反应器设计Word下载.docx
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六边形对角线:
L=78某2某40=6.24m
则反应器的直径DL=L+d0=6.24+0.032=6.272m(d0为列管外管径)根据公式Di=DL+2b3计算反应器内径因为b3≥0.25d00.25d0=0.25某32=8mm所以b3=10mm
则反应器内径Di=DL+2b3=6.272+20=6292mm=6.292m所以Di取6.5m2.3.3管程压力降的计算:
反应器的质量流量
[13,16]
:
G6.9522104194820.025247273.43kg/m2.h
流体的热导率:
f0.0447ka/lm.h.l黏度:
0.033cp密度:
f0.77kg/m3
质量流量:
G7273.43kg/m2h2.02Kg/m2床层的空隙率:
0.405管程压力降为:
1-GP1501-1.75G3dgLdpp
1cp10-3pa
1501-0.4053.341051-0.4052.02P31.752.020.4053660.539.81
P6.15KPa
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/,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109MPa[16]
由《化工机械基础》)查得壁厚的公式:
式中:
2-ptPcDic
PcDi)
—计算压力,Pc2.2MPa(根据《化工设计项目设计手册》—塔内径,Di6500mm
t—许用应力,tC—腐蚀量,C2
109MPa
—焊接接头系数,1.0
∴2.265001.3
21091.0-2.267.57mm
圆整后,68mm2.3.5封头的计算:
标准椭圆封头的最小壁厚
PD2-0.5Pct
68mm封头的曲面深度hD65001625mm44直边高度h050mm
裙座上开人孔直径为500mm,人孔2个裙座高2.3m校核:
当
mPDt<时,符合强度要求4mPD22.26500==105.15MPa4468所以
mPDt<符合强度要求42.3.6反应器的高度的计算
筒体高度为3m,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Hi31.521.6257.625m
所以反应器总高度H总=7.625+2.3=9.925取H总=10m筒体高度H0.31.526.0m2.3.7开孔补强的计算:
由《化工项目设计训练》得:
Doptw0.458.410.31
p①反应器进口质量流量69522kg/h,密度为1.04kg/m3
Dopt=8.41某695220.45÷
1.040.31=1254.5mm其中,
Dopt为管径;
w为质量流量,kg/h;
p为液体密度,kg/m3
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]。
30.85kg/m②反应器出口质量流量69038.044kg/h,密度为
Dopt=8.41某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某106密度为1856kg/m3Dopt=8.41某38200000.45÷
18560.31=747.25mm
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某106密度为1846kg/m3Dopt=8.41某160200000.45÷
18460.31=746.37mm
2).由《化工项目设计训练》得补强由经验公式:
ArDt
Ar—在某投影面的补强面积,mm2
D—孔径加上两倍的腐蚀余度,mm
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)某61=91744mm2熔盐管口补强:
Ar=(1000+4)某61=61244mm2
230m74m4人口补强:
Ar500461
2.3.8各个重量的计算:
1).塔体重量:
由《化工容器及设备简明手册》可以查得筒体每米的质量
G7850DN10-61kg=9865.05椭圆型封头的每米重量为4641.95kg塔体的重量G1=6.775某1052).内件质量:
①管子重量:
共有管子19482根,2个管板,由《化工容器及设备简明手册》查得,管子每米质量2.46kg
管子重量:
3某2.46某19482某9.81=1.41某106N②管板重量:
由《化工容器及设备简明手册》查得,每平方米管板质量是785.0kg管板的重量:
785.029.815.82③角钢量:
用100某100的不锈钢热轧等边角钢,每米质量为15.1kg,所以角钢量为:
6.5某15.1某3某9.81=2.889某103N
∴内件总重量:
G2=1.41某106+4.07某105+2.889某103=1.8199某1063).保温层重量:
保温层最佳厚度为150mm,即p0.15m保温材料比重为2943N/m3∴保温的重量G322D22-D2innpiH0=0.785某[﹙6.5+2
44.07105N
4某0.061+2某0.15﹚2—﹙6.5+2某0.061﹚2]某6某2943=56322.17N
4).平台及扶梯重量:
其中需要两个扶台,每个平台宽度B0.9m,高度1m,平台质量
qp150kg/m2,开式的扶梯高度H9m,单位质量qf20kg/m,
由《化工容器及设备简明手册》得,
G4212nqqHg=0.785某D222BD22ininfff42[(6.5+2某0.061+2某0.051+2某0.9)2—(6.5+2某0.061+2某0.15)2]某0.5某2某150某9.81+20某9某9.81=3.43某104
5).物料重量:
封头容积:
12.78m3
筒体容积:
0.785d2某6=0.785某6.52某6=198.99m3①
催化剂重量:
每个管子的催化剂的量0.34kg,共有19482根,催化剂的总重量为:
19482某0.34某9.81=6.50某104N②
气体重量:
密度为1.04kg/m3
ρvg=1.04某(12.78某2+198.99)某9.81=2290.95N③
熔盐重量:
熔盐的体积:
0.785某d2某3=0.785某6.52某3=99.50熔盐的密度:
185kg6/m3
熔盐的重量:
ρvg=1856某9.81某99.50=1.812某106∴操作时物料重量:
G5=6.50某104+2290.95+1.812某106=1.879某106N6).附件重量:
由《化工容器及设备简明手册》查得:
G6=0.25G1=0.25某6.775某105=1.694某1057).充水重量:
G74Di2H0wg2Vfwg
0.7855.82610009.81212.7810009.81
=2.203∴根据以上的计算结果可以求出
操作重量:
G0=G1+G2+G3+G4+G5+G6=4.64某106
水压减弱重量:
Gma某=G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7=6.843某106
安全重量:
Gmin=G1+0.2G2+G3+G4+G6=1.302某106
2.3.92.6.4换热面的校核:
反应温度为:
370℃-430℃,熔盐温度为370℃-385℃
床层温度为:
385℃
传热系数为550kJ/(m2·
h·
K)
t430370385370m32.5℃
ln430370385370需要传热面积为:
AQ7.494107需Ktm55032.54194.448m2实
际
传
热
面
积
为
A实ndtl184823.140.0322.85199.80m2
因为A实>A需,所以能够满足换热要求。
2.3.10.压力的校核:
1)管程压力校核:
管程的压力分三个部分:
催化剂床层,丝网和支撑,出入口的损失①通过催化剂床层的压降:
P150
(1)1L(Dp1.75G)G3Drg其中:
0.4053.34105MPa
Dp6.0mmG=6.5某104kg/m2·
0.77kg/m3L床层高度3mP4.21KPa
②丝网和支撑及出入口的损失的压降:
P20.3KPaP30.1KPa
③管程总压降PP1P2P34.61KPa反应器的出入口的压力分别为:
200和220Kpa实际压降为:
P22020020KPa
因为P实〉P,所以管程压力降符合要求。
2.3.11.反应器床层温度分布的计算:
采用一维模型法,认为反应器近似于平推流反应器。
①立关键组分摩尔分率,温度,压力随管长的变化的微分方程式。
O某(A)K1苯酐1108.7kj/molO某(A)K2CO24620.3kj/mol
②
(2).催化剂为V2O5TiO2催化剂,活性组分极薄,可以忽略内扩散的影响。
其堆密度为b173kg0/m3,催化剂床层内气体的表观质量流速为
G3544.58kg/m2h0.984kg/m2。
气相主体和颗粒表面间的传递力也可以忽略不计。
操作压力(入口)P2.12atm,反应管内径dt25mm,熔盐平均温度650.5K作为定性温度Ta,K1250.45kcal/(m2hK)..反应气体的
kg/m3Cp0.25kcal/kgK1.046kj/kgK,平均分子量为30.295,0.84980.70yA00.01656yO20.20229
(3).设PA收率为yB,CO,CO2的总收率为yc,床层温度为Tb,床层压力降P作为状态变量。
取床层高度Z作为自变量,则一维平推流数学模型如下:
G29.83mol/m2
GyA0dyB/dzbrB①GyA0dyc/dzbrC②
GCP,mdTb/dzbrB(H1)brc(H2)(deK)(TbTa)/de24③
苯酐生成速率:
rBr1K1PAPO2
氧气进口摩尔分率为:
yO2可视为常量。
PAPyA0(1yByC)
所以,rBK1P2yA0yO2(1yByC)
rCr2K2PAPO2K2
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