使得催化劑表面的活性供氧中心變稀疏，減少 CC 鍵的斷裂或者有機(jī)物的聚合結(jié)焦，保證催化劑的活性以及使用。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，本項(xiàng)目加入的水蒸氣與異丁烯摩爾比為 1:1。2.2.4 壓力由 Aspen Plus 的靈敏度分析可知壓力對反應(yīng)的影響：圖 2-3 反應(yīng)壓力對異丁烯轉(zhuǎn)化率影響圖考慮到壓力對于副反應(yīng)的影響程度，以及異丁烯轉(zhuǎn)化率的要求，選擇0.15MPa 的反應(yīng)壓力。2.3 反應(yīng)催化劑的選取MMA 的傳統(tǒng)工藝主要是

14、以和劇毒氫酸為原料的醇法，反應(yīng)過還使用高腐蝕性的硫酸，并副產(chǎn)大量難以處理的硫酸氫銨，整個反應(yīng)的原子利用率只有 47%與醇法相比，以異丁烯為原料制 MMA 是一條工業(yè)前景良好的清潔工藝技術(shù)路線，無論反應(yīng)原料、催化劑還是生產(chǎn)過程的綠色化程度均有顯著提高，整個工藝的原子利用率達(dá)到 74%。該路線以碳四（異丁烯或叔丁醇)為原料，副產(chǎn)物為水（C4H8+CH3OH+3/2O2C5H8O2+2H2O)。由于叔丁醇首先脫水生成異丁烯再發(fā)生氧化反應(yīng)，所以，以異丁烯或叔丁醇為原料兩者在反應(yīng)本質(zhì)上是相同的，可稱為異丁烯氧化法。異丁烯選擇性氧化甲基丙烯醛（MAL）是異丁烯備 MMA 的關(guān)鍵一步，對其進(jìn)行研究以提高產(chǎn)品

15、收率具有重要的應(yīng)用意義。4同時，烴類原料以及更為活潑的反應(yīng)產(chǎn)物在反應(yīng)條件下均易發(fā)生深度氧化，所以，控制深度氧化、提高目的產(chǎn)物的選擇性始終是研究中最具性的技術(shù)難題。因此需要選擇合適的催化劑，才可以降低深度氧化，提高甲基丙烯醛的選擇性。異丁烯氧化MAL 的催化劑是在丙烯氧化丙烯醛催化劑基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，也曾經(jīng)歷過 Cu2O、BiAsO4 和 MoBiO 等類型的變化。除 MoBi 復(fù)合氧化物體系外，其他復(fù)合氧化物體系，如 MoSbO、FeTeMoO、ReSbO以及負(fù)載金屬催化劑，如/SbOx 也有研究，而使用雜多酸化合物催化異丁烯選擇氧化也顯示了較好的活性，實(shí)際應(yīng)用中異丁烯選擇氧化MAL 多采用

16、MoBiCoFeO 為基礎(chǔ)的復(fù)合氧化物體系，并進(jìn)一步添加多種助劑。本項(xiàng)目采用的催化劑來自文獻(xiàn)提到的屬于 MoBi 復(fù)合氧化物其物性組成如下表。表 2-1 催化劑物性Cat-Ni0.4-M，2.4 反應(yīng)機(jī)理本工藝中，異丁烯、空氣以及水蒸氣作為原料，經(jīng)過加壓、預(yù)熱以及混合后通入裝有催化劑的列管式固定床反應(yīng)器中，經(jīng)過反應(yīng)，生成甲基丙烯醛、CO、 CO2 以及甲基丙烯酸的混合氣，通過甲醇急冷噴淋吸收，精餾得到 MAL 和甲醇的混合物進(jìn)入 MAL 氧化酯化反應(yīng)器。氧化反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)如下：（1）C4H8 + O2C4H6O + H2O（2）C4H8 + O2CO2 + H2O（3）C4H8 + O2CO

17、 + H2O（4）C4H8 + O2C4H6O2+H2O5項(xiàng)目性能顆粒直徑，mm2.0堆積密度，gml-10.60視密度，gml-10.95比表面積，m2g-14.61孔體積，mlg-10.121空隙率0.6718圖 2-4 反應(yīng)機(jī)理為了簡化模型方程的推導(dǎo)，根據(jù)操作條件和列管式固定床反應(yīng)器的特點(diǎn)，對加氫反應(yīng)器作理想化處理，提出以下幾點(diǎn)假設(shè)：（1）在垂直于流體方向的截面上流體性質(zhì)和速度是均勻的，徑向不存在速度梯度和溫度梯度，也不存在濃度梯度。（2）軸向傳熱和傳質(zhì)僅由平推流的總體所引起。按以上假設(shè)，采用擬均相一維平推流模型，即忽略反應(yīng)器的軸向溫度分布和濃度分布，現(xiàn)在只考慮反應(yīng)器的徑向參數(shù)的變化，并

18、按均相反應(yīng)器來考慮。根據(jù)以上假設(shè)導(dǎo)出反應(yīng)器模型。先把列管式固定床反應(yīng)器看作管式反應(yīng)器分析，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，隨物料的軸向而變化，故可取任意時間間隔某微元體積 dVR，對此微元體積進(jìn)行物料進(jìn)料量：。FA FA0 (1 xA )輸出量：FA dFA FA0 1 (xA dxA )反應(yīng)量：rAdVR則微元體積的物料式為：FA0 (1 xA )=FA0 1(xA dxA )+rAdVR：化簡后積分xAfFdx A0A VRBrA xA 06物料微分方程：FA dxA B rA dVR0熱量微分方程：r H dl U d T T dl2 FC tBAAtS整理后得到如下方程：dx d 2rAtBAdl4FA0

19、dTdl 1 d r H K d T T2F Cp 4tBAAtSt式中：FA0反應(yīng)物 A 進(jìn)料摩爾流量，kmol/h； Ft反應(yīng)物總進(jìn)料摩爾流量，kmol/h； G 流體的空床質(zhì)量流速，kg/(m2h)； B催化劑堆積密度，kg/m3；(-rA)反應(yīng)速率，kmol/(kg 催化劑h)；l反應(yīng)器長度方向距離，m； yA0進(jìn)料中組分 A 的分子分?jǐn)?shù)； VR反應(yīng)器體積，m3； T反應(yīng)管內(nèi)反應(yīng)溫度，； TS反應(yīng)介質(zhì)溫度，；K總傳熱系數(shù)，W/(m2K)；XA反應(yīng)物 A 的轉(zhuǎn)化率。2.4.1 反應(yīng)動力學(xué)方程（1）反應(yīng)動力學(xué)方程本反應(yīng)主反應(yīng)為 C4H8 + O2C4H6O + H2O，其動力學(xué)方程有文獻(xiàn)查

20、得ERTr ke（2）反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)采用原文獻(xiàn)中的動力學(xué)參數(shù)并對其進(jìn)行換算，結(jié)果如表 2-2 所示。7表 2-2 相關(guān)動力學(xué)參數(shù)表（3）反應(yīng)熱力學(xué)參數(shù)通過查閱相關(guān)書籍，同時利用純物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)查詢HCS，獲得各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和恒壓熱容計(jì)算公式，參數(shù)如表 2-3 所示。表 2-3 熱力學(xué)性質(zhì)表不同溫度下的反應(yīng)焓變計(jì)算公式為：T298 15 i f H298 15K ,i r HTCPdT通過該公式計(jì)算表 2-4。表 2-4 氧化反應(yīng)熱力學(xué)性質(zhì)表2.5 反應(yīng)器模擬數(shù)據(jù)由前文所述，異丁烯與氧氣反應(yīng)詳細(xì)數(shù)據(jù)如下：從異丁烯提濃工段來的異丁烯與空氣混合，其中 n(異丁烯)：n(空氣)=1：5。經(jīng)過壓縮

21、至 0.15MPa，于列管式換熱器中在 350發(fā)生主要反應(yīng)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率以異丁烯計(jì)為 95%。據(jù)見表 2-5。物料數(shù)8反應(yīng)rHm(T=298.15K)，kJ/molrHm=A+BT+CT2+DT-1+ET3，J/molABCDEC4H8 + O2MAL + H2O-379.80224588.000-24.27318.8914.640-11.367名稱fHm(T=298.15K)，kJ/molCp=A+Bx10-3T+Cx105T-2+Dx10-6T2ABCDC4H8-13.97522.305252.0700.000-75.898O2036.1620.845-4.3100.000MAL-12452

22、.740185.532-7.546-53.165H2O-241.82730.00010.7100.2300.000動力學(xué)參數(shù)數(shù)值k，kmolm-3s-11.14x1014E，J/mol174200表 2-5氧化反應(yīng)器 R0201物流表9inout物流S203S204Mass Flow ，kg/hrISOC4H84002.0300144.9465H2O1295.79302563.1310MAL0.00004687.2540O22351.912062.3790N27745.72707745.7270CH4O0.00000.0000MMA0.00000.0000N-HEX-010.00000.000

23、0C3H61.6815E-081.6815E-08C3H88.7563E-088.7563E-08NC4H103.83033.8303ISOC4H100.08010.08011C4H80.27100.2710CISC4H81.15511.1551TRANC4H80.47750.477513C4H60.00000.0000NC5H120.00000.0000ISOC5H120.00000.0000TBA0.00500.0050CO0.000029.9426CO20.000047.0456MAA0.0000115.0363HQ0.00000.0000Total Flow， kmol/hr493.3

24、566493.7575Total Flow，kg/hr15401.280015401.2800Total Flow，l/min283974.0000284041.0000Temperature，350.0000350.0000Prere，bar1.50001.5000Vapor Frac1.00001.00002.6 反應(yīng)器體積計(jì)算在反應(yīng)器選型、催化劑選擇、機(jī)理分析、動力學(xué)分析以及反應(yīng)條件確定之后，在Mo-Bi 復(fù)合氧化催化劑催化反應(yīng)操作條件范圍內(nèi)選取一個合適的操作點(diǎn)，利用COMSOL 反應(yīng)工程模塊在選定的操作條件下對反應(yīng)器異丁烯轉(zhuǎn)化率和各物料濃度分布隨反應(yīng)時間的變化關(guān)系進(jìn)行模擬，具體結(jié)果如圖

25、 2-5、2-6 所示。圖 2-5 物質(zhì)濃度停留時間圖由各物質(zhì)濃度隨時間變化可以看出，當(dāng)反應(yīng)時間為 8s 的時候，異丁烯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95%，其轉(zhuǎn)化率已基本達(dá)到工業(yè)化反應(yīng)要求。此后即便反應(yīng)時間再延長，異丁烯的產(chǎn)率也沒有很大的變化，而反應(yīng)器體積和操作費(fèi)用以及后續(xù)工段的費(fèi)用反而會大大增加，故反應(yīng)時間可取。由于在使用SOL 模擬時是用以催化劑的為基準(zhǔn)的動力學(xué)模擬計(jì)算的，此時已經(jīng)把催化劑床層的空隙體積考慮在可知進(jìn)口氣體體積流量為 17038.4m3/h，根據(jù)催化劑體積計(jì)算內(nèi)。由 ASPEN公式計(jì)算本反應(yīng)器催化劑床層體積為：10Liquid Frac0.00000.0000Enlpy，cal/sec-2

26、.7732-8.5998= V0 = 17038.4x8=56.50m3VR3600 x0.6314各物料濃度隨反應(yīng)體積變化如圖 2-6 所示。圖 2-6 物質(zhì)濃度-反應(yīng)體積圖催化劑的質(zhì)量為： VR B 56.50 x0.6=33.90tMcat可以看出由催化劑床層體積算出的反應(yīng)停留時間與模擬結(jié)果基本一致。將模擬算出的催化劑體積代入Aspen 反應(yīng)器模塊，得到的反應(yīng)器進(jìn)出物料分布如表2-6 所示。表 2-6反應(yīng)器物料表11項(xiàng)目進(jìn)料出料總摩爾流量，kmol/hr493.36493.36總質(zhì)量流量，cm/hr15401.2815401.25總體積流量，cc/hr17038.4417042.45溫度

27、，350.00350.00壓力，bar1.501.50氣化分率1.001.00摩爾流量，kmol/hrC4H871.332.58O273.501.95MAL0.0066.87H2O71.93142.28經(jīng)過計(jì)算，其結(jié)果與 COMSOL 模擬所得結(jié)果基本一致。因此，本次模擬結(jié)果合理。2.7 反應(yīng)器尺寸設(shè)計(jì)2.7.1 反應(yīng)器列度和數(shù)目計(jì)算該反應(yīng)器所選用催化劑粒徑 2mm，為降低反應(yīng)物在管內(nèi)的溝流、壁流效應(yīng)，反應(yīng)管內(nèi)徑應(yīng)大于催化劑粒徑的 8 倍。根據(jù)國標(biāo) GB/T17395-2008，列管選用 50mm2mm 的管子。在本設(shè)計(jì)中，使用的計(jì)算模型為擬均相一維平推流模型。如果用 Pe 準(zhǔn)數(shù)來衡量返混程度

28、，該模型應(yīng)滿足的條件為：當(dāng)雷諾準(zhǔn)數(shù) Re10 時，Pea=2。此時，有：dp 1 dp1 DaDa 0.005PeauLud p L2 L即床層高度 L100dp。另外，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，一般催化劑填充高度占整個反應(yīng)管長度的 8090%左右。在本反應(yīng)器中，催化劑粒徑為 2mm，因此本設(shè)計(jì)選擇催化劑的填充高度為 L=8m，列管催化劑床層的橫截面積為：l=9m。 VRL 56.50 7.06m3AR8催化劑床層的直徑約為：4AR4 7.06 =2.99m3d R反應(yīng)器單管橫截面積為：A d 2 x 0.05 0.0042 1.66x103ii44反應(yīng)器列管數(shù)目：AR7.06n 4253 4266根A1.6

29、6x103i2.7.2 催化劑床層壓力降核算12反應(yīng)器空管截面積為：A n A 4266 1.66x103 7.08m3i空反應(yīng)進(jìn)料空床線速度為：V017038.44u 0.6685m / smA7.08x3600空固定床壓力降計(jì)算公式為：Lu (1 )2P fmd 3pRe dpum f 150 1.75,Re式中：流體密度，kg/m3； d p顆粒直徑，m； f摩擦系數(shù)； L床層高度，m； um空管流速，m/s； 床層空隙率；流體的黏度，Pa/s。11 從 Aspend Plus 反應(yīng)器模擬中獲得反應(yīng)混合物有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： =0.9039kg/m3，=2.74510-5Pas將數(shù)據(jù)代入上

30、述計(jì)算公式求解：Re dpum 1 0.002x0.6685x0.90391=119.441 2.745x1051 0.6314f 150 1.75 Re1501.75 3.00119.448x0.66852 x0.9039x 1 0.6314Lu 2(1 )P f m 3.00 x=7098.2Pa 30.002x0.63143dp反應(yīng)壓力為 7098.2Pa，壓降小于進(jìn)口壓力的 15%，因此反應(yīng)器壓降設(shè)計(jì)合格。2.7.3 反應(yīng)器多物理場耦合驗(yàn)證13在反應(yīng)器尺寸設(shè)計(jì)階段，由于催化劑床層高度以及列度均是按照經(jīng)驗(yàn)值估算，因此對反應(yīng)器的反應(yīng)效果需要進(jìn)行驗(yàn)證。使用 COMSOL Multiphysi

31、cs 對反應(yīng)器進(jìn)行多物理場耦合計(jì)算。在計(jì)算過程中，考慮到質(zhì)量傳遞、動量傳遞、熱量傳遞三場的相互影響，對三個傳遞場進(jìn)行耦合計(jì)算，進(jìn)而得到各物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的濃度分布以及物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的溫度、壓力、速度分布。通過模擬計(jì)算濃度、溫度以及壓力分布圖如下。圖 2-7 異丁烯濃度分布圖 2-8 氧氣濃度分布14圖 2-9 MAL 濃度分布圖 2-10 壓力分布圖15圖 2-11 溫度分布圖由 COMSOL 模擬計(jì)算結(jié)果可知，甲基丙烯醛濃度分布均勻，且轉(zhuǎn)換率和ASPEN 模擬結(jié)果相差無幾，壓力分布均勻，壓降小于進(jìn)口的 15，溫度分布均勻，并不溫度飛升的區(qū)域。反應(yīng)器內(nèi)徑及長度計(jì)算反應(yīng)器殼體內(nèi)徑設(shè)計(jì)反應(yīng)器列管根數(shù)

32、為 4266 根。列管排列方式選擇錯列正三角形排列，詳細(xì)排列圖見圖 2-12 ，固定方法為焊接法。則管心距為：t 1.25d0 1.25 50 62.5mm16圖 2-12 管子排布圖橫過管束中心線的管數(shù)為：266=72根管束中心線最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離為：e 1.25d0 1.25 50 62.5mm殼體內(nèi)徑為：Di t (nc 1) 2e 62.5(72 1) 2 62.5 4562.5mm根據(jù)壓力容器公稱直徑國標(biāo) GB/T 9019-2015 圓整，取反應(yīng)器殼體內(nèi)徑為：4600mm。2.7.4.2 反應(yīng)器長度設(shè)計(jì)列度：由前面工藝計(jì)算可知，列度為 9000mm；筒體頂部空間（上管箱

33、）高度：根據(jù)壓力容器手冊，Ha=1000mm；筒體底部空間（下管箱）高度：根據(jù)壓力容器手冊，Hb=1000mm；由上述長度可知，反應(yīng)器筒體長度為：H=11000mm。2.7.4.3 折流板設(shè)計(jì)在本中，為從反應(yīng)體系取熱，需在反應(yīng)器殼體走取熱介質(zhì)，因此，殼體需設(shè)置折流擋板。本工藝采用弓形折流擋板，取弓形折流板的圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺高度為：h 0.25D 0.254600 1150mm折流板間距為：B 0.3D 0.34600 1380mm17折流板數(shù)量為：1 9000 1 5塊列N B1380折流板間距折流板厚度取 24mm。2.7.4.4 反應(yīng)器筒體壁厚設(shè)計(jì)（1）材料選擇該

34、反應(yīng)器的反應(yīng)溫度控制在 350左右,反應(yīng)壓力為 0.15MPa，需進(jìn)行換熱。0.9MPa，反應(yīng)器殼程走取熱介質(zhì)，選用加壓水作為冷卻介質(zhì)，壓力大溫度為 175。因此，筒體選用材料為 Q345R 碳素鋼。根據(jù) GB/T 6713-2014鍋爐和壓力容器用鋼板及 GB/T 150.2-2011 規(guī)定對鋼板厚度進(jìn)行選擇。計(jì)算時，腐蝕裕量選 C2=2mm；焊接方式選系數(shù)為 =1。（2）筒體壁厚計(jì)算面焊對接接頭，100%無損探測，焊接由于反應(yīng)器為內(nèi)壓容器，其壁厚計(jì)算公式為：PD2 t -P +C C12式中：殼體厚度，mm； P操作時可能的最大壓力，內(nèi)壓容器取 P=(11.1)PW； t材料在操作溫度范圍

35、內(nèi)的許用應(yīng)力，Pa； 焊接系數(shù)；C1厚度負(fù)偏差，mm，取 0.3mm； C2腐蝕裕量，mm； D殼體內(nèi)徑，mm。操作時可能的最大壓力為 P=1.1PW=1.10.8=0.88MPa。假設(shè)操作溫度下所需 Q345R 鋼板的厚度為 1636mm，許用壓力為：t=157MPa。將數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式，得：=16.53mm。查閱筒體標(biāo)準(zhǔn)后最后將壁厚圓整為0=24mm。滿足 1636mm 的范圍要求。有效壁厚為；e=0-(C1+C2)=24-(0.3+2)=21.7mm18（3）水壓試驗(yàn)校核Q345R 常溫下進(jìn)行ReL=325MPa。試驗(yàn)時，許用壓力為 =185MPa，屈服強(qiáng)度為反應(yīng)器的水壓試驗(yàn)壓力為： 1

36、85PT 1.25P t 1.25 0.25 157 0.3682MPa將數(shù)據(jù)代入校核公式得試驗(yàn)條件下的計(jì)算壓力為： PT Di e 0.3682 (4500 24) 34.70MPaT22 24e0.9 ReL 0.91325 282.5MPa故有 T0.9ReL，所以所選材料水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠。2.8 反應(yīng)器熱量在本中，反應(yīng)器里一共發(fā)生三個反應(yīng)：異丁烯和氧氣反應(yīng)生成甲基丙烯醛（MAL）和水，異丁烯和氧氣反應(yīng)生成甲基丙烯酸（MAA）和水，異丁烯和氧氣反應(yīng)生成一氧化碳、和水。當(dāng)反應(yīng)器選用絕熱式固定床反應(yīng)器時，由 Aspen 模擬結(jié)果可知，反應(yīng)體系終止溫度能達(dá)到 1000以上。因此以上反應(yīng)為強(qiáng)放熱

37、反應(yīng)，需要及時取走反應(yīng)熱以保證副反應(yīng)盡可能少地發(fā)生，保證反應(yīng)體系平穩(wěn)安全運(yùn)行。2.8.1 取熱介質(zhì)選擇及用量如果想達(dá)到等溫催化反應(yīng)的條件，傳熱介質(zhì)既要求有良好的傳熱性能，又要求傳熱介質(zhì)本身的溫度和反應(yīng)管內(nèi)的催化劑的溫度差很小。本設(shè)計(jì)所用取熱介質(zhì)為 170、0.8MPa 的水，利用水沸騰蒸發(fā)帶走熱量，同時產(chǎn)生低壓蒸汽。根據(jù) Aspen Plus 反應(yīng)器模擬結(jié)果，獲得反應(yīng)器同時查得 0.8MPa 下水的汽化潛熱。結(jié)果如表 2-7 所示。物料的各項(xiàng)物性參數(shù)，換熱介質(zhì)與反應(yīng)物料可以并流，也可以逆流，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。逆流的優(yōu)點(diǎn)是原料氣進(jìn)入床層后能較快地升溫而接近最佳溫度，缺點(diǎn)是反應(yīng)后期易于過冷。而并流時

38、后期降溫較慢，溫度分布較為均勻，使前期升溫較慢，反應(yīng)效率會降低。當(dāng)正常工況時，逆流操作即可滿足換熱需求。并流時會使反應(yīng)物料升溫時19間增長，反應(yīng)器體積增大。因此，本設(shè)計(jì)選用逆流換熱操作。反應(yīng)物流以及冷卻介質(zhì)物流物性信息見表 2-7。表 2-7 物流物性信息表有 Aspen 反應(yīng)器模擬可知，反應(yīng)器需要移除的熱量 Q=2.256x107kJ/hr反應(yīng)器所需要的冷卻介質(zhì)用量：Q2.2558107 kJ / hm冷= 11016.3kg / hr2047.7kJ / kg2.8.2 換熱面積校核（1）床層對列管壁面的給熱系數(shù)對于本工藝反應(yīng)器，反應(yīng)放熱，需要移走熱量，床層被冷卻。床層對壁面總給熱系數(shù)可以

39、按下式計(jì)算：07 d 1 fdt式中：f流體導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)；G流體的表觀質(zhì)量流速，kg/(m2K)； 流體粘度，Pas；dp催化劑粒徑； dt列管內(nèi)徑。將數(shù)據(jù)代入，計(jì)算得： 0.002 0.6685 0.9039 07 0.0460.002 1 =3.5 exp 4.62.7451050.05110.046 1 48.44W / m K （2）殼沸騰傳熱系數(shù)20物流名稱溫度 t壓力P密度 定壓比熱Cp導(dǎo)熱系數(shù)粘度 氣化潛熱MPakg/m3kJ/(kgK)W/(mK)PaskJ/kg反應(yīng)進(jìn)料3500.150.90391.56950.05112.745x10-5/反應(yīng)出料3500.150.

40、90371.60320.0468/進(jìn)口水1700.8839.7355/2047.7出口水蒸氣1700.84.0118/05 u r=2.7 L V V d T2 TWS式中： uL 殼程流速，m/s；V 氣化潛熱，kJ/kg；V 氣體密度，kg/m3；TW 管壁溫度，；TS 殼程溫度，。05 05 0.7 0.0270 4.0118 2047.7 103 u r 1773.15W / m K =2.7 V V 2.7 d T2103 350 1702 TWS（3）總傳熱系數(shù)本工藝列管采用不銹鋼列管，查石油化學(xué)工程原理書中其傳熱系數(shù)R 0.000174(2 19W /(2 ) /W)為：。取殼程

41、污垢系數(shù),取管程污垢系0數(shù) RI 0.00008(2 ) / W ?？倐鳠嵯禂?shù)表達(dá)式為：1K dtdt1b11 dmd代入計(jì)算可算得：K 45.65/(m3 K傳熱溫差t 52 47Q計(jì)算的得換熱面積 A 1957.4m 2實(shí)際 dl 6030.9m2實(shí)際換熱面積換熱面積合格。2.9 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.9.1 反應(yīng)器封頭選取21對于本工藝反應(yīng)器外殼，所受壓力為內(nèi)壓。封頭選擇橢圓形標(biāo)準(zhǔn)封頭，形狀Di=2.0 。所以，其圓邊高度為：H =1475mm。系數(shù)為 K=1，則f2Hf根據(jù)壓力容器封頭標(biāo)準(zhǔn) GB/T 25198-2010，20mm 以下的封頭直邊高度是 15mm，2002000mm 是 2

42、5mm，2000mm 以上是 40mm。所以對于本反應(yīng)器所用封頭，直邊高度為 40mm。最終確定的封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，公稱直徑 4600mm，壁厚 24mm，圓邊高度 1150mm，直邊高度為 40mm。2.9.2 反應(yīng)器氣體分布器設(shè)計(jì)對于大直徑列管式固定床反應(yīng)器，管箱是必不可少的結(jié)構(gòu)，其作用是聚散流體，是影響流場的一個關(guān)鍵。反應(yīng)物從進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)器后在管箱區(qū)域混合，然后分散到各個反應(yīng)管中。各個反應(yīng)管中分得流體的比例和管箱中的氣體分布及導(dǎo)流設(shè)備有很大關(guān)系。由于在設(shè)計(jì)、安裝時流體的不穩(wěn)定性和壓降等原因造成流體在其設(shè)備分布不均勻，而物流分配的不均勻性主要發(fā)生在管箱部分，主要是由管箱的來流不均勻所引

43、起的。列管式固定床反應(yīng)器管箱內(nèi)常用的氣體分布器按結(jié)構(gòu)分為管式和環(huán)流式。相比管式氣體分布器，環(huán)流式氣體分布器有三個優(yōu)點(diǎn)：氣體均布點(diǎn)較多，更接近于理想模型，更有利于氣體的均布；環(huán)流式氣體分布器是軸對稱結(jié)構(gòu)，比管式氣體分布器更接近塔體結(jié)構(gòu)，更有利于氣體的均布；（3）環(huán)流式氣體分布器每個分布點(diǎn)出來的氣體擴(kuò)散路徑都相同，更有利于氣體的均布。由于本反應(yīng)器內(nèi)徑較大，一般的管式分布器和環(huán)流式分布器的效果不佳。通過查閱文獻(xiàn)并結(jié)合實(shí)際，采用一種新型的氣體分布器。本設(shè)計(jì)所采用的氣體分布器為一種雙通道環(huán)形氣體分布裝置，專利號為 CN 104399275A。裝置包括頂板、引氣管、外筒、導(dǎo)流板、內(nèi)筒、氣體分配板。外筒與頂

44、板、內(nèi)筒和氣體分配板通過焊接組成獨(dú)立的環(huán)形一次氣體分布空間，外筒與反應(yīng)器筒體內(nèi)壁間形成有一個環(huán)形氣體分布通道；引氣管與氣體進(jìn)口管同軸布置；頂板上設(shè)置供小部分氣體向上運(yùn)動的、沿圓周均勻分布的升氣通道；氣體分配板22位于環(huán)形一次氣體分布空間的下方，其具體的結(jié)構(gòu)型式為導(dǎo)流板形式或者開設(shè)均勻氣體分配孔的環(huán)板型式，主要提供主體氣體向下運(yùn)動的功能。該氣體分布裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)合理、安全穩(wěn)定、性能優(yōu)良、氣體分布效果好等優(yōu)點(diǎn)。2.9.3 反應(yīng)器支座設(shè)計(jì)反應(yīng)器支座選用裙式支座，材質(zhì)為 Q235-A.F.碳素鋼，裙座與塔體的連接采用對接式焊接，裙座筒體公稱直徑為 4600mm，筒體厚度為 25mm，地腳螺栓座

45、的結(jié)構(gòu)選擇外螺栓座結(jié)構(gòu)型式，螺栓規(guī)格為 M806mm，個數(shù)為 24，基礎(chǔ)環(huán)板厚度為 25mm。因?yàn)橥搀w大，高，需在裙座設(shè)置梯子，裙座上開設(shè) 2 個人便檢查，人孔公稱直徑選擇 450mm。設(shè)置保溫圈以免引起不均勻熱膨脹。反應(yīng)器保溫延伸到裙座與封頭的連接焊縫以下 4 倍保溫層厚度的距離為止?？紤]裙座的防火問題，在裙座的內(nèi)外側(cè)均敷設(shè)防火層。2.9.4 反應(yīng)器接管設(shè)計(jì)（1）反應(yīng)物進(jìn)料管反應(yīng)器進(jìn)料氣體體積流量為 17038.44m3/h。選擇進(jìn)入反應(yīng)器之前和反應(yīng)器出料的管口速度為 15m/s。則反應(yīng)物進(jìn)出料的接管管徑為：417038.444Vd 776.28mm u 15 3600圓整后，選擇尺寸為81

46、3x20mm 的無縫（2）反應(yīng)物出料管。反應(yīng)器出口氣體體積流量為 17038.44m3/h。選擇進(jìn)入反應(yīng)器之前和反應(yīng)器出料的管口速度為 15m/s。則反應(yīng)物進(jìn)出料的接管管徑為：417038.444Vd 776.28mm u 15 3600圓整后，選擇尺寸為813x20mm 的無縫（3）殼程低壓水進(jìn)口管取熱介質(zhì)進(jìn)料條件下的密度為 839.7355kg/m3 ， 出料條件下的密度為4.0118kg/m3。其質(zhì)量流率為 11016.3kg/h。選擇進(jìn)口接管的液體流速為 1.5m/s，。出口蒸汽流速為 20 m/s。則接管的管徑分別為：23411016.34m0d =0.056m1 u 1.5839.

47、7335 36000選取進(jìn)口接管尺寸為：68x4mm。（4）殼程出口接管取熱介質(zhì)出料條件下密度為 4.0118kg/m3，選擇出口蒸汽流速為 20 m/s，則出口蒸汽管徑為：411016.34m0d =0.209m2 u 20 4.0118 36000選取出口接管尺寸為：232x12mm。（5）法蘭選擇換熱器常采用法蘭結(jié)構(gòu)形式有整體法蘭、螺紋法蘭、承插焊法蘭、平焊法蘭、對焊法蘭和松套法蘭等，法蘭的密封面型式有平面、凸面、環(huán)連接面、凹凸面和榫槽面 5 種形式。法蘭的結(jié)構(gòu)型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)溫度和公稱直徑等確定。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) NB/T47023-2012，本設(shè)計(jì)中法蘭可選

48、用長頸對焊法蘭,采用凹凸面密封連接，具體尺寸可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用。圖 2-8 凹凸面法蘭2.9.5 反應(yīng)器拉桿設(shè)計(jì)常用拉桿有兩種形式，一種是拉桿定距管結(jié)構(gòu)，一種是拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)中，由于反應(yīng)器列管選擇的是 382.5mm，所以選用拉桿定距管24結(jié)構(gòu)。查表確定拉桿的直徑為 16mm，拉桿數(shù)為 32 根。2.9.6 反應(yīng)器連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）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。本工藝根據(jù)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)需要選擇可拆式的連接方式。（2）管箱與管板的連接結(jié)

49、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。本工藝所用的固定式管板與管箱的連接結(jié)構(gòu)較簡單，采用螺栓法蘭結(jié)構(gòu)連接，考慮的管程介質(zhì)的密封要求以及加工制造方便性，法蘭之間采用平面密封形式。（3）反應(yīng)管與管板的連接結(jié)構(gòu)本工藝考慮到反應(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。強(qiáng)度焊是保證列管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度，貼脹是消除列管與管孔之間縫隙的輕度脹接。2.9.7 裙座選取本反應(yīng)器高徑比30，應(yīng)采用圓筒形裙座。裙座高度為 5000mm，厚度與筒體一致

50、，為 24mm，焊接形式采用對接。2.9.8 保溫層由于異丁烯氧化反應(yīng)器大量放熱，且導(dǎo)熱介質(zhì)需要將反應(yīng)器溫度維持在350，故反應(yīng)器保溫效果需要達(dá)到一定指標(biāo)。因此反應(yīng)器需要襯隔熱材料及耐火磚，其余內(nèi)件也多由非金屬材料制成、或者被耐火磚或高溫包覆。本反應(yīng)在高溫 350的條件下進(jìn)行反應(yīng)，在容器內(nèi)應(yīng)設(shè)置保溫層，選擇材料為硅酸鋁，該材料具有容重輕、耐高溫、熱穩(wěn)定性好，熱傳導(dǎo)率低、熱容小、熱性能好等優(yōu)點(diǎn)。保溫層厚度 20mm?？箼C(jī)械振動好、受熱膨脹2.10 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)匯總25反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)見表 2-8。表 2-8反應(yīng)器 R0201 結(jié)構(gòu)參數(shù)26反應(yīng)器類型列管式固定床反應(yīng)器反應(yīng)器位號R0201反應(yīng)溫度，

51、350反應(yīng)壓力，MPa0.15管程設(shè)計(jì)溫度，380殼程設(shè)計(jì)溫度，195管程設(shè)計(jì)壓力，MPa0.165殼程設(shè)計(jì)壓力，MPa0.90反應(yīng)器內(nèi)徑，mm4600反應(yīng)器筒體長度，mm11000反應(yīng)器總高，mm17730催化劑Cat-Ni0 4-M催化劑填充量，t33.90接管尺寸反應(yīng)器進(jìn)料管，mm813x20反應(yīng)器出料管，mm813x20冷卻水進(jìn)口管，mm68x6蒸汽出口管，mm340 x8反應(yīng)管內(nèi)徑 mm50厚度 mm2長度 mm9000列管數(shù)4266排列方式正三角形排列封頭高度 mm1190支座高度 mm50002.11 強(qiáng)度校核利用 SW6對反應(yīng)器進(jìn)行強(qiáng)度校核，結(jié)果如下。27固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算

52、計(jì)算中航一航空動力控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件殼程管程設(shè)計(jì)壓力ps0.9MPa設(shè)計(jì)壓力0.165MPa設(shè)計(jì)溫度ts195C設(shè)計(jì)溫度t t380C殼程圓筒內(nèi)徑Di4600mm管箱圓筒內(nèi)徑 Di4600mm材料名稱Q345R材料名稱Q345R簡圖計(jì) 算 內(nèi) 容殼程圓筒校核計(jì)算前端管箱圓筒校核計(jì)算前端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算后端管箱圓筒校核計(jì)算后端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算管箱法蘭校核計(jì)算開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算管板校核計(jì)算28前端管箱筒體計(jì)算計(jì)算中航一航空動力控制系統(tǒng)計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力 Pc0.17MPa設(shè)計(jì)溫度 t380.00C內(nèi)徑 D4600.00mm材

53、料Q345R( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 185.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 t128.20MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) s325.00MPa鋼板負(fù)偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度Pc Di = 2 t Pc= 2.96mm有效厚度e =n - C1- C2= 21.70mm名義厚度n = 24.00mm重量24630.79Kg壓力試驗(yàn)時應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值= 1.25P = 0.3000(或由用戶輸入) tMPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平 TT 0.90 s = 292.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力T = pT .(Di

54、e ) = 31.952 e .MPa校核條件T T校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力2 e t Pw= ( Di e ) = 1.20386MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力Pc ( Di e )t =2= 17.57eMPat128.20MPa校核條件t t結(jié)論筒體名義厚度大于或等于 GB151 中規(guī)定的最小厚度 15.00mm,合格29前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算中航一航空動力控制系統(tǒng)計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算壓力 Pc0.17MPa設(shè)計(jì)溫度 t380.00C內(nèi)徑 Di4600.00mm曲面深度 hi1150.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力

55、t128.20MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 185.00MPa鋼板負(fù)偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) 1.00壓力試驗(yàn)時應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值= 1.25Pc = 0.3000 (或由用戶輸入) tMPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力tT 0.90 s = 292.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T = pT .(KDi 0.5e ) = 31.872e. MPa校核條件T T校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K1 D 2 =2 i = 1.00006 2h i 計(jì)算厚度KPc Dih = 2 t 0 Pc= 2.96mm有效厚度eh =nh - C1- C2= 21.

56、70mm最小厚度min = 6.90mm名義厚度nh = 24.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量4338.72Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力2 t ePw= KDi 0 5 e = 1.20669MPa結(jié)論合格30后端管箱筒體計(jì)算計(jì)算中航一航空動力控制系統(tǒng)計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力 Pc0.17MPa設(shè)計(jì)溫度 t380.00C內(nèi)徑 Di4600.00mm材料Q345R( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 185.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 t128.20MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) s325.00MPa鋼板負(fù)偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭

57、系數(shù) 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度Pc Di = 2 t Pc= 2.96mm有效厚度e =n - C1- C2= 21.70mm名義厚度n = 24.00mm重量24630.79Kg壓力試驗(yàn)時應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值= 1.25P = 0.3000(或由用戶輸入) tMPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平 TT 0.90 s = 292.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力T = pT .(Di e ) = 31.952 e .MPa校核條件T T校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力2 e t Pw= ( Di e ) = 1.20386MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力Pc ( Di e )t

58、 =2= 17.57eMPat128.20MPa校核條件t t結(jié)論筒體名義厚度大于或等于 GB151 中規(guī)定的最小厚度 15.00mm,合格31后端管箱封頭計(jì)算計(jì)算中航一航空動力控制系統(tǒng)計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算壓力 Pc0.17MPa設(shè)計(jì)溫度 t380.00C內(nèi)徑 Di4600.00mm曲面深度 hi1150.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 t128.20MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 185.00MPa鋼板負(fù)偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) 1.00壓力試驗(yàn)時應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值= 1.25Pc =

59、0.3000 (或由用戶輸入) tMPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力tT 0.90 s = 292.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T = pT .(KDi 0.5e ) = 31.872e. MPa校核條件T T校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K1 D 2 =2 i = 1.00006 2h i 計(jì)算厚度KPc Dih = 2 t 0 Pc= 2.96mm有效厚度eh =nh - C1- C2= 21.70mm最小厚度min = 6.90mm名義厚度nh = 24.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量4338.72Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力2 t ePw= KDi 0 5 e = 1.2066

60、9MPa結(jié)論合格32殼程圓筒計(jì)算計(jì)算中航一航空動力控制系統(tǒng)計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力 Pc0.90MPa設(shè)計(jì)溫度 t195.00C內(nèi)徑 Di4600.00mm材料Q345R( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 185.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 t171.30MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) s325.00MPa鋼板負(fù)偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度Pc Di = 2 t Pc= 12.12mm有效厚度e =n - C1- C2= 21.70mm名義厚度n = 24.00mm重量30104.32Kg壓力試驗(yàn)時應(yīng)力