管式反应器设计

本科毕业设计(论文)管式反应器设计DesignofTubularReactor学院：机械工程学院专业班级：过程装备与控制工程学生姓名：学号：指导教师：2013年6月毕业设计（论文）中文摘要管式反应器设计摘要：这篇论文主要介绍管式反应器机械计算等相关的设计过程。本毕业设计中，通过对该设备设计的相关的国家标准和行业标准的学习，独立的设计了管式反应器。管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。管式反应器是一种适用于强放热反应的反应设备。设计的内容主要是：根据给出的工艺参数选择合适的结构类型，然后根据已经选定的型式按照国家标准和行业标准对设备的换热管、折流板、定距管、管箱等零部件进行设计，该设备主要由筒体、管箱、支座、换热管、折流板、管板及接管、法兰等组成。通过对该管式反应器的设计，进而熟悉和了解化工设备设计的一般方法和步骤，熟悉和了解化工设备相关设计标准和规范，掌握化工设备通用零部件的选用方法，培养综合运用所学知识分析、解决工程实际问题的能力。关键词：管式反应器；管板；法兰；固定管板式毕业设计（论文）外文摘要DesignofTubularReactorAbstract:ThisthesismainlyintroducesthedesignprocedureofTubularreactor,whichisrelatedtomechanicalcalculation.thedesignofthedevicethroughtherelevantnationalstandardsandindustrystandardsoflearning,independentdesignofthetubularreactor.Adevicethattubulartubularreactor,largeaspectratioofthecontinuousoperationofthereactor.Thetubularreactorisasuitablestrongexothermicreactionequipment.Themaincontentsofthedesignare:accordingtothegivenparametersselecttheappropriatestructuretype,thenthetypehasbeenselectedinaccordancewithnationalstandardsandindustrystandardsforequipmenttubes,baffles,fixedpitchpipes,boxesandotherzeropartdesign,thedeviceismainlythecylinder,tubebox,bearings,tubes,bafflesandtubeplate,flangeandothercomponents.Throughthetubularreactordesign,andthusfamiliarwithandunderstandthegeneralchemicalequipmentdesignmethodsandprocedures,knowledgeandunderstandingofrelevantchemicalequipmentdesignstandardsandnorms,masterchemicalequipmentselectionmethodforgeneralparts,trainingintegrateduseofknowledgeanalyzeandsolvepracticalengineeringproblems.Keywords:Tubularreactor;tubeplate;Flange;Fixedtubesheet目录1绪论………………………………………………………………………………11.1管式反应器的特点……………………………………………………………11.2国内外研究现状、水平和发展趋势…………………………………………11.3毕业设计目的……………………………………………………………………11.4毕业设计内容和要求…………………………………………………………12确定换热管数目…………………………………………………………………23管子排列方式管间距的的确定…………………………………………………34管式反应器筒体直径的确定……………………………………………………35确定折流板形式和数目…………………………………………………………45.1折流板的形式及材料…………………………………………………………45.2折流板的主要几何参数………………………………………………………45.3折流板与壳体间隙……………………………………………………………45.4折流板厚度……………………………………………………………………45.5折流板数目……………………………………………………………………45.6折流板的管孔…………………………………………………………………56确定壳体（筒体和封头）壁厚………………………………………………56.1计算壳程筒体厚度…………………………………………………………56.2管箱的选择……………………………………………………………67选取标准件…………………………………………………………157.1选取接管…………………………………………………………………157.2选取接管法兰…………………………………………………………………157.3分布器的选择……………………………………………………………168选取拉杆和定距管……………………………………………………………178.1拉杆的结构形式………………………………………………………………178.2拉杆的直径与数量……………………………………………………………188.3拉杆的布置……………………………………………………………………188.4定距管…………………………………………………………………………189管板的设计计算……………………………………………………………189.1上管板的设计计算……………………………………………………………189.2下管板的设计计算……………………………………………………………2310膨胀节的设计………………………………………………………2710.1U形膨胀节的计算…………………………………………………………2711开孔补强………………………………………………………………2911.1进料口的开孔补强…………………………………………………………3011.2测温口的开孔补强…………………………………………………………3211.3安全阀口的开孔补强…………………………………………………………3412支座的选择…………………………………………………………………37结论…………………………………………………………………………………38致谢…………………………………………………………………………………39参考文献……………………………………………………………………………40附录………………………………………………………………………………41淮海工学院二○一三届毕业设计（论文）第1页共41页1绪论1.1管式反应器的特点管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。管式反应器在近40年里，由于其体积小，效率高的特点，在化工中的应用与发展十分迅速。因此，对管式反应器的研究具有深远的意义。；；；；；；；；；；；1.2国内外研究现状、水平和发展趋势我国自20世纪80年代引进这一先进技术后，由上海化工研究院、南华集团设计院和郑州工业大学在“七五”期间承担了管式反应器的国家攻关项目，四川大学在“八五”、“九五”、“十五”期间也承担了管式反应器的国家攻关项目和有关基础研究工作。一些研究、设计院和高校大力协同，积极开展基础研究工作和承担工程项目，至今取得了很大的成绩，填补了这一领域的空白。随着现代高科技的发展，我国研制的新型管式反应器也必将赶上世界先进水平，在化工界占有一席之地！20世纪60年代美国TVA公司将管式反应器用于磷酸铵的气液固三项系统，省掉了传统的预中和工艺；70年代以来，许多国家在磷复合肥工业中相继开发了各种管式反应器以及相应的新流程，如德国UHDE公司、西班牙CROS公司。目前世界上生产磷酸铵最简捷、能耗最低的流程是西班牙Aspindesa公司开发的生产粉状MAP的管式反应器喷雾流程。如今的管式反应器的开发已扩展到磷酸铵以外的许多化肥生产领域，如硫基复合肥的中和段采用了短管型管式反应器，并且在扩大段形成了一个内循环反应过程以延长停留时间。然而，随着科技的不断发展，新型的管式反应器将被不断地被研究出，为化工行业带来方便。1.3毕业设计目的管式反应器是一种适用于强放热反应的反应设备。本次毕业设计将通过列管式反应器的设计：（1）、掌握管式反应器机械设计的一般方法和步骤；（2）、熟悉和了解化工设备相关设计标准和规范；（3）、掌握化工设备通用零部件的选用方法；（4）、培养综合运用所学知识分析、解决工程实际问题的能力。1.4毕业设计内容和要求1.4.1原始数据见下表淮海工学院二○一三届毕业设计（论文）第2页共41页表1设计数据表表2管口表1.4.2设计要求在给定条件下完成反应器的机械设计，具体要求包括：1、确定换热管根数；2、确定壳体直径；3、确定折流板形式及数目；4、管束设计；5、选择材料；6、确定壳体（筒体、封头）壁厚；7、法兰选择或设计；8、选取并核算标准件；9、开孔补强计算；10、绘制设备图纸；11、编写设计计算说明书。1.4.3毕业设计成果1、设计说明书一份2、装配图一张3、零部件图若干张4、主要为手绘图时，用计算机绘制的图纸不少于0号图（折合成）一张；主要为计算机绘图时，手绘图纸不少于0号图（折合成）一张注：图纸总量折合成0号图不少于2.5张。2确定换热管根数结合介质性质及便于清洗换热管，于是采用mm3x45，长为3.5m，材料为00Cr17Ni14Mo2，由换热面积0Fd0.1Ln可得：设计数据表名称指标名称指标管程壳程管程壳程工作压力MPa6.50.4焊接接头系数1.00.85设计压力MPa8.00.9换热面积m2~64.8工作温度℃200/235-245250/235-245容器类别III设计温度℃300300物料名称烯类，液化气等导热油管口表符号公称尺寸mm用途符号公称尺寸mm用途a80进料口i20测压口b25测温口j80出料口c20测压口k20放净口d50安全阀口v20排气口e3,2,125测温口m20测压口f50出料口n50泄压口g40导热油出口o25测温口h40导热油进口p25测温口淮海工学院二○一三届毕业设计（论文）第3页共41页064.8135d0.13.140.0453.50.1FnL根考虑到安排6根拉杆和留有一定裕量，取n=145根。3管子排列方式，管间距的确定换热管在管板上的排列有正三角形、正方形和同心圆排列三种方式，如下图所示。各自特点：正三角形排列：排列紧凑，管外流体湍流程度高；正方形排列：易清洗，但给热效果较差；同心圆排列：可以提高给热系数。图1换热管排列方式采用正三角形排列，假设管板上管子排列的间距a，与管子与管板的连接方法有关。取01.251.254557admm。4管式反应器筒体直径的确定筒体内径可由下式计算：(1)iDabl式中a————换热器管间距，由上知a＝57mm；b————位于管束中心线上的管数，管子按正三角形排列时，78.121351.11.1bnl————最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取0224590ldmm所以5712.78190761.46iDmm取筒体内径800iDmm。淮海工学院二○一三届毕业设计（论文）第4页共41页5确定折流板形式和数目5.1折流板的形式及材料该管式反应器的壳程流体流通截面积大，在壳程流体属对流