设计集反应器说明书

第1章设计概 第2章乙烯气相氧化反应器的设 第1章设计概 第2章乙烯气相氧化反应器的设 设计目 反应器选 反应器类 反应器类型确 催化剂选 反应方程式及动力 工艺条件的选 反应温 反应压 催化剂对反应活性的影 反应空速的选 其他反应条件确 反应器设计条件汇 反应器工艺设 反应物料基础数 错误!未定义书签催化剂床层及反应体积的计 反应器列管尺寸以及根 催化剂填充高度以及列管长 反应器壳体直径与反应器长度设 内件结构及参数设 反应器的床层压降核 换热任务核 反应器机械设 反应器的设计参数确 管板设 反应器壳体厚度计 反应器封头厚度计反应器封头厚度计 反应器接管选 反应器设计小 设计条件及结构参 反应器设计表接管尺寸及方位 R0101反应器设备条件 反应器sw6校 第1章设计概述化学反应器是将反应物通过化学第1章设计概述化学反应器是将反应物通过化学反应转化为产物的装置，是化工生产及相工业生产的关键设备。由于化学反应种类繁多，机理各异，因此，为了适应不不仅直接影响化学反应本身，而且影响原料的预处理和产物的分离，因而，反器设计过程中需要考虑的工艺和工程因素应该是多方面的反应器设计的主要任务首先是选择反应器的型式和操作方法，然后根据反和物料的特点，计算所需的加料速度、操作条件（温度、压力、组成等）及反器体积，并以此确定反应器主要构件的尺寸，同时还应考虑经济的合理性和环保护等方面的要求工业生产中使用的反应器型式多种多样，分类方法也有很多种，例如，可按照物料聚集态分，可以按反应器结构分，可以按热交换情况分，还可以按反器内的温度分布、操作方式等分类。其中，最常用的是按照相态进行分类。工生产中应用广泛的几种反应器型式如反应器图错误!文档中没有指定样式的文字。-第2章⼄烯⽓相氧化反应器的设计2.1第2章⼄烯⽓相氧化反应器的设计2.1 釜式反应器（反应釜2.2.1.2管式反2.2.1.2管式反 固定床反应2.2.1.4流化床反应2.2.1.4流化床反应动的流体，故称流化床。由于物料在床内如沸腾的液体（被很多气泡悬浮2.2.22.3表2-3.12.3表2-3.1体混合物（少量的二氧化碳和循环流中的水）15万吨氧气、0.150.263TE。必须保证乙烯超过乙酸（3:1。浓度氧的摩乙烯（主反应，而第二个反应的反应热为-316kcal/mol乙烯（副反应。主副反应动力学参考文献[J.P.Contreras,J.C.Naranjo,S.Ramrez&D.M.MartnezVinylAcetatefromethylene,aceticacidandoxygenIndustrialPlantSimulation.Paper#134650]多孔体积颗粒直径5堆积密度𝑟 1k1A1exp𝑟 1k1A1expE1/RT这种类型的数据表示一个激活中心单位以时间单位（molVA/（molPdseg）对于反应（2），同一作者报告了类似的速率反应定律（Han,Y.F.,Kumar,D.,SivadinarayanaC.,Goodman,D.W.,Kineticsofethyleneinthesynthesisofvinylacetate,J.Catal.,224,60,=kp2pr 1 k2A2expE2/RT2.5.22.5.3图2-5.1钯/2.5.4考虑了在低于反应物入口温度5aspenplus.V9418K4.07646atm下产生蒸（4）反应进口流V0=15975.6m3/h密度ρ=表错误!文档中没有指定样式的文字。.5-1温度11质量流率密度ρ=表错误!文档中没有指定样式的文字。.5-1温度11质量流率水表2.5-VR(m3)是决定反应器主要尺寸的基本依据，计算公式如下VRSVV0表2.5-VR(m3)是决定反应器主要尺寸的基本依据，计算公式如下VRSVV0——原料混合气进料流量，m3/h；SV——催化剂体积时空速，h-1空速为937.12h-1。=15975.6VR V催化剂用量：取该种催化剂的装填密度为0.8830.03kg/L操作温度操作压力设计温度设计压力空速（h-mVR3600DmVR3600Db2.6.3此选择反应列管为40mm，查阅常用的的无缝钢管尺寸，选用的规格为n bdi417.05L D2.6.5每个反应器管数2500根，2.6.5每个反应器管数2500根，每个反应器采用正三角形排列。采用焊接法，应器列管的布置与普通换热器有很大不同按三角形排列，取管心距一般取t1.25d01.2540mm管束排列情况如下图2-6.1反应管排列通过管束中心线的管数nc1.1n55管束中心线最外层管的中心至壳体内壁的距离e(1~1.5e1.25d01.2540壳体内径Dtnc12e圆整后3m反应器长度还应该包括筒底空间与筒顶空间，根据《压力容器手册》一般HaHbH116h0.25D0.253000mm-1=6000-NB 2.6.7u2H116h0.25D0.253000mm-1=6000-NB 2.6.7u21 1.75 uu1.57m/0.7850.03822500um表示流体通过床层的实际流速，为uB1.570.400.626m/0.01638103padsum 0.0051.640.9036Re1 0.016381031mB1.5720.903611916.682Pa1 P1916.68511500.12.6.82.6.8.1概Q92089kWAndl25000.0408实2.6.8.2换热系数P1916.68511500.12.6.82.6.8.1概Q92089kWAndl25000.0408实2.6.8.2换热系数 du Cp0i00di Ai0.7850.04022500u1.41m/ 9.0363.14ii表2-6.10.016220.0403.299.0360.8799000.016221254.8W/2 μλ（2）g23r表2-6.21/（2）g23r表2-6.21/5457W/m260.1861030.5乙烯、0.07器壳程通入中压饱和水，则·管壁外侧的污垢热阻为Rso=0.00034(m2∙K)/W。1K1b1RR d1 iLλρμr2138α1,α2—管内、外侧传热系数；W/(m2∙K)α1,α2—管内、外侧传热系数；W/(m2∙K)经计算有1203W/m2KK10.00350.045 0.0450.000350.00034 5457由于传热系数较小，本反应属于气固催化强放热反应，为了强化传热过程选用螺纹翅片管，传热系数可增大20%。结构如下图所示计算得出最终总传热系数2.6.8.3换热面积由进出口物料的温度计算对数平均传热温差T2t1T1t1Tm 式中：T1管程进口温度计算得154.2145170145ln154.2m170所需要的换热面积为QA需t 15.8mA实>A需，故可以满足换热需要反应器设计温反应器设计温设计压P=(1～1.1)Pw2.7.1.3设计温2.7.2图2-7.120mm图2-7.120mm2tPc—设计压力，内压容器取=(1～1.1)Pw，MPa；φ—焊接系数φ，φ取=1Di—为壳体内径（1）由于该列管式反应器壳体与列管间实现中压蒸汽换热，操作温度174℃194℃2.1MPa2.3MPa，选用材料为2009)，它们的厚度负偏差一律为0.3mm，所以C1=0.3mm；（4Q345（200P2.31 c（4Q345（200P2.31 c 21700.852.32[]tcC2ndC1P1.25p1.252.31170TpTDeteenC1C2pTDe2.3300024.07t2et0.9s0.90.853452.7.42.7.4.1封头材料2.7.42.7.4.1封头材料S31608在设计温度下的许用应力=130.4MPa(3～16mm)2.7.4.2封头厚度P c cP0.99 ci 2[]t 2130.40.850.50.99dC2nC1enC1C22.7.4.3封头直边高度的选最新的标准为JB/T4746-2002.该标准规定以内径为公称直径的标准椭圆形封头(EHA)的直边高度只与公称直径有关：DN≤2000mm时，直边高度为25mmDN>2000mm时，直边高度为40mm；由于所设计的筒体公称直径DN=3000mm＞＝2000mm，所以直边高度为40mm。2.7.52.7.5.1反应器进料接管计流速取20m/sd 36001厚为10mm的无缝钢管，即Φ2.7.52.7.5.1反应器进料接管计流速取20m/sd 36001厚为10mm的无缝钢管，即Φ325×10mm，接管在前端管箱筒体。2.7.5.2反应器出料接管计d 360022.7.5.3壳程中压水进口接4d 360023mm的无缝钢管，即Φ27×3mm2.7.5.4壳程中压水出口接4d 360029mm的无缝钢管，即Φ508×9mm。2.7.5.5支座设立式容器的支座有耳式支座（又称悬挂式支座、支撑式支座和裙式支座种。小型直立设备一般采用耳式支座和支撑式支座，高大的塔设备则广泛采用540mm，允许载荷280KN，螺纹规格为36×M30C7-型号，支座高度2-7.2支座间距为D (D22)2b2s 221式中δn—壳体名义厚度D (3000220.728)217022(47370)2.8.1表表2-8.2操作温度操作压力设计温度设计压力空速/h-温度11质量流率水2.8.1表表2-8.2操作温度操作压力设计温度设计压力空速/h-温度11质量流率水AECHBDF内径反应器总高度7折流板厚度换热面积反应管长度45壳体壁厚封头壁厚AECHBDF内径反应器总高度7折流板厚度换热面积反应管长度45壳体壁厚封头壁厚管板厚度直边高度圆边高度图2-8.32.8.3R0101图图2-8.32.8.3R0101图2- 2.9反应器sw6G位 设计压力设计压力设计温度设计温 t位 设计压力设计压力设计温度设计温 t管箱圆筒内径 计算内容GB150.3-计算压力设计温度C内径 (板材试验温度许用应力设计温度许用应力试验温度下屈服点钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数 =2[GB150.3-计算压力设计温度C内径 (板材试验温度许用应力设计温度许用应力试验温度下屈服点钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数 =2[]t =e=n-C1-C2=n PT1.25P[] (或由用户输入[的应力水平T0.90s T=pT.(Die)=2eT2e[]t2e[]t (D)= Pc(Diet =etGB150.3-计算压力设计温度C内径曲面深度 (板材设计温度许用应力试验温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数PTGB150.3-计算压力设计温度C内径曲面深度 (板材设计温度许用应力试验温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数PT1.25Pc] (或由用户输入[压力试验允许通过的应力T0.90s T=pT.(KDi0.5e)=TK=1 D2=62i i h =2[]t0.5eh=nh-C1-C2=eh=nh-C1-C2=min=nh= 2[]t KDi0.5e=GB150.3-计算压力设计温度C内径 (板材试验温度许用应力设计温度许用应力试验温度下屈服点钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数 =2[]t =GB150.3-计算压力设计温度C内径 (板材试验温度许用应力设计温度许用应力试验温度下屈服点钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数 =2[]t ==-C-C= PT1.25P[] (或由用户输入[的应力水平T0.90s T=pT.(Die)=2eT2e[]t (Die)=Pc(Diet =ettGB150.3-计算压力设计温度C内径曲面深度 (板材设计温度许用应力试验温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数PTGB150.3-计算压力设计温度C内径曲面深度 (板材设计温度许用应力试验温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数PT1.25Pc] (或由用户输入[压力试验允许通过的应力T0.90s T=pT.(KDi0.5e)=TK=1 D2=62i i h =2[]t0.5eh=nh-C1-C2=eh=nh-C1-C2=min=nh= 2[]t KDi0.5e=GB150.3-计算压力设计温度C内径 (板材试验温度许用应力设计温度许用应力试验温度下屈服点钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数 =2[]t =GB150.3-计算压力设计温度C内径 (板材试验温度许用应力设计温度许用应力试验温度下屈服点钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数 =2[]t ==-C-C= PT1.25P[] (或由用户输入[的应力水平T0.90s T=pT.(Die)=2eT2e[]t (Die)=Pc(Diet =ettGB15115.00mm,开孔补强计计算单安徽工程大学•格运接管 N1,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压力设计温℃壳体型圆形筒壳体材名称及类板壳体开孔处焊接接头数1壳体内开孔补强计计算单安徽工程大学•格运接管 N1,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压力设计温℃壳体型圆形筒壳体材名称及类板壳体开孔处焊接接头数1壳体内直径壳体开孔处名义厚度n壳体厚度负偏差壳体腐蚀裕量2壳体材料许用应力接管轴线与筒体表面法线的夹角0凸形封头上接管轴线与封头轴)接管实际外伸长接管连接型插入式接接管实际内伸长0接管材名称及类管接管焊接接头系1接管腐蚀裕2补强圈材料名称补强圈外补强圈厚接管厚度负偏差补强圈厚度负偏差接管材料许用应力补强圈许用应力 1壳体计算厚度接管计算厚度补强圈强度削弱系数1开孔补强计算直径补强区有效宽度接管厚度负偏差补强圈厚度负偏差接管材料许用应力补强圈许用应力 1壳体计算厚度接管计算厚度补强圈强度削弱系数1开孔补强计算直径补强区有效宽度接管有效外伸长度接管有效内伸长度0壳体多余金属面积接管多余金属面积补强区内的焊缝面积A1+A2+A32645mm2A补强圈面积结论:开孔补强计计算单安徽工程大学•格运接管 N2,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压力设计温℃壳体型圆形筒壳体材名称及类板壳体开孔处焊接接头数1壳体内开孔补强计计算单安徽工程大学•格运接管 N2,计算方法:GB150.3-2011等面积补强法，单 计算压力设计温℃壳体型圆形筒壳体材名称及类板壳体开孔处焊接接头数1壳体内直径壳体开孔处名义厚度n壳体厚度负偏差壳体腐蚀裕量2壳体材料许用应力接管轴线与筒体表面法线的夹角0凸形封头上接管轴线与封头轴)接管实际外伸长接管连接型插入式接接管实际内伸长0接管材名称及类管接管焊接接头系1接管腐蚀裕2补强圈材料名称补强圈外补强圈厚接管厚度负偏差1补强圈厚度负偏差接管材料许用应力补强圈许用应力 1壳体计算厚度接管计算厚度补强圈强度削弱系数0开孔补强计算直径补强区有效宽度接管有效外伸长度接管厚度负偏差1补强圈厚度负偏差接管材料许用应力补强圈许用应力 1壳体计算厚度接管计算厚度补强圈强度削弱系数0开孔补强计算直径补强区有效宽度接管有效外伸长度接管有效内伸长度0壳体多余金属面积接管多余金属面积补强区内的焊缝面积A1+A2+A33332mm2A补强圈面积结论: 算 圆筒设计压 设计温 平均金属温 装配温 设计温度下许用应力1.203e-壳程圆筒内径 算 圆筒设计压 设计温 平均金属温 装配温 设计温度下许用应力1.203e-壳程圆筒内径壳体法兰设计温度下弹性模量EfA=0.25Di换材料名称:设计温度下弹性模量管箱法兰设计温度下弹性模量Ef材料名称:管子平均温度设计温度下管子材料许用应力t设计温度下管子材料屈服应力s设计温度下管子材料弹性模量Et注热管平均金属温度下管子材料弹性模量E注热管平均金属温度下管子材料弹性模量E 1.714e-管子外径管子壁厚管子根数换热管中心距一根管子金属横截面积at(dt换热管换热管长度管子有效长度(两管板内侧间距)管子回转半径i0.25d2d2t管子受压失稳当量长度Cr=2Et 换热管中心距一根管子金属横截面积at(dt换热管换热管长度管子有效长度(两管板内侧间距)管子回转半径i0.25d2d2t管子受压失稳当量长度Cr=2Et 比值lcr管子稳定许用压应 (Clcr)[] 2t 管子稳定许用压应 (Clcr)[]=t i s1cr 2 2Cr管板材料名称:设计温度t设计温度下许用应力r管板腐蚀裕量4管板输入厚度管板计算厚度隔板槽面积(包括拉杆和假管区面积管板强度削弱系数管板刚度削弱系数管板和管子焊接(胀接)法材料名称:法兰厚度f基本法兰力矩m兰p兰p管箱圆筒抗弯刚 E (管箱圆筒材料波桑比Dh hhe 12(1h管箱圆筒常数K43(12 材料名称:法兰厚度f法兰外径与内径之比KDf壳程圆筒抗弯刚 E (壳程圆筒材料波桑比Ds se 12(1s壳程圆筒材料名称:法兰厚度f法兰外径与内径之比KDf壳程圆筒抗弯刚 E (壳程圆筒材料波桑比Ds se 12(1s壳程圆筒常数K43(12 螺栓材料弹性模量垫片材料回弹模量垫片厚度3膨胀节总体轴向刚度0换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比QEtEs Etna(EsAsKex EsAsKexA1A0.25nd管板布管区面积(三角形布管 A0.866nS2 (正方形布管 AnS2 管板布管区当量直径Dt 4At/管板开孔抗弯刚 E (管板材料波桑比D 12(12p管子加强系数K21.318DtEnaEtL管子加强系数K21.318DtEnaEtLK N2Et3系数Al/系数na/系数1212Q12)Q) t exLt系数12(1Qex 7.652e-1.585e-00001.585e-0000001.29e--1.235e-000--00-1.235e--1.353e--000--0000-1.215e-00009.336e--04.136e-3.06e-1.235e--1.235e-0ps+pt+004.136e-0000003.06e-00001.235e-000009.336e----1.215e--7.652e-1.585e-00001.585e-0000001.29e--1.235e-000--00-1.235e--1.353e--000--0000-1.215e-00009.336e--04.136e-3.06e-1.235e--1.235e-0ps+pt+004.136e-0000003.06e-00001.235e-000009.336e----1.215e----000----1.328e-0-0--001.282e-----ps+pt+pt+ptps+----ps+pt+psps+pt+pspt+psps+pt+M-H-M-H-MH-tMMpspt+psps+pt+M-Hps+pt+psps+pt+pspt+psps+pt+M-H-M-H-MH-tMMpspt+psps+pt+M-H-MHMHtMMM换热器各部件最大应力pspt+psps+pt+--换热器各部件最大应力pspt+psps+pt+--管板名义厚度n管板与换热管形式:焊改变管板与壳程圆筒连接结构管板名义厚度n管板与换热管形式:焊改变管板与壳程圆筒连接结构,要求壳程圆筒端部(法兰颈部大端)厚度=29.39mm,加厚段长度222mm.pspt+psps+pt+-----------------pspt+psps+pt+-----------------pspt+psps+pt+-------pspt+psps+pt+6pspt+psps+pt+-------pspt+psps+pt+6pspt+psps+pt+--pspt+psps+pt+--pspt+psps+pt+---------------pspt+psps+pt+---------------计算压力设计温度C内径 (管材试验温度许用应力设计温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数 2[]t计算压力设计温度C内径 (管材试验温度许用应力设计温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数 2[]t ==-C-C= 2e[]t (Die)=Pc(Diet =et计算压力-设计温度C内径 (管材试验温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数=e=n-计算压力-设计温度C内径 (管材试验温度许用应力钢板负偏差腐蚀裕量焊接接头系数=e=n-C1-C2=n 外压计算长度 外径Do=Di+2n=A B [P]= =Do/ 算 圆筒设计压 设计温 平均金属温 装配温 设计温度下许用应力1.203e-壳程圆筒内径 算 圆筒设计压 设计温 平均金属温 装配温 设计温度下许用应力1.203e-壳程圆筒内径壳体法兰设计温度下弹性模量EfA=0.25Di换材料名称:设计温度下弹性模量管箱法兰设计温度下弹性模量Ef材料名称:管子平均温度设计温度下管子材料许用应力t设计温度下管子材料屈服应力s设计温度下管子材料弹性模量Et注热管平均金属温度下管子材料弹性模量E注热管平均金属温度下管子材料弹性模量E 1.714e-管子外径管子壁厚管子根数换热管中心距一根管子金属横截面积at(dt换热管换热管长度管子有效长度(两管板内侧间距)管子回转半径i0.25d2d2t管子受压失稳当量长度Cr=2Et 换热管中心距一根管子金属横截面积at(dt换热管换热管长度管子有效长度(两管板内侧间距)管子回转半径i0.25d2d2t管子受压失稳当量长度Cr=2Et 比值lcr管子稳定许用压应 (Clcr)[] 2t 管子稳定许用压应 (Clcr)[]=t i s1cr 2 2Cr管板材料名称:设计温度t设计温度下许用应力r管板腐蚀裕量0管板输入厚度管板计算厚度隔板槽面积(包括拉杆和假管区面积管板强度削弱系数管板刚度削弱系数管板和管子焊接(胀接)法材料名称:法兰厚度f基本法兰力矩m兰p兰p管箱圆筒抗弯刚 E (管箱圆筒材料波桑比Dh hhe 12(1h管箱圆筒常数K43(12 材料名称:法兰厚度f法兰外径与内径之比KDf壳程圆筒抗弯刚 E (壳程圆筒材料波桑比Ds se 12(1s壳程圆筒材料名称:法兰厚度f法兰外径与内径之比KDf壳程圆筒抗弯刚 E (壳程圆筒材料波桑比Ds se 12(1s壳程圆筒常数K43(12 螺栓材料弹性模量垫片材料回弹模量垫片厚度3膨胀节总体轴向刚度0换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比QEtEs Etna(EsAsKex EsAsKexA1A0.25nd管板布管区面积(三角形布管 A0.866nS2 (正方形布管 AnS2 管板布管区当量直径Dt 4At/管板开孔抗弯刚 E (管板材料波桑比D 12(12p管子加强系数K21.318DtEnaEtL管子加强系数K21.318DtEnaEtLK N2Et3系数Al/系数na/系数1212Q12)Q) t exLt系数12(1Qex 7.128e-5.099e-00005.099e-0000001.28e--1.235e-000--00-1.235e--1.353e--000--0000-1.215e-00008.645e--04.136e-3.06e-1.235e--1.235e-0ps+pt+004.136e-0000003.06e-00001.235e-000008.645e----1.215e--7.128e-5.099e-00005.099e-0000001.28e--1.235e-000--00-1.235e--1.353e--000--0000-1.215e-00008.645e--04.136e-3.06e-1.235e--1.235e-0ps+pt+004.136e-0000003.06e-00001.235e-000008.645e----1.215e----000----1.328e-0-0--001.282e-----ps+pt+pt+ptps+----ps+pt+psps+pt+pspt+psps+pt+M-H-M-H-H-tMMpspt+psps+pt+M-Hps+pt+psps+pt+pspt+psps+pt+M-H-M-H-H-tMMpspt+psps+pt+M-H-MHMHtMMM换热器各部件最大应力pspt+psps+pt+--换热器各部件最大应力pspt+psps+pt+--管板名义厚度n管板与换热管形式:焊管板名义厚度n管板与换热管形式:焊pspt+psps+pt+------------------pspt+psps+pt+------------------pspt+psps+pt+------pspt+psps+pt+pspt+psps+pt+------pspt+psps+pt+pspt+psps+pt+--pspt+psps+pt+--pspt+psps+pt+-----------------pspt+psps+pt+-----------------计算单位 设计压力计算