反应器设计毕业设计(论文)

2.3 反应器的设计计算

反应器的机械设计遵照AS1210（无明火压力容器）标准。反应器将由低合

金铬钢制成，用矿渣棉保温，由圆柱裙座和水泥地基支撑。

2.3.1 列管数的计算

本设计采用的列管规格为 3.5mm 32 φ，长度为3米，催化剂堆积高度为2.8

米，催化剂的类型为:五氧化二钒和二氧化钛,载体为6mm 瓷球，支撑方式为金属丝网和夹环[18]。

根据《化工设计项目设计手册》可知，类列管的烃负荷为340g/（管*h ）。

根据物料衡算可知烃进料为6622Kg/h

则所需的列管数为：6622/0.34=19476.5根

即需要列管19480

列管以正三角形排列,管心距为40mm

根据公式： N T =3a(a+1)+1

N T ----排列在六边形内的列管数

a------六边形的层数

设 a=78 N T =3×78×(78＋1)＋1=18487

设每个弓形排列列管数为172根，则弓形部分列管排列数为： 172×6=1032

根；

总计：18487+1032=19519根，但因为反应器中间部位的三圈管子作为支撑，

并不进行反应，所以在进行排列时要减去这三圈管数，因为N T =3a(a+1)+1，所以三圈管子的数量为37根。则实际的排列的管数为17941-37=17904根。

2.3.2．塔径的计算：

六边形对角线： L=78×2×40=6.24m

则反应器的直径D L =L+d 0=6.24+0.032=6.272m (d 0为列管外管径)

根据公式Di=D L +2b 3计算反应器内径

因为b 3≥0.25d 0 0.25d 0=0.25×32=8mm

所以b 3=10mm

则反应器内径Di=D L +2b 3=6.272+20=6292mm=6.292m 所以Di 取6.5m

2.3.3管程压力降的计算：

反应器的质量流量[13,16]： h m kg G ./43.72734025.019482106.9522224

=⨯⨯⨯=π

流体的热导率： l h m kal f ../0447.0=λ

黏度： cp

033.0=μ()

pa cp 3101－= 密度： 3/77.0m kg f =ρ

质量流量： s m Kg h m kg G ⋅==22/02.2/43.7273

床层的空隙率： 0.405

管程压力降为：

()g d G G d L P p p ρεεμε3175.11150－－⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆ ()9.810.536 2.02405.0405.0－102.275.161034.3405.0－1150335⨯⨯⨯⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯+⨯⨯⨯=∆-P

KPa P 15.6=∆

2.3.4 反应器壁厚的计算：

苯酐和顺酐蒸汽对于大多数钢而言腐蚀性不强，平均腐蚀速度通常小于

0.05mm/s ，而冷却盐在高温下具有强氧化性，因此需要相当含量的铬组分以提高抗腐蚀性，铬组分的添加同时改善了高温下的机械性能，所以需用不锈钢316型，年腐蚀速度低，在430℃时许用应力为MPa 109[16]

由《化工机械基础》)查得壁厚的公式：

[]c p D P t i c +=

－ϕσδ2 式中：

c P —计算压力，

MPa P c 2.2=（根据《化工设计项目设计手册》） i D —塔内径，mm D i 6500=

[]t σ—许用应力，[]MPa t

109=σ ϕ—焊接接头系数，0.1=ϕ C —腐蚀量，2=C

∴3.12

.2－0.1109265002.2+⨯⨯⨯=δ mm 57.67=δ

圆整后，mm 68=δ

2.3.5 封头的计算：

标准椭圆封头的最小壁厚

[]Pc

PD t 5.02－ϕσδ= mm 68=δ 封头的曲面深度4D h =4

6500=mm 1625= 直边高度mm h 500=

裙座上开人孔直径为mm 500 ，人孔2个

裙座高2.3m 校核：当δ

4mPD ＜[]t σϕ时，符合强度要求 δ4mPD =68

465002.22⨯⨯⨯=105.15MPa 所以δ

4mPD ＜[]t σϕ 符合强度要求 2.3.6 反应器的高度的计算

筒体高度为m 3，封头的曲面深度为1.625m ，直边高度为50mm,裙座高2.3m ，

反应物料的进出口开在器壁，故器壁部分列管上下各留出1.5米。

则 m Hi 625.7625.125.13=+⨯+=

所以反应器总高度H 总=7.625+2.3=9.925 取H 总=10m

筒体高度m H 0.625.13.0=⨯+=

2.3.7开孔补强的计算：

由《化工项目设计训练》得：

0.450.318.41opt w D p

= ① 反应器进口质量流量69522kg/h ，密度为3/04.1m kg

D opt =8.41× 695220.45 ÷1.040.31=1254.5mm

其中，w kg/h p kg/m opt D 3

为管径；为质量流量，；为液体密度，

选择了高于最佳值得最接近标准尺寸。因此，对于反应器气体进料，指定了

1500mm 的管口尺寸[18]。

② 反应器出口质量流量69038.044kg /h ，密度为3/85.0m kg

D opt =8.41× 69038.0440.45÷0.850.31=1331.27mm

由于管子得结构材料比普通碳钢贵得多，所以选择了低于最佳值得最接近标

准尺寸。因此，对于反应器气体进料，指定了1000mm 的管口尺寸。

③ 熔盐进口质量流量3.82×106密度为3/1856m kg

D opt =8.41×3820000 0.45÷18560.31=747.25mm

由于管子得结构材料比普通碳钢贵得多，所以选择了低于最佳值得最接近标

准尺寸。因此，对于反应器气体进料，指定了1400mm 的管口尺寸。

④ 熔盐出口质量流量 16.02×106 密度为3/1846m kg

D opt =8.41×16020000 0.45÷18460.31=746.37mm

由于管子得结构材料比普通碳钢贵得多，所以选择了低于最佳值得最接近标

准尺寸。因此，对于反应器气体进料，指定了1400mm 的管口尺寸。

2）.由《化工项目设计训练》得补强由经验公式：

s r Dt A =

式中：

r A —在某投影面的补强面积，2mm

D —孔径加上两倍的腐蚀余度，mm

s t —外壳厚度，mm

反应器气体进料口和产物出口的补强面积为：

Ar=(1500+4) ×61=91744mm 2

熔盐管口补强： Ar=(1000+4) ×61=61244mm 2

人口补强： ()250046130744r A mm =+⨯=